Отопление частного дома с помощью солнечных батарей

Как это работает

Солнечный свет воздействует на фоторецепторы и благодаря этому появляются микроразряды. Мощность одного фоторецептора можно назвать ничтожной, но один квадратный метр солнечной батареи дает огромное количество заряда. Тем более, что речь всегда идет об аккумуляции, то есть накоплении энергии. Но самой солнечной батареи или большого их числа будет недостаточным. Дополнительное оборудование в виде еще нескольких агрегатов станет обязательным:

• первичный преобразователь;
• преобразователь постоянного тока в переменный;
• реле контроля заряда аккумулятора;
• реле по отбору мощности извлекаемого тока.

Как устроена схема электроснабжения с солнечными панелями

Сама солнечная батарея представляет собой конструкцию из какого-то количества модулей (полупроводниковых фотоэлементов), которые генерируют энергию. В зависимости от потребности в количестве энергии «на выходе», чтобы повысить мощность отдачи, солнечные панели объединяют между собой в солнечные электростанции. Сюда входит целый комплект оборудования, который нужен для преобразования солнечной энергии в электрический ток.

Схема работы

Для подключения солнечных панелей вам потребуются следующие комплектующие.

• Непосредственно солнечные батареи. Их тип, количество и размер вы выбираете в зависимости от ваших задач, потребностей и бюджета.
• Аккумуляторные батареи (АКБ). Химический источник тока. Именно здесь будет накапливаться генерируемая солнечными панелями энергия. Поэтому при выборе аккумулятора нужно ориентироваться на его емкость – чем больше емкость, тем больше запас энергии для нужд потребления. Автомобильные аккумуляторы использовать в таких схемах не рекомендуется, т.к. они неспособны выдержать частые перезарядки. Лучше приобретать AGM (срок службы 4–5 лет) или гелиевые аккумуляторы (срок службы 9–11 лет).
• Контроллер заряда – важное устройство, которое выполняет несколько функций одновременно и позволяет продлить срок службы аккумулятора. Во-первых, он автоматически контролирует заряд АКБ: регулирует подачу энергии от солнечных панелей, чем предохраняет сам аккумулятор от полной разрядки, а при полном заряде отключает АКБ от системы. Во-вторых, контроллер защищает сами солнечные панели: отключает их при полной зарядке и включает на зарядку в момент, когда энергия начинает расходоваться. Контроллер также препятствует перетеканию обратных токов в пасмурную погоду и ночью. А еще помогает выбрать оптимальный режим зарядки, благодаря чему возрастает количество накапливаемой энергии и увеличивается срок службы аккумулятора. Современные контроллеры оборудованы специальной панелью с дисплеем, где видно напряжение батарей. А «продвинутые» контроллеры поддерживают эффективную зарядку при помощи специальных алгоритмов и программ.
• Инвертор. С помощью этого прибора постоянное напряжение от аккумулятора преобразуется в переменное 220 В, которое используется конечным потребителем. Инверторы могут иметь разные технические характеристики – мощность, качество получаемого напряжения. Поэтому при подключении солнечных батарей в доме нужно обратить внимание и выбрать инвертор подходящей мощности – в зависимости от электроприборов, которые будет обслуживать гелиоустановка. Инверторы также могут выполнять функцию дополнительной защиты электросети.
• Крепежные элементы и провода для коммуникации и соединения комплектующих солнечной установки. Могут также понадобиться предохранители (реле), которые ставятся между всеми элементами системы и защищают ее от короткого замыкания.

Это самая простая схема сборки и установки солнечных батарей для дома, с минимумом компонентов. За счет того, что в ней практически нет движущихся деталей (если не считать возможной замены АКБ), такая система может простоять десятки лет.

Подключить солнечные батареи по данной схеме в квартире или доме можно даже самостоятельно, и они будут обслуживать бытовые приборы (холодильник, телевизор, систему освещения, погружной насос). А вот если нужно обеспечить работу техники, которая требует больших затрат энергии, например, электрокотла , то понадобится более мощное и дорогостоящее оборудование и, скорее всего, консультация специалистов.

Преимущества солнечного отопления

Достоинств у солнечного отопления немало. Вот только основные преимущества:

• можно использовать тепловую энергию в любое время в независимости от коммунальных служб;
• простота регулирования температурного режима внутри помещений дома;
• нет необходимости платить за общее отопление;
• запас солнечной энергии собирается в специальных аккумуляторах и этот запас вы можете использовать для разных бытовых нужд;
• достаточный срок эксплуатации всей системы, чтобы перекрыть с лихвой ее первоначальную стоимость.

Правда, специалисты рекомендуют особо обращать внимание на некоторые нюансы монтажа и эксплуатации системы. Но на один необходимо обратить особое внимание.

