Солнечные батареи для отопления дома: как выбрать хорошие панели и установить

Технологические инновации действительно удивляют, в особенности, если это касается практической стороны жизни. Еще совсем недавно людям не были известны схемы получения выгодной энергии, дающей возможность отказаться от дорогого электричества. Теперь разработаны технологии, а альтернативные источники доступны каждому. Новаторские солнечные панели для отопления постепенно, но настойчиво внедряются в наши бытовые реалии.

Содержание статьи:

• Принцип использования солнечной энергии
• Взвешенный подход к установке
• Виды солнечных устройств
  • Устройство фотоэлектрических преобразователей
  • Конструктивные особенности солнечных коллекторов
• Правила монтажа гелиобатарей
  • Как выбрать угол наклона
  • Сооружение первичного контура
  • Особенности эксплуатации электрооборудования
  • Способы соединения элементов
• Видео-инструкции и советы

Принцип использования солнечной энергии

Нередко, столкнувшись с необходимостью монтажа солнечных панелей, человек задается вопросом о целесообразности предприятия. Потому что в большинстве случаев процент солнечных дней существенно проигрывает аналогичному значению пасмурных. Подобное соотношение характерно для регионов средней полосы, а климату северных областей свойственно еще большее количество облачных дней.

Недостаточное количество солнечных дней напрямую связано с эффективностью работы приборов, перерабатывающих энергию земного светила. Вследствие уменьшается попадание солнечных лучей на поверхность батареи. Процесс этот называется инсоляцией.

Солнечные батареи могут использоваться в отопительных системах в качестве поставщика теплоносителя или энергии для питания приборов

Суть его заключается в том, что любая плоскость, независимо от ее назначения, принимает на себя определенное количество солнечной энергии. В южных регионах количество это естественно выше, что делает монтаж солнечных панелей более актуальным.

Однако, как показывает практика, рынок технологического оснащения в сфере синтеза энергии солнца, неустанно улучшает свои продукты, поэтому современные фотоэлементы в гелиопанелях прекрасно функционируют даже в местности с невысоким уровнем инсоляции.

Распределение солнечной активности на примере карты России. Более высокий коэффициент характерен для южных областей (кликните для увеличения)

Взвешенный подход к установке

Перед тем, как организовать систему отопления на солнечных батареях, следует выяснить минусы и сильные стороны конструкции, питающейся энергией солнца. Знания эти нужны для лучшего восприятия отличий оборудования от аналогов и оценки рациональности устройства и оценки целесообразности сооружения.

Наиболее значимыми факторами являются:

• Эффективность. Реальный КПД при конвертации солнечной энергии в электрическую. Пока энергия гелиобатарей почти пятикратно дороже привычного электричества.
• Сезонность применения. Солнечные батареи смогут производительно работать только при отсутствии препятствий на пути солнечных лучей, в том числе высокой облачности.
• Слабая схема аккумуляции. Полученную энергию в большинстве случаев нужно расходовать сразу. Для накопления и хранения ее нужны довольно объемные накопители, для размещения которых потребуется внушительная площадь.
• Необходимость во вспомогательной энергии. В зимний период гелиопанели не смогут поставлять достаточного для обогрева дома количества тепла. Но могут стать полезным дополнением к отопительному котлу в случае солнечной погоды.
• Целесообразность сооружения. На текущий момент окупаемость солнечных батарей заставляет желать лучшего. Установка их оправдывает себя только в местностях, не подключенных к централизованным сетям. Там, где солнечным приборам нет вообще альтернативы.

Есть надежды на разработку и выпуск более доступных частникам приборов гелиоэнергетики. Есть уверенность, что когда-то сооружение систем, перерабатывающих солнечную энергию, станет рентабельным. Правда, если учесть, что энергорессурсы планеты постепенно тают, то можно вполне рассматривать гелиотехнику как выгодное, перспективное вложение.

Солнечный комплекс полностью безопасен для окружающей среды, не выделяет токсичных продуктов горения, не нарушает естественного баланса, не требует сжигания ископаемых и древесины

Однако сейчас это лишь дополнение к основным источникам тепла, но уже обладающая собственным набором преимуществ, это:

• Длительный период эксплуатации. Конструктивная простота гарантирует минимум поломок. Панели можно случайно повредить в момент очистки от снега, но замена стекла вполне доступна для производства собственными руками.
• Широкая вариативность моделей. Приборы выпускает солидное число зарубежных и отдельные представители отечественных производителей. Разброс цен позволяет выбрать вариант «по карману».
• Индивидуальность настроек. Оборудование можно настроить с учетом всех капризов природы в конкретной местности.
• Дешевизна энергии. Точнее, ее полная бесплатность — качество, которое не стоит воспринимать буквально из-за солидной материалоемкости сооружения гелиопанелей.
• Внешняя привлекательность. Плоские системы обогрева не нарушают архитектуры домов, могут восприниматься как элементы креативного дизайна.

