Солнечные батареи для отопления дома: технологии и решения

«В ногу со временем» — надежное солнечное отопление частного дома

Обновлено: 13 августа 2019

Солнечное отопление

Постоянный рост тарифов и ветхое состояние коммуникаций вынуждают владельцев частных домов активно искать альтернативные способы обогрева. Одним из мощных и неиссякаемых источников является Солнце, ежедневно поставляющее огромное количество киловатт бесплатной энергии. Необходимо установить соответствующее оборудование, и зависимость от поставщиков сетевых ресурсов останется в прошлом.

Солнечная энергия имеется всегда, хоть и зависит от погодных условий или времени суток. Для регионов, где климатические и погодные условия позволяют получать достаточное количество киловатт для обогрева, такой вариант становится оптимальным. Солнечное отопление предоставляет массу возможностей и преимуществ, о которых следует поговорить подробнее.

Устройство и принцип работы

Солнечное отопление частного дома — инновационная технология, о которой пока еще не все имеют четкое представление. Между тем, все возможности для установки и использования соответствующих комплексов имеются практически у любого домовладельца. Необходимость финансовых вложений существует только для приобретения аппаратуры или оборудования, все остальное он получит бесплатно.

Существует два варианта организации солнечного отопления:

Использование солнечных батарей — более затратный метод, требующий присутствия большого количества оборудования. Используются фотоэлектрические элементы, расположенные на открытой площадке под нужным углом для максимально перпендикулярного падения солнечных лучей. Они вырабатывают электрический ток, который накапливается в аккумуляторных батареях, преобразуется в переменный ток со стандартными параметрами, после чего направляется на отопительные приборы.

Отопление от солнечных батарей в частном доме дает массу дополнительных возможностей. Такой способ имеет значительное преимущество —электрический ток, который вырабатывают солнечные батареи, можно использовать не только на обогрев дома, но и на питание любых приборов, на освещение или иные надобности.

Солнечные батареи для дома для отопления, стоимость которых довольно высока, могут оказаться невыгодны с финансовой точки зрения.

Солнечные коллекторы действуют по другому принципу. Они не вырабатывают, а получают от Солнца тепловую энергию, которая нагревает теплоноситель в емкостях или трубках. В принципе, коллектором можно считать любую емкость с водой, выставленную на солнце, но имеются специальные конструкции, способные продемонстрировать наибольшую эффективность. Такой вариант системы значительно проще, дешевле и доступен для самостоятельного изготовления.

Полученное тепло сразу реализуется в повышении температуры теплоносителя, который аккумулируется в накопительной емкости, откуда распределяется по отопительным контурам дома. Оптимальным способом обогрева является использование низкотемпературных систем, таких как теплый пол. Они не нуждаются в сильном нагреве, что соответствует возможностям солнечных коллекторов. В ночное время расходуется теплоноситель, нагретый за день.

Для максимальной солнечных коллекторов эффективности необходимо качественно утеплять накопительную емкость.

Преимущества

Основное преимущество состоит в том, что Солнце — постоянный и неиссякаемый источник, стабильный и полностью предсказуемый. В отличие от ветрогенераторов, которые могут простаивать неделями, солнечная энергия подается в заранее известные временные интервалы. Единственным недостатком является возможность пасмурной или холодной погоды, когда эффективность работы батарей и коллекторов падает. Однако, современные конструкции позволяют получать минимальное количество даже в самых сложных условиях, поэтому при правильном расчете никакие неожиданности системе обогрева не угрожают.

Кроме того, нельзя забывать, что солнечная энергия достается совершенно бесплатно. Если при отоплении дома газовыми или электрическими котлами надо приобретать само оборудование и потом постоянно оплачивать энергию или топливо, то солнечная энергия не оплачивается, что значительно изменяет уровень рентабельности аппаратуры и всей системы в целом.

Однако, не следует забывать, что солнечное отопление частного дома, цена и трудозатраты на монтаж которого нередко становятся основной проблемой, выгодно только в регионах с подходящими климатическими и погодными условиями.

Дополнительным преимуществом является высокая ремонтопригодность системы и возможность наращивания ее производительности. В данном вопросе никаких ограничений нет — сколько установлено панелей или коллекторов, столько энергии и будет получено. Если установленный комплект оказался неспособен к эффективному обогреву дома, его всегда можно усилить добавлением нужного количества оборудования. Это удобно при необходимости перестроить или расширить дом, сделать пристройку и т.д. Необходимости покупать новую систему полностью это не возникает.

Виды отопления

Фотоэлектрические элементы не работают исключительно на обогрев, который является частным случаем их использования, тогда как солнечные коллекторы служат только источниками питания отопительных контуров. Поэтому рассмотрим именно коллекторы, обеспечивающие отопление на солнечных батареях, цена которого значительно ниже, чем у фотоэлектрических элементов.

Существует несколько конструкций солнечных коллекторов:

Эти конструкции обладают разными возможностями и применяются для решения задач, соответствующих их эффективности. Рассмотрим их внимательнее:

Открытые солнечные коллекторы

Открытые конструкции являются наиболее простыми и даже примитивными. Они представляют собой емкости, обычно черные узкие продолговатые пластиковые лотки, наполненные водой. Они ничем не накрыты, вода находится на открытом воздухе (отсюда и название).

Такие конструкции имеют массу недостатков:

  • возможность давать положительный эффект только при плюсовых температурах;
  • необходим относительно небольшой перепад температур в коллекторе и внешней среде;
  • долговечность таких установок низка — как правило, один сезон;
  • как следствие вышесказанному — крайне низкий КПД.

Для решения серьезных задач подобные установки использовать невозможно, поэтому они применяются для подогрева воды в открытых или передвижных бассейнах, летнем душе и т.п. однако, есть и достоинства — подобные устройства очень просты. Обогреватель от солнечной батареи легко может быть изготовлен самостоятельно, а в регионах с подходящими климатическими условиями его возможности заметно расширяются.

