Солнечное отопление частного дома: обзор лучших конструкций

Методы применения энергии небесного светила не относятся к инновационным технологиям, солнечное тепло используют давно и весьма успешно. Однако это касается, в основном, Австралии, некоторых стран Европы, Америки и южных регионов, где альтернативную энергию можно получать в течение всего года.

• Некоторые северные области испытывают дефицит естественного излучения, поэтому его применяют в качестве дополнительного или запасного варианта.
• Галерея изображений
• Фото из

Солнечные батареи — один из способов получение практически бесплатной энергии, безвозмездно излучаемой небесным светилом Устройство автономной солнечной электростанции целесообразно в регионах с большим количеством солнечных дней, что не связано со среднегодовой температурой Автономную гелиосистему располагают преимущественно на крышах малоэтажных домов и на свободных от деревьев участках В период морозов гелиосистемы поставляют энергию для нагрева воздушного, парового или водяного отопления, летом обеспечивают нагретой водой Солнечные электростанции относятся к «зеленым», экологически безопасным, способным непрерывно возобновляться видам генерации энергии Пока эффективность солнечных электростанций слишком зависима от количества солнечных дней. Она рентабельна только в южных широтах. В средней полосе и на севере может служить лишь резервным источником Солнечные панели на юге стран СНГ смогут обеспечить загородный дом электроэнергией, горячей водой и теплоносителем для контуров отопления Гелиосистемы, даже используемые в качестве резервного энергетического источника, приносят достаточно высокий экономический эффект, снижая нагрузку на основные варианты получения энергии

1. Вариант установки солнечных панелей
2. Оптимальное расположение частной гелиосистемы
3. Расположение солнечной панели вдоль карнизного свеса
4. Гелиосистема на пологом скате крыши
5. Солнечная электростанция в качестве резервного источника
6. Эксплуатация батарей в южных областях стран СНГ
7. Реальная польза гелиосистемы в частном секторе
8. Посредниками между солнечными лучами и образующим энергию механизмом являются солнечные батареи или коллекторы, которые отличаются и назначением, и конструкцией.

Батареи аккумулируют энергию солнца и позволяют использовать ее для питания бытовых электрических приборов. Они представляют собой панели с фотоэлементами с одной стороны и фиксирующим механизмом с другой. Можно поэкспериментировать и собрать батарею самостоятельно, но проще купить готовые элементы – выбор достаточно широк.

Гелиосистемы (солнечные коллекторы) являются частью отопительной системы дома. Большие теплоизолированные короба с теплоносителем, как и батареи, крепят на приподнятых щитах, обращенных к солнцу, или скатах крыши.

Считать, что абсолютно все северные регионы получают намного меньше естественного тепла, чем южные, ошибочно. Предположим, на Чукотке или в центральной Канаде солнечных дней намного больше, чем в расположенной южнее Великобритании

Для повышения эффективности панели помещают на динамические механизмы, напоминающие систему слежения – они поворачиваются вслед за движением солнца. Процесс преобразования энергии происходит в трубках, расположенных внутри коробов.

Главное отличие гелиосистем от солнечных батарей в том, что первые нагревают теплоноситель, а вторые аккумулируют электроэнергию. Есть возможность обогревать помещение и с помощью фотоэлементов, но схемы устройства нерациональны и пригодны только для тех для районов, где солнечных дней в году не менее 200.

Схема устройства отопительной системы с солнечным коллектором, подключенным к бойлеру, и запасным источником электроэнергии (например, газовым котлом), работающем на традиционном топливе (+)

Отопление от солнца за и против

Если говорить об использовании солнечной энергии для отопления, то нужно иметь в виду, что существуют два разных устройства для преобразования солнечной энергии:

• Солнечные батареи. Они вырабатывают исключительно электрический ток. А вот его уже вы можете использовать для обеспечения работоспособности любого электрооборудования, в том числе и не работу отопительных приборов.
• Солнечные коллекторы. Эти устройства нагревают жидкость (теплоноситель) и их можно напрямую подключать к системе отопления, а также с их помощью греть воду для бытовых нужд.Так можно обеспечить дом горячей водой и частично отоплением при помощи солнечной энергии

Оба варианта имеют свои особенности. Хотя сразу нужно сказать, какой бы из их вы ни выбрали, не спешите отказываться от той системы отопления, которая у вас есть.

