Преимущества обогревателя на солнечных батареях

Отопление — самая большая статья расходов на содержание загородного дома, дачи для временного проживания или обогрева в межсезонье. Если к населенному пункту подведен магистральный газ, это сильно облегчает положение; но что делать, если его нет? Даже в Подмосковье, которое считается одним из самых благополучных регионов с точки зрения обеспеченности коммуникациями, газ подведен далеко не к каждому поселку.

В такой ситуации остается выбирать между автономным газоснабжением (газгольдер), твердотопливным котлом и электричеством. Два первых варианта имеют существенные недостатки: оборудование стоит дорого, трудозатраты на установку могут быть велики, к тому же такие приборы нужно обеспечивать топливом.

У электричества этих минусов нет, однако есть другой: высокая и постоянно растущая цена. Именно из-за этого электрическое отопление считается невыгодным, тем более если рассматривать его перспективы на 10-20 лет вперед. Но это касается только централизованного электроснабжения, а не альтернативных источников энергии — например, солнечной. Здесь все значительно проще: капиталовложения ограничиваются покупкой и монтажом оборудования, ему не требуются расходники, а техобслуживание сводится к очень простым операциям, которые можно делать самостоятельно. Кроме того, это «зеленая энергия» — полностью возобновляемая и не наносящая ущерба окружающей среде. В Европе, где вопросы экологии, экономии ресурсов и внедрения альтернативной энергетики сейчас главные на повестке дня, именно солнечная энергия считается самой перспективной.

Вопрос возможности отопления дома за счет солнечной энергии дискуссионный. Однако при грамотном подходе варианты возможны — и мы попробуем их рассмотреть. Следует сразу оговориться (об этом речь пойдет и ниже), что система отопления не может быть организована за счет автономной солнечной электростанции, и даже сетевую электростанцию лучше всего рассматривать не как основной, а как вспомогательный источник теплоснабжения, предназначенный для снижения затрат на электроэнергию.

Как выбрать солнечную электростанцию для отопления

Здесь важны четыре ключевых вопроса: устройство самой электростанции, технические характеристики фотоэлектрических модулей, степень энергоэффективности дома и устройство системы отопления, так как привычная схема «отопительный котел + водяное радиаторное отопление» в такой ситуации не подойдет.

Электростанция и степень ее автономности. При высоком потреблении энергии (при электрическом отоплении) есть смысл рассматривать сетевые солнечные электростанции. Они требуют подключения к централизованному электроснабжению и имеют перед ним приоритет: при достаточной выработке солнечной энергии питание осуществляется от СЭС, а при недостатке собственной мощности или в темное время суток система «добирает» электричество из централизованной сети. Понятно, что за него тоже приходится платить, но в конечном счете это выгоднее, чем просто централизованное электроснабжение: во-первых, значительная часть потребляемой энергии будет поступать все же от солнечной установки, а во-вторых, при дифференцированном тарифе на электричество (двух- или трехтарифная система) «ночные» киловатты дешевле «дневных» в 2,5-3 раза. Этот вариант представляется наиболее подходящим для отопления дома.

Автономно-гибридные электростанции дополнительно оснащаются аккумуляторами и могут какое-то время работать как полностью автономные, обеспечивая надежное резервирование. Они позволяют подключить часть потребителей к солнечной энергии, а другую часть — к обычной сети 220В, так что можно скомбинировать источники энергоснабжения так, чтобы наиболее важные потребители были запитаны от автономно-гибридной электростанции и тем самым защищены от внезапного отключения электричества. В хорошо утепленном доме автономно-гибридная электростанция способна взять на себя роль поставщика энергии для части электроприборов, и таким образом снизить совокупные эксплуатационные расходы.

Резюме: если речь идет об обогреве дома от солнечной электростанции, автономность недостижима. Но при наличии подключения к централизованной электросети можно продумать варианты использования солнечной энергии для покрытия не всех, а части потребностей, снизив общие затраты на электричество.

Солнечные модули. Это один из основополагающих компонентов солнечной электростанции, и ее производительность будет также зависеть от их свойств. Для отопления дома желательно иметь модули с максимально возможным КПД и способностью эффективно работать в условиях рассеянного освещения. Для южных регионов это менее актуально, а для Московской области, где насчитывается в среднем около 100 солнечных дней в году — это вопрос более важный. Обычные моно- и поликристаллические ФЭМ (фотоэлектрические модули) менее эффективны, поэтому предпочтение лучше отдать, пожалуй, самой современной на сегодняшний день технологии — гетероструктурной.
.

Гетероструктурные солнечные панели — новинка российского солнечного рынка, чего не скажешь про зарубежный. Превосходство этой технологии признано европейскими потребителями. Во всем мире пока насчитывается всего несколько производителей солнечных панелей этого типа, так как инвестиции в организацию производства довольно серьезные. Стоит упомянуть, что одним из производителей, выпускающих гетероструктурные батареи, является российская компания «Хевел», которая разработала и внедрила собственную технологию производства гетероструктурных ячеек и модулей.

Солнечные модули, созданные по этой технологии, сочетают в себе достоинства классических моно- и поликристаллических: рекордно высокий КПД (до 22,3 % при BiFI +20%) и способность с максимальной отдачей использовать даже самый слабый свет. При этом они лишены недостатков, свойственных «предшественникам»:

• Сохраняют максимально возможную мощность при нагреве. Это важно не только для теплого времени года: прямое солнце, падающее на темную поверхность, способно нагревать ее даже в холодную погоду.

