Использование солнечных батарей для отопления дома

Солнечные батареи, установленные на дачном доме

Преимущества и недостатки эксплуатации солнечных батарей

Установить своими руками систему из солнечных панелей на кровле частного дома может практически каждый человек, имеющий базовый опыт в электрике и готовый выделить средства на их приобретение.

Как правило, окупаемость солнечных батарей составляет от 2-х до 5-ти лет – сроки зависят от типа и технических характеристик установленного оборудования.

В течение этого времени затраченные деньги возвращаются в дом теплом, за которое не надо больше платить.

Имея резерв солнечной энергии, можно отапливать дом и не иметь ничего общего с коммунальными службами.

При этом жить в тепле можно сколько угодно, время от времени регулируя температурный режим в помещении.

Преимущества и недостатки эксплуатации солнечных батарей

Фотоэлектрические батареи также смогут стать источником питания для осветительных устройств дома и бытовых электроприборов.

Излучение от солнца постоянно притягивается солнечными пластинами, поэтому их можно эксплуатировать в любое время года и в любой климатической зоне.

Оборудование не подвергается атмосферным воздействиям, его конструкция хорошо защищена и тщательно продумана.

Из недостатков солнечных пластин, используемых для отопления и освещения дома, стоит указать, что эффективнее батареи эксплуатируются в зимнее время первые полдня, когда сильнее светит солнце.

Поэтому конструкцию системы рекомендуется монтировать своими руками на южную сторону кровли.

При этом рабочая площадь крыши частного дома должна быть не менее 40 кв. м., что позволит обеспечить нужное количество энергии.

При необходимости использовать 500 кВт энергии в течение 30 календарных дней, необходимо учитывать, что около 20-ти из них должны быть солнечными.

Второй весомый недостаток – это высокая стоимость установки, но все затраты, как уже говорилось выше, окупаются в течение 2-5 лет.

Особенно, когда монтаж оборудования для отопления дома был тщательно спланирован.

Преимущества и недостатки эксплуатации солнечных батарей

Ведь эффективность его работы во многом зависит от угла наклона крыши, который должен составлять примерно 450.

Кроме того, не должно быть никаких преград перед пластинами, которые мешали бы получать энергию, например, бросающих на дом тень зданий или больших деревьев.

Стропиловку дома перед монтажом батарей рекомендуется своими руками укрепить, чтобы предотвратить падение кровли в зимнее время, когда на крыше, помимо батарей, будут наносы снега.

Типы солнечных батарей

Генераторы «чистой» энергии классифицируются по типу материала, из которого выполнены элементы:

Типы солнечных батарей
  1. Монокристаллические — самый массовый продукт на энергорынке. Для полноценного энергетического обеспечения объекта требуется значительная площадь монтажа. Приоритетная сфера использования — резервные или дублирующие энергосистемы при имеющемся подключении к сети.
  2. Поликристаллические системы более производительны, и при меньшей площади элементов могут быть использованы в качестве автономной электростанции объекта без централизованного энергоснабжения. Единственный недостаток (он нивелируется в процессе использования), стоимость существенно выше.
  3. Аморфный кремний — это прорыв в солнечной индустрии. Производительность высокая, продолжительный срок службы, элементы гибкие. Однако стоимость слишком высокая (по крайней мере, на нынешней стадии — пока производство не вышло на промышленный уровень).
Типы солнечных батарей

Какие солнечные батареи лучше? Это чисто субъективный выбор. Простые расчеты показывают, что на сегодняшний день оптимальное соотношение цены качество у первых двух типов.

