Солнечные батареи для отопления дома электричеством – хорошая идея?

Энергия солнца, дающая нам свет, электричество, тепло, быстрыми темпами завоевывает все новые и новые рубежи. Уже никого не удивить различными приборами и устройствами на солнечных батареях, домашними гелиевыми электростанциями, различными светильниками, уличными гирляндами, светофорами, работающими от энергии солнечного света.

Получение энергии

Схема солнечной батареи.

Получение энергии

Солнечные батареи, которые вырабатывают электричество, работают согласно закону физики, суть которого заключается в том, когда солнце действует на батарею, фоторецепторы, находящиеся на поверхности, создают микро разряды. Несмотря на то, что сила одного фоторецептора мала, на одном квадратном метре их огромное количество, помимо этого, когда энергия, полученная батареями, не используется, она накапливается в аккумуляторы. Обычно, стандартная система для отопления загородного дома от Солнца на основе электричества несет за собой ряд дополнительного оборудования:

Получение энергии
  • преобразователь постоянного тока в переменный из аккумуляторов. Переменный ток используют большинство приборов загородного дома;
  • первичный преобразователь;
  • реле, регулирующее мощность тока, получаемого из батареи;
  • реле, регулирующее заряд аккумулятора. Это устройство следит за зарядом и режимами работы: работа на прямую от батареи, когда света Солнца достаточно, или работа от аккумуляторной батареи.
Получение энергии

Помимо солнечных батарей для отопительной системы дома в странах Европы применяют коллекторы. Они преобразуют свет прямо в тепловую энергию. Эти устройства состоят из большого количества стеклянных трубочек, заканчивающихся теплоносителем с малым порогом нагрева. За счет этого тепло вырабатывается при малых количествах солнечного света. Этот метод используется как вспомогательный, так как в ночное время, из-за отсутствия аккумуляторов, эффективность от него отопление практически не получает.

Что следует учесть на этапе проектирования?

Перед тем как установить автономную электростанцию, важно выбрать наиболее подходящее место для установки солнечных панелей, их тип и назначение. В соответствии с этими критериями определите параметры солнечных батарей и комплектующего оборудования. Если вы собираетесь использовать домашнюю электростанцию для выработки электроэнергии номиналом в 220 В, то вам понадобятся такие элементы:

Что следует учесть на этапе проектирования?

Рис. 1: устройство солнечной электростанции

  • Фотоэлектрический преобразователь – позволяет генерировать электрическую энергию из солнечного излучения посредством химической реакции. Характеризуются мощностью на 1м2 площади, производительностью и типом. Общее количество выбирается в зависимости от нужд потребителя и планируемых объемов выработки.
  • Аккумуляторная батарея – накапливает электрический заряд, получаемый от солнечной батареи для питания приборов в темное время суток. Поэтому емкость выбирается с запасом из расчета, что в пасмурную погоду заряд будет происходить значительно хуже.
  • Контроллер заряда – осуществляет перераспределение электроэнергии от солнечных батарей к аккумулятору, а при достижении ним максимума, передает избыток во внешнюю сеть. При отсутствии такой системы, снижает электрическую мощность, поступающую на аккумулятор до минимума.
  • Инвертор – предназначен для преобразования постоянного электрического напряжения, поступающего от фотоэлектрического элемента, в переменное, используемое в бытовых сетях. Они же позволяют владельцам солнечных батарей продавать избыток электричества от домашней электростанции. Рис. 2. Принцип реализации солнечной электроэнергии
  • Соединительные провода – осуществляют передачу электроэнергии по всей электрической сети солнечной установки. В зависимости от места расположения, к ним предъявляются различные требования, к примеру, прокладываемые на улице должны быть устойчивыми к воздействию внешних факторов.
Что следует учесть на этапе проектирования?

Несмотря на важность каждого элемента домашнего генератора свободной энергии, особое внимание следует уделить выбору фотоэлектрического модуля, так как от этого будет зависеть и продуктивность, и качество работы всей системы.

Система солнечного отопления

В простейшем случае солнечная система отопления состоит из одного или нескольких солнечных коллекторов, соединенных в замкнутый контур с арматурой отопления – батареями или трубами, уложенными в полу. При этом батареи или трубы пола должны находиться выше коллекторов.

Тогда вода, нагреваемая в коллекторах, по законам конвекции будет подниматься в отопительные секции, а холодная вода будет опускаться к коллекторам. Батареи или трубы, упрятанные в пол, нагреваются и таким образом без каких-либо дополнительных устройств происходит обогрев помещения.