• Практически не подвержены «старению», то есть потере мощности при долгой эксплуатации. За 25 лет официальной гарантии на мощность от производителя они теряют максимально не более 17% мощности. Таким показателем не может похвастаться ни одна другая технология. Срок эффективной службы гетероструктурных модулей более 30 лет.

Важен и еще один момент: максимально возможное количество ФЭМ для установки ограничено площадью кровли, а чем их больше — тем выше мощность электростанции.

У гетероструктурных модулей коэффициент использования пространства максимален: если взять двускатную кровлю обычного дома 6х9 м, то площадь ската составит 30 м2 — это позволяет установить на одном скате 15 гетероструктурных модулей «Хевел» совокупной мощностью 4,8 кВт.

Резюме: если солнечная электростанция используется для отопления, следует выбирать модули с самым высоким КПД из возможных — гетероструктурные, которые к тому же обладают самым низким коэффициентом потери мощности в течение всего срока эксплуатации.

Система отопления. В данном случае придется отказаться от традиционного устройства отопительной системы, где теплоноситель поступает из проточного или накопительного нагревателя в радиаторы, расположенные в помещениях. По потерям тепла такая схема лидирует, а по степени комфорта проигрывает более энергоэффективным вариантам. При использовании солнечной электростанции разумно рассматривать низкотемпературные системы отопления (например, электрический теплый пол), инверторные кондиционеры, инфракрасные приборы, конвекторы или комбинацию перечисленных устройств. При этом важно понимать, что некоторые из них при определенных обстоятельствах применимы только как вспомогательные. Например, использование «инфракрасников» в помещении, где находятся люди, не рекомендовано: есть данные об их неблагоприятном воздействии на здоровье. С другой стороны, инфракрасные теплые полы таким свойством не обладают, так как их излучение поглощается напольным покрытием. Инверторные кондиционеры иногда называют «отоплением будущего», но у них есть существенный минус: впечатляющие значения КПД, заявленные в их технической документации, достижимы только в определенном диапазоне температур. В морозную погоду (ниже минус 10 градусов) инверторные кондиционеры сильно теряют производительность. Хорошую эффективность показывает отопление теплым полом: температура нагрева поверхности у него невысока, но за счет большой площади и циркуляции теплого воздуха снизу вверх в помещении создается очень комфортный микроклимат. Если система теплого пола оснащена терморегуляторами и автоматикой, это позволяет использовать электричество очень экономно, не задействуя режим максимального энергопотребления. Комбинируя разные источники тепла или используя их поочередно в зависимости от условий, можно добиться эффективного отопления при оптимальных затратах.

Резюме: если предполагается отапливать дом электричеством, в том числе от солнечных электростанций, придется уделить время и силы проектированию низкотемпературной системы отопления и обеспечить гибкость ее настроек.

Энергоэффективность дома. Отапливать электричеством можно только жилье с очень низкими показателями потерь тепла или дачные дома в период межсезонья. В идеале возможность отопления дома или дачи от солнечных батарей надо закладывать еще на этапе проектирования и обязательно делать теплотехнические расчеты, а потом с помощью специалиста по солнечной энергетике разрабатывать индивидуальную конфигурацию солнечной установки. Кроме того, потребуется точный проект системы отопления, который будет учитывать даже такие нюансы, как режим дня и время нахождения людей в каждом помещении: это позволяет обеспечить строго целевое расходование тепла и оптимальное использование ресурсов системы.

Резюме: экономичные современные системы электрического отопления оправдывают себя только в помещении, которое полностью соответствует стандартам энергоэффективности (А+ и выше). Это не фантастика: сейчас построить такой дом можно за относительно приемлемые деньги. Все доступнее по цене становятся и солнечные электростанции для частного потребителя, в том числе решения, готовые к использованию сразу после установки — все необходимые компоненты поставляются в комплекте, что гарантирует идеальную совместимость. Таковы, например, сетевые солнечные электростанции от «Хевел»: для приобретения комплекта «под ключ» достаточно лишь знать потребность вашего домохозяйства в электричестве и еще несколько самых простых вещей. Не представляет трудности и разработка индивидуального проекта, когда конфигурация создается под персональные потребности: такие проекты уже поставлены на поток, и специалисты компании могут  рассчитать и реализовать даже очень нестандартные решения.

Полупроводниковые панели, преобразующие энергию солнца в электричество, обычно устанавливаются с одной целью – обеспечить работу домашних бытовых приборов. Настоящие энтузиасты на достигнутом не останавливаются и пытаются приспособить солнечные батареи для отопления дома. Предлагаем обсудить эту идею, рассмотреть возможные способы обогрева с помощью фотоэлектрических панелей. Рентабельность электростанций альтернативной энергетики и прочие финансовые вопросы разбирать нет смысла, это отдельная тема.

Как работает солнечная электростанция

Мы не собираемся отнимать ваше время и рассказывать, как полупроводниковые модули генерируют ток. Но если вы хотите организовать солнечное отопление частного дома, нужно представлять принцип работы фотоэлектрической станции и знать все нюансы, влияющие на ее мощность.

Солнечная энергетическая установка (СЭС) состоит из следующих элементов (показаны ниже на схеме):

• одна либо несколько панелей, воспринимающих излучение солнца;
• аккумуляторные батареи (АКБ), накапливающие произведенную электроэнергию;
• контроллер следит за уровнем заряда, направляет ток в нужную цепь;
• инвертор преобразует постоянное напряжение солнечных батарей в переменный ток 220 В.