Выяснили, что солнечная энергия может стать подспорьем в быту, дополняющим традиционные источники отопления. Кроме того, учитывая сегодняшние цены на топливо, альтернатива в виде солнечных батарей поспособствует экономии, особенно в условиях частного сектора.

Ведущие производители оборудования, при описании своих товаров, всячески делают акцент на абсолютной экологичности системы. Естественно, процесс преобразования фотонной энергии происходит без участия каких бы то ни было горючих, токсичных, либо химических взрывоопасных веществ.

Расположенные на крыше солнечные панели не портят экстерьер дома, не занимают много места

Если рассуждать более глобально, повсеместное использование солнечных батарей безусловно снизит потребление других источников энергии, таких как уголь или природный газ. Конечно же, ситуация с экологией в таком случае качественно улучшится, а неуемные счета за отопление и горючие материалы останутся в прошлом.

Эффективность работы панелей прямо пропорциональна количеству поглощаемой солнечной энергии. Но технологический аспект оборудования разных видов позволяет увеличить либо уменьшить производительность. Для повышения производительности системы, рекомендуется осуществлять монтаж солнечного отопления в симбиозе с другими, более традиционными способами обогрева.

Не стоит беспокоиться о том, что солнечный коллектор очень скоро выйдет из строя. Средний срок эксплуатации такого оборудования составляет около 15 лет. Правильное функционирование фотоэлементов в первую очередь зависит от региона, в котором используется установка. Как правило, наиболее интенсивный уровень инсоляции подвергает систему большей нагрузке. Поэтому, если оборудование используется в умеренном климате, оно вполне способно прослужить более 15 лет.

Срок эксплуатации солнечных панелей от 12 до 15 лет. При грамотном уходе они прослужат дольше

Виды солнечных устройств

Опытным путем доказано, что некоторые вещества способны более интенсивно реагировать на воздействие фотонов. Поэтому технология изготовления солнечных панелей различна.

Гелиоустройства для бытового применения делятся на 2 главенствующих вида:

• Фотоэлектрические преобразователи (кремниевые и пленочные). Представляют собой группы последовательно или параллельно соединенных друг с дружкой фотоэлементов, превращающих солнечное излучение в электричество. Собранные в единую полупроводниковую систему элементы называются солнечной панелью, которая поставляет энергию электрозависимым устройствам обогрева.
• Солнечные коллекторы (плоские, вакуумные или трубчатые, коллекторы-концентраторы или зеркальные). Это самый распространенный в быту тип, принимающий солнечную энергию и передающий ее в систему отопления в виде электроэнергии ли подогретого теплоносителя.

Кроме перечисленных типов есть гелиостанции, производящие энергию в промышленных масштабах. Для частника они могут служить централизованным поставщиком энергии.

Система отопления с солнечными коллекторами предусматривает расход энергии сразу после ее получения (кликните для увеличения)

Устройство фотоэлектрических преобразователей

Принцип работы фотоэлектрических преобразователей основан на конвертации солнечной энергии в электрический ее тип. Выпускают их в виде модулей на алюминиевой рамке или на гибком полимерном полотне. В первом случае верх модуля защищается высокопрочным стеклом, а низ изоляционной пленкой. В втором случае обе защитные оболочки выполняются из полимеров.

Фотоэлектрические элементы соединяются посредством токопроводящих шин, функция которых заключается в передаче энергии аккумулятору или потребителю. К шинам подключаются контакты, служащие для соединения отдельных батарей в целостную систему и для подключения к потребителям.