Солнце встает, конечно, каждое утро, но вот не всегда на ваши солнечные элементы будет попадать достаточно света. Самое разумное решение — сделать комбинированную систему. Когда энергии солнца достаточно, второй источник тепла работать не будет.

Этим вы и обезопасите себя, и жить будете в комфортных условиях, и сэкономите.

Если желания или возможности ставить две системы нет, ваше солнечное отопление должно иметь, как минимум, двукратный запас по мощности. Тогда точно можно сказать, что тепло у вас будет в любом случае.

Достоинства использования солнечной энергии для отопления:

• Безопасный и абсолютно «чистый» источник энергии.
• Снижение затрат на отопление и ГВС.
• Вы независимы от состояния экономики: солнце светит всегда, и в кризис, и в период расцвета.
• Денег солнце за свою энергию не требует. Другое дело, что государство может обложить налогами владельцев гелиоустановок. Но пока такого не случилось — солнечная энергия бесплатна.Солнце постоянно посылает на землю тепло. И им можно воспользоваться для обогрева дома

Недостатки:

• Зависимость количества поступающего тепла от погоды и региона.
• Для гарантированного отопления потребуется система, которая может работать параллельно с гелиосистемой отопления. Многие производители отопительного оборудования предусматривают такую возможность. В частности европейские производители настенных газовых котлов предусматривают совместную работу с солнечным отоплением (например, котлы Baxi). Даже если у вас установлено оборудование, у которого такой возможности нет, можно согласовать работу отопительной системы при помощи контролера.
• Солидные финансовые вложения на стартовом.
• Периодичное обслуживание: трубки и панели нужно очищать от налипшего мусора и мыть от пыли.
• Некоторые из жидкостных солнечных коллекторов не могут работать при очень низких температурах. В преддверии сильных морозов жидкость приходится сливать. Но это касается не всех моделей и не всех жидкостей.

Теперь рассмотрим подробнее каждый из типов солнечных нагревательных элементов.

Что они представляют собой

Устройства, подзаряжающиеся от света, изобретены достаточно давно. Солнечные батарейки для зарядки калькуляторов, часов и прочего, мы имели удовольствие наблюдать еще в начале 90-х годов. Однако наши зарубежные друзья научились использовать энергию солнца во благо гораздо раньше.

Поэтому, стоит поучиться на уже пройденном опыте, и усовершенствовать достигнутые результаты. Одним из удачных достижений можно назвать энергию, где используются лучи  солнечные для отопления батареи для дома, в котором мы живем. Всем известно, что отопление стоит недешево, и платить по счетам приходится часто и помногу.

Многие страны, особенно те, где солнце — частый гость на небе, давно перешли на альтернативную систему отопления. То есть – на обогрев жилья с помощью солнечных батарей.

Если вы не хотите зависеть от жилищно-коммунальных контор, если вам важно тепло в доме в любое, удобное для вас время, давайте поговорим подробнее про отопление от солнечных батарей, которое доступно уже многим, и многие это оценили по достоинству. . Преимущества

Преимущества

1. Вы живете в тепле столько времени в год, сколько хотите.
2. Вы имеете возможность регулировать температуру в квартире на нужном вам уровне.
3. Вы полностью независимы от коммунальных служб, теперь не придется платить за общее отопление.

4. Вы имеете собственный запас энергии, который можно израсходовать на любые бытовые нужды.
5. Большой срок службы батарей надолго избавит вас от хлопот по их замене или ремонту.

Однако есть небольшие детали, которые не мешает рассмотреть подробнее, прежде чем приобретать и устанавливать автономное энергообеспечение в своем жилье.