Интересный момент. Цена модулей составляет не более 30% от стоимости полного комплекта оборудования. Остальные 70% – это аккумуляторы, инверторный блок и контроллер. Комплектующие подбираются под одно рабочее напряжение 12, 24 или 48 вольт.

Упрощенно поясним алгоритм работы системы:

1. В течение светового дня батареи вырабатывают ток, проходящий через контроллер.
2. Электронный блок оценивает уровень заряда АКБ, затем направляет энергию в нужную линию – на зарядку либо потребителям (к инвертору).
3. Инверторный блок преобразует постоянный ток в переменный со стандартными параметрами – 220 В / 50 Гц.

Существует 2 типа контроллеров – ШИМ и MPPT. Разница между ними состоит в способе зарядки элементов электропитания и величине потерь напряжения. Блоки MPPT более современные и экономичные. Аккумуляторы применяются разные: свинцово-кислотные, гелевые и так далее.

Если планируется использование нескольких модулей, то они соединяются между собой 3 способами:

1. Параллельная схема подключения позволяет нарастить ток в цепи. «Минусовые» контакты всех батарей присоединяются к одной линии, «плюсовые» – к другой. Напряжение на выходе остается неизменным.
2. Применение последовательной схемы дает возможность увеличить выходное напряжение. «Минусовая» клемма первой панели соединяется с «плюсом» второй и так далее.
3. Комбинированный способ применяется, когда нужно изменить оба параметра – силу тока и напряжение. Несколько модулей соединяется последовательно, потом группа подключается к общей сети параллельно другим аналогичным группам.

Сколько нужно солнечных батарей для отопления дома

Казалось бы, все просто. На обогрев небольшого загородного коттеджа площадью 100 м² пойдет приблизительно 10 кВт = 10 000 Вт тепловой энергии. Это 100 панелей по 0.1 кВт или 34 больших модуля по 300 Вт. Столько батарей на крышу дома не поставишь, а о квартире и речи нет.

Справка. Размер 1 фотоэлектрического элемента мощностью 100 Вт, изготовленного по поликристаллической технологии, составляет около 1020 х 700 мм или 0.71 м². Аналогичная батарея на 300 Вт займет 1.68 м² (170 х 99 см).

Сразу оговоримся, полученный результат – неправильный, поскольку не учитывает особенности эксплуатации солнечных энергетических систем:

1. Фотоэлектрический модуль выдает максимальную мощность, когда лучи падают под углом 90° к плоскости батареи. Если не сделать трекер – следящий механизм, поворачивающий панель вслед за движением солнца, потеряем около 40% энергии. С другой стороны, подобное устройство тоже расходует электричество.
   

   

2. Величина солнечного излучения на 1 м² – инсоляция – зависит от региона проживания, высоты над уровнем моря, затененности участка. Перечисленные факторы напрямую влияют на производительность батарей.
3. С течением времени полупроводниковое покрытие модулей деградирует, в результате теряется примерно 1% электрической мощности ежегодно.
4. Если фотоэлектрический слой перегревается солнцем, производительность панели тоже уменьшается.
5. Малая толика энергии теряется в сопутствующем оборудовании – инверторах, контроллерах, АКБ. Это банальный нагрев деталей – трансформаторов, микросхем и прочих элементов.
6. Когда рабочая поверхность загрязняется пылью либо засыпается снегом, возникают дополнительные потери.
7. Заметьте, для отопления солнцем зимой вырабатываемого электричества должно хватать на обогрев дома и зарядку аккумуляторов на ночь.

Вывод. Универсального расчета электрической мощности батарей, подходящего ко всем странам и регионам, не существует. Но озвученную выше цифру 10 кВт нужно удвоить (как минимум), чтобы получить пристойный результат на практике. Понадобится от 200 стоваттных панелей, занимающих площадь свыше 140 м².

Есть надежный способ получить точные данные по инсоляции и рассчитать производительность солнечных батарей – обратиться в местную организацию, занимающуюся их монтажом. Либо самому изучать карту инсоляции района.

Предлагаем пойти другим путем – использовать опыт владельцев солнечных автономных электростанций, почитать их отзывы на тематических форумах. Отыщите там пользователей, проживающих в вашей местности, если хотите получить реальные цифры бесплатно. Приведем примеры:

1. Автономная система солнечного электроснабжения, расположенная в Ленинградской области, РФ. Установлено 6 панелей по 0.22 кВт (всего 1.32 кВт), пиковая мощность в зимний безоблачный день – 1157 Вт. Тема обсуждается на известном русскоязычном форуме.
2. г. Анапа, производительность батарей – 2.2 кВт, количество не указывается. За световой день электростанция генерирует порядка 9 кВт.
3. г. Москва, мощность СЭС 2.64 кВт. За весь июнь установка выработала 304 кВт энергии.

Примечание. Отзывы и другие полезные данные по эксплуатации СЭС вы найдете по этому адресу.

Обратите внимание: нами учитывалась только солнечная энергия для отопления, подогрев воды и прочие хозяйственные нужды в расчет не принимались. Как рассчитать число батарей на практике, смотрите в видеосюжете:

Реальные способы обогрева

Как вы поняли их вышесказанного, реализовать полноценное электрическое отопление дома солнечными батареями довольно сложно (и дорого). Далеко не каждый хозяин решится купить и установить панели на площади 100–150 м², дабы прогреть небольшой дом или дачу. Значит, схема электрокотел + водяная система + отопительные радиаторы отпадает.

