Принцип работы солнечных батарей для отопления частного дома

Принцип работы солнечных батарей для отопления частного дома

Самая затратная статья при эксплуатации собственного дома – расходы на отопление. Возможно ли их снизить? Да, если максимально задействовать бесплатную энергию природных источников. Даже в средней полосе России с одного квадратного метра за год можно получить до 1300 кВт∙ч солнечной энергии, которая может быть использована практически для любых хозяйственных нужд.

Принцип работы и преимущества

Солнечные батареи представляют собой генератор электрической энергии, основанный на фотоэлектрических реакциях. Их КПД довольно невысок – от 15 до 30 %, а мощность одного модуля составляет 50-300 Вт. Современные батареи эффективно производят энергию даже при средней облачности. Несколько солнечных элементов соединяют в цепи для обеспечения дома необходимым количеством электроэнергии. Служит система из солнечных батарей более 25 лет, а затраты на ее сооружение окупаются уже за 3-4 года.

Чаще всего солнечные батареи устанавливаются на крыше дома, поэтому не расходуется дополнительно полезная площадь внутри дома. Суммарная площадь поверхности солнечных батарей для отопления дома площадью 100-120 кв. м в средней полосе составляет порядка 30 кв. м. Однако все равно необходимо предусмотреть изолированное место в доме, где будет установлено электрическое распределительное оборудование и аккумуляторы, электроэнергия из которых будет использоваться в темное время суток и при пасмурной погоде.

Система отопления, использующая электроэнергию солнечного света, чаще бывает электрической, хотя возможны варианты и водяной системы отопления, подключенной к электрическому котлу. Электрическая система предпочтительнее, так как использование солнечной энергии эффективнее при небольшом нагреве больших площадей, таких как теплый пол.

Также она более гибкая в настройке, и менять температуру в зависимости от погоды на улице или от количества человек в помещении – проще. Монтаж электрического отопления проще и быстрее, дополнительное преимущество – отсутствие громоздких радиаторов под окнами и труб.

Недостатки и способы их устранения

Обычный дом тратит на отопление около 74% всей расходуемой энергии, в то время как энегоэффективный – 45-55%. Достигается это за счет тщательной термоизоляции и исключению мест утечки тепла. Не получится сэкономить на солнечном отоплении, если стены не утеплены, а в окнах и дверях – щели. Перед установкой отопления от солнечных батарей необходимо утеплить стены, крышу, пол, позаботиться о герметизации окон.

В большинстве регионов Росси при достаточном общегодовом количестве солнечных дней распределены они крайне неравномерно. Зимой пасмурные периоды и снегопады могут длиться неделями, не говоря уже о том, что световой день значительно сокращается. Для безопасности необходимо иметь резервную отопительную систему в виде котла или возможность переключать систему отопления на получение энергии из централизованной электросети. Тем не менее, использование солнечных батарей для отопления осенью и весной вполне оправдано и позволяет снизить общие расходы на обогрев.

Большинство владельцев домов от установки солнечных батарей удерживает их высокая стоимость. За систему мощностью 20-25 кВт, при помощи которой можно отапливать дом средних размеров, придется заплатить более 800 тыс. рублей. Окупит себя такая система при текущих тарифах на электроэнергию за 3 года, если же дом дополнительно в холодные месяцы придется отапливать природным газом, то срок окупаемости увеличивается.

За солнечными батареями придется ухаживать. Периодически 2-3 раза в год их необходимо очищать от грязи и пыли, так как при загрязнении поверхности их эффективность резко снижается.

Проект системы

Об установке солнечных батарей лучше подумать еще на стадии проектирования дома, так как располагаться они должны на южном скате крыши, причем оптимальный угол ее наклона – от 30 до 45 градусов в зависимости от региона. Специально спроектированные под использование солнечной энергии дома имеют ассиметричную или односкатную крышу, на которой можно расположить большое количество солнечных элементов. Если ориентация дома и форма крыши не позволяют эффективно закрепить солнечные батареи, то можно смонтировать на крыше или стенах специальные каркасы для их крепежа. Солнечные батареи также могут располагаться на стойках вне дома.

Помимо самих модулей солнечных батарей и конструкций для их крепежа для подключения к системе отопления понадобятся

  • устройство отбора мощности от батарей,
  • контроллер для солнечных батарей,
  • первичный преобразователь,
  • аккумуляторы и контроллер, при помощи которого отслеживается оставшийся в них заряд, автоматически происходит переключение на централизованную электросеть при падении уровня заряда ниже критического предела,
  • преобразователь электрического тока из постоянного в переменный,
  • комплект проводов.

Оптимально, если электрическая система обогрева дома, работающая от солнечной энергии, будет оснащена термостатом и регуляторами температуры в каждой комнате. Детальный проект и смету лучше проводить совместно с опытным электриком. Ему же стоит поручить работу по подключению солнечных батарей, чтобы не повредить их, а также вся проводку в доме.

Принимать решение об установки системы отопления, работающей от солнечных батарей необходимо отталкиваясь от доступности других источников энергии в населенном пункте и их стоимости.

Солнечные батареи для отопления дома: реально ли сэкономить?

Современные технологии значительно расширили возможные способы создания автономных отопительных систем для частных и загородных домов.

Cолнечные батареи для отопления на крыше частного дома

Если еще век назад практически все жилища отапливались дровяными печами, то за прошедшее время в больших городах были построены системы магистрального теплоснабжения, а способы прогрева помещений в частных дома существенно увеличились. Современный дом можно отапливать с помощью автономных систем, работающих на газе, при помощи эффективного оборудования, работающего на различных типах твердого и жидкого топлива. В последнее время все большую популярность приобретают отопительные и энергетические системы, работающие на возобновляемых источниках энергии. Для отопления частных домов всё чаще начинают применять солнечные батареи, но так ли они хороши, как про них рассказывают продавцы? Давайте вместе разберемся в этом вопросе, ведь стоимость установки не самая маленькая, а срок окупаемости отопительной системы на солнечных батареях может превысить срок службы элементов из которых она состоит, что лишает её всякого смысла в размещении, так что же делать?

Читайте также:
Как правильно раскачать скважину после бурения — инструкция с видео

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.

На какую помощь можно рассчитывать от государства при установке солнечных батарей для отопления частного дома

Если вы владелец частного сектора и у вас появилось желание снизить затраты на обслуживание своего дома, в частности на отопление — вы можете смело рассчитывать на помощь от государства. В зависимости от страны в которой вы живете, вам могут быть предложены некоторые способы компенсации ваших затрат из местного или федерального бюджета. Вам может быть выделена помощь в виде:

  • частичной компенсации затрат на саму установку системы;
  • государство в лице органа, занимающегося обслуживанием электросетей, выкупает у вас «Зеленую Энергию» по завышенной цене.

Мы расскажем вам о наиболее выгодном, втором варианте.

Её особенность заключается в том, что вы постоянно торгуете электроэнергией с государством туда-сюда. В светлое время суток, когда солнце находится на пике своей активности — ваши солнечные батареи вырабатывают повышенное количество электроэнергии, которой полностью хватает на ваши затраты, а излишки вы «отдаете» назад в общую электросеть, в этом случае вы выступаете как производитель и продавец энергии. Ночью, когда ваша выработка на нуле — вы покупаете энергию обратно из сети для своих нужд: для обогрева дома, для подогрева воды в кране, для стиральной машинки, для освещения. Этот процесс повторяется изо дня в день и по итогу месяца у вас остается либо положительный, либо отрицательный баланс КилоВатт на счетчике, в зависимости от мощности солнечных батарей, которые вы установили. Если за прошедший месяц вы выработали больше КВт/ч, чем израсходовали — остаток КВт/ч выкупает у вас государство примерно за 12 евроцентов, это так называемый «Зеленый Тариф». Эти деньги приходят вам на карточку и с их помощью вы компенсируете расходы, которые вы понесли на установку этой системы. Конечно в данном случае нужен специальный счетчик, который регулирует кто-кому и что продает, но при этом вы экономите на аккумуляторах, которые устанавливались в таких системах ранее и требовали к себе повышенного ухода при огромной стоимости! Сейчас же вашим «аккумулятором» выступают городские электросети, которые могут выкупить у вас бесконечное количество электроэнергии!

В любом случае, вам необходимо обратиться в компанию, которая занимается обслуживанием и поставкой электричества в ваш дом, для уточнения деталей. Это настолько стремительно развивающийся рынок, что условия тут могут меняться по несколько раз в месяц!

Устройство автономных систем на солнечных батареях

Но что делать, когда на небе нет солнца, или оно закрыто тучами?