Простейшая схема солнечного отопления

Энергия солнца, дающая нам свет, электричество, тепло, быстрыми темпами завоевывает все новые и новые рубежи. Уже никого не удивить различными приборами и устройствами на солнечных батареях, домашними гелиевыми электростанциями, различными светильниками, уличными гирляндами, светофорами, работающими от энергии солнечного света.

Система солнечного отопления

И конечно же, логичным направлением применения энергии солнца стало использование ее для отопления, нагрева воды не только в отдельно взятом частном доме, но и в больших домах, в общественных зданиях.

Конечно, солнечные системы не в состоянии обеспечить круглосуточный режим работы для нагрева воды. Но заменить в световой день традиционные ископаемые источники энергии – нефть, газ, уголь – они в состоянии. Поскольку солнечное отопление не требует потребления сырья, то отсутствуют вредные выбросы в атмосферу, нет загрязнения окружающей среды.

  • Как сделать солнечный коллектор для отопления своими руками?

Поэтому использование энергии солнца для отопления жилых домов, горячего водоснабжения с каждым годом будет приобретать все большее значение на фоне ожидаемого роста цен на нефть, газ, уголь.

Читайте также:  15 лучших газовых котлов – Рейтинг 2020 года

Что собой представляет солнечный коллектор и принцип его действия

Солнечный тепловой коллектор является техническим устройством, которое способно преобразовывать солнечную энергию в тепловую. Его применяют для получения горячей воды, которая в дальнейшем может быть использована для различных нужд. Главное отличие солнечных коллекторов от других вариантов аналогичной техники заключается в принципе изменения во время нагрева плотности воды. Холодные массы вытесняют наверх нагретый водяной поток, благодаря чему нет необходимости в использовании дополнительного насосного оборудования.

Принцип работы устройства состоит в следующем. Солнечная энергия абсорбируется в приемном устройстве, в качестве которого можно использовать медные или стеклянные поверхности темного или черного цвета. Такие материалы характеризуются хорошей способностью поглощения энергии.

Что собой представляет солнечный коллектор и принцип его действия

Солнечные нагреватели воды удобно располагать на крыше, где много места и куда попадает максимальное количество солнечного света. Здесь такие устройства не занимают полезное пространство и никому не мешают. Далее тепло из накопителя переносится в бак с теплоносителем. Это может быть вода, антифриз или другая жидкость, которая используется в системе отопления.

Принцип действия солнечного коллектора

В большинстве случаев применяется смесь, состоящая из 40% гликоля и 60% дистиллированной воды. Теплоноситель, который нагревается до определенной температуры, подается к радиаторам посредством системы трубопроводов.

Направление движения воды в системе может меняться благодаря смесителю. Остывшая и теплая вода постоянно сменяют друг друга. Такая естественная циркуляция происходит благодаря расширению теплой воды, которая поднимается, вытесняя холодную в нагревательный бак.

Что собой представляет солнечный коллектор и принцип его действия

Эта система отопления должна быть оснащена теплоизоляционным слоем толщиной не менее 25-30 см, что обеспечит ее эффективную и стабильную работу. В качестве накопительной емкости для теплоносителя лучше использовать резервуар прямоугольной формы. Здесь может быть расположен дублирующий нагревательный элемент. Он будет автоматически включаться в работу, когда создаются погодные условия, которые не способствуют нагреву теплоносителя до необходимой температуры.

Солнечный коллектор – это устройство для преобразования солнечной энергии в тепловую

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!

Читайте также:  Газовый котёл и можно ли наладить отопление дома без газа

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»

Впустим солнце в дом — пассивные методы обогрева

Окна — на юг

Вроде бы все должны понимать, что, расположив основную часть окон с солнечной стороны дома, мы впустим в помещения не только свет, но и тепло. Однако, проезжая по нашим коттеджным посёлкам, можно убедиться, что добрая половина застройщиков не придерживается рационального принципа «дом — на северную часть участка, а окна — на юг». А зря.

Огромные витражи энергосберегающей конструкции Eagle Ridge Residence (США) открыты на южную и западную стороны, впуская в дом максимум тепла и света. С севера здание ограничивает глухая, хорошо утеплённая стенаЗимой низко стоящее солнце проникает в помещения на всю их глубину, а летом, когда светило в зените, от перегрева защищает козырёк, выступающий более чем на два метра от стеклянного фасада

Стена Тромба

В 40-х годах прошлого века американский инженер Тромб придумал «солнечную печку». С южной стороны дома расположена массивная стена из теплоёмкого материала (бетон, камень, полнотелый кирпич), окрашенного в чёрный цвет. В нижней и верхней части этого теплоаккумулятора имеются отверстия. Снаружи на небольшом расстоянии от стены — стеклянный витраж. Солнце нагревает бетон, тёплый воздух стремится подняться вверх, выходит в помещение, а холодный поступает в пространство между камнем и стеклом снизу. Образуется устойчивая циркуляция тёплого воздуха в помещении. Благодаря изобретению селективных покрытий для стекла и камня (бетона), эффективность стены Тромба в современном исполнении стала заметно выше.