Внимание! Если в регионе, где построен ваш дом, солнечных дней в году не очень много, то не стоит пенять на солнечные батареи. Их главный источник энергии — солнце, поэтому вероятность, что система будет работать неэффективно, достаточно высока.

Итак, нюансы:

1. К сожалению, на сегодняшний день это очень дорогое удовольствие. Может быть поэтому солнечные батареи имеют низкую популярность у наших соотечественников. Но практика показывает, что срок окупаемости системы составляет один год. Так что в этом плане выгода явная.
2. Мощность одного квадратного метра солнечной батареи – 120 Вт. Чтобы, к примеру, обеспечить теплом дом, где живет семья из трех-четырех человек, потребуется достаточно большое количество панелей. Точный расчет в данном случае просто необходим.
3. Солнечные элементы надо устанавливать только на крыше и обязательно на южной ее стороне. Исходя из второго нюанса, можно сделать простой вывод – площадь южной стороны крыши не должна быть меньше 40 м2. Оптимальный угол ската должен составлять 45°, рядом с домом, где установлены солнечные батареи, не должно быть высоких деревьев и построек, которые будут загораживать солнечные элементы.
4. Оптимальная работа солнечного отопления будет зависеть от количества солнечных дней. Так вот минимальное количество таких дней должно быть 20 в месяц.
5. Сами солнечные батареи имеют определенный вес, так что стропильную систему кровли необходимо усилить.

Внимание! Если вы приняли решение, что будете использовать солнечные батареи для системы отопления вашего дома, то все это необходимо будет учесть еще на стадии его проектирования.

Принцип работы

Солнечные батареи для электроотопления дома зимой – реальность?

Солнечная энергетика – это наше будущее, ее используют уже во многих сферах и популярность только растет. Все преимущества и выгода давно ясны: экологически чистая энергия превращается в бесплатное электричество, которое можно использовать для своих целей и продавать государству. Но многих интересует вопрос, а зимой солнечные батареи осилят ли электрическое отопление?

Электроотопление дома потребляет большое количество электроэнергии, а зимы в Украине зачастую хмурые и солнце спрятано далеко за тучами. Естественно, солнечные батареи зимой вырабатывают намного меньше энергии, чем в теплую пору. На графике четко видно, рост и падение выработки энергии на протяжении года.

Как видите, примерно в 4 раза падает отдача солнечных батарей в зимнюю пору. В итоге, она не сможет питать электроотопление? Что ж, ищем калькулятор!

К примеру, наш дом имеет площадь 100 кв. м.:

• 1 комната – 25 м2, на нее необходимо обогреватель мощностью 1400 Вт;
• 2 и 3 комнаты – 20 м2, на них необходимы обогреватели мощностью по 1200 Вт;
• Коридор – 10 м2, на него необходимо обогреватель мощностью 350 Вт;
• Кухня – 15 м2, на нее необходимо обогреватель мощностью 750 Вт;
• Санузел – 10 м2, на него необходимо обогреватель мощностью 350 Вт;
• Суммарная мощность обогревателей – 4050 Вт или 4,05 кВт.

Солнечная электростанция мощностью 1 кВт за 1 зимний день сможет выдать до 1,5 кВт. В среднем, электрообогреватели работают по 8 часов в день, соответственно им необходимо 32 кВт в день. При установке солнечной электростанции 30 кВт, ежедневно она будет выдавать 45 кВт зимой (посчитано в самых суровых условиях). Если 32 кВт будет уходить на отопление, то 13 еще останется на другие бытовые приборы, и еще будет остаток.

В результатах подсчетов, солнечные батареи для электроотопления дома в Украине должны иметь мощность 30 кВт. Но такая электростанция имеет колоссальное количество преимуществ, и чуть позже мы про них расскажем. А пока необходимо подсчитать необходимое количество батарей для отопления.

Сколько нужно солнечных батарей для отопления дома?

Электростанция 30 кВт – это далеко не маленькая станция, площадь панелей может достигать до 200 м2. Для стабильной мощности солнечной электростанции 30 кВт устанавливаютот 105 до 110 панелей. Такого количества вполне достаточно отопления дома и других нужд. Если учитывать динамические системы солнечных панелей, тогда их количество будет значительно меньше, но и система обойдется дороже.

Солнечные батареи для электрического отопления можно устанавливать не только на крышу дома, но и в любой местности участка с доступом к южной стороне (солнечной). Крыша гаража, летней кухни, мастерской, бани или отдельные участки на земле также служат отличной платформой для солнечных панелей.

Насколько выгодная инвестиция в солнечные батареи, чтобы отапливатьдом электричеством?

Электроотопление зимой заберет большую часть выработанной электроэнергии, но необходимо понимать, что она Ваша и ее поступление стабильное. Каждый день зимой солнце освещает нашу землю, а солнечные панели работают постоянно. В дождь, снег, туман панели будут вырабатывать тот минимум, о котором мы писали. И перебои со светом из-за халатности электриков или урагана – Вам не грозят. Это огромнейший плюс!

Отопление Вам необходимо только 5 месяцев из 12, соответственно остальные 7 месяцев будут давать огромную прибыль по «Зеленому» тарифу. Хотите конкретных цифр?

1. Стоимость солнечной электростанции 30 кВт – 22 000 $;
2. Годовая выработка такой электростанции – 31 000 кВт*час;
3. Сегодня «Зеленый» тариф – 0,18 Евро/кВт*час;
4. Годовая прибыль от станции – 5 500$ (с учетом налогов, и небольшим % риска).

Полная автономность, постоянная прибыль и масса других преимуществ ожидают при установке солнечных батарей. Солнечные батареи вытянут электрическое отопление, но для этого необходимо будет немало вложить в их покупку. 5-6 лет и они полностью окупят себя, а дальше будут работать в огромный плюс.

Электрическое отопление – это единственный тип обогрева, который может в паре работать с солнечной электростанцией. Газовые и твердотопливные котлы будут обходиться дороже, в то время, как электроотопление будет работать бесплатно. Мы рекомендуем использовать керамические обогреватели украинского производства. Интернет-магазин экономного отопления «Теплодар» предоставляет обогреватели Венеция по смешным ценам. Вы сможете сэкономить уже на стадии покупки системы отопления.

Если в Вашем доме газовое отопление, прочтите статью:«Цены на газ в Украине в 2019г для населения. Выгодно газовое отопление?»

А если Вы живете в квартире, Вам будет интересна статья: «Как оформить, узаконить электроотопление в квартире? Основные правила»

Типы установок для получения энергии от Солнца

В зависимости от способа получения энергии и ее использования, устройства для получения энергии от Солнца можно разделить на три типа:

• Батареи с фотоэлектрическими преобразователями – энергию Солнца непосредственно преобразуют в электричество.
• Солнечные коллекторы, способные преобразовывать солнечный свет в тепловую энергию и в дальнейшем использовать ее для различных нужд. Имеют высокий КПД.
• Гелиоэлектростанции, вырабатывающие энергию в больших количествах. Основной элемент в этих установках – вогнутые зеркала из алюминия или стекла, собирающие солнечные лучи, которые затем распределяются для нагрева воды.

Для устройства системы отопления в частных домах чаще всего используются солнечные батареи на фотоэлементах.

Устройство, виды и основные характеристики солнечных батарей

Обычно солнечные батареи состоят из нескольких частей:

• устройство для отбора мощности;
• преобразователь энергии;
• аккумуляторные батареи;
• преобразователь тока;
• регулятор зарядки устройства.

Энергию, которую батарея получает в течение дня, можно использовать напрямую или накапливать в аккумуляторах для работы в ночное время или в пасмурную погоду.

Сфера применения таких установок зависит от мощности, которую они способны вырабатывать. В зависимости от этого, можно выделить батареи:

• низкой мощности, способные обеспечить работу телевизора, телефона, калькулятора или нескольких лампочек;
• универсальные, обычно это переносные устройства, питающие технику за пределами дома;
• большой мощности, позволяющей обеспечить весь дом теплом и энергией.

Также солнечные батареи классифицируют по тому, как организованы в элементах атомы кремния:

• батареи монокристаллические – основаны на фотоэлектрическом действии; они компактны, но не могут производить энергию в пасмурную погоду; имеют КПД около 15%;
• батареи тонкопленочные – способны поглощать рассеянные лучи солнца, поэтому их можно устанавливать на стены зданий; самые простые и доступные, но занимают большую площадь поверхности и обладают малым КПД – 5%;
• батареи поликристаллические – основой для них служит особый кремниевый расплав; КПД около 10%.

 Условия эксплуатации солнечных батарей

Решив приобрести солнечные батареи для отопления дома, нужно учитывать несколько факторов. Прежде всего, их эффективность напрямую будет зависеть от количества ясных, солнечных дней в году, особенно зимой. Перед установкой солнечной системы отопления нужно провести качественное утепление дома с использованием современных материалов.

Оптимальным будет интегрирование солнечных батарей в другую, уже существующую, систему отопления: электрическую, газовую или с другим видом топлива. Это позволит увеличить эффективность и той, и другой системы.

Основные производители солнечных батарей

На рынке фотоэлектрических панелей признанным лидером является японская компания Sharp Solar, чья доля в мировом производстве составляет 24%. Изделия этой компании славятся своим качеством, долговечностью и высоким КПД.

В числе других известнейших производителей солнечных батарей можно назвать компании: Yingli Green Energy (Китай), Canadian Solar (Канада), Trina Solar Limited (Китай), First Solar (США), Suntech Power Holdings Co, Ltd. (Китай).

В России производством солнечных батарей занимаются предприятия: ООО “Гелиос-Ресурс” (Мытищи), «Телеком-СТВ» (Зеленоград), ОАО «НПП «Квант» (Москва), ООО «Хевел» (Новочебоксарск) и др.

Гелиоэнергетика имеет большое будущее. Сегодня эта отрасль в нашей стране развита достаточно слабо из-за высокой стоимости солнечных батарей. Но будущее именно за ними – безопасными, экологически чистыми, безотходными, полностью автоматизированными системами, превращающими энергию Солнца в электричество, которое обогревает наши дома.

Положительные стороны использования энергии солнца

Основным преимуществом использования солнечной энергии для обогрева дома является то, что отопление от солнечных батарей цена которых зависит от модели, не вредит экологии. Солнечная энергия является полностью возобновляемым источником энергии, наличие которого не зависит от деятельности привычных участников топливного рынка — традиционных энергетических компаний или мировых экспортеров нефти и газа.

Современная солнечная батарея является полностью автономным изобретением, которое не зависит от использования электричества, нефти и природного газа и работает только от получаемой извне энергии солнца. В процессе преобразования энергии в тепло не выделяются загрязняющие вещества. А это значит, что солнечные батареи намного экологичнее, нежели газовые котлы, дровяные печи или жидкотопливные отопительные приборы.

Если не учитывать огромных начальных капиталовложений, то в долгосрочной перспективе солнечные батареи для отопления дома отзывы о которых можно найти в сети, позволят качественно сократить затраты на отопление. Ведь как только солнечная батарея будет установлена и подключена, энергию для отопления дома можно будет получать в любое время. Энергия солнца является доступной и абсолютной бесплатной для всех жителей планеты и будет такой оставаться в обозримом будущем.

В процессе генерирования энергии для отопительных приборов солнечные батареи работают абсолютно бесшумно, поэтому устанавливая их в доме, владелец может не беспокоиться о нарушении тишины и комфорта в своем жилище.

Грамотно спроектированная схема подключения солнечных батарей загородного дома позволит получать солнечную энергию в любое время года.

Преимущества и недостатки

Для начала следует подробно разобрать плюсы и минусы. Преимуществ отопление от солнечных батарей имеет не так уж много (часто из-за «суровых реалий» нашего климата). Но они вполне очевидны:

• Это экологически чистый отопительный источник, для которого не понадобятся другие виды топлива.
• При разумном использовании владельцы частных домов (даже если это небольшой дачный домик, оборудованный гелиоустановкой), получают определенную степень независимости от цен на тепло.
• Если сохранить традиционные батареи и не отказываться от центрального отопления совсем, затраты на горячее водоснабжение будут значительно ниже.
• Установка гелиосистемы не требует получения никаких разрешений.

Однако есть и ряд сложностей, которые также следует учитывать. Например, чтобы определить, насколько эффективно работает система для нагрева воды, понадобится, как минимум, три года. При этом энергия от солнечных батарей должна поступать в достаточном количестве и постоянно применяться.

Само оборудование стоит недешево. КПД, вырабатываемый солнечными батареями, всегда будет зависеть от погодных и климатических условий. Коллекторы придется регулярно чистить от накопившихся загрязнений. Нужно своевременно убирать с них лед, снег в холодное время года. Иначе они быстро выйдут из строя и не смогут полноценно работать.

При проживании в холодных регионах гелиосистеме обязательно будет нужна дополнительная теплоизоляция.

Виды солнечных батарей и особенности их комплектации

На сегодняшний день существует два вида солнечных панелей, их технические свойства свободно можно использовать для снабжения жилплощади электроэнергией.

К первой группе относятся малые фотоэлектрические системы, вырабатывающие напряжение от 12 до 24 вольт – этого достаточно, чтобы дом полноценно освещался и круглосуточно работал телевизор.

Ко второй группе относятся большие фотоэлектрические установки, которые при грамотном монтаже обеспечивают отопление и освещение среднего по размеру дома.

Батареи при монтаже комплектуются следующими вспомогательными элементами:

• вакуумный солнечный коллектор;
• прибор контроля или контроллер – следит за функционированием системы;
• насос – обеспечивает подачу теплоносителя к резервуару от коллектора;
• емкость под горячую воду, ее объем от 500 до 1000 л;
• электрический тэн.

Водоснабжение дома теплой водой, отопительная система «теплый пол» – все эти удовольствия можно получить с помощью природного явления бесплатно, при условии установки мощного оборудования.

Чтобы рассчитать нужную мощность установки, учитывают количество членов семьи, размер жилплощади и стандартный объем употребляемой энергии.

На бытовые нужды семьи, состоящей из трех человек, может понадобиться от 200 до 500 кВт/месяц.

Так как зимой эффективность работы батарей снижается, после обустройства фотоэлектрических панелей своими руками не стоит полностью отказываться от привычного отопления с целью перестраховки.

Срок эксплуатации солнечных батарей превышает 25 лет, проблемы с их ремонтом и техническим обслуживанием на протяжении указанных лет – редкость.

Единственное, что в обязательном порядке придется делать, это очищать их от оседающей пыли и, время от времени, менять внешние аккумуляторы, как только их мощности перестает хватать на удержание полной емкости.

Как смонтировать солнечную батарею

Ячейки при эксплуатации будут находиться на открытом воздухе. Их необходимо защитить от атмосферных осадков, пыли, механических повреждений. Для этого изготавливают герметичный короб с прозрачной стеклянной поверхностью.

Изготовление корпуса

Потребуется разместить на плоскости все элементы и рассчитать площадь, которую они займут с учета интервалов между ячейками.

Равномерный воздушный зазор между элементами солнечной батареи необходим для исключения режима их короткого замыкания. Кромки ячеек не должны соприкасаться.

По этому размеру вырезают оконное стекло.

Его вклеивают в дюралевые уголки строительным силиконовым клеем, обеспечивающим герметичность соединения, которые дополнительно скрепляют винтами для повышения прочности общей конструкции.

Если использовать деревянную раму, то потребуется ее пропитывать составами, препятствующими гниению и учесть возможность усыхания реек.

Сборка схемы

Подготовка фотоэлементов

Ячейки солнечной батареи могут быть с:

1. просто залуженными контактными площадками для пайки;
2. припаянными токопроводящими отводами.

В первом случае придется контакты пропаять для соединения монтажной проволокой. Производители фотоэлементов предусматривают специальный припой с флюсом на водной основе, который легко смывается с поверхности ячейки и ленточные проводники. Если работать канифолью, то ее следы останутся, убрать их не получится.

Кремниевые пластины обладают высоким теплоотводом, а при длительном касании паяльника хорошо остужают его жало. Работать надо быстро, но аккуратно.

Паяльник выбирают с мощностью порядка 40 ватт, а его жало необходимо поддерживать в чистоте.

Для монтажа можно использовать проволоку от кабеля витой пары. Ее потребуется предварительно залудить.

Если нет хороших навыков в пайке, то элемент можно легко повредить.

Поэтому необходимо иметь резерв для замены испорченных ячеек или покупать уже пропаянные в заводских условиях модули с токоотводами.

Монтаж фотоэлементов

Сами ячейки раскладывают лицевой стороной на стекло внутри корпуса и приклеивают к нему по углам каплями силиконового клея.

Затем паяют все элементы между собой в общую схему и подключают соединительные провода.

Заключительные операции

Остается проверить электрические характеристики собранной станции под нагрузкой.

Важно также замерить выходное напряжение на каждом элементе. Оно должно иметь одно и то же значение. Когда оно меньше, то надо разбираться с дефектным элементом солнечной станции.

Останется защитить тыльную стороны полиэтиленовой пленкой от попадания пыли и мусора на ячейки, установить солнечную станцию на южной стороне дома.

Работа будет закончена после подключения инвертора, контроллера и аккумулятора с проверкой их эксплуатационных возможностей на различных режимах.

Для направления тока от солнечной батареи для заряда аккумулятора в цепь питания врезают диод, который исключает перетекание энергии в обратном направлении. Меньший нагрев и потери электричества обеспечивает диод Шотки.

Чтобы материал лучше запомнился рекомендуем посмотреть видеоролик «5 ошибок сборки солнечной батареи».

Задавайте вопросы в комментариях и делитесь материалом статьи с друзьями в соц сетях.

Полезные товары

• Электропаяльник с регулируемой температурой
• Герметичная бутылочка для воды 550ml
• Приспособление для удаления косточек

Полезные сервисы и программы

• Курсы по дизайну
• Онлайн изучение английского языка с репетитором или самостоятельно

Реклама

Заключение: проверка целесообразности установки солнечных батарей

Перед тем, как приниматься за подключение солнечной батареи для дома, следует подумать, будет ли это выгодно:

• сначала нужно выяснить, сколько панелей нужно приобрести для получения 1 кВт энергии. Далее рассчитать площадь «поля» с учетом своего энергопотребления. Предварительно нужно будет подсчитать, сколько киловатт тратится ежедневно. Стандартная панель выдает около 0,12 кВт за световой день. Таким образом можно увидеть, сколько панелей нужно для обеспечения нужного количества энергии. По размерам панелей можно вычислить, какую площадь они будут занимать. Следует иметь ввиду, что для более точного расчета лучше обратиться к профессионалам. Они произведут все расчеты с учетом уровня инсоляции в районе проживания. К тому же, специалисты дадут рекомендации по приобретению наиболее подходящих единиц. Читать: Критерии расчета солнечной установки для дома.
• подсчитать, сколько в среднем бывает солнечных дней в году. Затем разделить стоимость затрат на такой источник энергии на 25 лет. Зная, сколько приблизительно можно получить энергии в год, можно подсчитать, будут ли окупаться потраченные деньги. При этом нужно помнить, что солнце наиболее активно летом.
• Даже установка небольшого количества панелей может уменьшить расходы на электроэнергию. Поэтому нужно рассмотреть все возможные варианты.

Установка солнечных батарей

Если конструкции будут использоваться для электрообеспечения жилых пространств, то место установки следует выбирать тщательно. Если панели будут загорожены высотными зданиями или деревьями, то трудно будет получить необходимую энергию. Их необходимо разместить там, где поток солнечных лучей максимален, то есть на южную сторону. Конструкцию лучше установить под наклоном, угол которого равен географической широте месторасположения системы.

Солнечные панели должны размещаться таким образом, чтобы хозяин имел возможность периодически очищать поверхность от пыли и грязи или снега, поскольку это приводит к более низкой способности выработки энергии.

Сборка

Секции укладываются на стекло подложкой кверху и спаиваются между собой и диодами согласно выбранной схеме последовательно-параллельного подключения. Для фиксации фотоэлементов на месте, а также закрепления проводников и диодов можно использовать прозрачный термоклей или бескислотный уксусный герметик.

Не используйте кислотные (легко отличимые по уксусному запаху) герметики – их использование в закрытом объеме приведет к быстрой коррозии пайки!

После того, как все фотоэлементы размещены, закреплены и спаяны, к выводам припаивается более толстый силовой провод – в нашем случае будет достаточно сечения 1,5 мм2. Он пропускается через отверстие в рамке, которую проще всего сделать из пропитанной олифой деревянной рейки. Метод закрепления стекла в рамке может быть различным:

• Укладка в паз с последующим закреплением штапиком (наподобие тому, как это делается в оконных рамах);
• Размещение между двумя рамками с последующей их стяжкой саморезами;

В любом случае, учитывая склонность дерева «дышать», нужно применять при укладе стекла незатвердевающий герметик.

Вместо дерева можно использовать более совершенные материалы при их доступности: алюминиевый уголок, металлопрофиль, использующийся при изготовлении стеклопакетов и так далее.

Стыки конструкции рамки, а также место вывода проводов необходимо дополнительно залить герметиком. После вторичной проверки всех соединений залейте фотоэлементы прозрачным лаком, чтобы полностью загерметизировать и скрепить сборку. После высыхания лака к рамке можно прикрепить заднюю стенку из любого подходящего материала, желательно из полимера наподобие поликарбоната. Пространство между стенкой и залитыми фотоэлементами лучше всего залить доступным компаундом, например – эпоксидной смолой.

Крепить получившуюся батарею, учитывая ее достаточно большую массу, необходимо как минимум в четырех углах рамки. Лучший способ усиления конструкции – собрать вторую рамку из стального уголка таким образом, чтобы солнечная панель достаточно плотно встала в нее, а затем саморезами скрепить их по периметру. Такую конструкцию можно спокойно будет размещать на крыше, стене или наклонной стойке в зависимости от того, как Вы планируете использовать солнечную батарею.

Наиболее оптимальный вариант стационарного размещения батареи – горизонтальный или с небольшим уклоном для стока осадков. В этом случае «электростанция» будет иметь максимальный КПД в полдень, когда влияние погоды и посторонних помех на мощность падающего солнечного излучения минимально. Максимальную токоотдачу в течение длительного времени можно обеспечить, предусмотрев возможность наклона панели вдоль хода солнца хотя бы вручную.

Трубчатые солнечные коллекторы

Трубчатые солнечные коллекторы собираются из отдельных трубок, по которым курсирует вода, газ или пар. Это одна из разновидностей гелиосистем открытого типа. Однако теплоноситель уже намного лучше защищен от внешнего негатива. Особенно в вакуумных установках, устроенных по принципу термосов.

Каждая трубка подключается к системе отдельно, параллельно друг другу. При выходе из строя одной трубки ее легко поменять на новую. Вся конструкция может собираться непосредственно на кровле здания, что значительно облегчает монтаж.

Трубчатый коллектор имеет модульную структуру. Основным элементом является вакуумная трубка, количество трубок варьируется от 18 до 30, что позволяет точно подобрать мощность системы

Веский плюс трубчатых солнечных коллекторов заключается в цилиндрической форме основных элементов, благодаря которым солнечное излучение улавливается круглый световой день без применения дорогостоящих систем слежения за передвижением светила.

Специальное многослойное покрытие создает своего рода оптическую ловушку для солнечных лучей. На схеме частично показана внешняя стенка вакуумной колбы отражающая лучи на стенки внутренней колбы

По конструкции трубок различают перьевые и коаксиальные солнечные коллекторы.

Коаксиальная трубка представляет собой сосуд Дьаюра или всем знакомый термос. Изготовлены из двух колб между которыми откачан воздух. На внутреннюю поверхность внутренней колбы нанесено высокоселективное покрытие эффективно поглощающее солнечную энергию.

При цилиндрической форме трубки солнечные лучи всегда падают перпендикулярно поверхности

Тепловая энергия от внутреннего селективного слоя передается тепловой трубке или внутреннему теплообменнику из алюминиевых пластин. На этом этапе происходят нежелательные теплопотери.

Перьевая трубка представляет собой стеклянный цилиндр со вставленным внутрь перьевым абсорбером.

Свое название система получила от перьевого абсорбера, который плотно обхватывает тепловой канал из теплопроводящего металла

Для хорошей теплоизоляции из трубки откачан воздух. Передача тепла от абсорбера происходит без потерь, поэтому КПД перьевых трубок выше.

По способу передачи тепла есть две системы: прямоточные и с термотрубкой (heat pipe).

Термотрубка представляет собой запаянную емкость с легкоиспаряющейся жидкостью.

Поскольку легкоиспаряющаяся жидкость естественным образом стекает на дно термотрубки, минимальный угол наклона составляет 20°

Внутри термотрубки находится легкоиспаряющаяся жидкость, которая воспринимает тепло от внутренней стенки колбы или от перьевого абсорбера. Под действием температуры жидкость закипает и в виде пара поднимается вверх. После того как тепло отдано теплоносителю отопления или горячего водоснабжения, пар конденсируется в жидкость и стекает вниз.

В качестве легкоиспаряющейся жидкости часто применяется вода при низком давлении.

В прямоточной системе используется U-образная трубка, по которой циркулирует вода или теплоноситель системы отопления.

Одна половина U-образной трубки предназначена для холодного теплоносителя, вторая отводит нагретый. При нагреве теплоноситель расширяется и поступает в накопительный бак, обеспечивая естественную циркуляцию. Как и в случае систем с термотрубкой, минимальный угол наклона должен составлять не менее 200.

При прямоточном подключении давление в системе не может быть высоким, так как внутри колбы технический вакуум

Прямоточные системы более эффективны так как сразу нагревают теплоноситель.

Если системы солнечных коллекторов запланированы к использованию круглый год, то в них закачивается специальные антифризы.

Плюсы и недостатки трубчатых коллекторов

Применение трубчатых солнечных коллекторов имеет ряд достоинств и недостатков. Конструкция трубчатого солнечного коллектора состоит из одинаковых элементов, которые относительно легко заменить.

Достоинства:

• низкие теплопотери;
• способность работать при температуре до -300С;
• эффективная производительность в течение всего светового дня;
• хорошая работоспособность в областях с умеренным и холодным климатом;
• низкая парусность, обоснованная способностью трубчатых систем пропускать сквозь себя воздушные массы;
• возможность производства высокой температуры теплоносителя.

Конструктивно трубчатая конструкция имеет ограниченную апертурную поверхность. Обладает следующими недостатками:

• не способна к самоочистке от снега, льда, инея;
• высокая стоимость.

Несмотря на первоначально высокую стоимость, трубчатые коллекторы быстрее окупаются. Имеют большой срок эксплуатации.

Трубчатые коллекторы относятся к гелиоустановкам открытого типа, потому не подходят для круглогодичного использования в системах отопления

Заключение

Солнечный коллектор, для обогрева дачи или дома, вполне можно сделать своими руками. Однако он не всегда будет эффективен именно в обогреве домашних помещений, так как водный теплоноситель в холодное время года может замерзать. Поэтому для этих целей все же рекомендуется отдавать предпочтение более технологичным покупным моделям, которые самостоятельно изготовить будет очень трудно.

  //

Рекомендуемые статьи по теме Выбор короба для светодиодных лент, правильный монтаж Все что нужно знать о вакуумном диоде Как правильно рассчитать освещенность рабочего места Что нужно знать о кронштейнах для светильников, где и как устанавливать Подбор и устанавка потолочных встраиваемых моделей точечных светильников Как правильно подключается светодиодная лента 12v для авто

К вопросу о возможности использования электрических солнечных панелей в целях отопления

Как вы уже могли, наверное, заметить, словосочетание «солнечная батарея» или «солнечная панель» постоянно упоминается в контексте устройства электрической природы. Сделано это неслучайно, поскольку точно так же нередко называют и другие солнечные панели или батареи — геоколлекторы.

Несколько гелиоколлекторов смогут обеспечить дом горячей водой и возьмут на себя часть расходов по отоплению

Возможность прямого преобразования энергии солнечного излучения непосредственно в тепло позволяет значительно повысить производительность таких установок. Так, современные геоколлекторы с селективным покрытием вакуумных трубок имеют КПД 70–80% и вполне могут использоваться как в системах горячего водоснабжения, так и для обогрева помещений.

Конструкция солнечного коллектора с вакуумными трубками позволяет минимизировать теплопередачу во внешнюю среду

Возвращаясь к вопросу о том, можно ли использовать электрическую солнечную панель для питания отопительных приборов, давайте рассмотрим, сколько тепла понадобится, например, для дома в 70 кв. метров. Исходя из стандартных рекомендаций в 100 Вт тепла на 1 кв. м площади помещения, получим затраты 7кВт энергии в час или примерно 70 кВтxч в сутки (обогревающие приборы ведь не будут включены постоянно).

То есть 10 самодельных батарей общей площадью 52 кв.м. Представляете себе махину шириной, скажем, 4 м и длиной более 13 м, а также блок из 12-вольтовых аккумуляторов суммарной ёмкостью 7200 ампер-часов? Такая система не сможет даже выйти на самоокупаемость до того, как будет выработан ресурс аккумуляторных батарей. Как видите, говорить о целесообразности применения солнечных батарей в целях отопления пока ещё слишком рано.

Размеры

Расчет размера солнечных батарей требует таких параметров как точная площадь дома и месячный расход электричества с семьи. Так, средняя семья из 3 человек затрачивает около 250-450 кВт при использовании бытовой техники. К этому необходимо добавить нагрев воды в зависимости от объема резервуара.

Для удовлетворения затрат электроэнергии на 1 человека понадобится площадь батареи в 1м2, а чтобы обогреть 10 м2 площади пола также понадобится 1 м2 солнечной батареи. Расчет облучения батарей нужно осуществлять, ориентируясь на 1000 кВт/ч на 1 м2 за год. Произведенное электричество будет равно энергии расходования 100 л газа.

Солнечные коллекторы площадью в 5 м2, способны обеспечить горячей водой дом средних размеров. Они производят электроэнергию, равную примерно 2100 кВт/ч в год.

Полностью отключать коммунальное отопление не стоит — в холодный период солнечное тепло питает батареи пассивно, на погоду положиться нельзя. Лучше совмещать отопление на солнечной энергии с другим типом: если батареи не смогут получить необходимого количества солнечной энергии, то ее легко можно будет заменить.

Своевременное обслуживание – залог эффективности работы системы

Мнение о том, что батареям не потребуется периодическая профилактика, является опасным заблуждением. Как и любую другую электрическую систему, солнечные батареи для дома потребуется регулярно обслуживать. Чтобы инвестированные в дорогостоящее оборудование средства скорее окупились, периодический уход потребуется всем элементам: проводам и контроллерам, АКБ и инверторам, электротехническим и прочим изделиям.

Мониторинг состояния указанной конструкции включает следующие процедуры:

1. Проверку состояния многочисленных крепежей. Из-за их ослабления, возможного отсутствия и действия коррозии солнечные батареи для дачи могут перестать исправно функционировать;
2. Оценку состояния каждого фотоэлектрического модуля. Проверку их работоспособности необходимо выполнить еще на стадии инсталляции. Сбой в работе даже 1 модуля может иметь критическое значение;
3. Своевременную очистку инверторов. Эти силовые элементы являются основными блоками и могут перегреваться с увеличением слоя скопившейся пыли. Продлению срока службы электростанции и постоянству ее КПД будет способствовать очистка самих инверторов и вентиляторов охлаждения;
4. Проверку заземления. От надежности многочисленных контактов и состояния изоляции проводников будет зависеть как эффективность установки, так и степень ее безопасности;
5. Состояние электропроводки. Чтобы мини-электростанция обладала минимальными потерями при генерации, в ней не должно быть повреждений проводов, электроизоляционных трубок и контактов;
6. Поддержание чистоты рабочих поверхностей. Важность этой процедуры переоценить невозможно. Обеспечив чистоты рабочих поверхностей модулей, можно рассчитывать на значительное улучшение генерации (до 15-20%).