Принцип действия фотоэлектрических преобразователей основан на способности элементов преобразовывать солнечную энергию в электрическую

С ориентиром на организацию атомов кремния солнечные батареи делятся на:

• Монокристаллические. Снабжаемые наиболее чистым кремнием, технология производства которого давно применяется в изготовлении полупроводников. Суть производства заключается в искусственном выращивании монокристалла, который в итоге разрезают на пластины 0,2 — 0,4 мм толщиной. Это и есть ячейки будущей батареи, которых потребуется 36 штук.
• Поликристаллические. В изготовлении используются пластины, полученные из расплавленного кремния после его медленного охлаждения. Энергии и трудовых усилий технология требует меньше, потому стоят солнечные батареи с поликристаллами гораздо меньше. Обычно у таких батарей стандартный ярко-синий цвет.
• Из аморфного кремния. Технология их производства ориентирована на принцип испарительной фазы. В результате процесса испарения на несущем элементе оседает тоненькая пленка кремния, которую сверху обволакивают прозрачным защитным покрытием. Эту категорию солнечных батарей называют тонкопленочной, устанавливают на стены домов.

Монокристаллические батареи наиболее производительны. В зависимости от модели и от изготовителя КПД их варьирует в интервале 14 – 17 %. Поликристаллические проигрывают им по критериям эффективности, КПД их в среднем 10 – 12%. Самые малопроизводительные системы – гелиобатареи на аморфном кремнии. Они рассчитаны на переработку рассеянного излучения, устанавливаются на стены домов в качестве дополнения к расположенным на крыше более мощным системам. КПД в пределах 5 – 6%.

Поликристаллические варианты солнечных батарей — среднее предложение в отношении цены и производительности

Опираясь на данные, полученные от ведущих производителей солнечных модулей, таких как компания «SunTech Power», становится понятно, что эффективность монокристаллов с каждым годом возрастает, и вскоре КПД может достигнуть порядка 33%. Однако, на сегодняшний день лучшие показатели производительности принадлежат продукции компании «Sanyo». Особенность этих панелей заключается в многослойности внешнего элемента, что значительно повышает эффективность, а КПД гелиоколлекторов составляет 23%.

Ввиду характерной процедуры обработки кремния, структура поликристалла содержит нежелательные образования, которые мешают лучшему поглощению энергии солнца. Также, кристаллические частицы микроструктуры модуля располагаются в хаотичном порядке по отношению друг к другу, что затрудняет сублимацию энергии. Вследствие этого, КПД панели редко превышает 18%.

Иногда встречается симбиоз аморфных и поли-/ монокристаллических коллекторов. Это объясняется тем, что для нормальной работы поликристаллов требуется интенсивное солнечное освещение, в отличие от аморфных панелей. Поэтому объединение двух технологий может стать выходом из положения.

В производстве пленочных систем тоже есть ощутимые изменения. Так, на современном этапе, достаточно часто встречаются пленочные гелиомодули на основе кадмия и индия.

На каждом этапе постоянно проводится мониторинг кремневодородного покрытия, иначе возможны проблемы, связанные с работоспособностью

Доказано, что кадмий очень хорошо поглощает солнечный свет, поэтому его взяли на вооружение многие производители в сфере гелиоэнергетики. Как известно, вещество радиоактивно, но не стоит беспокоится из-за возможности облучения, т.к. доля металла не так велика, чтобы нанести хоть какой-нибудь вред атмосфере, не говоря уже о человеке.

Полупроводник индий успешно выдает 20% КПД, опережая кадмий. Ввиду того, что индий гораздо более востребован в бытовой технике, а именно на производстве ЖК телевизоров, часто производители замещают метал другим аналогом – галлием.

Пленочное гелиооборудование имеет гибкую структуру, что существенно упрощает монтаж

Говоря о преимуществах полимерных модулей и пленочных коллекторов в целом, хочется выделить довольно невысокую цену, по сравнению с кристаллическими батареями; Полную безопасность и экологичность, благодаря стабильному состоянию хим. веществ. Также, к числу дополнительных плюсов можно добавить гибкость и универсальность.

Конструктивные особенности солнечных коллекторов

Самый простой вариант плоский солнечного коллектора представляет собой некий ящик-корпус, лицевой стороной которого является зачерненная металлическая поверхность. Внутри расположен змеевик, заполненный водой, смесью воды с незамерзающим средством или воздухом. Дно и стенки ящика закрывается теплоизоляцией, необходимой сохранения полученной энергии в пределах батареи.

Металлическая пластина вкупе с трубками производят сбор и передачу нагретого теплоносителя в систему отопления. Эта часть именуется абсорбером. Чаще всего для его изготовления используют листовую медь, характеризующуюся высокой теплопроводностью. Внешняя сторона адсорбера обязана быть интенсивно черной для максимального поглощения солнечного излучения.

