Устанавливаем обогрев дома от солнца своими руками

26.01.2017 мастер

В последнее время все более актуальными становятся нетрадиционные способы обогрева помещений. Люди стремятся найти более эффективный и дешевый способ обогрева своего жилища. Одним из таких методов является использование энергии солнца.

Солнечный обогрев для дома

Сегодня для трансформации солнечной энергии в тепловую используют специальные коллекторы. О том, как с помощью таких приспособлений можно обогреть свой дом, расскажет наша статья.

Конструктивные особенности солнечных нагревателей

Для того чтобы оборудовать полноценную домашнюю гелиосистему, или «солнечный обогреватель», вам понадобится приобрести несколько фотоэлементов, которые при установке соединяют между собой. Такие модули представляют собой прочные пластины, изготовленные из кремния. Стоимость пластин напрямую зависит от их качества. Чем выше «чистота» фотоэлементов, тем они прочнее и тем больше их коэффициент полезного действия.

Модули для гелиосистем бывают двух видов:

• с каркасом;
• без каркаса.

В любом случае нужно будет соединить несколько модулей в определенной последовательности, чтобы получить технические параметры, необходимые для их безопасной эксплуатации. Дополнительную прочность каркасной солнечной батарее придает специальная подложка. Материалом для ее изготовления служит прочное закаленное стекло. Оно хорошо пропускает солнечные лучи и надежно защищает кремниевые панели от осадков и механических воздействий.

На внутренней стороне каркасной конструкции стоит защита из ламината, а для дополнительной изоляции элементы помещают в плёнку, напоминающую полиэтиленовую. Торцы каркаса отделаны профилем из алюминия, приклеенным с помощью клея-герметика. Задача профиля — поддержка конструкции над кровлей таким образом, чтобы между элементами и крышей оставалось определенное расстояние.

Бескаркасные солнечные обогреватели выпускают на текстолитовой подложке. Бывают модели без подложки, покрытые с обеих сторон пленкой из лавсана, с тщательной герметизацией всех фотоэлементов.

Учет окружающих факторов

Солнечные обогреватели для дома оптимально работают при следующих условиях:

• при температуре +25С;
• при световом потоке 1000 Вт/м2;
• в спектре АМ 1,5.

Аббревиатура АМ обозначает спектр Солнца, который наблюдают в средних континентальных широтах США. Именно исходя из них, принято испытывать параметры всех солнечных систем. Широта АМ находится в южном направлении от Москвы и в российских регионах ее принято обозначать там, где расположены Ростов-на-Дону или Волгоград.

Нагрев воды для отопления «солнечным» коллектором

В домах, где люди проживают круглый год, большую популярность приобретают нагреватели коллекторного типа. Как правило, их устанавливают на крышах, чтобы не было необходимости оборудовать громоздкую систему нагрева труб дома. В Китае уже давно строят здания, которые заранее оснащены коллекторами, работающими от солнечной энергии. В условиях российских широт их чаще всего используют на даче, для нагрева воды в летнее время года.

Главные конструктивные элементы коллектора — коаксиальные вакуумные трубки (внешний водовод). Они окрашены темным красителем, который поглощает световые лучи. Схема коллектора в разрезе выглядит в виде двух цилиндров, вставленных друг в друга по принципу соосности. Внутренний водовод изготовлен из меди. Его нагрев происходит за счет тепловых излучений от стенок внешнего водовода.

Процесс нагрева воды происходит таким образом:

• темный краситель внешней трубки поглощает солнечные лучи;
• в трубке постепенно накапливается тепло;
• происходит нагрев ее внутренних стенок;
• стенки начинают отдавать тепло;
• тепловая энергия проходит сквозь ваккумное пространство внутри системы, попадая в трубку, в которой находится вода;
• вода нагревается, а ее накопление происходит в баке, из которого она уже идет в расход.

Коллектор может входить в комплектацию гелиосистемы. Это зависит от фирмы-производителя. Если он не входит в комплект, его всегда можно купить отдельно.

Горячую воду из коллектора получают не только летом, но и в холода. Для этого за системой понадобится постоянный уход: нужно будет регулярно убирать снег и лед с трубок. Если окно чердака вашего дома обращено на южную сторону, вам не составит большого труда установить коллектор там, изолировав водовод от внешних условий. Обычно, утепление водовода делают с помощью стекловаты или пенофола.

Обогрев фотоэлементами

Классическая гелиосистема работает немного иначе. Фотоэлементы накапливают солнечную энергию, которая преобразуется в электрическую. Попадая на клеммы кремниевых панелей, постоянный электрический ток проходит к инвертору, преобразующему его в переменный. Таким образом получается ток, соответствующий принятым стандартам бытовой электросети. Далее он следует на элементы нагрева, расположенные в котле или тепловом баке.

Для контроля температуры нагрева воды устанавливают термостаты, работающие в автоматическом режиме. При снижении температуры воды термостаты сразу срабатывают, что позволяет поддерживать стабильные показатели температуры.