Но идею обогрева солнечными модулями все же нельзя назвать утопией.

Перечислим варианты, реализованные домовладельцами на практике:

• панели плюс инверторные кондиционеры с коэффициентом эффективности COP 3.5–4;
• подключение батарей напрямую к электрическим обогревателям без инвертора;
• строительство полноценной СЭС, продажа электроэнергии государству, вырученные средства идут на оплату традиционного отопления.

Дополнение. Применение панелей в качестве дополнительных источников энергии для основного отопления обсуждать нет смысла – это очевидное решение.

Начнем с третьего варианта, который интересен предпринимателям. В странах, где государством установлен так называемый зеленый тариф, домовладелец может получать электричество из возобновляемых источников и отдавать в общую энергетическую сеть, получая прибыль. То есть, домовладелец приобретает те же 200–300 солнечных панелей, но продает энергию по хорошей цене, а не расходует почем зря.

Например, в Украине зеленый тариф превышает обычный в 3 раза (по состоянию на июнь 2019 г.). Необходимо выдержать 1 условие: минимальная производительность СЭС – 30 кВт. Строите электростанцию, поставляете энергию в сеть, а сами покупаете втрое дешевле.

Оставшиеся 2 варианта рассмотрим поподробнее.

Отопление кондиционерами

Способ основан на эффективности инверторных сплит-систем, доставляющих внутрь дома вчетверо больше тепла, чем затрачено электроэнергии. Как реализовать такое отопление:

1. Первым делом максимально снижаем теплопотери здания – утепляем стены, полы и крышу, устанавливаем энергосберегающие окна. Идеальный показатель теплопотребления для жилища 100 м² – 6 кВт.
2. Приобретаем 2 кондиционера с инверторными компрессорами, работающими при отрицательной уличной температуре. Суммарная производительность агрегатов должна равняться теплопотерям дома, в нашем случае – 6 кВт. Потребление таких «сплитов» не превысит 2 кВт.
3. Монтируем солнечную станцию, способную круглосуточно обеспечивать электричеством кондиционеры.
4. Для отопления в самые холодные сутки стоит установить любой традиционный источник тепла – котел, дровяную печь.

Видео в конце данного раздела подтверждает, что описанная схема вполне работоспособна. Один существенный минус: при отрицательной температуре эффективность кондиционеров резко снижается, без помощи котла не обойтись. В условиях умеренного и северного климата солнечные модули в одиночку не справятся.

Примечание. Большинство инверторных сплит-систем способны функционировать при морозе до —15 °C. Коэффициент эффективности COP снижается до 1.5–2 (тепла выделяется вдвое больше, чем потребляется электричества).

Использование местных обогревателей

Речь идет о значительном удешевлении системы в случае использования неприхотливых потребителей – обычных тепловентиляторов. Ввиду отсутствия инвертора к солнечным модулям придется подключать 12-вольтовые обогреватели (можно взять автомобильный либо сделать своими руками).

Как собрать солнечный генератор электроэнергии:

1. Устанавливаем нужное количество батарей с рабочим напряжением 12 вольт.
2. Соединяем их проводами 2.5 мм² согласно приведенной ниже схеме – без инвертора.
3. Подключаем нагрузку – маломощный тепловентилятор на 12 В.

Ниже на видео специалист подробно описывает все нюансы такого подключения. Способ годится для обогрева отдельных комнат тепловентиляторами 1–1.5 кВт. Отопить весь дом сложнее – нужно собирать несколько отдельных контуров с солнечными панелями, чтобы не увеличивать сечение проводов.

Заключительный вывод

Сделать полноценное отопление частного дома на солнечных батареях очень непросто. Единственный более-менее реалистичный сценарий – это применение сплит-систем, а лучше – геотермального теплового насоса, мало зависящего от уличной температуры. Установка потребляет мало электричества, поэтому сможет работать от домашней СЭС.

Мы специально исключили из статьи финансовые вопросы, поскольку речь шла о технических моментах.

Но надо понимать, что оборудование солнечной энергетики – аккумуляторы, батареи, инверторы и блоки управления – стоят больших денег. Чтобы успешно решить задачу, нужно быть хорошо зарабатывающим энтузиастом.

Схема с вакуумными коллекторами, подключенными к косвенному водонагревателю, обойдется дешевле. Но в данном варианте есть свои трудности, например, аккумулирование тепла и стагнация коллектора при жаре. В нелегком деле освоения солнечной энергии нет простых решений.

Все гениальное просто! Оказывается, можно получать тепловую энергию для отопления жилья не прибегая к разрушению природной среды, а лишь преобразовывая солнечное излучение в тепло- и электроэнергию.

Этот природный ресурс возобновляем, экологичен и экономичен. Владельцы частных домов не зря активно интересуются данным вопросом.

Принцип работы гелиосистем для нагрева воды

КПД новых коллекторов, со специальными фильтрами для улавливания волн разной длины, радует своим значением – не менее 40 %. Обычные кремниевые панели имеют КПД не превышающий 25 %.

Срок службы нагревательных элементов, по оценкам производителей, составляет от 10 до 30 лет. Другие части системы, такие как аккумуляторные батареи и электроника, могут выйти из строя раньше – через 5–15 лет.