схема отопления дома от солнечной энергии

Прежде всего стоит предусмотреть резервные источники энергопитания. Это может быть как обыкновенная электрическая сеть, так и автономный генератор, способный самостоятельно производить электрическую энергию. Кроме того, разумным решением будет оборудования частного дома батареями резервного питания, в которых будет накапливаться энергия во время малого потребления. Такая система аккумулирует электричество днем или в светлое время суток и возвращает его в сеть вашего дома ночью или в пасмурную погоду.

Расчет энергоэффективности солнечных батарей

При расчете необходимой площади солнечных батарей необходимо учитывать, что один квадратный метр такого оборудования даст в вашу сеть около 120 ватт. А теперь пройдитесь по своему дому и прикиньте, какую мощность имеют имеющиеся у вас бытовые электрические приборы и оборудование. Разумно будет также прикинуть, какую экономию электричества может дать замена некоторых устройств на энергоэффективные. После этого вы можете приступать к расчетам необходимого количества и площади солнечных батарей, стараясь учитывать время солнечной активности в вашей местности.

Отопление частного дома от солнечной энергии

Кроме добычи электроэнергии из солнечной энергии – наше светило вполне может и обогреть ваш дом. Конечно, можно воспользоваться самым простым способом и подключить электрическую систему отопления к солнечным батареям. Но скорее всего это будет довольно неэффективно, особенно учитывая не очень большое количество солнечных дней в году на наших широтах.

Лучше всего будет комбинировать систему добычи электричества с помощью солнечных батарей и систему автономного отопления, основанную на нагреве солнечным теплом жидкости, поступающей затем в радиаторы отопления вашего дома.

Принцип работы отопления на солнечной энергии

Ключевым звеном такой автономной системы солнечного отопления будут являться нагревательные коллекторы. Это специализированные устройства, которые с минимальными потерями передают солнечную лучистую энергию на теплоноситель, в качестве которого может выступать вода или специальный антифриз.

Читайте также:
Как самостоятельно построить абиссинский колодец — технология строительства

схема солнечного нагревателя

Немаловажным преимуществом такого высокотехнологичного подхода является то, что такая система будет эффективно работать даже в самых суровых климатических условиях, ее коэффициент полезного действия не снижается даже при низких отрицательных температурах на улице.

Такие системы, называемые также солнечными коллекторами отлично зарекомендовали себя, например, в северных районах Китая – в местности с весьма суровым климатом. При этом в тех регионах они устанавливаются даже на многоквартирных домах.

После нагрева в коллекторе теплоноситель обычно попадает в аккумулирующих бак, оснащенный отличной теплоизоляцией. Температура жидкости в таком баке сохраняется довольно продолжительное время. В случае, если в качестве теплоносителя используется обычная водопроводная вода, то, помимо отопления – такую жидкость также можно использовать для бытовых целей, например, для умывания или мытья посуды.

Разновидности солнечных отопительных коллекторов

В настоящее время используются следующие разновидности солнечных отопительных коллекторов:

  1. плоские;
  2. вакуумные.

Отличаются они друг от друга устройством передачи лучистой энергии Солнца.

В плоском солнечном отопительном коллекторе устройством для сбора такой энергии служит ящик, заполненный специальным адсорбирующим материалам. В толще материала проложены трубопроводы системы теплоснабжения. Жидкость, циркулирующая по ним, нагревается от воздействия солнечных лучей и затем сбрасывается в бак теплоаккумулятора.

В вакуумном отопительном коллекторе вместо плоского ящика используется система прозрачных трубок, из которых откачан воздух. Внутри трубок имеются трубопроводы системы теплоснабжения различной конфигурации. Интересный физический эффект такого устройства заключается в том, что солнечные лучи беспрепятственно проходят через наружный слой стекла и вакуум, и затем нагревают жидкость в трубопроводах. А вот обратно тепло от жидкости в трубопроводах уже не утекает, так как вакуум является отличным теплоизолятором. В общем. Такая конструкция в миниатюре напоминает нашу планету: ведь у нас тоже имеется теплоизолятор в виде межзвездного вакуума, который, тем не менее не мешает солнечным лучам эффективно нагревать землю.

Преимущества солнечных систем и особенности их проектирования и монтажа

Для того, чтобы система на возобновляемых источниках энергии стала действительно эффективной для вашего частного дома – необходимо провести тщательный расчет. Прежде всего определяется необходимый уровень энергопотребления в доме, рассчитывается суммарная мощность всех бытовых приборов и их максимальная нагрузка. Затем рассчитывается максимально возможная эффективность предполагаемых к использованию солнечных батарей и их площадь. Возможно, потребное количество батарей для добычи солнечной энергии просто не поместятся на крыше вашего дома и вам придется подыскивать дополнительные источники энергии или другие площади для размещения.

В любом случае – система с энергоснабжением от солнечной энергии должна иметь резервный источник питания, что позволит вам не зависеть от капризов погоды.

Аналогичный подход необходимо применить и при проектировании солнечных систем отопления. Производители как правило указывают возможность солнечных отопительных коллекторов по работе в определенных температурных условиях. Не стоит пренебрегать этими сведениями. И опять же – на случай длинной зимней и пасмурной непогоды ваш дом должен быть оборудован альтернативным источником теплоснабжения – это может быть любой отопительный котел на ваш выбор, начиная от традиционной русской каменной печи на дровах, оканчивая новомодными электрическими бойлерами.

При разумном сочетании новшеств в области теплоснабжения и традиционного, проверенного временем подхода вы сможете в полной мере насладиться всеми преимуществами солнечной энергии, достающейся нам абсолютно даром.

Солнечные батареи для отопления дома — видео обзор

Солнечные батареи для отопления дома своими руками — видео

Можно ли применить солнечные батареи для отопления дома

Полупроводниковые панели, преобразующие энергию солнца в электричество, обычно устанавливаются с одной целью – обеспечить работу домашних бытовых приборов. Настоящие энтузиасты на достигнутом не останавливаются и пытаются приспособить солнечные батареи для отопления дома. Предлагаем обсудить эту идею, рассмотреть возможные способы обогрева с помощью фотоэлектрических панелей. Рентабельность электростанций альтернативной энергетики и прочие финансовые вопросы разбирать нет смысла, это отдельная тема.

  • 1 Как работает солнечная электростанция
  • 2 Сколько нужно солнечных батарей для отопления дома
  • 3 Реальные способы обогрева
    • 3.1 Отопление кондиционерами
    • 3.2 Использование местных обогревателей
  • 4 Заключительный вывод

Как работает солнечная электростанция

Мы не собираемся отнимать ваше время и рассказывать, как полупроводниковые модули генерируют ток. Но если вы хотите организовать солнечное отопление частного дома, нужно представлять принцип работы фотоэлектрической станции и знать все нюансы, влияющие на ее мощность.

Солнечная энергетическая установка (СЭС) состоит из следующих элементов (показаны ниже на схеме):

  • одна либо несколько панелей, воспринимающих излучение солнца;
  • аккумуляторные батареи (АКБ), накапливающие произведенную электроэнергию;
  • контроллер следит за уровнем заряда, направляет ток в нужную цепь;
  • инвертор преобразует постоянное напряжение солнечных батарей в переменный ток 220 В.

Интересный момент. Цена модулей составляет не более 30% от стоимости полного комплекта оборудования. Остальные 70% – это аккумуляторы, инверторный блок и контроллер. Комплектующие подбираются под одно рабочее напряжение 12, 24 или 48 вольт.

Упрощенно поясним алгоритм работы системы:

  1. В течение светового дня батареи вырабатывают ток, проходящий через контроллер.
  2. Электронный блок оценивает уровень заряда АКБ, затем направляет энергию в нужную линию – на зарядку либо потребителям (к инвертору).
  3. Инверторный блок преобразует постоянный ток в переменный со стандартными параметрами – 220 В / 50 Гц.

Существует 2 типа контроллеров – ШИМ и MPPT. Разница между ними состоит в способе зарядки элементов электропитания и величине потерь напряжения. Блоки MPPT более современные и экономичные. Аккумуляторы применяются разные: свинцово-кислотные, гелевые и так далее.

В состав СЭС входят специальные АКБ, не боящиеся глубокого разряда

Если планируется использование нескольких модулей, то они соединяются между собой 3 способами:

  1. Параллельная схема подключения позволяет нарастить ток в цепи. «Минусовые» контакты всех батарей присоединяются к одной линии, «плюсовые» – к другой. Напряжение на выходе остается неизменным.
  2. Применение последовательной схемы дает возможность увеличить выходное напряжение. «Минусовая» клемма первой панели соединяется с «плюсом» второй и так далее.
  3. Комбинированный способ применяется, когда нужно изменить оба параметра – силу тока и напряжение. Несколько модулей соединяется последовательно, потом группа подключается к общей сети параллельно другим аналогичным группам.
Читайте также:
Установка молниезащиты коттеджа и ее варианты для различных видов крыш

Как выглядят солнечные панели для дома и сопутствующее оборудование, расскажет мастер-электромонтажник на видео:

Сколько нужно солнечных батарей для отопления дома

Казалось бы, все просто. На обогрев небольшого загородного коттеджа площадью 100 м² пойдет приблизительно 10 кВт = 10 000 Вт тепловой энергии. Это 100 панелей по 0.1 кВт или 34 больших модуля по 300 Вт. Столько батарей на крышу дома не поставишь, а о квартире и речи нет.

