Powody popularności alternatywnych źródeł energii są całkiem zrozumiałe: istnieje możliwość oszczędzania paliwa i realizacji marzeń o przyjaznych dla środowiska systemach podtrzymywania życia. Umiejętnie wykorzystując energię słońca, wiatru i wody, możesz przekształcić zwykły dom w nowoczesny dom ekologiczny.
Powiemy ci, jak wyposażyć ogrzewanie słoneczne w prywatny dom i przeanalizować z tobą, jak to jest opłacalne. Aby dokładnie przedstawić kwestie wykorzystania energii światła dziennego, szczegółowo opisaliśmy wszystkie popularne opcje, które otrzymały praktyczne zastosowanie i pozytywne opinie użytkowników.
Biorąc pod uwagę nasze zalecenia, możesz zbudować efektywny heliosystem dla domku letniskowego lub wiejskiego domu. Aby ułatwić postrzeganie trudnego materiału, uzupełniliśmy informacje ilustracyjnymi diagramami, ilustracjami i samouczkami wideo.
Sposoby energii słonecznej
Metody wykorzystywania energii ciała niebieskiego nie należą do innowacyjnych technologii, ciepło słoneczne jest używane od dawna i bardzo skutecznie. Dotyczy to jednak głównie Australii, niektórych krajów w Europie, Ameryce i południowych regionach, gdzie energia alternatywna może być pozyskiwana przez cały rok.
Niektóre obszary północne są pozbawione naturalnego promieniowania, więc są wykorzystywane jako opcja dodatkowa lub zapasowa.
Panele słoneczne są jednym ze sposobów na uzyskanie prawie darmowej energii emitowanej przez ciało niebieskie 
Urządzenie autonomicznej elektrowni słonecznej jest korzystne w regionach o dużej liczbie słonecznych dni, co nie jest związane ze średnią roczną temperaturą. 
Autonomiczny układ słoneczny znajduje się głównie na dachach niskich budynków i na obszarach wolnych od drzew. 
W okresie mrozu systemy solarne dostarczają energię do ogrzewania powietrza, pary lub ogrzewania wody, latem dostarczają podgrzewaną wodę 
Elektrownie słoneczne są zielone, przyjazne dla środowiska i zdolne do ciągłego odnawiania rodzajów wytwarzania energii. 
Jak dotąd wydajność elektrowni słonecznych jest zbyt zależna od liczby słonecznych dni. Jest opłacalny tylko w południowych szerokościach geograficznych. W środkowym pasie i na północy może służyć tylko jako źródło zapasowe 
Panele słoneczne na południu krajów WNP będą mogły zapewnić domowi wiejskiemu energię elektryczną, ciepłą wodę i chłodziwo do obwodów grzewczych 
Systemy solarne, nawet wykorzystywane jako zapasowe źródło energii, przynoszą dość wysoki efekt ekonomiczny, zmniejszając obciążenie głównych opcji produkcji energii.
Pośrednikami między promieniami słonecznymi a mechanizmem generującym energię są ogniwa słoneczne lub kolektory, które różnią się pod względem przeznaczenia i konstrukcji.
Baterie akumulują energię słoneczną i umożliwiają jej wykorzystanie do zasilania domowych urządzeń elektrycznych. Są to panele z fotokomórkami z jednej strony i mechanizmem blokującym z drugiej. Możesz sam eksperymentować i montować baterię, ale łatwiej jest kupić gotowe elementy - wybór jest dość szeroki.
Systemy solarne (kolektory słoneczne) są częścią systemu ogrzewania w domu. Duże izolowane cieplnie kanały przewodzące ciepło, takie jak baterie, są zamontowane na podniesionych osłonach skierowanych w stronę słońca lub połaci dachowych.
Zakładając, że absolutnie wszystkie regiony północne otrzymują znacznie mniej ciepła naturalnego niż południowe, błędnie. Przypuśćmy, że jest dużo więcej słonecznych dni na Czukotce lub w środkowej Kanadzie niż na południu Wielkiej Brytanii
Aby zwiększyć wydajność, panele są umieszczone na dynamicznych mechanizmach przypominających system śledzenia - obracają się po ruchu słońca. Proces konwersji energii zachodzi w rurach umieszczonych wewnątrz skrzynek.