Солнечные панели трубчатого типа представляют собой систему трубок или змеевик с металлической пластиной сверху

Для того чтобы от металлической поверхности адсорбера не отражались лучи, сверху устанавливается прочное прозрачное покрытие. Обычно это закаленные варианты стекла с минимальным содержанием металла. Снаружи на него наносят особую оптическую оболочку, не излучающее тепла в инфракрасном свете. Оно способствует повышению производительности устройства, способной нагревать воду до 200?С.

Трубчатые панели чувствительны к атмосферному негативу. После сильных осадков, в особенности града, рекомендуется тщательно проверить целостность лицевого покрытия коллектора. Разносимая ветром листва, пыльная взвесь и обломки веток также могут повредить поверхность. Царапины и сколы приведут к резкому ухудшению производительности оборудования.

Есть несколько вариантов устройства солнечных панелей, т.к. в ходе эксплуатации разработчики постепенно устраняли недостатки (кликните для увеличения)

Вакуумная разновидность оснащена многослойной трубкой, сконструированной по принципу термоса. Подобная система позволяет на 95 % лучше предыдущих моделей сохранять тепло.

В нижней части многослойной трубки есть жидкость, которая при нагревании солнцем превращается в пар. Вверху этой своеобразной запаянной колбы вмонтирован конденсатор. Достигая его пар конденсируется и транспортирует в систему тепло.

Гелиопанели, работающие по вакуумному принципу, эффективней обычных трубчатых в областях с незначительным количество солнечных дней.

Коллекторы концентраторы оснащаются устройством с зеркальной поверхностью, которая фокусирует полученную ею энергию на поверхность абсорбера. Площадь зеркала больше, чем тот же размер абсорбера, благодаря чему увеличивается эффективность приема солнечной энергии. Зеркальный элемент вообще можно сконцентрировать на точке или тонкой линии без малейшей потери в производительности.

За счет устройства теплоприемной трубки по принципу термоса производительность прибора увеличивается почти в два раза (кликните для увеличения)

Минус концентраторов в том, что воспринимать они могут лишь прямое излучение. Потому последние разработки оснащаются поворотными следящими устройствами с целью устранения или сокращения влияния этого недостатка оснащаются. Следящие приспособления заставляют коллектор поворачиваться вслед за движением светила, чтобы собрать все его лучи.

Это самая эффективная разновидность коллекторных гелиопанелей, позволяющая нагревать теплоноситель до максимальной по сравнению с другими температуры. Правда, хорошо работают они в пустынных областях, стоят немало, из-за чего востребованы в основном производственными организациями.

Солнечный коллектор-концентратор работает, фокусируя солнечную энергию на абсорбере, имеющем меньшую площадь (для увеличения кликните)

Интересным новым решением стала сферическая коллекторная конструкция, улавливающая буквально все возможные к восприятию ею лучи. Ее не нужно оборудовать поворотным механизмом, кстати, энергозависимым и требующим подключения к питающей сети.

Сферическая конструкция отличается от обычного тем, что состоит не из отдельных трубок, подключенных к приемному и выходному патрубку, а из единого винтового теплоприемника. Заполняется змеевик-приемник технической водой, которая при нагревании передвигается вверх по винтовому пути и выходит нагретым в выходной патрубок, а оттуда в систему отопления.

После охлаждения теплоноситель вновь возвращается из отопительного контура к входному патрубку сферического коллектора. Процесс повторяется.

Сферическая форма позволяет полный световой день принимать солнечные лучи без применения поворотных механизмов (кликните для увеличения)

Существенный плюс сферической системы в том, что нагревание проистекает весь световой день. Его не надо оборудовать поворотными механизмами, нуждающимися в электропитании. Благодаря винтовой схеме он отличается минимальными потерями энергии в трубопроводе.

Все виды гелиоколлекторов относятся к разряду сезонных вспомогательных систем получения энергии. В зависимости от модели их внутренний трубопровод может вмещать в себя до 200 л жидкости, а минимальное количество, используемое в вакуумных модулях, составляет около 60 литров.

Правила монтажа гелиобатарей

Панели, относящиеся к классу «плоских», желательно устанавливать в летний сезон, когда уровень инсоляции выше. Это будет оптимальным вариантом соотношения цены и получаемой энергии, а значит покупка таких гелиоколлекторов полностью оправдает все затраченные средства. Так или иначе, энергетический потенциал оборудования позволяет ему использоваться в системах горячего водоснабжения и отопления.

Процесс преобразования энергии крайне чувствителен к перепадам температур. Это стоит учитывать во время монтажа. Первым делом нужно убедится в том, что жилище тщательно утеплено, иначе могут происходить непредвиденные сбои в работе системы.