Типы солнечных батарей
  • Монокристаллы обычно покупают в довесок к действующей системе энергоснабжения, поэтому их стоимость окупается экономией на оплате за электроэнергию. С психологической точки зрения — такой способ подключения исключает страх остаться «без света» в случае поломки оборудования. Можно считать это предрассудком, поскольку надежность современных солнечных систем достаточно высокая. А поломка всей системы сразу мало вероятна. Элементы дублируются, можно производить ремонт без полного нарушения энергоснабжения.
  • Поликристаллические батареи дороже ровно настолько, насколько и производительнее. Электростанция на поликристаллах может быть полностью автономной, то есть без вводной линии центрального энергоснабжения. Опыт использования в отдаленных местах проживания показывает, что такие системы вполне жизнеспособны, и не нуждаются в резервировании. Разве что можно установить ветрогенератор (на случай природных катаклизмов вроде затяжного дождя с пасмурной погодой в течение нескольких дней). Окупаемость 100%, если вы построили новый дом без энергоснабжения. Стоимость технических условий и монтажных работ сопоставима с покупкой комплекта на солнечных батареях мощностью 4000 Вт. А дальше — экономия в чистом виде. Вы вообще не знаете, что такое оплата электроэнергии.
  • Аморфные батареи пока еще экзотика (с точки зрения стоимости). Однако технологии развиваются настолько стремительно, что через относительно короткий промежуток времени эти системы станут доступнее: вспомните ситуацию со светодиодными светильниками.
Читайте также:  Кирпичные печи для дома с варочной плитой

Солнечная батарея: как это работает

После того как Энштейн описал фотоэлектрический эффект, миру открылась вся простота такого, казалось бы, сложного физического явления. В его основе лежит вещество, отдельные атомы которого находятся в неустойчивом состоянии. При «бомбардировке» фотонами света из их орбит выбиваются электроны — вот они-то и являются источниками тока.

Практически полвека фотоэффект не имел практического применения по одной простой причине — отсутствовала технология получения материалов с неустойчивой атомной структурой. Перспективы дальнейших исследований появились лишь с открытием полупроводников. Атомы этих материалов имеют либо избыток электронов (n-проводимость), или же испытывают в них нехватку (p-проводимость). При использовании двухслойной структуры со слоем n-типа (катод) и p-типа (анод), «обстрел» фотонами света выбивает электроны из атомов n-слоя. Покидая свои места, они устремляются на свободные орбиты атомов p-слоя и далее через подключённую нагрузку возвращаются на исходные позиции. Наверное, каждый из вас знает, что движение электронов в замкнутом контуре представляет собой электрический ток. Вот только заставить электроны перемещаться удаётся не благодаря магнитному полю, как в электрических генераторах, а за счёт потока частиц солнечного излучения.

Солнечная панель работает благодаря фотоэлектрическому эффекту, который был открыт ещё в начале XIX века

Солнечная батарея: как это работает

Поскольку мощность одного фотоэлектрического модуля недостаточна для питания электронных устройств, то для получения требуемого напряжения используется последовательное подключение множества ячеек. Что же касается силы тока, то её наращивают параллельным соединением определённого количества таких сборок.

Генерация электричества в полупроводниках напрямую зависит от количества солнечной энергии, поэтому фотоэлементы не только устанавливают под открытым небом, но и стараются сориентировать их поверхность перпендикулярно падающим лучам. А чтобы защитить ячейки от механических повреждений и атмосферного воздействия, их монтируют на жёстком основании и сверху защищают стеклом.

Виды батарей и Существуют

комплектация батареи двух типов – малые и фотоэлектрические большие системы. К типу малых относятся аккумуляторами с панели напряжением от 12 до 24 вольт.

Такие батареи дать способны энергию, которой хватит на обслуживание освещения и телевизора в доме. Большие системы способны обеспечить полностью электроэнергией и отоплением дом средних Что.

размеров касается комплектации, стандартная батарея солнечного из:

  1. состоит вакуумного коллектора;
  2. контроллера, следящего за работой эффективной системы;
  3. насоса, который подает накопительному к теплоноситель баку от коллектора;
  4. емкости объемом 1000л – 500 для горячей воды;
  5. теплового или насоса электрического тэна.

Оборудовав мощное частного отопление дома солнечными батареями, вы можете горячей пользоваться водой, а также оборудовать систему пола теплого. Следует особо отметить, что установкой перед системы обязательно нужно просчитать ее Необходимо.

мощность учесть количество проживающих, площадь также, а жилья расход потребляемой энергии. На бытовые семья приборы из трех человек расходует в среднем 500 – 200 кВт в месяц.

Плюс к этому энергии количеству необходима мощность для подогрева Легче. воды всего площадь будущей системы отопления солнечного рассчитывается из учета 1 м? площади батареи на человека одного.

Для системы обогрева «теплый каждые» на пол 10м 2 такого пола потребуется 1 м? батареи солнечной.