Główną różnicą systemów słonecznych od paneli słonecznych jest to, że pierwszy podgrzewa płyn chłodzący, a drugi gromadzi energię elektryczną. Można ogrzać pomieszczenie ogniwami fotowoltaicznymi, ale obwody urządzenia są irracjonalne i nadają się tylko do tych obszarów, w których jest co najmniej 200 słonecznych dni w roku.
Schemat instalacji grzewczej z kolektorem słonecznym podłączonym do kotła i zapasowym źródłem energii elektrycznej (na przykład kocioł gazowy) zasilanym tradycyjnym paliwem (+)
Plusy i minusy alternatywnego systemu ogrzewania
Zalety systemu ogrzewania słonecznego nie są tak liczne, ale każdy z nich jest ciężki i może być powodem prywatnych eksperymentów:
- Zalety ekologiczne. Jest bezpieczny dla mieszkańców domu i otaczającej przyrody, czystego źródła ciepła, które nie wymaga stosowania tradycyjnych paliw.
- Autonomia . Właściciele systemu są całkowicie niezależni od cen energii i sytuacji gospodarczej w kraju.
- Wydajność. Utrzymując tradycyjny system ogrzewania, można obniżyć koszty płacenia za ciepłą wodę.
- Dostępność . Aby zainstalować systemy solarne, nie potrzebuj zgody władz państwowych.
Ale są nieprzyjemne chwile, które mogą zepsuć ogólny obraz. Na przykład, aby określić skuteczność systemu, potrzeba długiego okresu co najmniej 3 lat (pod warunkiem, że jest wystarczająco dużo energii słonecznej i jest ona aktywnie wykorzystywana).
Instalacja tylko modułów słonecznych będzie wymagała dużych inwestycji: najtańsze panele krzemowe będą kosztować co najmniej 2200 rubli. po polikrystalicznych sześciodiodowych elementach pierwszej kategorii - do 17000 sztuk. Oblicz koszt 30 modułów jest dość prosty (+)
Użytkownicy mają następujące wady:
- wysokie ceny sprzętu niezbędnego do uruchomienia systemu;
- bezpośrednia zależność ilości ciepła wytwarzanego od położenia geograficznego i pogody;
- obowiązkowa dostępność źródła zapasowego, na przykład kotła gazowego (w praktyce układ słoneczny jest często kopią zapasową).
Aby osiągnąć większe zyski, musisz regularnie monitorować zdrowie kolektorów, czyścić je z gruzu i chronić je przed mrozem. Jeśli temperatura często spada poniżej 0 ° C, należy zadbać o dodatkową izolację termiczną nie tylko elementów układu słonecznego, ale także całego domu.
Panele słoneczne o mocy 120 watów przez cały rok dostarczają energii do linii świetlnych i urządzeń w domu wiejskim. 
Elektrownia słoneczna małej mocy jest bezpośrednio zasilana przez baterię słoneczną, urządzenie akumulatorowe i regulator ładowania 
Odbiorcami energii baterii słonecznej w kraju są energooszczędne lampy, elektronarzędzia, radio, telewizja 
W przypadku zastosowania w obiegu solarnym o wydajności około 650 W, blok wyposażenia wewnątrz domu powinien być uzupełniony falownikiem o mocy 1 kW
Energia słoneczna do ogrzewania
Głównym celem ogniw fotowoltaicznych, które gromadzą energię, jest dostarczanie energii elektrycznej do domu. Aby uwzględnić je w schemacie systemu grzewczego i osiągnąć optymalne funkcjonowanie, konieczne jest zmontowanie obwodu ze zbiornikiem akumulacyjnym.
To w nim woda zostanie podgrzana, która po osiągnięciu określonej temperatury wypełni rury i grzejniki w pomieszczeniach, które wymagają ogrzewania (pokój dzienny, łazienka).