Система отопления с солнечными панели представляет собой замкнутый контур с циркулирующим по нему теплоносителем (кликните для увеличения)

Для каждого региона предусмотрен оптимальный вариант монтажа оборудования. Расчет производится на степени все той же инсоляции. Согласно правилам использования, коллектор необходимо располагать так, чтобы угол падения солнечных лучей на его поверхность составлял 90 градусов. Только в этом случает КПД от работы системы будет максимальным. Добиться абсолютной точности при монтаже панелей можно посредством измерения широты местности.

Важным фактором будет направление, в котором располагаются панели. Вследствие того, что наибольший уровень мощности достигается преимущественно в середине дня, стоит ориентированно располагать панели в южном направлении. Допускаются некоторые отклонения в процессе монтажа, в восточном или западном направлении, но не слишком.

Кроме того, часто снижение эффективности наблюдается на фоне попадания тени от деревьев на панель коллектора. Зимой рекомендуется повышать угол наклона гелиопанелей, это улучшит уровень производительности системы.

Как выбрать угол наклона

Эффективность коллекторов в первую очередь зависит от угла расположения панели по отношению к горизонтальной поверхности. Для оптимального светопоглощения рекомендуется сохранять наклон в районе 45 градусов.

Оптимальный угол наклона солнечной панели зависит от сезона. Хорошо, если прибор будет оснащен устройством для корректировки угла

Азимут необходимо сохранять на отметке в 0 градусов (прямое направление на Юг). Разрешены некоторые отклонения в 30-40 градусов для лучшей инсоляции. Для увеличения жесткости, существует спец. конструкции из алюминия. Это в первую очередь характерно для установки коллекторов на крышу наклонного типа. Они предотвратят изменение установленных параметров, вследствие погодных явлений, а быстрая скорость монтажа, с использованием крепежных крюков и профилей, сэкономит время.

Сооружение первичного контура

На первом этапе происходит монтаж всех компонентов отопления: бойлеры, компрессоры, теплопроводники и т.д. Для удобства рекомендуется располагать элементы системы в легкодоступном месте. При монтаже расширительного бака, следует учитывать отсутствие препятствий между ним и коллекторами. Температура внутри бака измеряется при помощи температурного датчика. Его следует крепить к нижней части резервуара.

Следующим этапом станет организация системы вентилирования. При монтаже контура необходимо создать воздухоотвод, выходящий из расширительного бака. Лучшим решением будет вывести коммуникацию на крышу. Это поспособствует регуляции перепадов давления внутри отопительной системы.

Солнечные панели — часть системы отопления, которая должна кроме них включать бойлеры, центробежные насосы, трубопровод и т.д.

Процесс движения жидкости внутри ГВС зависит от циркуляционного насоса. Его рекомендуется использовать только для систем с закрытым типом водяного контура. Кроме того, для удобства смены жидкости, расширительный бак должен быть снабжен системой слива. Для этого подойдет монтаж крана где-нибудь в нижней части устройства.

Особенности эксплуатации электрооборудования

Гелиосистема работает от сети в 220 в. Каждая модель имеет уникальную схему подключения, которая поставляется в комплекте. Проводка должна быть тщательно заизолирована, а терморегуляторы и всевозможные реле необходимо располагать в исключительно сухом месте (для лучшей герметичности рекомендуется защитить оборудование гидрофобным материалом).

Обязательно убедитесь в том, что к системе подключено заземление. Это убережет от ситуаций опасных для жизни.

Способы соединения элементов

Спайку медных контуров и электрических деталей нужно производить с использованием специальной паяльной пасты. Перед этим нужно произвести очистку стыков. Лучше это делать стальной щеткой. Элементы, ведущие к распределительному баку (трубы, змеевики) приваривают, либо прикручивают, предварительно нарезав резьбу. Важно понимать, что труба с охлажденной жидкостью должна подходить к нижней части бака, а с горячей — к верхней.

Видео-инструкции и советы

Применение солнечных панелей в автономных коммуникационных системах:

Демонстрация продукции одного из лидеров производства солнечных батарей:

Принцип устройства и работы вакуумного коллектора:

Гелиоэнергетика ежегодно улучшает показатели в преобразовании солнечной энергии. Разработчики уже сейчас могут предложить огромный выбор коллекторов плоского и трубчатого типа, с использованием кварцевого напыления или монокристаллические модули. Все это постепенно актуализирует альтернативные источники энергии, вследствие чего солнечная энергия скоро станет доступна каждому.