Трубчатые коллекторные разновидности

Трубчатые вакуумные коллекторы относятся к более серьезным устройствам, способным обогревать жилье или иные помещения. Они состоят из следующих элементов:

  • корпус, покрытый черной краской и имеющий форму плоского ящика;
  • распределитель (или, как его иногда называют, manifold, манифольд) — трубка с несколькими присоединительными патрубкам по бокам;
  • вакуумные трубки, изготовленные из стекла.

Эффективность устройства обеспечивает наличие вакуума, теплопроводность которого практически отсутствует и позволяет исключить потери.

Существует несколько видов трубчатых коллекторов, различающихся по конструкции распределителя и трубок:

  1. Коаксиальные трубки прямого нагрева. Подготовка теплоносителя происходит при непосредственном контакте с поглощающей поверхностью
  2. Система heat-pipe. Трубки соединяются с распределителем через специальные гнезда и отдают через них нагретый теплоноситель. Конструкция удобна из-за высокой ремонтопригодности.
  3. Система U-type. Трубки имеют двойную длину и согнуты пополам. Начало соединено с одним распределителем, а конец — с другим. Такая схема позволяет увеличить время контакта с солнечным теплом, за счет чего повышается эффективность нагрева.
  4. Перьевые системы. Представляют собой модификацию системы heat-pipe, накрытую прозрачной пластиной с вакуумом под ней. Дают повышенную эффективность, но имеют высокую цену и низкую ремонтопригодность.

Монтаж трубчатых коллекторов, как правило, производят на кровлю дома.

Плоские закрытые системы

Солнечное отопление дома с помощью плоских систем позволяет получить высокую эффективность при относительно низких затратах. Конструкция базируется на специальной утепленной металлической пластине с поглощающим покрытием, которая называется адсорбер. На пластину зигзагами напаяна трубка с теплоносителем. Лицевая сторона накрыта прозрачной крышкой, из-под которой выкачан воздух. Солнечный обогреватель такого типа способен работать даже при отрицательных температурах. Это позволяет обеспечивать отопление дома солнечными батареями зимой, отзывы пользователей позволяют делать достаточно оптимистичные прогнозы о будущем такого способа обогрева.

Существуют более простые виды плоских коллекторов, где не имеется вакуума. Они менее эффективны, но стоимость и ремонтопригодность значительно выше. Отопление на солнечных батареях плоского типа безвакуумной конструкции обойдется значительно дешевле, а возможность восстановления панелей увеличивает срок их службы.

Выбор солнечного коллектора и его монтаж

Перед домовладельцем, решившим создать солнечное отопление частного дома своими руками, встает задача выбрать наиболее подходящий тип коллектора. Этот вопрос достаточно сложен, но разобраться в нем необходимо.

Открытые коллекторы не подойдут из-за низких возможностей, поэтому о них нет смысла говорить. Обычно выбор производится между трубчатыми и плоскими видами. Первым и самым значимым критерием выбора обычно становится соотношение цены и качества изделий.

Такой подход оправдан, но нельзя не учитывать ремонтопригодность. Так, вакуумные трубки можно менять далеко не во всех видах коллекторов, что делает выбор рискованным. При выходе из строя одной из них у некоторых видов коллекторов придется менять всю панель, что потребует расходов. Вообще, все вакуумные устройства — довольно рискованное приобретение, так как любое механическое воздействие грозит потерей источника тепловой энергии.

Выбрав оптимальный вариант, приступают к монтажу. Для него надо выбрать подходящую площадку, расположенную неподалеку от дома. Это важно, поскольку транспортировка теплоносителя на большие расстояния потребует качественного утепления и установки циркуляционного насоса. Обычно коллекторы устанавливают на крышу, чтобы получить возможность циркуляции самотеком. Единственной проблемой становится расположение скатов относительно положения солнца на небе — иногда приходится устанавливать трекинг-систему для поворота панелей. Это дорого и требует использования гибких трубок, но эффект в результате получается значительно выше.

Схемы подключения к системе отопления

Солнечное отопление своими руками необходимо окончательно реализовать, подключив его к отопительной системе. Оптимальным способом станет использование теплого пола, температура теплоносителя для которого не превышает 55 градусов. Рассмотрим схемы подключения, обеспечивающие обогрев дома солнечной энергией:

С водяным коллектором

Водяные коллекторы непосредственно подключаются к отопительному контуру дома. Существует два варианта присоединения: летний и зимний.

Летний вариант, как правило, используется для подачи нагретой воды в душ или для иных надобностей, поскольку обогрев дома летом не нужен. Схема самая простая — коллектор устанавливается на открытой площадке, вода, нагреваясь, поднимается в накопительный бак, установленный уровнем выше. По мере разбора, емкость пустеет, поэтому в нее постоянно подается подпитка, поступающая в коллектор и получающая в нем тепловую энергию. Этот способ несложен и может быть без проблем реализован своими руками.

Зимний вариант сложнее. Коллектор, установленный на открытой площадке, подает нагретый теплоноситель (рекомендуется использовать антифриз) в змеевик теплообменника. Он представляет собой вертикально установленную емкость со змеевиком внутри. Возникает две петли — в одной циркулирует антифриз (по кругу коллектор-теплообменник), в другой циркулирует теплоноситель (из теплообменника в отопительный контур и обратно). Циркуляцию антифриза необходимо обеспечить с помощью циркуляционного насоса, иначе система работать не будет. Циркуляцию теплоносителя можно организовать как естественным способом, так и принудительно, с помощью насоса. Оптимальный вариант отопительного контура — система теплого пола, позволяющая получить максимальный эффект как в дневное, так и в ночное время суток.