Принцип действия стены Тромба. Приятный бонус: её можно использовать не только зимой для косвенного обогрева дома (на рисунке справа), но и летом для вентиляции (слева)

Воздушный солнечный коллектор

Логическое развитие стены Тромба. Представляет собой пустотелый плоский ящик (панель), для лучшего улавливания излучения располагаемый наклонно. Верхнее ограждение панели — прозрачное для инфракрасного излучения, а вдоль её разделяет перегородка. Окрашенная в чёрный цвет, перегородка нагревается, тёплый воздух поднимается и поступает в комнату. В нижнюю, холодную часть коллектора проникает ещё не нагретый воздух из помещения.

Пассивный воздушный солнечный коллектор — простейшее устройство. Выполнить такое солнечное отопление своими руками под силу любому хозяйственному мужику

Гелиотеплица — свежие овощи как бонус

Солнечная теплица, пристроенная к дому. Чтобы «впустить» в дом больше солнца, нужно увеличить площадь окон. Сделать стеклянной всю южную стену в холодном климате проблематично, слишком высоки будут теплопотери. Отделив часть здания со стеклянными стенами и крышей от основных помещений дома, получим гелиотеплицу. Она почти не помешает проникновению в окна дома инфракрасного излучения, в дополнение к этому нагреется наружная стена внутри оранжереи. В яркий зимний солнечный день воздух в гелиотеплице может прогреваться до существенно большей, чем в доме, температуры.

Солнечным днём гелиотеплица может перегреваться, что является проблемой для летнего времени. Приходится организовывать вентиляцию либо затенять витражи.

Чтобы максимально использовать тепло, полученное теплицей, можно организовать воздухообмен с жилыми помещениями.

Оранжерею солнечного дома в Винчестере (США) от основной части дома отделяет массивная теплоаккумулирующая стена с открывающимися вентиляционными отверстиями. Такое решение — сочетание гелиотеплицы и стены Тромба. Установленные в теплице канистры с водой помогают дольше сохранить тепло

Естественный воздухообмен между теплицей и домом довольно слаб и, чтобы использовать энергию по максимуму, движение воздуха делают принудительным.

Воздухообмен между основной частью этого дома в Хэмптдене (США) и пристроенной теплицей организован через подпольное пространство, тёплый воздух поступает в помещения снизу, а остывший в теплицу сверху. Циркуляцию воздушных потоков обеспечивает вентилятор, автоматика включает и выключает его в нужное время. Практически, это уже солнечное отопление частного дома активного типа

Дополнительный бонус, который даёт гелиотеплица своим хозяевам: почти круглый год в ней можно выращивать овощи или оставлять цитрусовые на зимовку. Правда, это потребует решения проблем вентиляции, влажности, дневного перегрева и ночных заморозков.

Читайте также:  Для воды и отопления: лучшие двухконтурные газовые котлы 2020

Монтаж солнечной батареи на балконе

Перед тем, как окончательно принять решение об установке солнечной батареи, нужно взвесить все «за» и «против». Еще раз стоит напомнить, что балкон должен быть утеплен, а температура здесь не должна опускаться ниже указанной в инструкции отметки. В идеале это помещение лучше сделать отапливаемым, но не всегда это возможно. На всякий случай нужно оставить возможность подключения системы к общедомовой электросети.

Установка солнечных батарей на балконе квартиры довольно простая. Ее панели закрепляются на каркасе, выполненном из металлического уголка, который надежно фиксируется на несущих конструкциях здания: стенах или плитах перекрытия. При выборе места расположения панелей нужно помнить, что их придется регулярно очищать, поэтому их поверхность должна быть в пределах досягаемости. Максимальное количество энергии фотоэлементы генерируют при попадании на них солнечных лучей под прямым углом, но на протяжении года солнце меняет свое положение, поэтому панели должны поворачиваться на угол порядка 12º.

Монтаж солнечной батареи на балконе

Установка солнечных батарей дома

Для монтажа солнечной батареи понадобится:

  • лист стекла размерами 700х1050х4 мм (можно заменить оргстеклом);
  • фотоэлементы, 48 штук. Их можно купить через Интернет, если рядом нет специализированных магазинов. Фотоэлементы будут устанавливаться в 4 ряда по 12 штук в каждом;
  • алюминиевый уголок 20х20 мм;
  • шины для пайки;
  • паяльник;
  • олово;
  • флюс;
  • мульитиметр;
  • герметик.