Справка. Размер 1 фотоэлектрического элемента мощностью 100 Вт, изготовленного по поликристаллической технологии, составляет около 1020 х 700 мм или 0.71 м². Аналогичная батарея на 300 Вт займет 1.68 м² (170 х 99 см).

Сразу оговоримся, полученный результат – неправильный, поскольку не учитывает особенности эксплуатации солнечных энергетических систем:

    Фотоэлектрический модуль выдает максимальную мощность, когда лучи падают под углом 90° к плоскости батареи. Если не сделать трекер – следящий механизм, поворачивающий панель вслед за движением солнца, потеряем около 40% энергии. С другой стороны, подобное устройство тоже расходует электричество.

Трекер поворачивает модули вслед за светилом, обеспечивая угол падения лучей 90°

  • Величина солнечного излучения на 1 м² – инсоляция – зависит от региона проживания, высоты над уровнем моря, затененности участка. Перечисленные факторы напрямую влияют на производительность батарей.
  • С течением времени полупроводниковое покрытие модулей деградирует, в результате теряется примерно 1% электрической мощности ежегодно.
  • Если фотоэлектрический слой перегревается солнцем, производительность панели тоже уменьшается.
  • Малая толика энергии теряется в сопутствующем оборудовании – инверторах, контроллерах, АКБ. Это банальный нагрев деталей – трансформаторов, микросхем и прочих элементов.
  • Когда рабочая поверхность загрязняется пылью либо засыпается снегом, возникают дополнительные потери.
  • Заметьте, для отопления солнцем зимой вырабатываемого электричества должно хватать на обогрев дома и зарядку аккумуляторов на ночь.
  • Вывод. Универсального расчета электрической мощности батарей, подходящего ко всем странам и регионам, не существует. Но озвученную выше цифру 10 кВт нужно удвоить (как минимум), чтобы получить пристойный результат на практике. Понадобится от 200 стоваттных панелей, занимающих площадь свыше 140 м².

    Есть надежный способ получить точные данные по инсоляции и рассчитать производительность солнечных батарей – обратиться в местную организацию, занимающуюся их монтажом. Либо самому изучать карту инсоляции района.

    На карте видно, что центральные регионы РФ получают довольно мало радиации солнца – в среднем 3–3.5 кВт на метр квадратный за день

    Предлагаем пойти другим путем – использовать опыт владельцев солнечных автономных электростанций, почитать их отзывы на тематических форумах. Отыщите там пользователей, проживающих в вашей местности, если хотите получить реальные цифры бесплатно. Приведем примеры:

    1. Автономная система солнечного электроснабжения, расположенная в Ленинградской области, РФ. Установлено 6 панелей по 0.22 кВт (всего 1.32 кВт), пиковая мощность в зимний безоблачный день – 1157 Вт. Тема обсуждается на известном русскоязычном форуме.
    2. г. Анапа, производительность батарей – 2.2 кВт, количество не указывается. За световой день электростанция генерирует порядка 9 кВт.
    3. г. Москва, мощность СЭС 2.64 кВт. За весь июнь установка выработала 304 кВт энергии.

    Примечание. Отзывы и другие полезные данные по эксплуатации СЭС вы найдете по этому адресу.

    Обратите внимание: нами учитывалась только солнечная энергия для отопления, подогрев воды и прочие хозяйственные нужды в расчет не принимались. Как рассчитать число батарей на практике, смотрите в видеосюжете:

    Реальные способы обогрева

    Как вы поняли их вышесказанного, реализовать полноценное электрическое отопление дома солнечными батареями довольно сложно (и дорого). Далеко не каждый хозяин решится купить и установить панели на площади 100–150 м², дабы прогреть небольшой дом или дачу. Значит, схема электрокотел + водяная система + отопительные радиаторы отпадает.

    Но идею обогрева солнечными модулями все же нельзя назвать утопией. Перечислим варианты, реализованные домовладельцами на практике:

    • панели плюс инверторные кондиционеры с коэффициентом эффективности COP 3.5–4;
    • подключение батарей напрямую к электрическим обогревателям без инвертора;
    • строительство полноценной СЭС, продажа электроэнергии государству, вырученные средства идут на оплату традиционного отопления.

    Дополнение. Применение панелей в качестве дополнительных источников энергии для основного отопления обсуждать нет смысла – это очевидное решение.

    Начнем с третьего варианта, который интересен предпринимателям. В странах, где государством установлен так называемый зеленый тариф, домовладелец может получать электричество из возобновляемых источников и отдавать в общую энергетическую сеть, получая прибыль. То есть, домовладелец приобретает те же 200–300 солнечных панелей, но продает энергию по хорошей цене, а не расходует почем зря.

    Большое количество батарей на крыше жилого дома не поместится, станцию большой мощности придется размещать на участке

    Например, в Украине зеленый тариф превышает обычный в 3 раза (по состоянию на июнь 2019 г.). Необходимо выдержать 1 условие: минимальная производительность СЭС – 30 кВт. Строите электростанцию, поставляете энергию в сеть, а сами покупаете втрое дешевле.

    Оставшиеся 2 варианта рассмотрим поподробнее.

    Отопление кондиционерами

    Способ основан на эффективности инверторных сплит-систем, доставляющих внутрь дома вчетверо больше тепла, чем затрачено электроэнергии. Как реализовать такое отопление:

    1. Первым делом максимально снижаем теплопотери здания – утепляем стены, полы и крышу, устанавливаем энергосберегающие окна. Идеальный показатель теплопотребления для жилища 100 м² – 6 кВт.
    2. Приобретаем 2 кондиционера с инверторными компрессорами, работающими при отрицательной уличной температуре. Суммарная производительность агрегатов должна равняться теплопотерям дома, в нашем случае – 6 кВт. Потребление таких «сплитов» не превысит 2 кВт.
    3. Монтируем солнечную станцию, способную круглосуточно обеспечивать электричеством кондиционеры.
    4. Для отопления в самые холодные сутки стоит установить любой традиционный источник тепла – котел, дровяную печь.
    Читайте также:
    Порядок подключения газа к частному дому по новым правилам — что изменилось

    Тепловые насосы Mitsubishi Zubadan расходуют энергии еще меньше, чем кондиционеры, а тепла приносят вчетверо больше (COP = 4)

    Видео в конце данного раздела подтверждает, что описанная схема вполне работоспособна. Один существенный минус: при отрицательной температуре эффективность кондиционеров резко снижается, без помощи котла не обойтись. В условиях умеренного и северного климата солнечные модули в одиночку не справятся.

    Примечание. Большинство инверторных сплит-систем способны функционировать при морозе до —15 °C. Коэффициент эффективности COP снижается до 1.5–2 (тепла выделяется вдвое больше, чем потребляется электричества).

    Использование местных обогревателей

    Речь идет о значительном удешевлении системы в случае использования неприхотливых потребителей – обычных тепловентиляторов. Ввиду отсутствия инвертора к солнечным модулям придется подключать 12-вольтовые обогреватели (можно взять автомобильный либо сделать своими руками).

    Как собрать солнечный генератор электроэнергии:

    1. Устанавливаем нужное количество батарей с рабочим напряжением 12 вольт.
    2. Соединяем их проводами 2.5 мм² согласно приведенной ниже схеме – без инвертора.
    3. Подключаем нагрузку – маломощный тепловентилятор на 12 В.

    Ниже на видео специалист подробно описывает все нюансы такого подключения. Способ годится для обогрева отдельных комнат тепловентиляторами 1–1.5 кВт. Отопить весь дом сложнее – нужно собирать несколько отдельных контуров с солнечными панелями, чтобы не увеличивать сечение проводов.

    Заключительный вывод

    Сделать полноценное отопление частного дома на солнечных батареях очень непросто. Единственный более-менее реалистичный сценарий – это применение сплит-систем, а лучше – геотермального теплового насоса, мало зависящего от уличной температуры. Установка потребляет мало электричества, поэтому сможет работать от домашней СЭС.

    Мы специально исключили из статьи финансовые вопросы, поскольку речь шла о технических моментах. Но надо понимать, что оборудование солнечной энергетики – аккумуляторы, батареи, инверторы и блоки управления – стоят больших денег. Чтобы успешно решить задачу, нужно быть хорошо зарабатывающим энтузиастом.

