Vykurovanie súkromného domu solárnymi panelmi: schémy a zariadenie

Dôvody popularity alternatívnych zdrojov energie sú celkom pochopiteľné: existuje príležitosť ušetriť na palive a splniť sny o systémoch podpory života šetrných k životnému prostrediu. Šikovným využitím energie slnka, vetra a vody premeníte obyčajný vidiecky dom na moderný ekodom.

Povieme vám, ako nainštalovať solárne vykurovanie v súkromnom dome, a budeme s vami analyzovať, aké je to ziskové. Aby sme dôkladne pokryli otázky využívania energie denného svetla, podrobne sme opísali všetky populárne možnosti, ktoré získali praktické uplatnenie a pozitívne recenzie používateľov.

Pri zohľadnení našich odporúčaní si môžete vybudovať efektívny solárny systém pre letný dom alebo vidiecky dom. Aby sme uľahčili pochopenie náročného materiálu, doplnili sme informácie o názorné schémy, ilustrácie a videonávody.

Spôsoby využitia slnečnej energie

Spôsoby aplikácie energie nebeského telesa nepatria k inovatívnym technológiám, solárne teplo sa využíva už dlho a veľmi úspešne. Týka sa to však najmä Austrálie, niektorých krajín Európy, Ameriky a južných oblastí, kde sa dá alternatívna energia získavať počas celého roka.

Niektorým severným regiónom chýba prirodzené žiarenie, preto sa využíva ako doplnková alebo záložná možnosť.

Prostredníkmi medzi slnečnými lúčmi a mechanizmom generujúcim energiu sú solárne panely alebo kolektory, ktoré sa líšia účelom aj dizajnom.

Batérie akumulujú slnečnú energiu a umožňujú jej využitie na napájanie domácich elektrických spotrebičov. Sú to panely s fotobunkami na jednej strane a uzamykacím mechanizmom na druhej strane. Môžete experimentovať a zostaviť batériu sami, ale je jednoduchšie kúpiť hotové prvky - výber je pomerne široký.

Solárne systémy (slnečné kolektory) sú súčasťou vykurovacieho systému domu. Veľké tepelne izolované boxy s chladiacou kvapalinou, ako sú batérie, sú namontované na vyvýšených paneloch smerujúcich k slnku alebo na svahy strechy.

Je chybou domnievať sa, že absolútne všetky severné regióny dostávajú oveľa menej prirodzeného tepla ako južné. Predpokladajme, že na Čukotke alebo v strednej Kanade je oveľa viac slnečných dní ako vo Veľkej Británii na juhu

Pre zvýšenie efektivity sú panely umiestnené na dynamických mechanizmoch, ktoré pripomínajú sledovací systém – otáčajú sa podľa pohybu slnka. Proces premeny energie prebieha v rúrkach umiestnených vo vnútri boxov.

Hlavným rozdielom medzi solárnymi systémami a solárnymi panelmi je to, že prvé ohrievajú chladiacu kvapalinu a druhé akumulujú elektrinu. Pomocou fotobuniek je možné vykurovať miestnosť, ale dizajnové schémy sú iracionálne a sú vhodné len pre tie oblasti, kde je najmenej 200 slnečných dní v roku.

Schéma vykurovacieho systému so solárnym kolektorom napojeným na kotol a záložným zdrojom elektriny (napríklad plynový kotol) na klasické palivo (+)

Výhody a nevýhody alternatívneho vykurovacieho systému

Nie je veľa výhod solárneho vykurovacieho systému, ale každá z nich je významná a môže sa stať dôvodom na súkromné ​​experimenty:

• Environmentálne výhody. Ide o čistý zdroj tepla, ktorý je bezpečný pre obyvateľov domu a okolité prostredie a nevyžaduje použitie tradičných druhov palív.
• Autonómia. Vlastníci sústav sú absolútne nezávislí od cien energií a ekonomickej situácie v krajine.
• Ekonomický. Zachovaním tradičného vykurovacieho systému je možné znížiť náklady na platbu za dodávku teplej vody.
• Verejná dostupnosť. Na inštaláciu solárnych systémov nepotrebujete povolenie od vládnych úradov.