Последовательность сборки солнечной батареи:

Монтаж солнечной батареи на балконе
  • изготовление корпуса, на котором держатся панели с фотоэлементами. Он представляет собой раму, сваренную из алюминиевого уголка, размеры которой превышают размеры стекла на 5-10 мм. Зазор между стеклом и рамой заполняется герметиком, что повышает прочность конструкции;
  • напайка фотоэлементов. Работая с ними, нужно быть осторожными, ведь они очень хрупкие и при этом недешевые. Для надежной фиксации крайних элементов они припаиваются к шинам;
  • подготовка стекла путем тщательного очищения и обработки обезжиривающим средством;
  • установка стекла в алюминиевую раму и его фиксация в нужном положении;
  • закрепление на стеклянной поверхности фотоэлементов. Между отдельными фотоэлементами должны оставаться зазоры;
  • проверка качества пайки;
  • нанесение герметика вдоль периметра стеклянной основы, по центру и заполнение им всех зазоров;
  • отделка обратной стороны панели акриловым лаком.

Установка солнечных батарей на балконе Монтаж солнечных батарей Установка солнечных батарей на балконе своими руками Установка солнечных батарей на крыше Установка альтернативных источников электричества Установка солнечных батарей в многоквартирном доме Установка солнечных батарей дома Устанавливаем солнечные батареи на балконе своими руками Установка солнечных батарей для квартиры

Оправдано или нет

Окупаемость системы солнечных панелей напрямую зависит от количества солнечных дней в году в регионе проживания. Поэтому, чтобы понять, целесообразно ли покупать фотопанели следует рассчитать средний показатель солнечных дней.

Далее среднюю стоимость батареи необходимо разделить на гарантированный срок эксплуатации (20-25 лет) и количество ясных дней. Также важно учесть площадь, необходимую для выработки 1 кВт электрической энергии для региона. Данный показатель можно узнать из технической документации, прилагаемой к солнечным батареям.

Затем, следует определиться, для каких целей будет применяться оборудование. Как правило, это горячее водоснабжение, освещение дома и примыкающей территории, а также электроснабжение бытовых потребителей.

Для подогрева воды достаточно установить стандартный солнечный коллектор, который в разы дешевле фотопанелей.

Если же целью выступает автономное энергоснабжение, установка солнечных батарей вполне себя оправдывает. Здесь важно учитывать подводные камни. Вам понадобится регулярно выполнять замену аккумуляторов. Это обусловлено тем, что преобразованное электричество поступает и аккумулируется в накопителях, из которых распределяется по системе энергоснабжения.

Установка солнечных панелей также оправдана в тех случаях, когда в доме потребление энергии ограничено из-за недостатка мощности или когда прокладка кабеля к дому, расположенному в десятках километрах от электрической подстанции, соразмерна по капитальным вложениям с солнечным источником энергии.

Выводы

Полная автономка имеет смысл только там, где она единственный вариант, то есть там, где централизованных коммуникаций нет совсем: это общее мнение всех владельцев независимых энергосистем, с которыми удалось побеседовать Лайфу. Если говорить о солнечной энергетике, то в средней полосе на неё положиться, конечно, нельзя. Но если принципиально не гнаться именно за полной автономкой, а просто стремиться к максимальной энергоэффективности, то можно довольно многого добиться практически в любом регионе страны.

АвторыАдель Романенкова

Что представляют собой солнечные батареи?

Уже давно датируется тот день, когда были изобретены устройства, которые могут заряжаться от света. Еще в 90-х годах человечество ознакомилась с такими изобретениями, как батарейки для часов, калькуляторов и других мелких устройств. Ученые из других стран научились использовать энергию солнечных лучей несколько раньше, чем наши отечественные исследователи. Некоторый опыт есть и у наших специалистов, поэтому сейчас необходимо только заняться усовершенствованием некоторых достижений и результатов.

Строение солнечной батареи

Что представляют собой солнечные батареи?

Удачным достижением можно назвать использование солнечных лучей для организации отопительной системы частного или загородного дома. Солнечная система отопления входит в категорию альтернативных, особенно в тех странах, где солнце светит более 20 дней в месяц. Стандартные системы отопления дорогостоящие не только в плане организации, но и в плане коммунальных тарифов. Альтернативные отопительные системы помогут избавиться от зависимости коммунальных контор.