Если вы планируете, отопление загородного солнечными дома батареями, учитывайте:

  • угол ската менее (не крыши 30?);
  • сторону света (выбирается солнечнаясторона самая);
  • количество солнечных дней в году;
  • рядом наличие высоких деревьев, которые могут работе помешать системы.

Инсоляция рассчитывается, исходя из 1000 в учета кВт/ч на 1 м? за год. Полученная энергия в случае этом равняется энергии, как от использованных газа л 100.

Некоторые мощные солнечные коллекторы отопления для дома могут обеспечить горячей среднюю водой семью, имея площадь чуть Они 4 м?. больше дают энергию около 2000 год/ч в кВт.

Если у вас установлена система солнечных на отопления батареях, учитывайте, что низкая активность солнечная в зимнее время может подвести. рекомендуется, Поэтому не отказываться полностью от других видов Самым.

отопления эффективным можно считать комбинированный отопления способ. В этом случае вы сможете подстраховаться в момент любой, если батареям будет недостаточно для света выработки энергии.

Корпус и стекло

Солнечные батареи для дома имеют алюминиевый корпус. Этот металл не корродирует, при достаточной прочности имеет небольшую массу. Нормальный корпус должен быть собран из профиля, в котором присутствуют, как минимум, два ребра жесткости. К тому же стекло должно быть вставлено в специальный паз, а не закреплено сверху. Все это — признаки нормального качества.

Корпус и стекло

Бликов на корпусе быть не должно

Еще при выборе солнечной батареи обратите внимание на стекло. В нормальных батареях оно не гладкое, а текстурированное. На ощупь — шершавое, если провести ногтями, слышен шорох. К тому же должно иметь качественное покрытие, которое сводит к минимуму блики. Это означает что в нем не должно ничего отражаться. Если хоть под каким-то углом видны отражения окружающих предметов, лучше найдите другую панель.

Корпус и стекло

Плюсы и минусы использования альтернативных источников тепла

Преимущества, которые обеспечивают высокоуровневые технологии:

  • Все способы получения энергии от солнца связаны с сохранением собственного здоровья. Давно доказано, что печь бытовая газовая и печь мартеновская вырабатывают одни и те же химические элементы. Итоговый «горячий стаж» домохозяйки вполне сопоставим со стажем сталевара.
  • Автономность энергообеспечения – синоним свободы.
  • Технологичность обслуживания внутридомовых систем – принципиально новый порядок жизни, связанный с достижениями XXI века.
Читайте также:  Выбираем и строим садовую печь своими руками: схемы и порядовки

Недостатки:

  • относительная дороговизна импортного оборудования
  • необходимость изменения привычного уклада жизни.
Плюсы и минусы использования альтернативных источников тепла

Наличие дешевого газа и других видов органики, которые можно сжигать, создают ощущение, что необходимость переоборудования всех инженерных систем домов наступит еще не скоро. Однако скоротечность многих процессов, буквально мелькнувших во времени, подсказывает, что стремительность технического прогресса часто превосходит самые смелые ожидания. Сегодняшние традиционные средства связи, способы перемещения в пространстве еще совсем недавно были альтернативными и непонятными большинству населения.

Преимущества и недостатки солнечных батарей

Для начала рассмотрим преимущества установки данной конструкции:

Преимущества и недостатки солнечных батарей

  • Значительная экономия денег расходов на электроэнергию. Ваша семья будет потреблять намного меньше электроэнергии от сети, за счет чего выплаты за свет значительно сократятся;
  • Независимость от работы электростанции. Если в городе свет на длительных срок отключают редко, то в дачных поселках отсутствие электричества 1-2 дня – это нормальное явление. Однако с солнечными батареями у вас будет свет несмотря на работу электростанции;
  • Долговечность. Все элементы конструкции изготавливаются из надежных сплавов металлов, песок раскаливается до максимальной температуры, пока не станет твердым, как сталь. Эксперты отмечают, что солнечные батареи обходятся без технического обслуживания десятки лет;
  • Позволяет сохранить чистоту атмосферы. Электростанции совершают непоправимый вред окружающей среде, тогда как солнечные батареи – это экологически чистое приспособление, которое никак не влияет на окружающую среду.