Будет полезно:  Установка трапа для душа в полу под плитку

С солнечной батареей

Отопление от солнца своими руками, созданное на базе солнечных батарей, осуществляется путем установки электрического нагревателя. В данном случае фотоэлектрические элементы лишь обеспечивают питание ТЭНов, установленных в электробойлере, не имея непосредственного отношения к отопительному контуру.

Система отопления и солнечные батареи со всем комплексом аппаратуры монтируются отдельно. Способ соединения выбирается произвольно, исходя из особенностей обеих систем. Подключение бойлера, насоса и прочих устройств выполняется обычным способом, никаких специфических требование не имеется.

Солнечные батареи для отопления дома: технологии и решения

Всем, что мы видим вокруг себя, мы обязаны свету. Любая форма жизни без него невозможна. Свет – первоисточник движения и всех физических процессов, благодаря которым мы видим мир таким, какой он есть.

Энергия Солнца издавна не давала покоя самым гениальным умам человечества, но приручить солнечный свет, сделать его послушным своей воле, до недавнего времени не смог никто. Современные инновационные технологии со скрипом, наконец, придали практический смысл такому изобретению, как солнечная батарея для отопления дома.

Гелиоэнергетика разрабатывает множество устройств для использования солнца. Одной из таких попыток является создание гелиоустановок – комплекса систем для преобразования солнечной энергии в другие виды энергии.

Солнечная батарея для отопления дома, гелиосистема для охлаждения помещений, кондиционирование, опреснение морской воды, выработка электричества – далеко не полный список возможностей солнечного луча.

Использование солнечной энергии в других сферах деятельности и достоинства самой солнечной батареи дало толчок для разработок таких систем отопления. Многих привлекает идея отказа от централизованного отопления в силу многих причин – удаленность от систем коммуникаций, дороговизна топлива, а кого-то просто из любопытства.

Особенно гелиосистемы востребованы в тех районах, где преобладает солнечная погода и повышена солнечная активность.

Практические преимущества отопительных гелиосистем среди других систем отопления видны с первого взгляда.

  • Отсутствие дополнительных расходов. Достаточно установить оборудование единожды, и оно не потребует дальнейших расходов долгое время. Солнечная батарея может бесперебойно служить до 30 лет.
  • Экологическая чистота. При работе солнечного коллектора или солнечной батареи не выделяется никаких вредных для человека и атмосферы веществ и испарений, так как не происходит сжигания энергоносителей.
  • Автономность. Гелиосистема может стабильно обеспечить жилой дом теплом и электричеством, настолько, насколько позволяет ее мощность и производительность. Такая система не зависит от поставок побочных энергоносителей.
  • Пожарная безопасность. Гелиосистемы не используют воспламеняемые энергоносители, что исключает риск возникновения огня в системе.
  • Автоматизация. Все процессы получения тепла внутри системы полностью автоматизированы.

К сожалению, такая система имеет свои минусы. Если учесть, что в северных странах Солнце не частый гость и зимние температуры нередко падают до -30°С, то для полноценной мощности системы следует собирать довольно крупные блоки из солнечных батарей. А это обходится намного дороже.

Варианты использования

Отопление энергией солнечных лучей дает возможность применять несколько видов устройств, которые работают по разным принципам.

Солнечные батареи

Батареи работают по принципу поглощения солнечного света фотоэлементами, сгруппированными на панелях. Внутри фотоэлементов образуется фотохимическая реакция. Электрический ток, образованный в каждом фотоэлементе суммируется и выводится наружу. Такая панель может произвести больше 240 Вт. В среднем, чтобы обеспечить электропитание одного дома, нужно покрыть такими панелями 20 – 30 м².

Получаемая энергия поступает на аккумулятор, затем через инвертор в потребительскую сеть помещения. Для обогрева коттеджей, дач и частых домов, как правило, пользуются системой «теплого пола», в которой применяют инфракрасные или электротэны. Иногда внедряют комбинированную систему с отоплением водой.

Солнечные коллекторы

Коллекторные батареи отличаются по принципу работы. Они представляют собой набор герметичных труб, соединенных между собой. Каждая из них собрана из четырех элементов –

— стеклянная противоударная полая трубка,

— внутренняя, обработанная селективным слоем, который усиливает прием тепла,

— фольгированный рефлектор, расположенный за трубкой для коррекции светового потока,

— теплообменник из меди, заполненный теплоносителем и находящийся во внутренней трубке.

Для обеспечения дома отоплением и теплой водой система включает в себя накопитель с объемом, пропорциональным мощности солнечного коллектора. Во внешнем баке стоит спиралевидный теплообменник. Он подсоединяется к тепловому контуру коллектора. Температура рабочей жидкости в таких системах может составлять от +50 до +200°С.

Безнапорная пассивная система

Стоит отметить в рамках обзора гелиосистем самую простую и эффективную систему отопления и горячего водоснабжения – Безнапорную. Она представляет собой солнечный коллектор с аккумулятором теплой воды или теплоносителя. Они являются самыми дешевыми в классе устройств и по дешевизне может конкурировать только с самодельной. Такая солнечная батарея для отопления дома прекрасно подходит даже для небольшого двухэтажного коттеджа или пансионата. Особенностью ее является тип подачи воды.

Напорный бак, находящийся в самой верхней точке солнечной батареи, подает воду самотеком без использования насосов. Такая система вполне подойдет для двух – трех точек отбора воды. Часто устанавливают смесители для смешивания воды из напорного бака с холодной водопроводной водой. Для этого необходима установка редуктора, понижающего давление водопровода. Такие системы могут служить более 10 лет и не требуют особого ухода. Минусом такой комплектации будет ежегодный слив воды на зиму и необходимость накрывать сам солнечный коллектор.

