Используя солнечные батареи для отопления частного дома, каждый из нас может сберечь немалую часть содержимого своего кошелька.
Но какой из предлагаемых на сегодняшний день элементов выбрать, чтобы внедрение технологии принесло максимальный результат?
Тех, кто заинтересовался данным вопросом, приглашаем ознакомиться с нижеизложенным материалом.
Разновидности
В самом широком понимании термин «солнечная батарея» означает некоторое устройство, которое позволяет преобразовывать излучаемую Солнцем энергию в удобную форму с целью последующего использования в различных сферах человеческой жизнедеятельности. Для обогрева домов используются два типа солнечных батарей.
Фотоэлектрические элементы
Батареи этого класса часто называют преобразователями, поскольку с их помощью энергия солнечного излучения преобразуется в электрическую. Такое превращение стало возможным благодаря свойствам полупроводников. Ячейка фотоэлемента состоит из двух материалов, один из которых обладает дырочной проводимостью, а другой – электронной.
Фотоэлектрические элементы
Поток фотонов, из которых состоит солнечный свет, заставляет электроны покинуть свои орбиты и мигрировать через Pn-переход, что и является, собственно, электротоком.
По виду используемых материалов различают три вида фотоэлектрических батарей: кремниевые, пленочные и концентраторные.
Кремниевые
К этому типу относится более трех четвертей выпускаемых сегодня солнечных электробатарей. Это обусловлено распространенностью кремния в земной коре, а также тем, что большинство технологий в сфере производства полупроводниковой электроники было ориентировано на работу именно с этим материалом.
В свою очередь элементы на базе кремния делятся на две разновидности:
- монокристаллические: наиболее дорогой вариант, КПД составляет 19% – 24%,
- поликристаллические: более доступны, но имеют КПД в пределах 14% – 18%.
Пленочные
При производстве фотоэлементов данной группы используются полупроводники, имеющие более высокий, чем у моно- и поликристаллического кремния, коэффициент поглощения света.
Это позволило на порядок уменьшить толщину элементов, что положительно отразилось на их стоимости. Применяются следующие материалы:
- теллурид кадмия (КПД – 15% – 17%),
- аморфный кремний (КПД – 11% 13%).
Концентраторные
Эти батареи имеют многослойную структуру и характеризуются самой высокой эффективностью – около 44%. Основным материалом при их производстве является арсенид галлия.
Комплектация отопительной системы
Отопительная система на базе фотоэлектрических батарей состоит из следующих компонентов:
- собственно батареи,
- аккумулятор,
- контроллер: управляет процессом зарядки аккумулятора,
- инвертор: преобразует постоянный ток от батареи или аккумулятора в переменный с напряжением 220 В,
- конвектор, водогрейный котел или любой другой тип электрообогревателя.
Сетевая фотоэлектрическая система
Солнечные коллекторы
Батареи данной разновидности состоят из нескольких выкрашенных в черный цвет трубок, через которые перекачивается циркулирующий в системе отопления теплоноситель. При этом тепловая энергия солнечного излучения без всякого преобразования усваивается рабочей средой. В большинстве случаев в ее качестве используется смесь на основе пропиленгликоля (имеет свойства антифриза), но существуют и коллекторы, ориентированные на работу с воздухом. Последний после подогрева подается прямо в отапливаемое помещение.
Солнечные коллекторы
В самом простом исполнении солнечный коллектор называется плоским. Он выполняется в виде бокса из стекла с темным покрытием, которое находится в контакте с проходящим по трубкам теплоносителем. Более сложное устройство имеют вакуумные коллекторы. В таких батареях трубки с теплоносителем помещены в герметичный стеклянный корпус, из которого откачивается воздух. Таким образом, содержащие рабочую среду трубки окружаются вакуумом, который исключает потери тепла от контакта с воздухом.
Очевидно, что изготовление солнечных коллекторов основывается на более простых технологиях, чем производство фотоэлементов. Соответственно, и стоимость они имеют более низкую. При этом КПД таких установок достигает 80% 95%.
Комплектация гелиосистемы
Основными элементами гелиосистемы (системы солнечных батарей для дома) являются:
- солнечный коллектор,
- циркуляционный насос (в системах с естественной циркуляцией теплоносителя он может отсутствовать, но они являются малоэффективными),
- емкость с водой, играющая роль теплового аккумулятора,
- контур водяного отопления, состоящий из труб и радиаторов.
Схема реализации гелиосистемы с поддержкой отопления с суточным аккумулированием энергии
Достоинства и недостатки
Запитка системы отопления от солнечной батареи дает несколько выгод:
- Бесплатное тепло.
- Экологичность. Отсутствуют вредные выбросы в окружающую среду, а также уменьшается скорость расходования невозобновляемых энергетических ресурсов.
- Простота эксплуатации. Нет нужды связываться с доставкой и хранением какого-либо вида топлива, а также чисткой котла и дымохода. Не понадобится сооружать огромный теплообменник, как в случае с геотермальным отоплением. Правда, батареи необходимо очищать от пыли и грязи, но делать это приходится не так уж часто.
Однако, для рассматриваемой здесь технологии характерны и весьма существенные недостатки:
- Высокая стоимость оборудования для солнечных батарей для дома: в особенной степени это касается фотоэлементов. Стоимость 120-ваттного модуля отечественного производства варьируется в пределах от 10 до 16 тыс. руб. Солнечные коллекторы благодаря простоте изготовления получаются более доступными, но и они не каждому окажутся по карману: установка, генерирующая в солнечную погоду 1,5 кВт тепловой энергии, обойдется примерно в 20 тыс. руб.