System zasilany energią słoneczną z podwójnym zbiornikiem, który organizuje ogrzewanie i dostarczanie ciepłej wody w dwóch kierunkach: do ogrzewania grzejników i do punktów parsowania (+)
Spróbujmy dostrzec cechy projektowe ogniw słonecznych i określić ich potencjalną rolę w systemie grzewczym.
Zasada działania paneli z ogniwami fotowoltaicznymi
Istnieją trzy popularne typy elementów dla urządzeń słonecznych:
- Monokrystaliczny . Są to cienkie płytki z najczystszego krzemu, wycięte z kryształu hodowanego w sztucznych warunkach. Najbardziej produktywna odmiana o wydajności około 17-18%. Optymalna temperatura pracy wynosi od 5 ° C do 25 ° C.
- Polikrystaliczny . Wykonane z płytek otrzymanych przez stopniowe chłodzenie stopionego krzemu. Ich technologie produkcji są mniej pracochłonne, ale wydajność polikrystalicznych ogniw fotowoltaicznych jest znacznie niższa - nie więcej niż 12%.
- Amorficzny. Są filmem. Wykonane metodą fazy odparowania, w wyniku której krzem w postaci cienkiej warstwy osadza się na bazie elastycznej polimeru. Najtańsza metoda produkcji jest połączona z naszą niską wydajnością, szacowaną na 7%.
W przypadku instalacji autonomicznych systemów grzewczych w regionach północnych ogniwa fotowoltaiczne składające się z ogniw jednokrystalicznych są uważane za najbardziej odpowiednią opcję. Jednak akumulatory z modułami amorficznymi są łatwiejsze do zainstalowania, praktycznie wolne od podstaw i znacznie tańsze.
Moduł monokrystaliczny składa się z elementów połączonych szeregowo, połączonych w moduły. Kilka modułów tworzy panel słoneczny. Ciemna powierzchnia fotowoltaicznych systemów słonecznych optymalizuje absorpcję światła słonecznego
Zadaniem elementów zewnętrznych jest absorbowanie i przekształcanie promieni słonecznych. Uwolniona energia przepływa dalej i koncentruje się w akumulatorze. Mały element daje około 100-250 W, a panel prefabrykowany o powierzchni 25-30 m² zapewnia energię elektryczną dla małego domu. Instalacja systemu grzewczego będzie wymagać energii 2-3 razy więcej.
Falownik działa jak konwerter prądu stałego z „produkcji” słonecznej na elektryczną, ponieważ prąd zmienny jest niezbędny do działania urządzeń gospodarstwa domowego i opraw.
Jeśli mówimy konkretnie o systemie grzewczym, kocioł elektryczny na wodę grzewczą działa również na prąd przemienny. Aby zapewnić światło w domu w nocy, potrzebne będą baterie, aby utrzymać dzienną podaż.
Moduły inwerterowe są instalowane w dogodnym miejscu do konserwacji, chociaż nie wymagają stałej kontroli i działają w trybie automatycznym (+)
Sprawność fotokomórki
Najprostszy sposób na zakup kolektorów słonecznych i zastosowanie jednego z prostych, sprawdzonych przez lata systemów. Jednak okoliczności czasami dyktują warunki. Załóżmy, że masz sprawnie działający system z generatorem słonecznym, ale na razie służy on do dostarczania energii elektrycznej i dostarczania ciepłej wody do domu.
Oczywiste jest, że kupowanie nowego sprzętu jest nieopłacalne, więc łatwiej jest zwiększyć moc, kupując pewną ilość ogniw fotowoltaicznych. Opcja budżetu - panele silikonowe o pojemności do 23-25%.
Konieczne jest podłączenie urządzenia grzewczego pracującego na elektryczności do źródła prądu. Wersja uniwersalna - kocioł, wyposażony w okablowanie dystrybucyjne.
Polimerowe elementy foliowe na rynku rosyjskim są znacznie mniej powszechne niż mono- i polikrystaliczne analogi krzemowe. Są wygodne w instalacji, ale mają niską wydajność - tylko 6%
Jeśli zasilanie elektryczne jest właściwie zorganizowane, powinno wystarczyć zarówno do dostarczania ciepłej wody, jak i ogrzewania. Istnieją przykłady, kiedy dom jest w pełni wyposażony w ciepło - można go rozpoznać na dachu, prawie całkowicie pokrytym panelami.