    Схема с вакуумными коллекторами, подключенными к косвенному водонагревателю, обойдется дешевле. Но в данном варианте есть свои трудности, например, аккумулирование тепла и стагнация коллектора при жаре. В нелегком деле освоения солнечной энергии нет простых решений.

    Солнечное отопление частного дома своими руками

    Гелиосистемы экономически выгодны. Даже с учетом высокой стоимости, первоначальные затраты, при всесезонном применении окупятся за 2-3 года. Системы солнечного отопления частных домов не предназначены для автономной работы. Коллекторы компенсируют только часть необходимого для обогрева тепла, позволяя сэкономить за отопительный сезон до 300 м³ газа и до 4 м³ дров. Если использовать энергию Солнца только для отопления, окупаемость составит 6-7 лет.

    У альтернативного отопления частного загородного дома существуют свои недостатки и преимущества. Перед покупкой и подключением требуется изготовление грамотного проекта и проведение теплотехнических расчетов.

    Можно ли обогреть дом солнцем

    Несмотря на передовые технологии и инновации, до сих пор полноценное отопление гелиосистемами не представляется возможным. Причина проста. Солнце светит только днем. Ночью солнечное излучение отсутствует. Соответственно солнечные коллекторы для отопления будут работать исключительно в светлое время суток. Хотя в пасмурную погоду гелиопанели продолжат работать, теплоотдача существенно уменьшится.

    На теплоэффективность во многом влияет интенсивность ультрафиолетового излучения. В районах крайнего севера мощность и теплоотдача солнечного коллектора будет меньшей, чем в регионах с умеренным климатом.

    Отопление на солнечных батареях используется исключительно как дополнительный источник тепла. Принцип работы коллектора основан на преобразовании ультрафиолетового излучения в тепловую энергию.

    Получаемое тепло направляется в аккумулирующий бак, буферную емкость, установленную внутри здания. В воздушных системах жидкостный теплоноситель отсутствует. В помещение, при помощи вентиляторов нагнетаются разогретые воздушные массы.

    Если учесть, что эффективность гелиоколлекторов зимой существенно снижается, автономное отопление дома требует правильных расчетов. Специалисты рекомендуют на этапе планирования установить в здание источник тепла на традиционных энергоносителях (газ, дрова, пеллеты, уголь, дизтопливо, электричество), способный удовлетворить потребность здания в обогреве и ГВС на 100%. Гелиосистема будет использовать солнечную энергию и частично компенсировать затраты с разной эффективностью, в зависимости от месяца года.

    Чтобы определить стоит ли устанавливать альтернативное отопление частного дома, стоит обратить внимание на существующие преимущества и недостатки солнечных коллекторов. При составлении таблицы плюсов и минусов, нужно учитывать реальные отзывы о гелиосистемах оставленные пользователями:

      Недостатки — главным минусом остается высокая стоимость (стоит отметить, что с появлением коллекторов российского производства, солнечные системы отопления стали экономически доступнее). Существует еще несколько минусов:

        сезонность — солнечные коллекторы с вакуумными термотрубками эффективны до температуры окружающей среды –50°С. Вакуумный гелиоколлекторы продолжат работать до тех пор, пока антифриз в теплообменнике не замерзнет. Солнечные панельные коллекторы работают при температуре до –25°С.

    зависимость от электричества — всесезонные системы работают с принудительной циркуляцией теплоносителя. При отключении напряжения теплоноситель может закипеть.

  • долгая окупаемость — в случае отопления, работа коллектора большую часть осуществляется при отрицательных температурах. Теплоэффективность гелиосистемы снижается. Время окупаемости увеличивается до 6-7 лет.
    • Преимущества — рекордно низкие температуры в средних широтах редки. На весь отопительный сезон приходится не более недельного периода, когда коллекторы перестают работать. При правильном подборе оборудования и расчетах удастся подобрать готовое решение, способное по максимуму компенсировать потребности жилого здания в тепле. Для средних широт компенсация энергозатрат достигает 20-30%. Дополнительные плюсы:

        срок эксплуатации от 30 до 50 лет;

    присутствует антивандальная и противоградовая защита;

  • гелиопанели выдерживают шквалы ветра.
  • Выше описаны общие преимущества и недостатки для любой системы отопления частного дома от солнечной энергии. У каждого типа гелиоколлекторов, воздушных и жидкостных, есть присущие им особенности, влияющие на окупаемость автономного обогрева.

    Виды отопления от солнца

    Существует несколько типов солнечных батарей. Главное отличие между гелиоколлекторами, используемый принцип работы. Типы солнечного отопления делятся на греющие воду или теплоноситель и нагревающие воздух.

    Принцип работы влияет на теплоэффективность, особенности эксплуатации и подключения. Гелиопанели отличаются внутренним устройством, обвязкой, функциональными возможностями.

    Отопление на водяных коллекторах

    В основе работы лежит принудительная циркуляция теплоносителя. Отопление частного дома солнечными панелями происходит в следующем порядке:

      абсорбер аккумулирует тепло;

    полученная тепловая энергия нагревает теплоноситель, циркулирующий в трубопроводе от гелиоколлектора до теплообменника бака накопителя;

    змеевик внутри бойлера косвенного нагрева отдает тепло окружающей жидкости;

  • происходит теплообмен, вода для бытовых нужд и отопления нагревается, остывший теплоноситель возвращается обратно к абсорберу.
  • В описанной схеме через буферную емкость закольцовано отопление и ГВС, и солнечный водонагреватель. Гелиоколлектор не сможет работать без накопительного бака. Для автоматизации отопления используется блок управления, регулирующий скорость циркуляции теплоносителя в зависимости от интенсивности нагрева.

    Обогрев осуществляется гелиосистемами двух типов. Каждая отличается особенностями эксплуатации и техническими характеристиками:

      Использование солнечных трубчатых коллекторов в системах отопления — оптимальный всесезонный вариант в условиях холодного климата, подходят для водяного радиаторного отопления и систем теплых полов, удовлетворения потребностей в ГВС. Теплопотери снижены за счет того, что теплопередающие элементы находятся в вакуумных трубках.
      Отопление дома солнечными вакуумными коллекторами зимой более эффективно, чем обогрев с использованием гелиопанелей. Внутри колбы коллектора, при условии отсутствия съема тепла, максимальная температура достигает 280-300°С, контролируемая модулем, предотвращающим закипание теплоносителя.

    Отопление частного дома солнечными панелями — решение больше подходит для средних и южных широт. В этих регионах гелиопанели быстрее окупаются и отличаются большей теплоэффективностью. Принцип нагрева идентичен вакуумным коллекторам, только вместо колб в солнечных нагревателях для нагрева воды используется панель. Абсорбирующая поверхность прогревает соприкасающуюся с ней медную или алюминиевую пластину. Тепло передается циркулирующей жидкости. Интенсивность нагрева теплоносителя существенно ниже, чем у вакуумных гелиоколлекторов.
    При помощи теплоаккумулятора, солнечные панели подключают к низкотемпературным системам отопления загородных домов (тёплым полам). Средняя температура нагрева 40-60°С. Для радиаторного обогрева «незакипающие» солнечные системы не подходят.

    Неотъемлемая часть гелиоколлекторов панельного и трубчатого типа — бойлер косвенного нагрева. Внутри емкости расположено два змеевика. Основной теплообменник подключен к котлу. Второй змеевик накопительного бака теплоаккумулятора предназначен для системы солнечного отопления.

    В БКН или теплоаккумуляторе используется принцип косвенного нагрева. Основной источник нагрева воды, находящейся в буферной емкости, это отопительный котел. Гелиоколлекторы дополняют определенный запас тепла. При достижении заданной температуры в баке подача теплоносителя на нагрев прекращается.

    Обогрев воздушными гелиосистемами

    Принцип работы отличается тем, что в качестве теплоносителя используется горячий воздух. Внутреннее устройство воздушного коллектора во многом напоминает гелиосистемы панельного типа. Исключение составляет то, что абсорбер не соединяется с контуром отопления. Фактически, это обычный воздухонагреватель или конвектор. Воздух в помещение направляется посредством вентиляторов и гофрированных каналов.

    Отопление в частном доме от воздушных коллекторов отличается быстрой окупаемостью и высокой теплоэффективностью. Единственный минус в том, что от системы воздухогрейного типа нельзя обеспечить потребности ГВС. Хотя существует несколько технических решений этого вопроса, но все они с низким КПД.