Активная солнечная батарея для отопления дома

Чем-то средним между сезонным солнечным коллектором и полноценной системой, где используется солнечная батарея для отопления дома, станет всесезонный солнечный коллектор, или активный солнечный коллектор. Они дороже, чем безнапорные, но зато предоставляют гораздо больше возможностей. Самое главное, что они пригодны для использования в зимнее время. В отопительный контур включен электрический догрев воды или другого теплоносителя. Система подогрева используется во время пасмурной погоды, когда энергии солнца не хватает для полноценного функционирования.

Интенсивность нагрева можно менять вручную, либо автоматически. Также до определенного предела можно увеличить температуру теплоносителя путем добавления солнечных коллекторов. Так поступают, когда нужно нагреть больший объем воды или увеличить площадь отапливаемого помещения. Каждая такая активная система состоит из солнечного коллектора, контроллера, ресивера, циркуляционного насоса, расширительной емкости и соединительных труб.

Поскольку потребность в энергетических ресурсах растет непомерными темпами, прямо пропорционально ухудшается состояние экологического здоровья земли. На этом фоне все активнее просыпается интерес к поиску альтернативных источников энергии. Особенно остро эта проблема стоит для стран с высоким уровнем потребления энергоресурсов и стран с катастрофическим дефицитом источников энергии.

Только сегодня гражданские, а не военно-космические технологии робко поворачиваются лицом к этой серьезной проблеме для всего человечества. Только сегодня гражданская энергетика более-менее всерьез заговорила об использовании солнечного света – абсолютно бесплатного и независимого поставщика энергии.

Лучшие солнечные батареи для отопления квартиры и частного дома

Использование энергии солнечного света для отопления жилища – относительно молодая технология. Она обладает большим потенциалом для развития и большим будущим. Энергия Солнца – бесплатный и возобновляемый источник тепла с практически бесконечным запасом.

Солнечный свет пока не может служить единственным источником энергии. Гелиосистемы используются в качестве дополнительного нагревателя в комплексных системах отопления.

Развитие технологий, совершенствование свойств материалов, инженерных конструкций и технологий энергосбережения в обозримом будущем позволит полностью отопить дом солнечной энергией.

Отопление за счет солнечной энергии: миф или правда

Солнце является источником жизни на нашей планете. Солнечная энергия, преобразованная фотосинтезом растений, превратилась в источники ископаемого углеводородного топлива: нефти, газа, угля.

Дрова можно считать возобновляемым источником энергии для отопления. Подставляя лицо солнечным лучам, мы ощущаем тепло. Человека давно волновал вопрос: можно ли использовать энергию солнца для отопления жилища напрямую?

Современные технологии позволяют использовать солнечную энергию для отопления всего дома круглый год. Но, к сожалению, в регионах с холодным климатом такой способ не стал еще экономически эффективным и полностью надежным. Это связано прежде всего с переменной прозрачностью атмосферы из-за облачности.

В результате отопление традиционным топливом все еще дешевле и стабильнее. Но даже в морозных регионах солнечная энергия может стать заметным подспорьем в качестве дополнительного источника тепла в составе комплексной системы обогрева.

Инженеры и ученые постоянно работают над повышением эффективности систем преобразования энергии, улучшением свойств материалов и развитием ресурсосберегающих технологий. Отопление за счет солнца на протяжении жизни одного поколения может превратиться из фантастического мифа в повседневную реальность.

Конструкция солнечных батарей

Солнечная батарея, преобразующая световое излучение в электрический ток, состоит из большого количества фотодиодных элементов. При попадании на поверхность такого элемента солнечного света он начинает генерировать слабый электроток. Для получения технически значимого напряжения и мощности фотоэлементы объединяют в матрицы, состоящие из десятков и сотен ячеек.

Фотоэлементы закреплены на подложке, обеспечивающей коммутацию элементов и механическую прочность конструкции. Сверху элементы закрыты прозрачным защитным слоем, предохраняющим их от воздействия воздуха, ветра, осадков и пыли. Конструкция панели ограничивается прочной рамой, за которую она крепится к кронштейнам или непосредственно к поверхности крыши.

Угол падения солнечных лучей относительно поверхности Земли меняется в течение суток, а также в течение года. Чем ближе этот угол к прямому, тем эффективнее преобразуется световой поток. Бюджетные модели крепятся в фиксированном положении, под углом, позволяющим максимизировать количество тепла за сутки и за год. Более дорогие модели снабжаются моторизованным приводом, поворачивающим панели вслед за солнцем подобно цветку подсолнечника.

Выводы матриц фотоэлементов подключаются к кабелям, соединяющим их с контроллером. Контроллер стабилизирует напряжение с помощью инверторного преобразователя так, что его параметры позволяют питать нагреватели в помещениях и другое потребительское электрооборудование.

Преимущества и недостатки отопления от солнечных батарей

Отопление от солнечных батарей дает владельцу следующие преимущества:

  • высокая экологичность, использование возобновляемых источников энергии, снижение нагрузки на окружающую среду;
  • независимость от поставщиков энергоресурсов;
  • создание собственного запаса энергии (при наличии аккумуляторов);

Присущ таким системам и ряд недостатков:

  • цена оборудования;
  • сложность эксплуатации, обслуживания и ремонта;
  • ограниченный срок службы фотоэлементов;
  • нагрузка на окружающую среду переносится от точки потребления в точку производства оборудования.

Экологи отмечают, что на сегодняшний день суммарное загрязнение окружающей среды при производстве фотоэлементов, сплавов, пластмасс и аккумуляторов, входящих в состав гелиосистемы, сопоставимо с загрязнением от локальной углеводородной отопительной установки.

Принцип работы альтернативной системы отопления

Фотопанель – важный, но далеко не единственный необходимый компонент отопительной системы. Необходимы также контроллер, комплект аккумуляторов, инвертор, проводка и электроарматура для подключения к электросети частного дома.