Установка панелей рядом с домом

Преимущества и недостатки солнечных батарей

Монтаж солнечных батарей на кровле

К недостаткам стоит отнести следующие пункты:

Преимущества и недостатки солнечных батарей

  • Бесперебойный доступ к электричеству не всегда возможен. Летом пользование солнечными батареями вполне целесообразно, тогда как в зимнее время приспособление вряд ли окажется эффективным. Однако, учитывая, что проживание в дачных домах чаще всего происходит именно в летние деньки, этот минус можно не учитывать;
  • Высокая стоимость. Как правило, постепенно выплачивать десятки тысяч рублей за конструкцию нельзя – нужно выложить всю сумму сразу. Это не под силу некоторым семьям.

Теперь, когда вы знаете, какие преимущества и недостатки имеют солнечные батареи для дачи в комплекте, вы сможете взвесить все «за» и «против», и принять правильное решение.

Условия монтажа обогревателей

При использовании энергии солнца следует учитывать следующее:

  • угол ската крыши, где будет монтироваться контсрукция должен быть не менее 30 градусов;
  • скат выбирается с самой солнечной стороны; площадь крыши должна быть от 40 м 2, только так можно будет получать достаточный объем энергии на всю семью;
  • стропильная система крыши обязана иметь определенный резерв прочности – сами батареи весят немало, да еще зимой будет накапливаться снег;
  • необходимо избавиться поблизости от высоких деревьев, которые могут загородить свет;
  • батареи требуют ухода – раз в квартал им придется проводить тщательную очистку от пыли и грязи, иначе их эффективность резко понизится;
  • на выработку в месяц до 500 кВт, и чтобы батареи просто функционировали полноценно, нужно в месяце от 20 солнечных дней;
  • не забывайте, активность солнца зимой может существенно снизиться – поэтому не стоит совсем отказываться от иных источников тепла.

Эффективней всего создать для дома комбинированную систему отопления, где второй источник всегда подстрахует в моменты недостаточности выработки энергии солнечными батареями.

И конечно главный недостаток – высокая стоимость за покупку и монтаж всей системы. Однако как показывает практика, окупаются они уже через несколько лет эксплуатации. А прослужить смогут до четверти века, снабжая ваш дом бесплатной энергией солнца.

И преимуществ и недостатков у обоих вариантов достаточно. Использовать или нет такую энергетику для автономного отопления собственного дома, решать каждому домовладельцу придется самостоятельно. С одной стороны независимость от организаций теплоснабжения и большие сроки службы, с другой немалая стоимость и отсутствие достаточной гарантированности в безоблачных днях.

Выводы

На практике, использование солнечных батарей и коллекторов для отопления дома вполне оправдывает себя, позволяя существенно понизить общие затраты на обогрев жилища. Но лучше всего задумываться о применении отопительных систем на солнечной энергии еще на стадии проектирования дома. Тогда удастся оптимально сориентировать поверхность крыши, дабы получить от солнца по максимуму. Тем самым сэкономить на обустройстве дома и гарантировать себе максимальное отопление.

Отопление дома от солнца – солнечные батареи на крыше

Тарифы на энергоносители постоянно растут, отопление является определяющей затратной частью содержания дома.

Читайте также:  Двухконтурный газовый котел схема работы и как выбрать

Поиски путей снижения оплаты отопления заставляют обратиться к неиссякаемому источнику энергии – солнцу.

Для обеспечения человечества всеми видами энергии достаточно освоить хотя бы десятитысячную долю попадающей на землю энергии солнца. Начнем с себя, попробуем отапливать дом солнцем.

Принцип действия

Преобразование энергии солнца в тепло возможно двумя путями – электрическим и прямым нагревом. Фотоэлектрические преобразователь имеют очень низкий КПД, доступные – до 10%, лабораторные – до 40%.

Для обогрева помещения малопригодны, практическое применение как источники тока находят в южных регионах с приоритетным количеством дней в году. Используются только потому, что государство и международные организации доплачивают за «зеленую», экологическую электроэнергию.

Выработка электроэнергии на фотоэлементах дороже обычной, экономическая рентабельность возможна для России при удорожании электроэнергии в три раза.

Непосредственный нагрев теплоносителя рентабелен даже при покупке дорогих европейских моделей гелиоустановок. Принцип действия тот же что и в летнем душе – солнце греет оболочку с водой, нагретая вода используется.