    Одна из современных разработок: дом с пассивным обогревом или «солнечная стена». Абсорбером в этом случае выступает наружная стена здания, защищенная от внешней среды стеклом. Стена в течение всего дня аккумулирует тепло и затем ночью отдает его в отапливаемые помещения. Смотрится такая гелиоустановка современно и отличается хорошей теплоотдачей.

    Тепловое аккумулирование используется не только для обогрева, но и охлаждения помещений. В летнее время года за счет солнечных батарей вентиляторы работают в режиме кондиционирования.

    Что эффективнее — воздушный коллектор или водяной

    Все зависит от того, какие цели ставит перед собой владелец частного дома. Сравнение солнечных водонагревателей с воздухогрейными конвекторами покажет следующее:

      Эффективность зимой — панельные и вакуумные гелиосистемы предназначены для нагрева воды ГВС и отопления. После наступления холодов теплоэффективность коллекторов падает.
      Панельные системы прекращают аккумуляцию тепла при –25°С. Трубчатые , хотя и с минимальной эффективностью, продолжают работать до –50°С.

    Воздушный коллектор в первую очередь предназначен для обогрева помещений. Зимой гелиосистема воздушного типа продолжает отапливать здание. Отсутствие жидкостного теплоносителя позволяет коллектору работать при любой температуре.

  • Стоимость — солнечные воздухогрейные гелиосистемы обходятся дешевле, установка не требует больших затрат и использования дополнительного дорогого оборудования. Трубчатые и панельные коллекторы стоят дорого. В обвязке используется накопительный бак, контроллер и другое дорогостоящее оборудование.
  • Эффективность солнечного воздушного отопления можно увидеть в том, что полная окупаемость наступает уже через 1-2 года эксплуатации. При этом коллекторы работают на отопление, кондиционирование и поддержание необходимого микроклимата в доме.

    Как сделать солнечный обогрев в своем доме

    Для начала следует учесть, что гелиосистема не устанавливается одна по себе. Для нормального обогрева здания потребуется ее одновременная работа с отопительным котлом.

    Необходимо изначально установить основной источник тепла — котел, из расчёта 100% покрытия всех теплозатрат здания. Только после этого приступают к расчету коллекторов.

    Расчет гелиосистемы

    Теплоотдача у водогрейных вакуумных и панельных коллекторов, а также воздухонагревателей, использующих энергию солнца разная. Соответственно нет единой системы расчетов. Для удобства можно воспользоваться специальными онлайн калькуляторами.

    Примеры самостоятельных расчетов:

      Воздушные гелиосистемы — дадут 1,5 кВт тепловой энергии на каждый 1 м² поверхности коллектора. Дом на 100 м² будет полноценно отапливаться при помощи 4 воздухонагревателей, общей площадью 8 м².

  • Вакуумный трубчатый коллектор — 15 трубок дадут в общей сложности 4,8 кВт/час. Для комфортного проживания одного человека потребуется от 2-4 кВт/час тепла. Дальнейшие расчеты выполняются по количеству проживающих в одном доме.
  • Таблица выбора бойлера косвенного нагрева и площади солнечного коллектора:

    Солнечное отопление частного дома — что нужно знать?

    Обновлено: 26 ноября 2021

    • Солнечное отопление
    • Устройство и принцип работы
    • Преимущества
    • Виды отопления
      • Открытые солнечные коллекторы
      • Трубчатые коллекторные разновидности
      • Плоские закрытые системы
    • Выбор солнечного коллектора и его монтаж
    • Схемы подключения к системе отопления
      • С водяным коллектором
      • С солнечной батареей
    • Советы по эксплуатации
    • Цена комплекта и где купить?

    Солнечное отопление

    Постоянный рост тарифов и ветхое состояние коммуникаций вынуждают владельцев частных домов активно искать альтернативные способы обогрева. Одним из мощных и неиссякаемых источников является Солнце, ежедневно поставляющее огромное количество киловатт бесплатной энергии. Необходимо установить соответствующее оборудование, и зависимость от поставщиков сетевых ресурсов останется в прошлом.

    Солнечная энергия имеется всегда, хоть и зависит от погодных условий или времени суток. Для регионов, где климатические и погодные условия позволяют получать достаточное количество киловатт для обогрева, такой вариант становится оптимальным. Солнечное отопление предоставляет массу возможностей и преимуществ, о которых следует поговорить подробнее.

    Устройство и принцип работы

    Солнечное отопление частного дома — инновационная технология, о которой пока еще не все имеют четкое представление. Между тем, все возможности для установки и использования соответствующих комплексов имеются практически у любого домовладельца. Необходимость финансовых вложений существует только для приобретения аппаратуры или оборудования, все остальное он получит бесплатно.

    Существует два варианта организации солнечного отопления:

    1. Солнечные батареи;
    2. Солнечные коллекторы.

    Использование солнечных батарей — более затратный метод, требующий присутствия большого количества оборудования. Используются фотоэлектрические элементы, расположенные на открытой площадке под нужным углом для максимально перпендикулярного падения солнечных лучей. Они вырабатывают электрический ток, который накапливается в аккумуляторных батареях, преобразуется в переменный ток со стандартными параметрами, после чего направляется на отопительные приборы.

    Отопление от солнечных батарей в частном доме дает массу дополнительных возможностей. Такой способ имеет значительное преимущество —электрический ток, который вырабатывают солнечные батареи, можно использовать не только на обогрев дома, но и на питание любых приборов, на освещение или иные надобности.

    Солнечные батареи для дома для отопления, стоимость которых довольно высока, могут оказаться невыгодны с финансовой точки зрения.

    Солнечные коллекторы действуют по другому принципу. Они не вырабатывают, а получают от Солнца тепловую энергию, которая нагревает теплоноситель в емкостях или трубках. В принципе, коллектором можно считать любую емкость с водой, выставленную на солнце, но имеются специальные конструкции, способные продемонстрировать наибольшую эффективность. Такой вариант системы значительно проще, дешевле и доступен для самостоятельного изготовления.

    Полученное тепло сразу реализуется в повышении температуры теплоносителя, который аккумулируется в накопительной емкости, откуда распределяется по отопительным контурам дома. Оптимальным способом обогрева является использование низкотемпературных систем, таких как теплый пол. Они не нуждаются в сильном нагреве, что соответствует возможностям солнечных коллекторов. В ночное время расходуется теплоноситель, нагретый за день.

    Для максимальной солнечных коллекторов эффективности необходимо качественно утеплять накопительную емкость.

    Преимущества

    Основное преимущество состоит в том, что Солнце — постоянный и неиссякаемый источник, стабильный и полностью предсказуемый. В отличие от ветрогенераторов, которые могут простаивать неделями, солнечная энергия подается в заранее известные временные интервалы. Единственным недостатком является возможность пасмурной или холодной погоды, когда эффективность работы батарей и коллекторов падает. Однако, современные конструкции позволяют получать минимальное количество даже в самых сложных условиях, поэтому при правильном расчете никакие неожиданности системе обогрева не угрожают.

    Кроме того, нельзя забывать, что солнечная энергия достается совершенно бесплатно. Если при отоплении дома газовыми или электрическими котлами надо приобретать само оборудование и потом постоянно оплачивать энергию или топливо, то солнечная энергия не оплачивается, что значительно изменяет уровень рентабельности аппаратуры и всей системы в целом.

    Однако, не следует забывать, что солнечное отопление частного дома, цена и трудозатраты на монтаж которого нередко становятся основной проблемой, выгодно только в регионах с подходящими климатическими и погодными условиями.

    Дополнительным преимуществом является высокая ремонтопригодность системы и возможность наращивания ее производительности. В данном вопросе никаких ограничений нет — сколько установлено панелей или коллекторов, столько энергии и будет получено. Если установленный комплект оказался неспособен к эффективному обогреву дома, его всегда можно усилить добавлением нужного количества оборудования. Это удобно при необходимости перестроить или расширить дом, сделать пристройку и т.д. Необходимости покупать новую систему полностью это не возникает.

    Виды отопления

    Фотоэлектрические элементы не работают исключительно на обогрев, который является частным случаем их использования, тогда как солнечные коллекторы служат только источниками питания отопительных контуров. Поэтому рассмотрим именно коллекторы, обеспечивающие отопление на солнечных батареях, цена которого значительно ниже, чем у фотоэлектрических элементов.

    Существует несколько конструкций солнечных коллекторов:

    • открытые;
    • трубчатые;
    • плоские коллекторы.

    Эти конструкции обладают разными возможностями и применяются для решения задач, соответствующих их эффективности. Рассмотрим их внимательнее:

    Открытые солнечные коллекторы

    Открытые конструкции являются наиболее простыми и даже примитивными. Они представляют собой емкости, обычно черные узкие продолговатые пластиковые лотки, наполненные водой. Они ничем не накрыты, вода находится на открытом воздухе (отсюда и название).