Будет полезно:  Детские комнаты в стиле кантри и не только. Какой интерьер подходит для современных детей?

Панель с фотоэлементами

По виду используемых кристаллов панели делятся на три категории:

  • Монокристаллические . Все элементы ориентированы в одном направлении. Если правильно расположить такую панель относительно потока солнечных лучей, она будет выдавать максимально возможный ток. Такие панели лучше всего подходят для управляемых моторизованных систем.
  • Поликристаллические . Фотоэлементы ориентированы в нескольких направлениях. При изменении угла падения часть элементов оказывается сориентирована близко к оптимальному углу. По мере изменения угла падения оптимально сориентированы становятся другие группы кристаллов. Пиковая мощность такой панели заметно меньше, чем монокристаллической, зато она более постоянна во времени и обеспечивает большую стабильность без поворота всей панели.
  • Аморфные . Кристаллы сориентированы произвольно. Такая конструкция оптимальна для преобразования слабого, рассеянного облаками солнечного потока.

Комплект для эксплуатации системы

Чтобы система заработала, к фотопанелям необходимо подключить следующее оборудование:

  • соединительные кабели;
  • контроллер напряжения: блок, отвечающий за сбор энергии с систем панелей, управление ее распределением и обеспечение стабильности выходного напряжения;
  • блок аккумуляторов, запасающий избыточную электроэнергию в солнечное время суток для расходования ее в пасмурную погоду и ночью.

Это сложная инженерная система, для ее эффективной и безопасной работы необходимы навыки проектирования энергосистем и глубокие знания электротехники.

Гибридная система с ветрогенератором

В состав системы солнечного отопления часто включают и ветрогенератор. Такое решение эффективно в ветреных районах: в степях, предгорьях, на побережьях. Использование энергии ветра служит надежным подспорьем в деле отопления жилища.

При работе мощных ветрогенераторов создаются низкочастотные колебания, распространяющиеся по земле и воздуху и негативно влияющие на самочувствие людей, животных и растений.

Коллекторная система отопления с помощью солнечных батарей

Существует еще один способ отапливать жилище с помощью солнечной энергии. Он не связан с двойным преобразованием тепловой энергии излучения в электричество и обратно.

Описание и принцип работы

На солнце располагают батареи прозрачных трубок, по которым циркулирует жидкий теплоноситель. Трубки соединяются в коллекторы, связанные прямым и обратным трубопроводами с домовой системой отопления.

С тыльной стороны трубки покрыты напыленным отражающим слоем для повышения эффективности использования солнечной энергии. Батареи трубок вместе с коллекторами монтируются на панели, с фронтальной стороны закрытые стеклом или прозрачной армированной пленкой для защиты от погодных явлений и механических повреждений.

Жидкость нагревается солнечными лучами, циркуляционный насос подает ее в систему отопления дома. Там нагретый теплоноситель отдает тепло радиаторам или нагревает теплоакуумулятор – большую теплоизолированную емкость с горячей водой. Она будет использоваться для отопления в пасмурную погоду или ночью, когда поступление тепла в коллекторы снизится или прекратится.

Преимущества

Такая гелиосистема обладает следующими преимуществами:

  • отсутствие двойного преобразование энергии;
  • простота конструкции;
  • отсутствие проводки и электрокомпонентов на открытом воздухе;
  • долговечность.

К недостаткам конструкции относят:

  • громоздкость;
  • невозможность поворота коллектора вслед за Солнцем;
  • низкая прочность;
  • малая эффективность преобразования;
  • сложность аккумуляции больших запасов тепла.

Простота конструкции позволяет обслуживать и ремонтировать систему самостоятельно.

Комплектация для коллекторной системы

Для работы системы необходимы следующие узлы и устройства:

  • блок солнечных коллекторов;
  • управляющий блок, отслеживающий уровень поступающей от коллекторов энергии и управляющий теплоаккумулятором;
  • теплоизолированный бак теплоаккумулятора;
  • радиаторы и трубопроводы;
  • циркуляционный насос.

В районах с холодным климатом необходимо предусмотреть дополнительный источник тепла на случай сильных морозов или продолжительной пасмурной погоды.

Необходимость иметь запасной источник нагрева теплоносителя

Если в регионе наблюдается менее 200 солнечных дней в году, то установка дополнительного источника тепла становится обязательной. Это может быть электрический ТЭН, тепловой насос либо котел на твердом или жидком углеводородном топливе.

Потребуется и арматура коммутации трубопроводов отопительной системы. Она управляется вручную или автоматикой.

Особенности установки солнечных батарей

Для того, чтобы солнечные батареи работали эффективно, необходимо внимательно подойти к выбору места и угла их установки. Поставщики оборудования предлагают таблицы для расчета оптимального угла к горизонту для разных географических широт.

При монтаже на крышу следует выбирать южные скаты. Деревья и другие строения не должны затенять панели. Недавно был начат выпуск так называемой «солнечной черепицы», в которую на заводе встраивают панели фотоэлементов.

Итог: когда оптимально использовать солнечные батареи

Солнечные батареи для отопления дома при сегодняшнем уровне развития технологий и цен на оборудование экономически эффективно применять и летом, и зимой в районах с умеренным и мягким климатом, при наличии не менее 200 солнечных дней в году.

В остальных случаях их можно рассматривать как вспомогательную систему для снижения затрат на энергоносители и сокращения вредных выбросов в атмосферу.

Выгодно ли отапливать загородный дом солнечной энергией? на сайте Недвио

Несмотря на то, что среди европейцев и американцев вошло в моду отапливать свои дома солнечной энергией, в России эта технология так и не стала популярной. Возможно это связано с нашим климатом, возможно с дороговизной оборудования и его установки.