Czasami wymaga to budowy specjalnych konstrukcji wolnostojących, jeśli powierzchnia dachu jest niewystarczająca. Okazuje się, że w celu zwiększenia mocy potrzebny jest dodatkowy wolny obszar.
Nawet najdokładniejsze obliczenia nie pomogą określić dokładnej ilości potencjalnej energii i szybko stworzyć wydajny, usprawniony system. Faktem jest, że w praktyce istnieją przeszkody, których wygląd jest trudny do przewidzenia.
Oto niektóre z czynników:
- Niezmienność pogody. Jasna liczba słonecznych dni nie jest znana nawet na południowych obszarach. Prawie niemożliwe jest wiarygodne przewidzenie ich liczby w regionach północnych.
- Nieprawidłowość w pozyskiwaniu energii elektrycznej. Na przykład w regionach północnych w zimie krótki dzień świetlny, więc dużo energii słonecznej z recyklingu przeznacza się na oświetlenie. Ponadto intensywność promieniowania słonecznego w okresie zimowym jest znacznie zmniejszona.
- Okresowe awarie . Podobnie jak wszystkie systemy techniczne, panele słoneczne mogą od czasu do czasu ulegać awarii z powodu uszkodzenia pojedynczych elementów, połączeń umownych, powierzchni ochronnych itp.
Dlatego możesz dowiedzieć się o wydajności dopiero po pewnym czasie, przynajmniej - za rok. Może być konieczne zwiększenie liczby fotokomórek lub baterii, rozważenie dodatkowej izolacji domu, zmniejszenie powierzchni ogrzewanej. Załóżmy, że w północnych regionach Niemiec w celu ratowania sypialni często nie są ogrzewane.
Konserwacja zainstalowanych fotokomórek nie wymaga specjalnych umiejętności i polega na regularnym czyszczeniu: czyszczeniu śniegu w zimie i gruzu podczas ciepłego okresu, myciu powierzchni szklanej wodą z węża
Schemat instalacji domowej elektrowni
Najprostszym sposobem zainstalowania generatora solarnego jest skontaktowanie się z firmą, która sprzedaje komponenty systemowe i oferuje usługi instalacyjne. Plusy - profesjonalny projekt z indywidualnymi cechami, gwarancja na wszystkie produkty i instalację, minus - wysoki koszt.
Jeśli masz odpowiednie doświadczenie, możesz samodzielnie zbudować mini-elektrownię z panelami słonecznymi do ogrzewania prywatnego domu.
Najbardziej skuteczny jest hybrydowy schemat układu powietrzno-słonecznego, w którym ogniwa fotowoltaiczne są wykorzystywane do wytwarzania energii, kolektory do podgrzewania wody i instalowany jest dodatkowy generator wiatrowy. Można go zastąpić zapasowym źródłem paliwa (+)
Wszystkie części do montażu systemu grzewczego są sprzedawane w wyspecjalizowanych sklepach.
Musisz kupić następujące elementy:
- zestaw silikonowych lub foliowych modułów słonecznych;
- akumulator do przechowywania energii;
- regulator ładowania, który reguluje proces ładowania i rozładowywania baterii;
- falownik, który przekształca DC na AC;
- zestaw kabli połączeniowych.
Pożądane jest, aby baterie były takie same (biorąc pod uwagę markę, pojemność, a nawet imprezę) i miały możliwość przechowywania energii przez 3-4 dni. Czas ich pracy zależy od temperatury pomieszczenia - w niskich temperaturach szybko się rozładowują. Jeśli dzienne zużycie wynosi 2400 Wh, baterie potrzebują całkowitej pojemności co najmniej 1000 Ah.
Używając akumulatorów samochodowych, pamiętaj, że ich maksymalna wydajność wynosi 70-75% (żywotność - 3 lata), specjalne urządzenia do systemów solarnych mają najlepszą wydajność - do 85% (żywotność - 10 lat). Część energii jest tracona podczas przechowywania i konwersji.