    Такие конструкции имеют массу недостатков:

    • возможность давать положительный эффект только при плюсовых температурах;
    • необходим относительно небольшой перепад температур в коллекторе и внешней среде;
    • долговечность таких установок низка — как правило, один сезон;
    • как следствие вышесказанному — крайне низкий КПД.

    Для решения серьезных задач подобные установки использовать невозможно, поэтому они применяются для подогрева воды в открытых или передвижных бассейнах, летнем душе и т.п. однако, есть и достоинства — подобные устройства очень просты. Обогреватель от солнечной батареи легко может быть изготовлен самостоятельно, а в регионах с подходящими климатическими условиями его возможности заметно расширяются.

    Трубчатые коллекторные разновидности

    Трубчатые вакуумные коллекторы относятся к более серьезным устройствам, способным обогревать жилье или иные помещения. Они состоят из следующих элементов:

    • корпус, покрытый черной краской и имеющий форму плоского ящика;
    • распределитель (или, как его иногда называют, manifold, манифольд) — трубка с несколькими присоединительными патрубкам по бокам;
    • вакуумные трубки, изготовленные из стекла.

    Эффективность устройства обеспечивает наличие вакуума, теплопроводность которого практически отсутствует и позволяет исключить потери.

    Существует несколько видов трубчатых коллекторов, различающихся по конструкции распределителя и трубок:

    1. Коаксиальные трубки прямого нагрева. Подготовка теплоносителя происходит при непосредственном контакте с поглощающей поверхностью
    2. Система heat-pipe. Трубки соединяются с распределителем через специальные гнезда и отдают через них нагретый теплоноситель. Конструкция удобна из-за высокой ремонтопригодности.
    3. Система U-type. Трубки имеют двойную длину и согнуты пополам. Начало соединено с одним распределителем, а конец — с другим. Такая схема позволяет увеличить время контакта с солнечным теплом, за счет чего повышается эффективность нагрева.
    4. Перьевые системы. Представляют собой модификацию системы heat-pipe, накрытую прозрачной пластиной с вакуумом под ней. Дают повышенную эффективность, но имеют высокую цену и низкую ремонтопригодность.

    Монтаж трубчатых коллекторов, как правило, производят на кровлю дома.

    Плоские закрытые системы

    Солнечное отопление дома с помощью плоских систем позволяет получить высокую эффективность при относительно низких затратах. Конструкция базируется на специальной утепленной металлической пластине с поглощающим покрытием, которая называется адсорбер. На пластину зигзагами напаяна трубка с теплоносителем. Лицевая сторона накрыта прозрачной крышкой, из-под которой выкачан воздух. Солнечный обогреватель такого типа способен работать даже при отрицательных температурах. Это позволяет обеспечивать отопление дома солнечными батареями зимой, отзывы пользователей позволяют делать достаточно оптимистичные прогнозы о будущем такого способа обогрева.

    Существуют более простые виды плоских коллекторов, где не имеется вакуума. Они менее эффективны, но стоимость и ремонтопригодность значительно выше. Отопление на солнечных батареях плоского типа безвакуумной конструкции обойдется значительно дешевле, а возможность восстановления панелей увеличивает срок их службы.

    Выбор солнечного коллектора и его монтаж

    Перед домовладельцем, решившим создать солнечное отопление частного дома своими руками, встает задача выбрать наиболее подходящий тип коллектора. Этот вопрос достаточно сложен, но разобраться в нем необходимо.

    Открытые коллекторы не подойдут из-за низких возможностей, поэтому о них нет смысла говорить. Обычно выбор производится между трубчатыми и плоскими видами. Первым и самым значимым критерием выбора обычно становится соотношение цены и качества изделий.

    Такой подход оправдан, но нельзя не учитывать ремонтопригодность. Так, вакуумные трубки можно менять далеко не во всех видах коллекторов, что делает выбор рискованным. При выходе из строя одной из них у некоторых видов коллекторов придется менять всю панель, что потребует расходов. Вообще, все вакуумные устройства — довольно рискованное приобретение, так как любое механическое воздействие грозит потерей источника тепловой энергии.

    Выбрав оптимальный вариант, приступают к монтажу. Для него надо выбрать подходящую площадку, расположенную неподалеку от дома. Это важно, поскольку транспортировка теплоносителя на большие расстояния потребует качественного утепления и установки циркуляционного насоса. Обычно коллекторы устанавливают на крышу, чтобы получить возможность циркуляции самотеком. Единственной проблемой становится расположение скатов относительно положения солнца на небе — иногда приходится устанавливать трекинг-систему для поворота панелей. Это дорого и требует использования гибких трубок, но эффект в результате получается значительно выше.

    Схемы подключения к системе отопления

    Солнечное отопление своими руками необходимо окончательно реализовать, подключив его к отопительной системе. Оптимальным способом станет использование теплого пола, температура теплоносителя для которого не превышает 55 градусов. Рассмотрим схемы подключения, обеспечивающие обогрев дома солнечной энергией:

    С водяным коллектором

    Водяные коллекторы непосредственно подключаются к отопительному контуру дома. Существует два варианта присоединения: летний и зимний.

    Летний вариант, как правило, используется для подачи нагретой воды в душ или для иных надобностей, поскольку обогрев дома летом не нужен. Схема самая простая — коллектор устанавливается на открытой площадке, вода, нагреваясь, поднимается в накопительный бак, установленный уровнем выше. По мере разбора, емкость пустеет, поэтому в нее постоянно подается подпитка, поступающая в коллектор и получающая в нем тепловую энергию. Этот способ несложен и может быть без проблем реализован своими руками.

    Зимний вариант сложнее. Коллектор, установленный на открытой площадке, подает нагретый теплоноситель (рекомендуется использовать антифриз) в змеевик теплообменника. Он представляет собой вертикально установленную емкость со змеевиком внутри. Возникает две петли — в одной циркулирует антифриз (по кругу коллектор-теплообменник), в другой циркулирует теплоноситель (из теплообменника в отопительный контур и обратно). Циркуляцию антифриза необходимо обеспечить с помощью циркуляционного насоса, иначе система работать не будет. Циркуляцию теплоносителя можно организовать как естественным способом, так и принудительно, с помощью насоса. Оптимальный вариант отопительного контура — система теплого пола, позволяющая получить максимальный эффект как в дневное, так и в ночное время суток.

    С солнечной батареей

    Отопление от солнца своими руками, созданное на базе солнечных батарей, осуществляется путем установки электрического нагревателя. В данном случае фотоэлектрические элементы лишь обеспечивают питание ТЭНов, установленных в электробойлере, не имея непосредственного отношения к отопительному контуру.

    Система отопления и солнечные батареи со всем комплексом аппаратуры монтируются отдельно. Способ соединения выбирается произвольно, исходя из особенностей обеих систем. Подключение бойлера, насоса и прочих устройств выполняется обычным способом, никаких специфических требование не имеется.

    Отопление частного дома солнечными батареями

    Ускоренное развитие альтернативной энергетики обычно связывают с заботой о состоянии окружающей среды. Однако у возобновляемых источников энергии – прежде всего таких, как солнечные электростанции – есть и другое важная роль. За пределами городов, особенно в местностях с нестабильной работой или отсутствием электросетей, теоретически возможно организовать даже отопление от солнечных батарей.

    Насколько реально отопление частного дома солнечными батареями?

    Такой способ отопления дорогой и неэффективный, для решения задачи потребуется отопительная система и автономный постоянный источник энергии для неё. В качестве первой можно использовать:

    • электрокотел и набор батарей с циркулирующей по замкнутому трубному контуру жидкостью (водой или специальным составом);
    • «теплые полы»;
    • классические навесные обогреватели;
    • инфракрасные настенные, напольные либо плинтусные керамические панели.

    Важно! Следует отметить, что для максимальной экономии наиболее эффективно применять метод независимой терморегуляции для каждого помещения отдельно.

    Солнечные батареи для отопления частного дома – расчет мощности потребления и сравнительная таблица.

    Рассмотрим относительно небольшой трехкомнатный частный дом площадью 85м2. Отапливать понадобится:

    • спальню и гостиную по 20м2 – 1,0 кВт на каждую;
    • детскую 15 м2 – 0,75 кВт; • кухню 10 м2 – 0,5 кВт;
    • коридор 10 м2 – 0,35 кВт;
    • ванную комнату и туалет 5+5м2 – 0,35 кВт.

    Итого: 1,0 + 1,0 + 0,75 + 0,5 + 0,35 + 0,35 = 3,95 кВт, или приблизительно 4 кВт.