Принцип действия батарей основан на фотогальваническом эффекте. Лучистая энергия, проходящая через фотоэлементы, преобразуется в электрическую энергию. Доступный пример – часы и калькуляторы с фотоэлементами, уже несколько десятилетий демонстрирующие нам на примитивном уровне этот принцип работы.

Как выбрать тепловой насос для отопления дома? Виды насосов и принцип их работы.

Правда ли что индукционный котел для отопления частного дома существенно экономит затраты на электроэнергию? Узнайте из этой статьи.

Солнечные панели для отопления дома

Фотоэлектрические системы бывают двух видов:

• солнечные панели;
• коллекторы.

В первом случае – фотоэлементы, соединенные параллельно и последовательно, работают по принципу электростанции, вырабатывающей электрический ток.

Во втором случае – с помощью лучистой энергии, производится нагрев теплоносителя, который циркулирует по трубкам коллектора. Обычно это вода или специальная жидкость.

Преимущества и недостатки отопления на солнечных батареях

Солнечный обогреватель для дома любого типа обладают следующими достоинствами:

• автономность системы – вы перестанете зависеть от коммунальных служб и их расценок;
• несмотря на высокую цену оборудования, общая эксплуатационная стоимость будет уменьшаться с каждым годом;
• бесшумность;
• длительный срок службы;
• экологическая безопасность выделяемой энергии;
• эксплуатация в различных климатических условиях: ветер, дождь, снег;
• способность накапливать полученную энергию.

• КПД использования резко снижается при сильном нагреве фотоэлементов, поэтому желательна установка дополнительных систем охлаждения.
• Внешнюю поверхность панелей нужно регулярно очищать от загрязнений и пыли.
• Наличие ядовитых веществ в составе фотоэлементов. Во время эксплуатации они никак не влияют на чистоту выделяемой энергии, но требуют безопасной утилизации.
• После 25–30 лет активного использования производительность панелей падает минимум на 10 %.
• Эффективность батарей напрямую зависит от погодных условий, поэтому они нуждаются в оснащении дополнительными системами сохранения энергии.

Проект системы отопления на коллекторах

Прежде всего, мы подробно разберемся с различиями в строении и функционировании батарей и коллекторов.

Панель состоит из нескольких фотоэлементов, соединенных между собой на каркасе из непроводящих энергию материалов.

Фотоэлектрические преобразователи – достаточно сложные конструкции, представляющие собой своеобразный сэндвич из пластин с различными характеристиками и назначениями.

Кроме гелио модулей и специального крепежа, система состоит из таких элементов:

• аккумуляторов, для хранения энергии;
• контроллера, который будет следить за степенью зарядки в аккумуляторе;
• инвертора – для преобразования постоянного тока в переменный.

Коллекторы бывают двух видов: вакуумные и плоские.

Вакуумные коллекторы состоят из полых стеклянных трубок, внутри которых расположены трубки меньшего диаметра, содержащие поглотитель энергии. Меньшие трубки соединены с теплоносителем. В свободном пространстве между ними находится вакуум, который сохраняет тепло.

Принцип работы солнечного коллектора

Плоские коллекторы состоят из рамы и армированного стекла с фотонопоглощающим слоем. Слой поглотителя подключен к трубкам с теплоносителем.

Обе эти системы состоят из контура для теплообмена и теплового аккумулятора (бак для жидкости).

Из бака вода поступает в отопительную систему при помощи насоса. Во избежание потерь тепла, бак должен быть хорошо утеплен.

Располагаться такие установки должны на южном скате кровли. Угол наклона должен быть 30–45 градусов. Если расположение дома или конструкция крыши не позволяют установить панели гелиосистемы на кровле, то можно установить их на специальных укрепленных каркасах или на стойках, закрепленных в стену.

Количество солнечной энергии, выделяемой в разное время года, сильно отличается. Величину коэффициента инсоляции для места вашего проживания можно найти по карте солнечной активности. Зная коэффициент инсоляции, вы сможете посчитать необходимое вам количество модулей.

Например, вы потребляете энергии 8 кВт/ч, инсоляция в среднем 2 кВт/ч. Мощность солнечной панели – 250 Вт (0,25 кВт). Произведем расчеты: 8 / 2 / 0,25 = 16 штук – именно такое количество панелей вам понадобится.

Выбор гелиосистемы, цена и установка

Выбирая солнечные батареи для отопления дома, обратите внимание на их основные характеристики: мощность, вес, габариты, наличие или отсутствие в вашем доме места для установки накопительного бака (в коллекторной системе).

При установке батарей на крыше необходимо учесть следующие моменты:

1. Определите заранее, выдержит ли ваша кровля дополнительную нагрузку (в случае, если установить нужно более двух элементов).
2. Панели должны надежно фиксироваться минимум в четырех точках и только в специально предназначенных для этого отверстиях.
3. Нельзя устанавливать батареи плотно прижав их к кровле – необходим зазор в 7–15 см для проветривания.

Покупая фотоэлектрические модули – делайте ставку на проверенных производителей. Их изделия отличаются большим сроком службы и более высокой ценой, но экономия в этом случае будет неуместной.

Например, вакуумная гелиосистема для отопления, состоящая из одного коллектора, аккумуляторного бака, объемом в 300 литров и циркуляционного насоса, стоит 120.000 рублей. Есть системы с большим объемом бака и количеством панелей, но с ценой в два раза выше. Покупка необходимых элементов по отдельности в общей сумме выйдет дороже.