Тем не менее, мы думаем, что многим людям будет интересно как это работает, тем более, что в нашей стране до сих пор много удаленных уголков и мест, где не то, что нет газа, но даже электричества. Понятное дело, что здесь уже стоит рассматривать любые варианты благоустройства своего жилища.

В данной статье мы рассмотрим как устроены такие системы отопления, их плюсы и минусы и особенности установки.

Как отапливаются дома за счет солнечной энергии?

К решению об установке в своем доме системы отопления с помощью солнечных батарей следует подходить взвешенно, оценив все «за» и «против», поскольку приобретение самых батарей, дополнительного оборудования и непосредственно сам монтаж потребует значительных расходов. Мы поговорим об этом предметно в конце статьи, а пока рассмотрим из чего состоит оборудование для отопления дома солнечной энергией.

Работает данная система за счет установке на крыше дома устройств прямого преобразования солнечной энергии в электрическую, эти устройства еще называют солнечными панелями или фотоэлементами. Встроенные в них фотоэлектрические системы, вырабатывающие ток под воздействием солнечного света, изготавливают из полупроводниковых материалов. Соединение фотоэлементов в модули, а тех в свою очередь друг с другом, позволяет создавать фотоэлектрические станции практически любого размера и мощности.

Фотоэлементы работают на основе физического принципа, при котором ток образуется благодаря воздействию света между двумя полупроводниковыми элементами с разными электрическими характеристиками и находящимися в контакте друг с другом. Из множества таких элементов и создаются солнечные панели или модули.

Фотоэлектрические модули вырабатывают постоянный ток, используемый в большинстве устройств, работающих от аккумуляторных батарей. Если же необходим постоянный ток, то к системе добавляют инвертор.

Оборудование для обеспечения загородного дома, дачи или коттеджа солнечной энергией состоит из следующих компонентов:

  • Фотоэлектрическая панель;
  • Концентратор;
  • Следящая система;
  • Поворотный механизм;
  • Теплообменник;
  • Блок управления;
  • Насос;
  • Аккумуляторы;
  • Инвертор.

Установка такой системы несложна, ее можно выполнить своими силами за несколько часов, если следовать инструкции. Хотя, учитывая опасность работ, связанную с риском поражения током или падения с крыши, мы настоятельно рекомендуем поручить это дело профессионалам.

Применение и надежность солнечных панелей

Система выработки электричества за счет солнечной энергии используется во всем мире уже лет 30-40, если не больше. За это время панели и фотоэлементы были серьезно усовершенствованы, оборудование протестировано в разных климатических условиях на всех 5 континентах.

Учитывая моду в XXI веке на все натуральное и экологически чистое, есть все основания полагать, что в ближайшие 15-30 лет большая часть населения во всем мире перейдет на отопление за счет солнечных панелей и фотоэлектрических систем, благодаря которым будет больше не нужно строить дорогостоящие большие электростанции и подстанции, а также тратиться на дорогое и неэкологичное топливо из нефти и газа. Со временем, по мере снижения стоимости фотоэлементов и усовершенствования технологий откроется больше возможностей для применения данных устройств.

Солнечная энергия, на самом деле, уже активно применяется человечеством (и не только в разрекламированных электромобилях). К простейшим системам, в которых уже используются фотоэлементы, относятся:

  • Фотоэлектрические насосные установки, ставшие прекрасной альтернативой ручным насосам и дизель-генераторам;
  • Системы с аккумуляторами, позволяющие батарее заряжаться и накапливать энергию, чтобы отдать ее при необходимости в любое время;
  • Системы с генератором позволят получать электричество в тех случаях, когда его необходимо больше, чем может дать фотоэлектрическая батарея. Такое комбинированное применение генератора и фотоэлементов позволит значительно снизить первоначальную стоимость системы;
  • Фотоэлектрические системы, интегрированные в электросеть. Таким образом, часть электроэнергии можно брать от фотоэлементов, а при нехватке – из общей коммунальной электросети, при этом аккумулятор не используется или просто заряжается;
  • Промышленные фотоэлектрические системы, которые работают совершенно бесшумно, не нуждаются в ископаемом топливе и не загрязняют окружающую среду.

Плюсы и минусы отопления дома за счет солнца

В настоящее время, к сожалению, такие системы пока что еще не получили массового применения в жилищном строительстве и коммунальных сетях, в связи с тем, что получение электроэнергии от солнца пока обходится дороже, чем от традиционных электростанций, да и выработка электричества возможна только в светлое время суток и при хорошей погоде.

Тем не менее, у данной технологии есть немало плюсов. Преимуществом использования для отопления дома солнечной энергии является:

  1. высокая экологичность;
  2. самостоятельное регулирование температуры;
  3. автономность от коммунальных служб;
  4. длительный срок эксплуатации;
  5. нет необходимости платить за электроэнергию и постоянно заботиться о запасах топлива.

К недостаткам систем солнечных батарей следует отнести следующее:

  1. проблематичность использования в регионах с частыми атмосферными осадками и постоянной облачностью;
  2. необходимость больших свободных площадей для монтажа системы;
  3. высокая стоимость;
  4. низкий КПД при непогоде;
  5. необходимость приобретения дополнительного оборудования;
  6. длительная окупаемость.

Стоимость солнечных батарей

Приблизительная цена одной солнечной панели составляет порядка 90 руб./ 1Вт. Следовательно, блок с максимальной мощностью 200 ВТ будет стоить примерно 18.000 рублей.

Вполне естественно, что нормальной работы всех электросетей и коммуникаций дома одного такого модуля будет не достаточно, и таких блоков придется купить более 10 штук. Так что собственная солнечная электростанция с общей мощностью в 1 кВт обойдется порядка 250.000 рублей, не говоря уже о стоимости дополнительного оборудования и работ по установке.