    В зависимости от выбранного варианта отопительной системы суточная потребляемая мощность составит:

    Время работы в сутки (ч)
    Суточный расход энергии (кВт*ч)
    Электрокотел и водяной контур 14-16 56-64
    «Теплый пол» 12-14 48-52
    Тепловые конвекторы 12-14 48-52
    Керамические ИК – панели 7-10 32-40

    Отопление с помощью солнечных батарей – расчет требуемой мощности СЭС в зависимости от региона.

    Рассчитывая обеспечения такого количества энергии автономными солнечными станциями необходимо учесть, что генерация солнечных панелей минимальна именно в зимние месяцы. Для наглядности продемонстрируем помесячный график выработки станцией мощностью 1 кВт в большинстве регионов средней полосы России.

    График производительности солнечных батарей:

    По регионам России видим следующие данные по инсоляции— интенсивности облучения поверхностей солнечным светом (солнечной радиацией).

    Таким образом, примерно на 15-20% ниже генерация будет на северо-западе, на 15-20% выше – в южных регионах. Следовательно, даже при самом оптимальном варианте для отопления загородного дома средних размеров понадобится автономная станция мощностью от 30-40 кВт.

    Отопление солнечными батареями – оборудование и его стоимость.

    Для полностью независимой СЭС такой производительности потребуется закупить следующий комплект оборудования:

    Примерная комплектация автономной солнечной электростанции на 30 кВт, базовый вариант с качественным оборудованием.

    Оборудование, тип и количество
    Цена за единицу
    Сумма
    Солнечные панели: Delta BST 300-24M PERC (монокристаллические, Tier1) – 100 шт. 130$ 13000$
    Многофункциональный инвертор: Schneider Electric Conext XW+8548 – 1 шт. 3100$ 3100 $
    Панель управления: XW SCP – 1 шт. 350$ 350$
    Контроллер заряда: Schneider Electric XW MPPT 80-600 – 6шт. 1800$ 10800$
    Аккумуляторные батареи: DELTA GEL 12-200 – 24 шт. 460$ 11040$
    Кабель солнечный: “PV cable” 6 мм2 – 200 м. 1.1$ 220$
    Система защиты: автоматы защиты, плавкие вставки, УЗИПы, электрические щитки, кабели, периферия – 1 комплект. 800$ 800$

    ОБЩАЯ СУММА: 39310$

    В базовую комплектацию могут быть внесены изменения – например, выбраны более или менее мощные панели, оборудование других производителей и т.д. К стоимости комплекта солнечных батарей для отопления дома необходимо добавить расходы на монтажные и пуско-наладку, составляющие 10-15% от стоимости. Также стоит прибавить стоимость металлоконструкций для крепления солнечных батарей и стеллажи для АКБ. В итоге полностью автономная станция обойдется примерно в 45 000 долларов. Причем более трети расходов уйдет на накопители дневной генерации, для возможности обогрева частного дома и ночью.

    Место под солнечную электростанцию – как и где устанавливать?

    Если Вы твердо приняли решение приобрести СЭС такой мощности, необходимо будет выделить место для её установки. Для этого потребуется немалая площадь, поскольку каждая панель займет около 1,3-2м2 при установке «впритык» на кровле дома и на земле. Если приходится размещать модули в не только рядов на земле и плоской кровле (с минимальным уклоном), есть правило – при установке панелей под углом, между рядами панелей необходимо делать отступ, чтобы тень от передних рядов не падала на задние, в таком случае, необходимая площадь для установки будет больше в 2-5 раз. Длина отступа зависит от длины и угла наклона панелей.

    Сколько нужно солнечных батарей для отопления?

    Проведем расчет требуемого количества, а также пространства на установку СЭС на 30кВт, исходя из мощности выбранных панелей.

    Мощность панели, Ватт
    Количество панелей для СЭС 30кВт, шт.
    Монтаж впритык, м2
    Монтаж с отступом, м2
    200 150 200 400-1000
    250 120 200 400-1000
    300 100 160 320-800
    380 79 160 320-800
    450 67 150 300-750

    Очевидно, что даже для фотоэлектрических модулей на 450 Вт каждый, места на крыше с южной стороны, у типового дома, наверняка не хватит. Следовательно, панели можно будет установить только возле дома, на участке с минимальной площадью примерно от 150 квадратных метров.

    В этом случае основная конструкция примет примерно такой вид:

    Интеграция СЭС в общее электроснабжение дома и другие возможные варианты установок

    Но даже если купить солнечные батареи для отопления в таком количестве хватит денег, что делать с выработкой весной, летом и осенью? Ведь генерация СЭС на 30 кВт составляет в такие месяцы 100-180 кВт*ч в сутки, тогда как для полного потребления дома в это время достаточно 25 кВт*ч.

    Даже такой объем позволит снабжать энергией следующий примерный набор устройств:

    Электроприборы
    Мощность, Вт
    Количество
    Время применения (часов в сутки)
    Потребление (кВт*ч в сутки)
    Внутреннее и внешнее освещение 10 20 5 1
    Зарядки для телефонов 5 2 1 0,01
    Телевизоры 80 2 3 0,48
    Компьютеры и ноутбуки 150 2 12 3,6
    Фен 1000 1 0,5 0,5
    Холодильник 50 1 24 1,2
    Электрочайник 2000 1 0,2 0,4
    Микроволновая печка 800 1 0,3 0,24
    Электроплита 2000 1 3 6
    Электрокотел для подогрева воды 2500 1 2 5
    Кондиционер 800 1 3 2,4
    Стиральная машина 1500 1 2 3
    ИТОГО: 23,83

    Куда использовать остальные 40-100 кВт? И существует ли вариант «сброса» излишков в централизованную сеть? Рассмотрим эти вопросы подробно.

    Основным недостатком солнечной станции, установленной исключительно для автономного отопления дома солнечными батареями в зимний период, является её неэффективное использование. Ведь в остальное время года, когда ежемесячная генерация намного выше, будет много излишек электроэнергии. В этом нет ничего критичного для оборудования, оно само снизит генерацию и ничего с этим делать не нужно. Вопрос в другом, куда можно потратить эту лишнюю энергию во благо?

    Ситуацию могла бы исправить установка не полностью автономной, а гибридной или сетевой версии, при условии наличия стабильной центральной электросети. Но и это не панацея, ведь, при ныне действующем российском законодательстве, такие варианты не дадут быструю окупаемость.

    Более того мы рассчитали станцию на 30кВт, а продавать энергию в централизованную сеть на договорных условиях для частных станций мощностью более 15 кВт запрещено, нужно будет ограничивать продажу (в настройках системы) до 15кВт. Сетевая или гибридная модификация меньшей мощности может помочь решить вопрос, но излишки пришлось бы реализовывать по оптовой цене для региона – т.е. в среднем по 2 руб. за 1 кВт*ч. Учитывая стоимость оборудования, затраченную на СЭС для отопления солнечными батареями, подобный выход (при наличии стабильной центральной сети), финансово абсолютно нецелесообразен.

    Интеграция СЭС в существующие системы отопления

    Последний, вполне приемлемый вариант – использовать солнечные панели для обеспечения электроэнергией отдельных элементов уже существующих отопительных систем дома.

    1. Газовый и твердотопливный котлы. В таких отопительных системах необходимо снабжать электроэнергией только двухконтурный котел (или насос, если он технически не интегрирован в котел). Его потребление – не более 60-100 Вт/час, или 0,1 х 24 = 2,4 кВт*ч/сутки. В этом случае достаточно будет электростанции на 2,5-3 кВт, стоимостью не более $2500-3000 из 8-10 панелей, которые поместятся на любой крыше. А в летнее время года, такой системы будет достаточно чтобы снабжать электричеством весь дом. 2.
    2. Тепловые насосы. Следующий способ отопления солнечными батареями – обеспечить э/э тепловые насосы. Для частного дома площадью 80м2 расчет потребления электроэнергии при таком виде отопления довольно сложный и зависит от многих субъективных факторов. Для тепловых насосов необходимой мощности может понадобится СЭС мощнее, чем для газового отопления той же площади – на 5-8 кВт.

    Заключение

    Приведенные расчеты и соображения позволяют сделать следующие выводы.

    1. Установка для отопления в частном доме полностью автономной солнечной электростанции вполне возможна. Однако стоимость её составит около $ 45 000, а для размещения оборудования понадобится от 150 квадратных метров площади.
    2. Наиболее выгодным вариантом представляется интеграция «солнечного» отопления в общее энергоснабжение дома и/или вспомогательное снабжение энергией отдельных элементов уже существующие системы обогрева. Это позволит использовать станцию для отопления дома солнечными батареями максимально рационально. А заодно на порядок уменьшить её стоимость, мощность и площадь для монтажа.
    3. Главным преимуществом монтажа фотоэлектрической системы является е абсолютная независимость от внешних источников. Именно поэтому в отдаленных регионах России (например, Якутии) такие СЭС представляют собой не только выгодный, но и наиболее надежный способ получения электроэнергии.