Jakość prądu generowanego przez sinusoidalne falowniki dla systemów słonecznych jest wyższa niż prąd ze scentralizowanej sieci. Cechą sprzętu jest synchronizacja fazy napięciowej, w której przejście od 12 V do 220 V odbywa się bez przerwy w działaniu domowych urządzeń elektrycznych.
Przetwornice mocy - od 250 W do 6000 W i powyżej. Możesz zwiększyć moc wyjściową, opróżniając połączenie równoległe kilku urządzeń. Na przykład 3 x 3000 W = 9000 W (+)
Po zainstalowaniu wszystkich elementów układu słonecznego konieczne jest podłączenie zbiornika elektrycznego, który podgrzewa wodę do falownika, a następnie rurociągu grzewczego do zbiornika.
System ogrzewania kolektora
Największą wydajność i oddziaływanie można uzyskać, instalując kolektory zamiast modułów słonecznych - instalacje zewnętrzne, w których woda jest podgrzewana przez promieniowanie słoneczne. Taki system jest bardziej logiczny i naturalny, ponieważ nie wymaga ogrzewania chłodziwa przez inne urządzenia.
Rozważ projekt i zasadę działania urządzeń dwóch głównych typów: płaskich i rurowych.
Płaska opcja do niezależnej produkcji
Projektowanie płaskich instalacji jest tak proste, że doświadczeni rzemieślnicy montują ręcznie wykonane odpowiedniki własnymi rękami, kupując niektóre części w specjalistycznym sklepie, a niektóre z nich są zbudowane z improwizowanego materiału.
Wewnątrz izolowanej płyty stalowej lub aluminiowej zamocowano adsorbujące ciepło ze słońca. Najczęściej jest pokryta warstwą czarnego chromu. Na górze absorbera ciepła chroniona jest szczelna przezroczysta pokrywa.
Woda jest podgrzewana w rurkach ułożonych wężem i połączona z płytką. Woda lub płyn przeciw zamarzaniu przedostają się do wnętrza kanału przez wlot, nagrzewają się w rurach i przesuwają do wylotu - do wylotu.
Przepuszczalność światła pokrywy jest wyjaśniona przez zastosowanie przezroczystego materiału - mocnego szkła hartowanego lub tworzywa sztucznego (na przykład poliwęglanu). Aby zapobiec odbiciu promieni słonecznych, powierzchnia szkła lub plastiku jest matowa (+)
Istnieją dwa rodzaje połączeń: jedno-rurowy i dwururowy, nie ma zasadniczej różnicy w wyborze. Но существует большая разница в том, каким способом теплоноситель будет подаваться к коллекторам – самотечным или с помощью насоса. Первый вариант признан неэффективным из-за слабой скорости передвижения воды, по принципу нагрева он напоминает емкость для летнего душа.
Функционирование второго варианта происходит благодаря подключению циркуляционного насоса, который подает теплоноситель в принудительном порядке. Источником энергии для работы насосного оборудования может стать энергосистема на солнечных батареях.
Температура теплоносителя при нагреве солнечным коллектором достигает 45-60 ºС, на выходе максимальный показатель – 35-40 ºС. Для повышения эффективности работы отопительной системы наряду с радиаторами используют «теплые полы» (+)
Трубчатые коллекторы – решение для северных регионов
Общий принцип работы напоминает функционирование плоских аналогов, но с одной разницей – теплообменные трубки с теплоносителем находятся внутри стеклянных колб. Сами трубки бывают перьевыми, запаянными с одной стороны и внешним видом напоминающие перья, и коаксиальными (вакуумными), вставленными друг в друга и запаянными с обеих сторон.
Теплообменники также бывают разными:
- система преобразования солнечной энергии в тепловую Heat-pipe;
- обычная трубка для перемещения теплоносителя U-type.
Второй вид теплообменников признан более эффективным, но недостаточно популярным из-за стоимости ремонта: при выходе из строя одной трубки придется производить замену всей секции.