В отличие от коллекторов, такие «обогреватели на солнечных батареях» нагревают воду не прямо, а косвенно, с учётом выработки электрической энергии. Она и используется для прогрева жидкости. Такие системы отличаются высокой стабильностью и позволяют не только накапливать энергию, но и применять ее гораздо равномернее, чем при прямом нагреве.

Типичная схема автономной электрической сети

Солнечные батареи с номиналом 12 В работают на аккумуляторы и приборы, для которых вольтаж достаточен. Контроллер заряда чутко следит, чтобы оборудование эксплуатировалось согласно техническим нормам. При необходимости цепь между солнечной батареей и аккумуляторами размыкается.

Домашние приборы не работают напрямую с постоянного напряжения 12 В, используется специальный преобразователь — инвертор. Переменный ток частотой 50 Гц и номиналом 230 В уже поступает в дом. Питание обогревателя солнечными батареями ведется по опосредованной схеме — через инвертор.

А как же сетевое электроснабжение. Солнечные батареи во дворе позволят не платить государству, даже подзаработать.

Программы по развитию солнечной индустрии существуют в развитых государствах, даже в Монголии.

Очевидные плюсы системы

Итак, обогреватель на солнечных батареях имеет ряд очевидных преимуществ:

1. Его работоспособность не зависит от условий погоды. Сейчас разрабатываются фотоэлементы, которые не теряют своей эффективности даже в сильные холода.

2. Пользоваться гелиосистемой просто, а ухаживать за ней легко. Время от времени необходимо чистить поверхность солнечных элементов от пыли, снега и грязи. Для удобства очистки надо сразу устанавливать комплект там, где к нему будет всегда обеспечен свободный доступ.

3. Обогреватели на солнечных батареях могут накапливать запас электрической энергии, которая используется при работе различных электроприборов или обогреве нескольких помещений сразу.

4. Отопительные контуры полностью автоматизированы и оборудованы термостатическими датчиками.

5. Изначально в гелиосистему придется вложить крупную сумму денег, но она окупит себя в течение первых двух лет использования. С ее помощью вы получаете возможность экономить газ, электричество и даже не зависеть от местных теплосетей.

6. Если возникает необходимость повысить КПД и мощность гелиосистемы, вы можете купить еще несколько панелей и установить их дополнительно.

7. К солнечным батареям могут быть подключены другие альтернативные источники энергии: например, ветрогенераторы или двигатели, работающие на бензине или дизельном топливе.

8. Накопители солнечной энергии абсолютно безопасны в применении, при условии правильного монтажа и установки всех необходимых элементов (контроллера, инвертора и т. д.).

9. Если вы беспокоитесь об экологической ситуации в мире, лучшего способа получать горячую воду и электричество вам точно не найти.

Пиковая нагрузка и среднесуточное энергопотребление

Удовольствие иметь собственную гелиостанцию стоит пока немало. Первая ступень на пути к обладания могуществом энергии солнца – определение оптимальной пиковой нагрузки в киловаттах и рационального среднесуточного энергопотребления в киловатт-часах домашнего или дачного хозяйства.

Пиковая нагрузка создается необходимостью включения сразу нескольких электрических приборов и определяется их максимальной суммарной мощностью с учетом завышенных пусковых характеристик некоторых из них.

Подсчет максимума потребляемой мощности позволяет выявить, жизненно нужна одновременная работа каких электроприборов, а которых не очень. Такому показателю подчиняются мощностные характеристики узлов электростанции, то есть итоговая стоимость устройства.

Суточное энергопотребление электроприбора измеряется произведением его индивидуальной мощности на время, что он проработал от сети (потреблял электроэнергию) в течение суток. Общее среднесуточное энергопотребление рассчитывается как сумма израсходованной энергии электричества каждым потребителем за суточный период.

Последующий анализ и оптимизация полученных данных о нагрузках и энергопотреблении обеспечат нужную комплектацию и последующую работу солнечной энергосистемы с минимальными затратами

Результат потребления энергии помогает рационально подойти к расходу солнечного электричества. Итог вычислений важен для дальнейшего расчета емкости аккумуляторов. От этого параметра цена аккумуляторного блока, немало стоящего компонента системы, зависит еще больше.

Полезные рекомендации по установке

Что касается тонкостей монтажа, при установке лучше укладывать панели параллельно, на крыше. При монтаже следует учитывать как географическое, так и сезонное положение Солнца. От этого зависит количество солнечного света и тепла, которое будет накапливать гелиосистема. Если вы планируете разместить панели в несколько рядов, следите за тем, чтобы один ряд не отбрасывал своей тени на другой.

Для повышения КПД лучше сразу позаботиться о приобретении солнечного трекера. Это устройство всегда входит в комплектацию лучших гелиосистем. Оно предназначено для того, чтобы следить за движением Солнца по небосводу и поворачивать фотоэлементы вслед за ним. Благодаря этому нагрев панелей всегда будет происходить интенсивно и равномерно, что позволит максимально использовать их потенциал.