- Хотя щедрое Солнце светит без перерывов и выходных, постоянно меняющиеся погодные условия делают этот источник энергии весьма нестабильным.
- Подверженность влиянию внешних факторов: выставленная на открытом воздухе солнечная батарея в качестве защиты может иметь лишь тонкий слой стекла. В ураган или при выпадении крупного града оно, конечно же, окажется бесполезным. При этом урон из-за высокой стоимости элементов будет весьма значительным.
Традиционные способы обогрева помещения не всегда удобны и выгодны, ведь дрова дорогие, а подвод газа осуществляется не везде. Отопление без газа и дров выход из ситуации. Рассмотрим варианты: пиролизные и жидкотопливные котлы, тепловые насосы и солнечные батареи.
О том, как соорудить бойлер косвенного нагрева своими руками, читайте тут.
С ростом цен на энергоносители стоимость отопления также постоянно растет. В этой рубрике https://4air.ru/sistemy-otopleniya/geotermalnoe.html вы найдете информацию о геотермальном отоплении. Можно ли его считать альтернативой привычным способам обогрева помещения?
Особенности выбора
На работу в системах отопления ориентированы прежде всего солнечные коллекторы. Они усваивают тепло напрямую, а потому характеризуются наименьшими потерями.
Если позволяют средства, лучше приобрести вакуумную установку, которая является более экономичной. Для частного дома следует выбирать гелиосистему с жидким теплоносителем.
Жидкость имеет большую теплопроводность, что позволяет солнечному отоплению работать достаточно эффективно даже при небольших размерах коллектора. Если же необходимо обеспечить обогрев склада или павильона, то есть одноэтажного здания с большой площадью, более целесообразным будет применение воздушных коллекторов, но при условии, что вся поверхность крыши может быть отведена под их установку. За счет значительных размеров такая система обеспечит достаточное количество тепла, при этом возможность замерзания теплоносителя или его утечки будут полностью исключены.
Фотоэлектрические батареи ввиду низкого КПД и высокой стоимости для отопления домов почти не применяются, но сбрасывать их со счетов не следует. При интенсивной инсоляции их мощность будет вполне достаточной для подключения котла или кабельной системы «теплый пол». При этом владелец получит надежную и бесшумную систему, которая не нуждается в применении насоса или вентилятора.
Если для вашего региона характерно большое количество солнечных дней (20 и более в месяц), стоит выбрать монокристаллическую кремниевую батарею, эффективно работающую с направленным излучением.
Если же преобладают пасмурные дни, более подходящими окажутся поликристаллические элементы, способные хорошо усваивать рассеянный свет.
Установка солнечных батарей
Наилучшим местом для установки солнечных батарей для дома является южный скат крыши.
В «солнечном» доме она обычно является асимметричной (по площади южный скат значительно превосходит северный) или даже односкатной.
Расчет солнечных батарей для дома важный этап перед их монтажом.
Особое внимание следует уделить расчету крепежной рамы и кронштейнов, в котором должны быть учтены возможные ветровые и снеговые нагрузки. Эту часть работ лучше доверить инженерам проектной организации, имеющей хорошую репутацию.
Эффективность гелиоколлекторов и фотоэлементов достигает максимальных значений в том случае, если солнечные лучи оставляют их поверхностью прямой угол. Поэтому весьма желательно предусмотреть возможность изменения угла наклона опорных конструкций с установленными на них солнечными батареями относительно горизонта. Никаких особых механизмов устанавливать не нужно: поворот батарей можно осуществлять вручную, благо делать это придется несколько раз за год.
Желательно, чтобы крыша, на которую монтируются фотоэлементы, имела светлый тон. Между ее поверхностью и батареями должен оставаться зазор. Соблюдение этих правил исключает перегрев фотоэлектрических элементов, вследствие которого их мощность существенно падает. Следует, правда, отметить, что указанные требования не относятся к панелям из аморфного кремния, которые отличаются «нетрадиционным» поведением: при охлаждении их производительность падает, а при нагреве возрастает.
Человечество озадачено вопросом поиска новых видов энергии. Однако уже сейчас альтернативная энергия своими руками доступна, хотя такие системы и не очень распространены. Смотрите обзор имеющихся на сегодня вариантов: ветрогенератор, биогаз, солнечные панели и другие энергетические системы.
О том, как организовать систему отопления из полипропиленовых труб, читайте в этой статье. Преимущества ПП-труб и монтаж системы отопления.
Отзывы пользователей о солнечных батареях для дома
«Эмоциональный градус», проявляющийся в том или ином отзыве о применении бытовых солнечных батарей для дома, сильно зависит от места проживания его автора.
Обитатели умеренных климатических зон зачастую говорят о таких элементах с восторгом, считая их покупку и установку в системах отопления вполне целесообразной.
Здесь фотоэлектрические батареи и гелиоколлекторы, благодаря интенсивному солнечному излучению, существенную часть отопительного периода могут играть роль основного источника энергии, позволяя своему владельцу заметно уменьшить затраты на обогрев дома.
Население более высоких широт, напротив, публикует сдержанные, а иногда и отрицательные комментарии. Практический опыт часто демонстрирует нерентабельность установки солнечных батарей в таких регионах: расчетный срок окупаемости проекта может оказаться больше даже заявленного производителем срока службы элементов, который, как правило, несколько превосходит реальный. Остается ждать улучшения ситуации по мере развития технологий ситуация будет улучшаться, ведь потенциал солнечного излучения полномасштабно еще не освоен.
В своих отзывах многие пользователи рекомендуют уделять особое внимание выбору производителя фотоэлементов. Приятно отметить высокую оценку, которую получила отечественная продукция. Многие покупатели на личном опыте убедились в ее высоких рабочих качествах и надежности.