Однако солнечные элементы, изготовленные на основе моно- или поликристаллического кремния, смогут обеспечить полную автономность дома в любое время. Очень важно при этом грамотно подобрать необходимые фотоэлементы и вычислить необходимое их количество в соответствии с площадью дома и требуемой мощностью.

Будет полезно:  Соединители для МДФ панелей

Стоит ли устанавливать на свой дом солнечные панели?

Это хороший вопрос. Для большинства россиян, конечно, будет «дико» потратить 5-15 тысяч долларов на установку солнечных панелей, ради заботы об окружающей среде. Тем более, что эти деньги можно потратить и на более «приземленные вещи», например на отделку дома и его ремонт. Однако, отметим, что применение солнечной энергии имеет массу интересных преимуществ.

Так, к примеру, судя по опросам владельцев загородных домов, кто установил солнечные панели, они сумели снизить счета за электричество более чем на 80%. Это может стать существенной экономией для вас, если ваша дача или коттедж отапливаются только электричеством.

Сама установка солнечных панелей тоже не так затратна, как подключение к магистральному газу и электросетям. Для этого вам не придется «обивать» пороги администрации, коммунальных служб, на это не нужно согласований и бумажной волокиты. Даже если у вас нет технических навыков и опыта, вы сможете легко установить солнечные батареи на крышу дома своими силами.

Солнечные батареи на крыше дома могут служить по 30-50 лет и не требуют особого ухода и контроля за эксплуатацией. Их достаточно один раз поставить, отрегулировать и забыть (нужно будет лишь через 10-15 лет проверить и по необходимости заменить аккумуляторную батарею (АКБ).

Солнечным панелям не нужны дрова, уголь, никакое топливо. Соответственно на их обслуживание и функционирование будет уходить ноль рублей расходов ежемесячно.

Даже если в вашем доме уже есть газовое или электрическое отопление, установка солнечных батарей может тоже пригодиться — на случаи, когда отключается электроэнергия во всем поселке. Это обойдется намного дешевле и эффективнее, чем покупать для этих целей бензиновые или дизельные электрогенераторы. У вас будут бесперебойно работать все системы жизнеобеспечения: от водоснабжения и отопления до холодильника и электропечи.

Однако, будем объективными, высокая цена на солнечные панели не позволяет их пока что назвать полноценной заменой электрическому или газовому отоплению в загородном строительстве. Так, приобретение солнечной электростанции для коттеджа с потреблением 10 кВт/ч/сутки и максимальной нагрузкой 6 кВт обойдется как минимум в 250.000 рублей. А более мощные системы, способные выдержать постоянную нагрузку в 15 кВт и более обойдутся как минимум в 750-800 тыс. рублей.

Учитывая, что за эти деньги можно построить баню или небольшой дачный дом, наши сограждане предпочитают пока что отапливать свои дома более доступным способом. А вот в качестве устройства для электроснабжения загородного дома в случае перебоев с электроэнергией, напротив, солнечные панели могут даже весьма пригодиться. Так что, решать вам.

Отопление дома солнечными батареями

Последнее время все больше владельцев загородной недвижимости для создания комфортных условий проживания стараются использовать солнечную энергию. В данной статье попробуем рассказать, как можно эффективно организовать отопление дома солнечными батареями.

Солнечные батареи – это.

Специальная рамка, объединяющая соединенные между собой в единое целое несколько фотоэлектрических элементов. Каждая ячейка предназначена для преобразования энергии солнечного потока в электрическую.

Виды солнечных батарей.

Сегодня производители предлагают в основном три вида солнечных батарей.

Монокристаллические.

Позволяют создать наиболее эффективное отопление загородного дома солнечными батареями. Они набираются из большого количества силиконовых ячеек. При попадании солнечного потока на поверхность этих фотоэлементов, внутри активируются электрохимические процессы. В основном монокристаллические батареи содержат 36 ячеек. Это оптимальное количество позволяет создавать легкие и компактные панели. Оригинальное соединение фотоэлементов обеспечивает небольшую гибкость рамке. Благодаря этому параметру монокристаллические батареи легко устанавливаются на неровных поверхностях, обеспечивая правильный угол наклона к световому потоку. Максимальная их мощность достигается при средней температуре окружающего воздуха около 15–25 °C.

Тонколистовые.

В отличие от аналогов предоставляют ряд неоспоримых преимуществ:

  • для активации фотосинтеза необязательно обеспечивать поток света, перпендикулярно направленный на поверхность солнечных панелей;
  • благодаря этому их можно устанавливать в любом удобном пользователю месте: крыше, стене здания, на отдельной конструкции;
  • максимальные потери на тонколистовых батареях в пасмурную погоду составляют всего 15%;
  • тонкая пленка обеспечивает отличную работу панелей в условиях повышенной запыленности;
  • прекрасное отопление частного дома солнечными батареями тонколистового типа можно организовать в любом регионе.

Поликристаллические.

Для создания элементов приема солнечного потока на батареях используют поликристаллы кремния яркого синего цвета. Монокристаллические панели применяются при освещении улиц, парков, для электрического снабжения частного дома или дачи, кафе и ресторанов.

Принцип работы.

Специальные панели с большим количеством фотоэлементов поглощают энергию солнечного потока. При попадании лучей на поверхность принимающих устройствах, в них активируется электрохимическая реакция. Выделяемая каждым элементов электрическая энергия концентрируется и выводится на общий накопитель.

С одной солнечной панели стандартных размеров выводится около 250 Вт. Вследствие этого понятно, что для обеспечения нормального функционирования загородного дома необходимо объединить несколько панелей в единую систему. Практические данные показывают, что площадь солнечных батарей 20–30 кв.метров вполне достаточно для полноценного функционирования электрических приборов в доме обычной семьи.