Перед установкой модулей необходимо просчитать, какое количество электроэнергии потребляет отопительный контур. Это поможет для определения максимальной производительности солнечных батарей.

При наличии технических навыков можно попытаться установить систему самостоятельно, но при возникновении сложностей лучше обратиться к опытному мастеру.

Если вы планируете оборудовать дома гелиоустановку, подумайте над оборудованием системы «теплого пола». Такой контур обеспечивает более равномерное распределение и бережный расход тепла, чем «классические» батареи в форме радиаторов.

Принцип обогрева и его эффективность

Абсорберы воздушных коллекторов делают черного цвета, для увеличения интенсивности нагрева под воздействием солнечного излучения. Температура воздуха в коллекторе достигает 70-80°С. Тепла с избытком хватает для полноценного обогрева помещений небольшой площади.

Принцип действия воздухонагревателя следующий:

• воздух закачивается с улицы в корпус коллектора принудительным способом;
• внутри блока установлены абсорберы, отражающие тепло, поднимающие температуру внутри ящика до 70-80°С;
• происходит нагрев воздуха;
• разогретые воздушные массы принудительно нагнетаются в отапливаемые помещения.

В заводских моделях обеспечение циркуляции воздуха осуществляется при помощи вентиляторов, подключенных к солнечным батареям. Как только ультрафиолетовое излучение становится достаточно интенсивным, чтобы выработать некоторое количество электроэнергии, турбины включаются. Коллекторы начинают работать на обогрев. Зимой интенсивность излучения Солнца снижается.

Дом не сможет полностью функционировать на солнечном воздушном отоплении. Воздухонагреватели используются как дополнительный источник тепла. При правильных расчетах одна установка (данные взяты из технических характеристик воздушных солнечных коллекторов Solar Fox) обеспечит следующую экономию, за отопительный сезон:

• газ до 315 м³;
• дрова до 3,9 м³.

Система солнечного воздушного обогрева компенсирует около 30% необходимого для здания тепла. Полная окупаемость достигается в течение 2-3 лет. Если учесть, что принцип работы связан с использованием установки и для кондиционирования воздуха, а в течение года вырабатывается около 4000 кВт, целесообразность использования становится еще очевиднее.

В странах ЕС широкое распространение получило конструкторское решение «солнечная стена». Конструкция заключается в следующем:

• в здании одна из стен изготавливается из аккумулирующего материала;
• перед панелью устанавливается стеклянная перегородка;
• в течение дня тепло аккумулируется, после чего отдается в помещение ночью.

Для усиления конвекции, солнечный коллектор делается не во всю стену. Вверху и внизу предусматривают раздвижные шторки.

Что еще нужно учитывать

Уже было отмечено то, что солнечные батареи работают эффективно независимо от того, лето на улице или зима. Однако следует учитывать количество солнечных дней в течение года и общие климатические условия той местности, в которой вы проживаете.

Если в вашем регионе часто идут дожди, а пасмурная погода является «нормой жизни», полностью полагаться на работу солнечных элементов не следует. В таких условиях всегда должен быть предусмотрен «запасной» вариант, которым можно воспользоваться в любое время. Приобрести полную независимость от центральной системы отопления возможно только в регионах с теплым климатом.

Для полноценного обогрева одной средней комнаты понадобится панель мощностью от 800 Вт и более. Если вы хотите полностью отопить дом, вам придется просчитать, сколько фотоэлементов потребуется в конкретном случае и при покупке исходить из этих параметров, учитывая дополнительное оборудование.

При постоянных перебоях с энергоснабжением и теплом в необходимости установки солнечных батарей не следует сомневаться. Конечно, полноценная гелиосистема требует финансовых затрат и учета тонкостей монтажа, но она всегда придёт на помощь в трудную минуту.

Солнечные обогреватели — прекрасная альтернатива обычным системам нагрева. Она экологична и всегда позволит сэкономить расходы за коммунальные услуги. При проживании в отдельном доме, можно всерьез задуматься над ее приобретением, обдумав все «за» и «против».

Что такое солнечные батареи?

Солнечные батареи – это высокотехнологичный прибор, которые преобразует неиссякаемую энергию солнца в электрическую энергию. Такие устройства широко используются уже несколько десятков лет и успешно работают во многих бытовых приборах, например в часах или в микрокалькуляторах. Современное производство позволило сделать изготовление солнечных батарей достаточно дешевым, что позволило не только запитывать от них миниатюрные устройства, но и создавать на основе солнечной энергии автономные системы сравнительно больших размеров для отопления загородных домов и обеспечения в них устойчивого энергоснабжения.

Преимущества солнечных батарей

Несмотря на довольно высокую стартовую стоимость оборудования частного дома полноценным пакетом солнечных батарей – общая эксплутационная стоимость такого оборудования является сравнительно низкой, так как в итоге цена киловатт-часа будет состоять только из стартовых расходов на покупку и цены необходимых регламентных работ. Разделенная на довольно долгий срок службы такого оборудования – итоговая цена киловатт часа будет стремительно падать.