Необходимо отметить, что имеются системы с нагревом воздуха в качестве теплоносителя, но их применение очень ограничено самыми южными районами России. В дальнейшем будем рассматривать гелиосистемы с теплоносителем.

Виды гелиоустановок

Существует несколько систем солнечного нагрева жидкости – плоские, трубчатые, концентраторы.

Плоские представляют собой способ нагрева под стеклом.

Металлические трубки прямые или спиралью окрашены в черный цвет для лучшего нагрева, термоизолированы с трех сторон, со стороны освещения — накрыты стеклом или стеклопакетом.

Эти мероприятия направлены на снижение непроизводительных потерь тепла, напрямую влияют на КПД установки. Дешевые, просты в самостоятельном изготовлении, небольшой КПД.

Отопление дома от солнца – солнечные батареи на крыше

Обратите внимание

Трубчатые нагреватели своей конструкцией напоминают матрешку, — труба в трубе. Наружная стеклянная труба выполняет роль термоизолятора, из нее откачан воздух до разряжения, близкого к вакууму.

Внутренняя медная теплообменная трубка зачернена. Трубы собраны в систему нижним и верхним коллектором, количество можно набирать любое. Благодаря особой системе крепление трубок, замена их может выполняться в процессе эксплуатации.

Дороже плоских, но имеют до 30% больший КПД.

Концентраторы представляют собой зеркало, а чаще систему зеркал, концентрирующих солнечную энергию на объект нагрева — ту же трубку с жидкостью. Бывают двух типов – ленточные, когда нагревательная трубка расположена горизонтально, параллельно параболическому длинному зеркалу.

И точечные – система зеркал концентрирует поток света в точку. В быту такие системы применяются крайне редко ввиду высокой стоимости, но имеют самый высокий КПД благодаря системе управления. При движении солнца зеркала централизованно поворачиваются, максимально улавливая свет.

Такие системы применяются также в тепловых электростанциях – вода доводится до кипения и вращает турбину.

Практическое применение

Для реального от отопления дома нужно использовать трубчатые нагреватели, имеющие коэффициент поглощения – до 98% и могут работать до температуры в — 40С. Но одних солнечных панелей недостаточно, нужна система отопления, включающая в себя термоизолированные трубопроводы, накопительный бак, насос, контроллер.

Собрать самостоятельно такую систему не сложно даже начинающему слесарю. Нужно понимать принципы — в солнечной батарее циркулирует незамерзающая жидкость с низкой температурой кипения, отдача тепла происходит в теплообменном баке – накопителе. Солнечная панель устанавливается под углом, выше широты расположения на градус.

Для средней полосы России оптимален угол наклона 30-40 градусов.

Гелиоустановки не могут обеспечить полную мощности отопления ввиду малого количества солнечных дней в году зимой, но помогут сэкономить на отоплении до 60% и обеспечить полностью горячей водой.

Обогреть дома с помощью солнца и ветра

Солнечные коллекторы для нагрева воды и отопления

Как рассчитать мощность электростанции на солнечных батареях

Оттолкнуться нужно от того, сколько электроэнергии вам нужно для нормального функционирования здания. Самый простой способ — выписать все эл. приборы, которые вы планируете использовать, время их работы и потребляемую мощность.

Пример:

  • Холодильник: 100Вт – 24ч – 2400Вт
  • Освещение: 100Вт – 5ч – 500Вт
  • Чайник: 15мин – 1,5кВт – 0,03кВт
  • Стиральная машина:
  • Ноутбук:
  • Итого: 3кВт

3кВт — это мощность, которую должна производить солнечная электростанция для нормальной жизнедеятельности здания. Т.е. понадобится 12 панелей мощностью по 260Вт. На практике их производительность будет выше (при коэффициенте солнечной активности 4.5 суточная выработка станции составит 14кВт), однако мы отталкиваемся от самого пессимистичного сценария, при котором каждый день — пасмурный. Также учитывайте: если вы не подключены к зеленому тарифу или не запасаете энергию на аккумулятор, то избыток будет сгорать.

Если вы устанавливаете солнечную электростанцию для заработка на зеленом тарифе,  то начать можно с любой мощности и постепенно её наращивать.