    Отопление дома солнечными батареями

    Последнее время все больше владельцев загородной недвижимости для создания комфортных условий проживания стараются использовать солнечную энергию. В данной статье попробуем рассказать, как можно эффективно организовать отопление дома солнечными батареями.

    Солнечные батареи – это.

    Специальная рамка, объединяющая соединенные между собой в единое целое несколько фотоэлектрических элементов. Каждая ячейка предназначена для преобразования энергии солнечного потока в электрическую.

    Виды солнечных батарей.

    Сегодня производители предлагают в основном три вида солнечных батарей.

    Монокристаллические.

    Позволяют создать наиболее эффективное отопление загородного дома солнечными батареями. Они набираются из большого количества силиконовых ячеек. При попадании солнечного потока на поверхность этих фотоэлементов, внутри активируются электрохимические процессы. В основном монокристаллические батареи содержат 36 ячеек. Это оптимальное количество позволяет создавать легкие и компактные панели. Оригинальное соединение фотоэлементов обеспечивает небольшую гибкость рамке. Благодаря этому параметру монокристаллические батареи легко устанавливаются на неровных поверхностях, обеспечивая правильный угол наклона к световому потоку. Максимальная их мощность достигается при средней температуре окружающего воздуха около 15–25 °C.

    Тонколистовые.

    В отличие от аналогов предоставляют ряд неоспоримых преимуществ:

    • для активации фотосинтеза необязательно обеспечивать поток света, перпендикулярно направленный на поверхность солнечных панелей;
    • благодаря этому их можно устанавливать в любом удобном пользователю месте: крыше, стене здания, на отдельной конструкции;
    • максимальные потери на тонколистовых батареях в пасмурную погоду составляют всего 15%;
    • тонкая пленка обеспечивает отличную работу панелей в условиях повышенной запыленности;
    • прекрасное отопление частного дома солнечными батареями тонколистового типа можно организовать в любом регионе.

    Поликристаллические.

    Для создания элементов приема солнечного потока на батареях используют поликристаллы кремния яркого синего цвета. Монокристаллические панели применяются при освещении улиц, парков, для электрического снабжения частного дома или дачи, кафе и ресторанов.

    Принцип работы.

    Специальные панели с большим количеством фотоэлементов поглощают энергию солнечного потока. При попадании лучей на поверхность принимающих устройствах, в них активируется электрохимическая реакция. Выделяемая каждым элементов электрическая энергия концентрируется и выводится на общий накопитель.

    С одной солнечной панели стандартных размеров выводится около 250 Вт. Вследствие этого понятно, что для обеспечения нормального функционирования загородного дома необходимо объединить несколько панелей в единую систему. Практические данные показывают, что площадь солнечных батарей 20–30 кв.метров вполне достаточно для полноценного функционирования электрических приборов в доме обычной семьи.

    Понятно, что в ночное время фотосинтез на солнечных батареях не протекает. Вследствие этого для накопления электроэнергии необходимо наличие аккумуляторов. Количество их напрямую зависит от интенсивности расхода электричества в темное время. Подзарядка аккумуляторов осуществляется за счет избыточной электроэнергии, вырабатываемой при фотосинтезе в светлое время суток.

    Для преобразования постоянного тока, полученного в результате синтеза солнечного потока, в рабочее электричество в комплекте оборудования предусмотрен инвертор. Все современные электроприборы функционируют от переменного тока. Электрические котлы также работают на этом виде электричества.

    Достоинства применения солнечных батарей.

    Использование этих источников электрической энергии для водонагревателей в частном доме предоставляет широкий спектр преимуществ перед другими отопительными устройствами:

    • нет токсичных выбросов в окружающую атмосферу благодаря отсутствию процесса сжигания энергоносителей;
    • изготовление их различной мощности дает возможность получить от солнечных батарей достаточное количество электрической энергии для полноценного функционирования отопительной системы и других электрических приборов;
    • отсутствие горючих энергоносителей исключает возможность случайного возгорания, конечно, если электрические соединения и проводка выполнены с соблюдением всех требований безопасности;
    • применение фотоэлементов, преобразующих инфракрасное излучение, позволяет получать электроэнергию даже при большой плотной облачности;
    • обеспечивается полная электрификация дома независимо от других энергоносителей;
    • установленное оборудование не требует дополнительных вложений на протяжении длительного периода;
    • технология отопления с помощью солнечных батарей предоставляет возможность полной автоматизации всего цикла рабочих процессов: получения электрической энергии, отапливания дома, контроль и поддержание необходимой температуры;
    • производители гарантируют надежную эксплуатацию солнечных батарей без дополнительных вложений в течение 30 лет.

    Особенности выбора.

    Выбирая солнечные батареи для отопления дома необходимо учесть несколько нюансов:

    Мощность – один из основных параметров, влияющий на стоимость солнечных панелей. Поэтому перед их приобретением необходимо определить ориентировочное потребление электроэнергии. В сопроводительной документации всегда указывается максимальная мощность, вырабатываемая батареями за час в ваттах. Но необходимо учитывать, что в пасмурную погоду она будет немного меньшая. Также мощность зависит от вида солнечных батарей.

    Размер – существенно зависит от мощности панелей и типа их фотоэлементов. Крыша должна иметь необходимые размеры для монтажа нужного количества панелей.

    Панели суммарной площадью в 20 кв. метров обеспечат электроэнергией одноэтажный загородный дом в полном объеме.

    Тип – поли- и монокристаллические солнечные батареи имеют значительно высшую стоимость, чем кремневые тонколистовые. Но вырабатывают больше электроэнергии и требуют меньшей поверхности крыши.

    Возможность при необходимости наращивания мощности. Ее можно легко увеличить за счет добавления дополнительных солнечных панелей. Замена батарей путем приобретения новых более эффективных экономически невыгодно. Поэтому необходимо учесть небольшой запас поверхности крыши.

    Солнечные батареи от ведущих производителей гарантировано выдержат срок эксплуатации больше 25 лет. Надежность их зависит от фирмы производителя. Желательно отдать предпочтение известному производителю. Он обеспечивает бесплатную замену панелей по гарантии, оказывает помощь при монтаже, наладке, ремонте, наращивании мощности.

    Особенности установки.

    Отопление от солнечных батарей в значительной мере зависит от правильности их установки. Предлагаем несколько советов, которые помогут обеспечить получение максимальной электроэнергии:

    • необходимо проверить прочность поверхности, на которую планируется монтировать солнечные батареи;
    • должна быть выполнена правильная их ориентация относительно солнца;
    • необходимо установить правильный угол наклона;
    • проверить, чтобы их не затеняли другие предметы.

    Солнечные батареи для отопления дома рекомендуется монтировать на южном склоне крыши. В идеальном варианте их наклон желательно обеспечить в соответствии с географической широтой местности. Поверхность панелей в таком положение будет получать под прямым углом максимальный поток света. Тень от деревьев, соседних сооружений, от антенны. Ведь даже небольшой затененный участок будет значительно снижать эффективность выработки электроэнергии.

    Определившись с участком монтажа солнечных панелей, необходимо проверить прочность кровельной конструкции. Если возникнут сомнения, тогда лучше усилить ее.

    Во время эксплуатации производители рекомендуют производить периодическую очистку поверхности солнечных батарей от пыли, грязи, снега зимой. Так как это существенно влияет на их производительность.

    Установка солнечных батарей, видео:

    Правила установки солнечных панелей.

    Производители солнечных батарей в основном поставляют в комплекте все необходимые элементы крепления для любого варианта монтажа. Поэтому установку панелей можно выполнить своими руками. Учитывая конструктивные особенности кровельной поверхности, существует несколько способов монтажа:

    • наклонный – при любом угле наклона ската;
    • горизонтальный – если плоская крыша;
    • свободностоящий – располагают их на опорных специальных конструкциях;
    • интегрированный – солнечные панели являются элементами конструкции здания.

    При установке солнечных батарей на плоскую крышу необходимо обеспечить зазор между ними и поверхностью кровли. Это исключит нагрев светоприемных элементов и существенное снижение их производительности. На темных крышах желательно проложить светлое покрытие. Это обеспечит хорошее дополнительное рассеивание светового потока и будет препятствовать перегреву панелей. При установке батарей в несколько рядов между ними должно быть расстояние, составляющее 1,7 от высоты панелей.

    Несмотря на простоту установки для ее выполнения желательно обратиться к специалистам. В этом случае вы получите качественный монтаж по всем правилам и главное – гарантийное сервисное обслуживание и ремонт на весь период эксплуатации, что немаловажно при высокой стоимости солнечных батарей.

    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: