Система отопления частного дома на солнечных батареях

Альтернативные источники энергии набирают популярность по нескольким причинам. Главное – автономность снабжения, что важно для хозяев загородных особняков. При правильном размещении, солнечные батареи для частного дома могут стать достаточным источником тепла для системы ГВС, отопления. Рассмотрим, насколько выгодны приборы в применении для домов сезонного, постоянного проживания, особенности эксплуатации и технологию использования систем.

Способы применения солнечной энергии

Основное требование к функциональности системы на солнечной энергии – большое количество дней без осадков. Поэтому конструкции нашли применение в отдельных частях света Америке, Австралии, некоторых странах Европы. В северных районах оборудование актуально только летом, а зимой требует дополнения в виде косвенных источников обогрева.

Вся система представляет собой панели с фотоэлементами с одной стороны и фиксатором с другой. Посредником между солнечными лучами и механизмом, образующим энергию, являются батареи (коллекторы), аккумулирующие энергию солнца и преобразующие в тепло для обогрева помещения, питания электрических приборов.

Важно! Основное различие между гелиосистемами (коллекторами) и батареями в том, что первые нагревают носитель, вторые – аккумулируют энергию.

Для увеличения эффективности солнечные панели для частного дома размещают на механизмы, способные поворачиваться. Это устройства похожие на систему слежения с большим углом разворота, автоматически поворачивающиеся за движущимся солнцем. Конструкция стоит дорого, поэтому следует рассмотреть не только удобство применения оборудования в частном регионе, но и достоинства, недостатки эксплуатации панелей.

На заметку! Приборы с фотоэлементами считаются более современным типом оборудования, но панели пригодны для теплых регионов, где количество солнечных дней в году не менее 200 единиц.

Достоинства и недостатки солнечного отопления

Специалисты отмечают следующие плюсы:

1. Экологичность. Источник тепла не выделяет вредных веществ, не загрязняет окружающую природу и не требует применения традиционных видов топлива, что позволяет снизить затраты на обслуживание.
2. Автономность. Владелец дома, где стоит система солнечных батарей, зависит только от погоды, но не от тарифов на оплату, цены на энергоносители и прочих факторов.
3. Доступность. Для монтажа оборудования не потребуется получение разрешительных документов.

Недостатки:

• чтобы выяснить пригодность оборудования к полноценному обслуживанию системы потребуется не менее 3 лет при условии достаточной активности солнца;
• высокая цена оборудования;
• зависимость объема получаемой энергии от географического расположения, погоды;
• обязательность наличия косвенного источника тепла.

Чтобы солнечное отопление частного дома работало исправно, придется регулярно следить за исправностью приборов, чистить панели от мусора, наледи, снега. В регионах с суровыми зимами обязательным является дополнительное утепление системы.

Солнечная энергия для отопления

Основное назначение фотоэлементов, накапливающих энергию, это обеспечение дома электричеством. Для интеграции с отопительной системой и получения оптимальных результатов нужно собирать конструкцию с баком-накопителем, в котором будет производиться нагрев воды для заполнения трубопроводов и радиаторов дома. Для того, чтобы определиться с необходимостью элементов, нужно разобраться в конструктивных особенностях солнечных батарей и определить их потенциальные способности к обогреву дома.

Как работают панели с фотоэлементами

Различается три типа элементов:

1. Монокристаллические. Это тонкие панели из чистого кремния, обладающие КПД 17-18%. Условия эксплуатации от -5 С до +25 С.
2. Поликристаллические. Представляют собой пластины, изготовленные из кремниевого расплава постепенного охлаждения. КПД до 12%.
3. Аморфные или пленочные. Производится с применением технологии испарительной фазы, при которой кремний оседает на полимерной основе тонкой пленкой. Получаются гибкие изделия с КПД до 7%.

Для использования в районах с холодными зимами лучшими считаются фотоэлектрические батареи, собранные из монокристаллических пластин. Но следует знать, что аморфные мягкие панели проще в монтаже, практичнее в применении и дешевле по стоимости.

Основная задача внешних фотоэлементов – собирать, поглощать и преобразовывать солнечный свет, высвобождая энергию, которая преобразуется и скапливается в накопителях. Малоформатный элемент может дать до 250 Вт, а панель площадью до 30 м2 снабдит электроэнергией небольшой дом. Если применять конструкции для тепловой энергии, то отопление от солнечных батарей в частном доме потребует сборки панелей площади в 50-60 м2, чтобы хватило тепла для строения до 40м2. Кроме того, потребуются аккумуляторы для сохранения дневных запасов света (тепла), другие элементы системы.

Удобство и практичность использования фотоэлементов

Для многих хозяев намного проще приобрести всю систему солнечных коллекторов и установить конструкцию, которая будет обеспечивать дом полноценным теплом и электричеством. Но есть фактор против, это наличие рабочей системы с солнечным генератором, которая уже используется для подачи тепла и электричества. Зачем покупать новое оборудование, когда проще приобрести некоторое количество дополнительных элементов для усиления уже существующей системы.