Если говорить о цене одного солнечного коллектора, то батареи с большим сроком службы и хорошей мощностью стоят в среднем 22 000 рублей за единицу.

Окончательные цены на монтаж гелиосистемы компания, производящая установку, сможет озвучить только после выезда к вам. Приблизительная стоимость установки одной батареи составляет 2 500 рублей.

Установка гелиосистемы – разумный выбор. Вы ощутите все преимущества автономного отопления, а ваши первоначальные вложения окупятся через несколько лет.

Кипение воды в плоском солнечном коллекторе зимой:

 

Солнечное отопление

Суть процесса сводится к поглощению тепловой энергии солнца и передаче его теплоносителю, который, в свою очередь, должен быть перемещен в отопительную систему дома и передать тепло воздуху в помещениях. Учитывая, насколько сильно нагревается оставленная в открытой посуде в полдень вода, ничего сверхъестественного процесс собой не представляет.

К сожалению, наибольшую эффективность такая система будет иметь в период максимальной активности светила, то есть, в период с мая-месяца по август, когда солнечный день имеет наибольшую продолжительность и выпадает наименьшее количество осадков. В зимне-осенний период, когда возникает надобность в отоплении, картина выглядит иначе.

Короткий солнечный день уже ограничивает срок использования гелиоустройства. В пасмурные дни применить ни коллектор, ни батарею не удастся. Поэтому использовать солнечное отопление в качестве основного не представляется возможным. Однако как альтернативный источник тепла зимой, и горячей воды летом, система вполне эффективна.

Преимущества и недостатки отопления на солнечных батареях

Солнечный обогреватель для дома любого типа обладают следующими достоинствами:

• автономность системы – вы перестанете зависеть от коммунальных служб и их расценок;
• несмотря на высокую цену оборудования, общая эксплуатационная стоимость будет уменьшаться с каждым годом;
• бесшумность;
• длительный срок службы;
• экологическая безопасность выделяемой энергии;
• эксплуатация в различных климатических условиях: ветер, дождь, снег;
• способность накапливать полученную энергию.

• КПД использования резко снижается при сильном нагреве фотоэлементов, поэтому желательна установка дополнительных систем охлаждения.
• Внешнюю поверхность панелей нужно регулярно очищать от загрязнений и пыли.
• Наличие ядовитых веществ в составе фотоэлементов. Во время эксплуатации они никак не влияют на чистоту выделяемой энергии, но требуют безопасной утилизации.
• После 25–30 лет активного использования производительность панелей падает минимум на 10 %.
• Эффективность батарей напрямую зависит от погодных условий, поэтому они нуждаются в оснащении дополнительными системами сохранения энергии.

Принцип работы

Принцип работы солнечных батарей заключается в образовании электрической энергии, они никак не накапливают и не образуют её. При прямом попадании лучей солнца на их поверхность они сразу же преобразовываются в ток и выводятся из панели.

Каждая пластина может вырабатывать по 250 Вт, поэтому для улучшения принципа работы их стараются устанавливать ближе друг к другу. Ток, полученный в результате фотосинтеза, через распределитель попадает в аккумуляторы, а потом уже в инвертер электросети дома.

Следует учесть, что объём аккумуляторов солнечных батарей влияет на продолжительность дневной работы батарей. Подзарядка аккумуляторов происходит в течение дня, пока используется энергии образованная на прошлом дне.

Принцип работы прост, и в то же время эффективен благодаря «полупроводнику». Полупроводник содержит атомы которые могут благодаря внешнему электрону захватывать или же отражать другие электроны. Вследствие этого поверхность солнечных батарей покрывается этим материалом. Этим «полупроводником» являются Селен и Кремний.

Почему на крышах наших домов не видно гелиоустановок

Интернет пестрит рекламными материалами с красивыми картинками, повествующими о необычайной выгоде гелиосистем. Народные умельцы выкладывают в youtube ролики на тему «отопление от солнца своими руками» о собственных ноу-хау, собранных на коленке из подручных материалов. Сеть пухнет от перепостов восторженных статей, рассказывающих о чудесных преимуществах солнечного отопления. Однако, много ли домов с солнечными коллекторами на крыше появилось за последние годы поблизости от вашего дома? Ни одного? В чём же причины того, что отопление солнечной энергией в наших краях не находит признания?

К сожалению, солнечная энергия для отопления домапоступает не тогда и не туда, когда и куда нужно. Холодно бывает ближе к полюсам, зимой и по ночам. А максимум солнечного излучения приходится на экваториальные районы, на лето и день. Теплоаккумуляторы худо-бедно помогают сгладить суточные, но не сезонные перепады.

Карта интенсивности распределения солнечного света по территории России. В Западной части страны, где живёт львиная доля населения, солнца мало. А в восточной Сибири, где доля излучения заметно выше, холодно, что затрудняет использование активных систем. Кстати, солнечные панели, вырабатывающие электричество, не столь чувствительны к сильным морозам. В холодной, но солнечной Якутии уже построены и успешно функционируют довольно мощные гелиоэлектростанции.

Пассивное отопление солнечной энергией малоэффективно и не способно сколь-нибудь серьёзно обогреть дом в условиях русской зимы. «Окна — на юг» — реально полезный метод проектирования, ничего не стоящий, но помогающий оптимизировать расходы на отопление. А вот некогда относительно популярные в США гелиотеплицы, стены Тромба и их производные постепенно сошли на нет даже у себя на родине.

Активные солнечные системы отопления частного дома обходятся весьма недёшево, немало денег придётся отдать за оборудование. Эксплуатация, вопреки некоторым утверждениям, отнюдь не бесплатна: расходуется электроэнергия, требуется обслуживание техники. При нынешних ценах, по сравнению не только с дешёвым природным газом, но даже с довольно дорогими пеллетами, дизтопливом, установка вакуумного солнечного коллектора на подавляющей части территории РФ не окупится вообще никогда, срок окупаемости превышает срок службы оборудования. Лишь в некоторых южных регионах страны солнечные системы отопления частного дома могут быть не убыточны при определённых условиях.

Научная станция на острове Ольхон (Россия). Применение вакуумных коллекторов (справа на крыше) для приготовления горячей воды и гелиопанелей (слева) для выработки электроэнергии имеет смысл, ведь центральных коммуникаций на этом скалистом байкальском острове нет. Однако для полноценного отопления в климате Бурятии солнечных систем недостаточно, греют дом «нормальные» печи, топливо для которых завозят с «большой земли», ведь изводить местный лес на дрова нельзя

Выбор системы и ее установка

Первое, что требуется при выборе определенной системы — тщательно изучить ее возможности. Обязательно требуется рассчитать площадь жилища, а также то количество тепла, которое требуется для его отопления. Место установки – это еще один значимый момент. Отзывы говорят в пользу того, что правильнее всего будет воспользоваться помощью квалифицированных специалистов в данной области. Связано это с тем, что даже при незначительном просчете можно сильно снизить эффективность готового решения во время работы. Если солнечная батарея для отопления дома будет установлена правильно, то прослужит она не менее 25 лет. Всего 3 года нужно для ее полной окупаемости. Такой срок многие не считают слишком долгим, судя по тем же отзывам пользователей

Это позволяет стать полностью независимым от коммунальных служб, а это очень важно

Солнечная батарея для отопления дома должна устанавливаться так, чтобы солнечное освещение в этом месте было максимальным. Если выбранное здание не пригодно для монтажа такой системы, то можно воспользоваться соседним строением. Накопитель вполне можно разместить в подвальном помещении. встречаются и такие системы, где используется несколько накопителей. В этом случае их размеры будут немного скромнее. Те, кто решил для себя выбрать отопление частного дома солнечными батареями, может смело говорить о правильности своего решения. Солнечная энергия – это неиссякаемый источник тепла, при этом абсолютно бесплатный. Для этого требуется только вложить определенную сумму в оборудование и монтаж системы, а потом она себя не только полностью окупит, но еще и избавит от необходимости платить деньги коммунальным службам.

Выгодны ли солнечные батареи для частного дома

В западных странах мода на солнечную энергетику продиктована больше заботой об экологии, чем поиском экономической выгоды. У нас реалии несколько иные.

При сохранении нынешних цен на поставляемое электричество, система из солнечных батарей, собранная своими руками для одного частного дома и семьи из 4 х человек, полностью окупается за 4-5 лет. При этом срок службы фотоэлементов – составляет 20-25 лет, а вот аккумуляторы придется менять через 5-7 лет в зависимости от качества батарей.

Пока нигде в мире (и Россия не исключение) не наблюдается снижения цен на поставляемое электричество, поэтому за срок службы фотоэлементов в солнечной панели, система успеет окупиться как минимум 4-5 раз.

Проект системы отопления на коллекторах

Прежде всего, мы подробно разберемся с различиями в строении и функционировании батарей и коллекторов.

Панель состоит из нескольких фотоэлементов, соединенных между собой на каркасе из непроводящих энергию материалов.

Фотоэлектрические преобразователи – достаточно сложные конструкции, представляющие собой своеобразный сэндвич из пластин с различными характеристиками и назначениями.

Кроме гелио модулей и специального крепежа, система состоит из таких элементов:

• аккумуляторов, для хранения энергии;
• контроллера, который будет следить за степенью зарядки в аккумуляторе;
• инвертора – для преобразования постоянного тока в переменный.

Коллекторы бывают двух видов: вакуумные и плоские.

Вакуумные коллекторы состоят из полых стеклянных трубок, внутри которых расположены трубки меньшего диаметра, содержащие поглотитель энергии. Меньшие трубки соединены с теплоносителем. В свободном пространстве между ними находится вакуум, который сохраняет тепло.

Принцип работы солнечного коллектора

Плоские коллекторы состоят из рамы и армированного стекла с фотонопоглощающим слоем. Слой поглотителя подключен к трубкам с теплоносителем.

Обе эти системы состоят из контура для теплообмена и теплового аккумулятора (бак для жидкости).

Из бака вода поступает в отопительную систему при помощи насоса. Во избежание потерь тепла, бак должен быть хорошо утеплен.

Располагаться такие установки должны на южном скате кровли. Угол наклона должен быть 30–45 градусов. Если расположение дома или конструкция крыши не позволяют установить панели гелиосистемы на кровле, то можно установить их на специальных укрепленных каркасах или на стойках, закрепленных в стену.

Количество солнечной энергии, выделяемой в разное время года, сильно отличается. Величину коэффициента инсоляции для места вашего проживания можно найти по карте солнечной активности. Зная коэффициент инсоляции, вы сможете посчитать необходимое вам количество модулей.

Например, вы потребляете энергии 8 кВт/ч, инсоляция в среднем 2 кВт/ч. Мощность солнечной панели – 250 Вт (0,25 кВт). Произведем расчеты: 8 / 2 / 0,25 = 16 штук – именно такое количество панелей вам понадобится.

Активное отопление солнечный свет собирают вакуумные коллекторы

Воздушный солнечный коллектор

Воздушный солнечный коллектор, оснащённый системой принудительной передачи и распределения энергии, способен дать намного больше тепла по сравнению с пассивным вариантом. Скорость циркуляции воздуха автоматически регулируется в зависимости от температуры в доме и степени нагрева коллектора. Нагретый в коллекторах воздух может поступать в систему вентиляции или помещения напрямую. Если его температура достаточно высока, он может использоваться и для нагрева жидкого теплоносителя. Излишки дневной энергии запасают на ночь в теплоаккумуляторах.

Солнечное воздушное отопление на основе гелиоколлектора. Из пустотелой панели (1) по воздушным каналам (6) вентилятор гонит воздух в техническое помещение, где автоматика в зависимости от ситуации распределяет его в блок воздухоподготовки (3) либо массивный теплоаккумулятор (2). Параллельно может нагреваться и змеевик горячего водоснабжения (5). Днём, когда помещения нуждаются в нагреве, система работает в режиме В, тёплый воздух из коллектора направляется в комнаты. При достижении необходимой температуры в доме воздушный поток перенаправляется в теплоаккумулятор, режим А. Ночью, когда коллектор не даёт тепла, заслонка закрывает канал, ведущий к нему, циркуляция осуществляется между теплоаккумулятором и помещениями.

Вакуумный солнечный коллектор

Наиболее совершенное на сегодняшний день устройство для гелиоотопления.

Принципиальная схема вакуумного солнечного коллектора. Жидкий абсорбер, циркулирующий по U-образным трубкам, при нагревании испаряется и поднимается вверх, в коллектор. Последний подсоединён к контуру системы отопления и по нему, в свою очередь, циркулирует жидкий теплоноситель. Абсорбер отдаёт энергию теплоносителю, остывает, конденсируется, опускается вниз. Цикл повторяется

Солнечное отопление загородного дома на основе вакуумных коллекторов значительно эффективнее других гелиосистем, однако, помимо традиционной для гелиосистем неравномерности генерации тепла, у него имеется ещё три существенных недостатка: на сильном морозе теплоотдача резко падает, установки хрупки и дорого стоят.

Вакуумные солнечные коллекторы следует устанавливать таким образом, чтобы они были защищены от вандалов. Это особенно актуально для нашей страны, попасть камешком в стеклянную трубочку — милое дело

Вакуумные панели не подключают к системе отопления напрямую. Необходимы, как минимум, буферные ёмкости, которые будут сглаживать неравномерность выработки тепла.

«Правильная» схема подключения вакуумного гелиоколлектора к системе отопления. Тепло передаётся не напрямую, а через теплообменник, дневные излишки тепла на ночь запасаются в теплоаккумуляторе (буферном баке)

Обратите внимание, что на схеме изображён «нормальный» отопительный котёл, солярная система лишь дополняет его

Электрические солнечные панели можно использовать для отопления лишь косвенно. Расходовать электроэнергию на нагрев помещений напрямую неразумно, ей можно найти более рациональное применение. Например, направить на работу вентиляторов и автоматики активных гелиосистем.

Особенности установки солнечного отопления

Солнечное отопление является наиболее эффективным в районах, характеризующихся большим количеством солнечных дней (особенно в зимний период времени).

Солнечное (гелиоотопление) отопление дома, выполненное своими руками, должно производиться с учетом специфических особенностей установки:

Схема работы солнечных батарей. Нажмите для увеличения.

Один из наиболее оптимальных вариантов — комбинированное отопление дома газовым (либо электрическим) методом и солнечной энергией.

Данный вариант, характеризующийся интеграцией элементов гелиосистемы в существующую схему теплоснабжения, позволяет значительно повысить эффективность нагрева и увеличить экономические показатели.

При производстве работ в районах, характеризующихся низким значением уровня инсоляции (потока прямых солнечных лучей на горизонтальную поверхность), необходимо особое внимание уделять оптимальному выбору площади коллекторов и правильности их монтажа. При определении уровня инсоляции следует помнить, что ее интенсивность выше в середине дня

В данной связи плоскости коллектора следует ориентировать в южном направлении. Возможны некоторые отклонения в юго-западном либо в юго-восточном направлениях

При определении уровня инсоляции следует помнить, что ее интенсивность выше в середине дня. В данной связи плоскости коллектора следует ориентировать в южном направлении. Возможны некоторые отклонения в юго-западном либо в юго-восточном направлениях.

При установке коллекторов необходимо следить за тем, чтобы на них не падала тень от соседних строений либо деревьев. Монтаж коллекторов под углом, равным географической широте данной местности, способен существенно повысить их эффективность.

Это связано с тем, что максимальный уровень поглощения энергии Солнца приходится на расположенные под прямым углом к направлению инсоляции поверхности коллекторов.

Именно поэтому необходимо произвести увеличение угла наклона, что позволит повысить эффективность работы коллектора в зимнее время, несколько увеличив потери тепла летом. Однако летом увеличение тепловых потерь вполне допустимо ввиду переизбытка тепловой энергии.