Понятно, что в ночное время фотосинтез на солнечных батареях не протекает. Вследствие этого для накопления электроэнергии необходимо наличие аккумуляторов. Количество их напрямую зависит от интенсивности расхода электричества в темное время. Подзарядка аккумуляторов осуществляется за счет избыточной электроэнергии, вырабатываемой при фотосинтезе в светлое время суток.

Для преобразования постоянного тока, полученного в результате синтеза солнечного потока, в рабочее электричество в комплекте оборудования предусмотрен инвертор. Все современные электроприборы функционируют от переменного тока. Электрические котлы также работают на этом виде электричества.

Достоинства применения солнечных батарей.

Использование этих источников электрической энергии для водонагревателей в частном доме предоставляет широкий спектр преимуществ перед другими отопительными устройствами:

  • нет токсичных выбросов в окружающую атмосферу благодаря отсутствию процесса сжигания энергоносителей;
  • изготовление их различной мощности дает возможность получить от солнечных батарей достаточное количество электрической энергии для полноценного функционирования отопительной системы и других электрических приборов;
  • отсутствие горючих энергоносителей исключает возможность случайного возгорания, конечно, если электрические соединения и проводка выполнены с соблюдением всех требований безопасности;
  • применение фотоэлементов, преобразующих инфракрасное излучение, позволяет получать электроэнергию даже при большой плотной облачности;
  • обеспечивается полная электрификация дома независимо от других энергоносителей;
  • установленное оборудование не требует дополнительных вложений на протяжении длительного периода;
  • технология отопления с помощью солнечных батарей предоставляет возможность полной автоматизации всего цикла рабочих процессов: получения электрической энергии, отапливания дома, контроль и поддержание необходимой температуры;
  • производители гарантируют надежную эксплуатацию солнечных батарей без дополнительных вложений в течение 30 лет.

Особенности выбора.

Выбирая солнечные батареи для отопления дома необходимо учесть несколько нюансов:

Мощность – один из основных параметров, влияющий на стоимость солнечных панелей. Поэтому перед их приобретением необходимо определить ориентировочное потребление электроэнергии. В сопроводительной документации всегда указывается максимальная мощность, вырабатываемая батареями за час в ваттах. Но необходимо учитывать, что в пасмурную погоду она будет немного меньшая. Также мощность зависит от вида солнечных батарей.

Размер – существенно зависит от мощности панелей и типа их фотоэлементов. Крыша должна иметь необходимые размеры для монтажа нужного количества панелей.

Панели суммарной площадью в 20 кв. метров обеспечат электроэнергией одноэтажный загородный дом в полном объеме.

Тип – поли- и монокристаллические солнечные батареи имеют значительно высшую стоимость, чем кремневые тонколистовые. Но вырабатывают больше электроэнергии и требуют меньшей поверхности крыши.

Возможность при необходимости наращивания мощности. Ее можно легко увеличить за счет добавления дополнительных солнечных панелей. Замена батарей путем приобретения новых более эффективных экономически невыгодно. Поэтому необходимо учесть небольшой запас поверхности крыши.

Солнечные батареи от ведущих производителей гарантировано выдержат срок эксплуатации больше 25 лет. Надежность их зависит от фирмы производителя. Желательно отдать предпочтение известному производителю. Он обеспечивает бесплатную замену панелей по гарантии, оказывает помощь при монтаже, наладке, ремонте, наращивании мощности.

Особенности установки.

Отопление от солнечных батарей в значительной мере зависит от правильности их установки. Предлагаем несколько советов, которые помогут обеспечить получение максимальной электроэнергии:

  • необходимо проверить прочность поверхности, на которую планируется монтировать солнечные батареи;
  • должна быть выполнена правильная их ориентация относительно солнца;
  • необходимо установить правильный угол наклона;
  • проверить, чтобы их не затеняли другие предметы.

Солнечные батареи для отопления дома рекомендуется монтировать на южном склоне крыши. В идеальном варианте их наклон желательно обеспечить в соответствии с географической широтой местности. Поверхность панелей в таком положение будет получать под прямым углом максимальный поток света. Тень от деревьев, соседних сооружений, от антенны. Ведь даже небольшой затененный участок будет значительно снижать эффективность выработки электроэнергии.

Определившись с участком монтажа солнечных панелей, необходимо проверить прочность кровельной конструкции. Если возникнут сомнения, тогда лучше усилить ее.

Во время эксплуатации производители рекомендуют производить периодическую очистку поверхности солнечных батарей от пыли, грязи, снега зимой. Так как это существенно влияет на их производительность.

Установка солнечных батарей, видео:

Правила установки солнечных панелей.

Производители солнечных батарей в основном поставляют в комплекте все необходимые элементы крепления для любого варианта монтажа. Поэтому установку панелей можно выполнить своими руками. Учитывая конструктивные особенности кровельной поверхности, существует несколько способов монтажа:

  • наклонный – при любом угле наклона ската;
  • горизонтальный – если плоская крыша;
  • свободностоящий – располагают их на опорных специальных конструкциях;
  • интегрированный – солнечные панели являются элементами конструкции здания.

При установке солнечных батарей на плоскую крышу необходимо обеспечить зазор между ними и поверхностью кровли. Это исключит нагрев светоприемных элементов и существенное снижение их производительности. На темных крышах желательно проложить светлое покрытие. Это обеспечит хорошее дополнительное рассеивание светового потока и будет препятствовать перегреву панелей. При установке батарей в несколько рядов между ними должно быть расстояние, составляющее 1,7 от высоты панелей.

Несмотря на простоту установки для ее выполнения желательно обратиться к специалистам. В этом случае вы получите качественный монтаж по всем правилам и главное – гарантийное сервисное обслуживание и ремонт на весь период эксплуатации, что немаловажно при высокой стоимости солнечных батарей.

Ссылка на основную публикацию