Бюджетным вариантом станут кремниевые панели с производительностью в 23-25%. В этом случае к источнику тока нужно подключить отопительный прибор, работающий на электрическом питании, например, котел с распределительной разводкой. При правильной интеграции и подаче электрической энергии, ее хватит на систему отопления и ГВС. Объекты, оснащенные панелями для получения энергии из солнечных лучей, можно узнать сразу, на их крышах располагаются панели, занимающие практически всю площадь поверхности. Если пространства кровли недостаточно, хозяева используют отдельно стоящие конструкции.

Определить точное количество потенциальной энергии, требуемой для снабжения дома, невозможно.

Поэтому быстро сформировать и отладить систему солнечных батарей для дома не получится, на практике всегда возникают препятствия:

• Переменчивость погоды. Это встречается даже в самых засушливых регионах, и отследить изменения невозможно.
• Нерегулярность подачи электричества. Например, на Севере зимой световой день короткий, поэтому почти все количество переработанной энергии солнца уйдет на освещение строения. А при сниженной интенсивности света, проблема с отоплением встанет особенно остро.
• Поломки. Регулярная профилактика, осмотр, подновление снизят угрозу выхода оборудования из строя, но от появления дефектов никто не застрахован. Могут сломаться отдельные элементы, отойти контакты; повредится защитная поверхность и прочее.

Для полноценного расчета эффективности системы требуется не менее 2-3-х лет. В процессе эксплуатации проверяется достаточность количества фотоэлементов, обнаруживаются дефекты в теплоизоляции дома, иногда приходится докупать панели или снижать отапливаемую площадь. Например, в странах Европы, где зимы отличаются мягким климатом, не отапливаются спальни, цокольные этажи и другие помещения в доме.

Схема установки электростанции на солнечных батареях

Разобравшись, как работает солнечная батарея для дома, рассмотрим технологию монтажа системы. Оптимальный вариант – обратиться в компанию, которая поставляет оборудование, сменные комплекты и занимается монтажом элементов. Профессионалы выполнят работы быстро и дадут гарантию на все услуги, но придется заплатить, а это недешево.

Чтобы собрать батареи собственными руками потребуется:

1. Купить комплект кремниевых или пленочных модулей, аккумуляторную батарею, контроллер заряда, инвертор, набор кабелей. Иногда весь комплект продается в сборе и нужно только проверить наличие составляющих.
2. Аккумуляторы должны быть одинаковыми, обладать способностью сохранять энергию минимум 3-4 дня. Что касается продолжительности работы, то она зависит от показателей среднесуточной температуры – чем холоднее, тем быстрее разряжаются. При показаниях суточного потребления энергии в 2400 Вт/ч нужны батареи общей емкости не меньше 1000 А/час.

Качество вырабатываемого тока для солнечных систем намного выше параметров тока из магистральной сети. Особенность солнечных батарей в уравнивании (синхронизации) фазы напряжения, при которой переход 12 В в 220 В производится без прерывания работы бытовых электроприборов.

После того, как система собрана по прилагаемой производителем схеме, к инвертору подключается электрический бак-накопитель для воды, а к баку присоединяют трубопровод отопительной конструкции.

Как увеличить производительность

Чтобы получить больше энергии, хозяева размещают панели по всей площади крыши или пользуются дополнительными устройствами.

Профессионалы советуют, как отопить дом солнечными батареями при недостатке площади для размещения панелей на крыше:

• Поменять ориентацию модулей. Например, можно переместить элементы относительно расположения солнца. В реальности это выглядит так: установить дополнительные панели на южной стороне, а при коротком световом дне задействовать плоскости, обращенные на восток, запад.
• Отрегулировать угол наклона. Производители указывают, что самый оптимальный угол наклона – 45 градусов, но при монтаже нужно корректировать расположение панелей, учитывая географическую широту расположения дома, особенности ландшафта.
• Выбрать иное место монтажа. Крыша считается оптимальным вариантом, но только если пространство вокруг свободно от строений, высоких деревьев. В противном случае полезно использовать поворотные устройства слежения за солнечными лучами, размещать панели на деревьях (с предварительно оформленными закрепляющими конструкциями).

Если располагать систему элементов перпендикулярно относительно лучей солнца, то эффективность работы конструкции повышается. Но, допустим, на крыше, как на статичной поверхности, это возможно только на короткий промежуток времени, поэтому придумали помещать батареи на устройства слежения. Это дорого, окупается не всегда, поэтому сначала нужно взвесить все особенности применения. В среднем, затраты окупаются при размещении на устройства слежения минимум 8 панелей. Можно применять 3-4 модуля, но только при прямом подключении к водяному насосу в обход аккумуляторов.

Солнечные панели – достаточно дорогой вид оборудования для получения энергии, тепла. Прежде чем задумываться об альтернативном отоплении, следует четко рассчитать все затраты, окупаемость системы и, главное, количество солнечных дней в году. В регионах средней полосы такой вид отопления является неэффективным, работающим не более 100 дней в году, а в остальное время нагрузка ляжет на вспомогательные системы. Окупаемость солнечных батарей в этом случае займет до 10-12 лет.