Нюансы

Разновидности солнечных батарей

1. Конечно, есть известная всем истина, что чем ближе к экватору – тем больше солнца. Если вы живете в регионе, где количество солнечных дней невелико, батареи будут не слишком эффективны.
2. Достаточно высокая стоимость батарей. К примеру, чтобы снабдить семью достаточным количеством электроэнергии, вам понадобятся солнечные батареи площадью около 15 – 20 м². Учитывая, что 1 м² дает энергии в среднем 120 Вт, то на семью из трех-четырех человек придется установить достаточно много элементов.
3. Батареи нужно устанавливать на южную сторону крыши. В тех местах, где солнце светит больше всего. Площадь крыши должна составлять не менее 40 м2, только в этом случае вы сможете получать достаточное для семьи количество энергии.
4. Для получения энергии около 500 кВт в месяц и полноценной работы системы в вашем регионе должно быть до 20 солнечных дней.
5. Чтобы снабдить себя электричеством и приобрести установку мощностью около 7 квТ, сделать отопление на солнечных батареях, вам придется потратить не менее 200000 рублей на их приобретение и установку. Однако это окупится уже в первые годы использования. Мощности такой установки хватает для снабжения отопления дома средней величины.
6. Для эффективной работы установки угол наклона вашей крыши должен быть около 45⁰. Не должно быть больших деревьев и высоких зданий рядом, они будут создавать тень, и мешать работе установки.
7. Система стропил вашего дома должна иметь запас прочности. Батареи имеют определенный вес, который нужно учитывать, чтобы обезопасить кровлю от обрушения. Особенно вероятно это в зимнее время, когда на крыше скапливается снег.

Конечно, батареи обходятся недешево, однако они пользуются большой популярностью уже во многих странах. Даже там, где не самый жаркий климат, их охотно используют.

Дело в долговечности, и большой эффективности такого рода установок.Они лучше всего работают в летнее время, когда солнечных дней много.

Но отопление нужно зимой, поэтому, чтобы система работала, на крыше нужно собрать достаточно большую конструкцию.

• Обратите внимание!
• Если вы планируете отопление солнечными батареями, такую систему лучше предусмотреть на стадии проектировки жилья, до его строительства.
• Нужно учитывать под их расположение сторону света, площадь крыши, покрытие и стропильную систему.

Принцип работы солнечных коллекторов

Схема использования солнечного коллектора.

Коллекторы, как и солнечные батареи, работают на основе сбора и преобразования солнечной энергии. Но здесь происходит преобразование не электрической энергии, а тепловой.

Это означает, что теплоноситель системы отопления, циркулирующий в коллекторе, под воздействием солнечных лучей нагревается и только потом передает тепло.

Как и с солнечными батареями, продуктивность теплоносителя напрямую зависит от количества солнечного света.

Используются следующие виды коллекторов:

• действующие на основе воды или антифриза;
• действующие на основе воздушных масс, такими коллекторами обеспечивается солнечно-воздушное отопление.

Отопление дома солнечными батареями и коллекторами: стоимость и цена комплекта своими руками

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:

1. Солнечные батареи;
2. Солнечные коллекторы.

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:

• открытые;
• трубчатые;
• плоские коллекторы.

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.

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.

Советы по эксплуатации

1. Эксплуатация системы солнечного отопления производится в соответствии с конструкцией коллекторов, их количеством и прочими особенностями.

2. Основной задачей для владельца становится поддержание чистоты, своевременное удаление пыли и прочих загрязнений. Это позволяет обеспечить максимальный прием тепловой энергии, повысить эффективность всей системы в целом.

3. Необходимо качественно утеплить все соединительные трубопроводы и накопительную емкость, исключая теплопотери.

4. Рекомендуется всегда держать в запасе одну-две панели, чтобы в случае механического разрушения можно было оперативно произвести замену. Соблюдение этих несложных рекомендаций позволит повысить эффективность системы и обеспечить комфорт и уют в доме.

Цена комплекта и где купить?

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.

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.

Оригинал статьи + рейтинг лучших моделей тут: https://www.roofkey.ru/blog/otoplenie-doma/solnechnye-batarei-dlya-otopleniya/