Трубка Heat-pipe не является частью целого сегмента, поэтому поменять ее можно за 2-3 минуты. Вышедшие из строя коаксиальные элементы ремонтируют, просто сняв заглушку и заменив поврежденный канал.
Схема, объясняющая цикличность нагревательного процесса внутри вакуумных трубок: холодная жидкость под воздействием солнечного тепла нагревается и испаряется, уступая место следующей порции холодного теплоносителя (+)
Проанализировав технические характеристики коллекторов разного типа и обобщив опыт их использования, решили, что для южных областей больше подходят плоские коллекторы, а для северных – трубчатые. Особенно хорошо зарекомендовали себя в условиях сурового климата установки с системой Heat-pipe. Они обладают нагревательной способностью даже в пасмурные дни и ночью, «питаясь» минимальным количеством солнечного света.
Образец стандартной схемы подключения солнечных коллекторов к бойлерному оборудованию: насосная станция обеспечивает циркуляцию воды, контроллер регулирует процесс нагревания
Метод увеличения производительности
Обычно, поэкспериментировав с небольшим количеством солнечных модулей, владельцы частных домов идут дальше и совершенствуют систему различными способами.
Самый простой способ – это увеличение количества задействованных модулей, соответственно, привлечение дополнительных площадей для их размещения и покупка более мощного сопутствующего оборудования
Что делать, если существует дефицит свободной площади? Вот несколько рекомендаций для повышения эффективности солнечной станции (с фотоэлементами или коллекторами):
- Изменение ориентации модулей. Перемещение элементов относительно положения солнца. Проще говоря, установка основной части панелей на южной стороне. При длинном световом дне также оптимально задействовать поверхности, выходящие на восток и запад.
- Регулировка угла наклона. Производитель обычно указывает, какой угол является наиболее предпочтительным (например, 45º), но порой при монтаже приходится вносить свои коррективы с учетом географической широты.
- Правильный выбор места установки. Крыша подходит, потому что чаще всего является наивысшей плоскостью и не затеняется другими объектами (предположим, садовыми деревьями). Но существуют еще более подходящие площади – поворотные устройства слежения за солнцем.
При перпендикулярном расположении элементов к лучам солнца система работает более эффективно, однако на стабильно закрепленной поверхности (например, крыше) это возможно лишь на короткий промежуток времени. Чтобы его увеличить, придумали практичные устройства слежения.
Механизмы слежения – это динамические платформы, которые своей плоскостью поворачиваются вслед за солнцем. Благодаря им производительность генератора увеличивается летом примерно на 35-40%, зимой – на 10-12 %
Большим минусом устройств слежения является их высокая стоимость. В некоторых случаях она не окупается, поэтому нет смысла вкладываться в бесполезные механизмы.
Подсчитано, что 8 панелей – минимальное количество, при котором затраты со временем оправдают себя. Можно задействовать и 3-4 модуля, но при одном условии: если они напрямую, в обход аккумуляторов, подключены к водяному насосу.
Буквально на днях компания Тесла Моторс объявила о создании нового типа крыши – с интегрированными солнечными батареями. Илон Маск заявил, что модифицированная крыша будет дешевле, чем обычная кровля с установленными на нее коллекторами или модулями.
Wnioski i przydatne wideo na ten temat
Тематические видеоролики помогут вам лучше представить устройство домашних солнечных станций и раскроют некоторые секреты монтажа оборудования.
Wideo # 1. Доступно изложенная техническая информация о солнечных батареях и контроллерах заряда:
Wideo # 2. Полезный опыт использования солнечных батарей в Подмосковье:
Wideo # 3. Пример успешно работающей солнечной станции, полностью собранной самостоятельно, обеспечивающей и ГВС, и отопление дома:
Как видите, отопительная система на солнечных батареях – вполне реальное явление, которое вы можете самостоятельно воплотить в жизнь. Сфера альтернативных способов получения энергии развивается постоянно, возможно, завтра вы услышите о новом открытии.
Приглашаем активно комментировать материал. Высказать свое отношение к “зеленой энергетике”, поделиться опытом в устройстве системы из солнечных батарей, сообщить только вам известные тонкости вы сможете в блоке, расположенном ниже.