Existujú však aj nepríjemné momenty, ktoré môžu pokaziť celkový obraz. Napríklad stanovenie účinnosti systému si vyžiada dlhé obdobie – minimálne 3 roky (za predpokladu, že je dostatok slnečnej energie a je aktívne využívaná).

Samotná inštalácia solárnych modulov si bude vyžadovať veľké investície: najlacnejšie kremíkové panely budú stáť najmenej 2 200 rubľov. za kus, a polykryštalické šesťdiódové prvky prvej kategórie - až 17 000 za kus. Výpočet nákladov na 30 modulov je pomerne jednoduchý (+)

Používatelia berú na vedomie nasledujúce nevýhody:

• vysoké ceny zariadení potrebných na uvedenie systému do prevádzky;
• priama závislosť množstva vyrobeného tepla od geografickej polohy a počasia;
• povinná prítomnosť záložného zdroja, napríklad plynového kotla (v praxi je často záložný solárny systém).

Aby ste dosiahli väčšiu návratnosť, musíte pravidelne monitorovať prevádzkyschopnosť kolektorov, čistiť ich od nečistôt a chrániť ich pred tvorbou ľadu počas mrazov. Ak teplota často klesá pod 0ºC, musíte sa postarať o dodatočnú tepelnú izoláciu nielen prvkov solárneho systému, ale aj domu ako celku.

Solárna energia na vykurovanie

Hlavným účelom fotovoltaických článkov na skladovanie energie je dodávať elektrinu do domácnosti. Zahrnúť ich do schémy zariadenia vykurovacieho systému a pre dosiahnutie optimálneho fungovania je nutné okruh zostaviť so zásobníkom.

V ňom sa bude ohrievať voda, ktorá po dosiahnutí určitej teploty naplní potrubia a radiátory v miestnostiach, ktoré vyžadujú vykurovanie (obývacia izba, kúpeľňa).

Systém poháňaný solárnou energiou, s dvojokruhovým zásobníkom, ktorý organizuje vykurovanie a dodávku teplej vody v dvoch smeroch: do vykurovacích radiátorov a do distribučných bodov (+)

Pokúsme sa analyzovať konštrukčné vlastnosti solárnych panelov a určiť ich potenciálnu úlohu vo vykurovacom systéme.

Princíp fungovania panelov s fotobunkami

Existujú tri bežné typy prvkov pre solárne panely:

• Monokryštalický. Ide o tenké doštičky z najčistejšieho kremíka vyrezané z kryštálu pestovaného v umelých podmienkach. Najproduktívnejšia odroda s účinnosťou okolo 17-18%. Optimálna teplota pre prevádzku je od 5 ºС do 25 ºС.

• Polykryštalický. Vyrobené z doštičiek získaných postupným ochladzovaním taveniny kremíka. Technológia ich výroby je menej náročná na prácu, ale účinnosť fotovoltických prvkov vyrobených z polykryštalického materiálu je výrazne nižšia – nie viac ako 12 %.

• Amorfný. Sú filmové. Vyrobené metódou odparovacej fázy, v dôsledku čoho sa kremík vo forme tenkého filmu nanáša na flexibilný polymérny základ. Najlacnejší spôsob výroby sa spája s nízkou produktivitou, ktorá sa odhaduje až na 7 %.

Pre inštaláciu autonómnych vykurovacích systémov v severných regiónoch sa zvažuje najvhodnejšia možnosť fotovoltaické batérie, zostavené z monokryštalických prvkov. Batérie s amorfnými modulmi sa však inštalujú jednoduchšie, prakticky nevyžadujú základňu a sú oveľa lacnejšie.

Monokryštalický modul pozostáva zo sériovo zapojených prvkov kombinovaných do modulov. Niekoľko modulov tvorí solárnu batériu.Tmavý povrch solárnych fotovoltaických systémov optimalizuje absorpciu slnečných lúčov

Úlohou vonkajších prvkov je pohlcovať a premieňať slnečné lúče. Uvoľnená energia ide ďalej a koncentruje sa v zásobnej nádrži. Malý prvok produkuje približne 100-250 W a prefabrikovaný panel s plochou 25-30 m² dodáva elektrinu malému domu. Inštalácia vykurovacieho systému bude vyžadovať 2-3 krát viac energie.

Invertor funguje ako menič jednosmerného prúdu zo slnečnej „výroby“ na elektrinu, pretože na prevádzku domácich elektrických spotrebičov a svietidiel je potrebný striedavý prúd.

Ak hovoríme konkrétne o vykurovacom systéme, elektrický kotol na ohrev vody tiež beží na striedavý prúd. Aby ste si v noci zabezpečili svetlo vo svojom dome, budete potrebovať batérie, ktoré uchovávajú zásoby na deň.

Invertorové moduly sú inštalované na mieste vhodnom na údržbu, aj keď si nevyžaduje neustálu kontrolu a pracuje v automatickom režime (+)

Efektívnosť použitia fotobuniek

Najjednoduchšie na nákup solárne kolektory a aplikujte jednu z rokmi overených jednoduchých schém. Okolnosti si však niekedy diktujú svoje vlastné podmienky. Povedzme, že máte skvele fungujúci systém solárneho generátora, ktorý však zatiaľ slúži len na dodávku elektriny a teplej vody do vášho domova.

Je zrejmé, že nákup nového zariadenia je nerentabilný, takže je jednoduchšie zvýšiť výkon zakúpením určitého počtu fotoelektrických meničov. Možnosť rozpočtu - silikónové panely s produktivitou až 23-25%.

K súčasnému zdroju je potrebné pripojiť vykurovacie zariadenie, ktoré beží na elektrinu.Univerzálnou možnosťou je kotol vybavený rozvodnou elektroinštaláciou.

Prvky polymérového filmu sú na ruskom trhu oveľa menej bežné ako kremíkové mono- a polykryštalické analógy. Ľahko sa inštalujú, ale majú nízku účinnosť - iba 6%

Ak je dodávka elektriny správne organizovaná, mala by stačiť na zásobovanie teplou vodou aj na vykurovanie. Existujú príklady, keď je dom plne vybavený teplom - spoznáte to podľa strechy, takmer úplne pokrytej panelmi.

Niekedy je potrebné postaviť špeciálne voľne stojace konštrukcie, ak plocha strechy nestačí. Ukazuje sa, že na zvýšenie výkonu je potrebný ďalší voľný priestor.

Ani tie najstarostlivejšie výpočty vám nepomôžu určiť presné množstvo potenciálnej energie a rýchlo vytvoriť efektívny, dobre fungujúci systém. Faktom je, že v praxi vznikajú prekážky, ktorých vzhľad je dosť ťažké predvídať.

Tu sú niektoré z faktorov:

• Nekonzistentnosť počasia. Presný počet slnečných dní nie je známy ani v južných oblastiach. Je takmer nemožné spoľahlivo predpovedať ich počet v severných regiónoch.
• Nepravidelnosť príjmu elektriny. Napríklad v severných regiónoch je v zime krátke denné svetlo, takže veľa recyklovanej slnečnej energie sa minie na osvetlenie. Navyše intenzita slnečného žiarenia v zime výrazne klesá.
• Pravidelné poruchy. Ako všetky technické systémy, aj solárne panely môžu z času na čas zlyhať v dôsledku poškodenia jednotlivých prvkov, zmluvných spojov, ochranných povrchov atď.

O účinnosti sa teda môžete dozvedieť až po určitom čase, minimálne po roku. Možno bude potrebné zvýšiť počet fotobuniek alebo batérií, zvážiť dodatočnú tepelnú izoláciu domu a znížiť vykurovanú plochu. Predpokladajme, že v severných oblastiach Nemecka nie sú spálne často vôbec vykurované, aby sa ušetrili peniaze.

Údržba inštalovaných fotobuniek si nevyžaduje špeciálne zručnosti a pozostáva z pravidelného čistenia: odstraňovanie snehu v zime a nečistôt v teplých obdobiach, umývanie povrchu skla vodou z hadice

Schéma inštalácie domácej elektrárne

Najjednoduchší spôsob inštalácie solárnych generátorov – kontaktovanie spoločnosti, ktorá predáva systémové komponenty a ponúka inštalačné služby. Pros - profesionálny projekt zohľadňujúci individuálne vlastnosti, záruka na všetky produkty a inštaláciu, mínus - vysoké náklady.

Ak máte relevantné skúsenosti, môžete nezávisle zostaviť minielektráreň so solárnymi panelmi na vykurovanie súkromného domu.

Za najefektívnejšiu sa považuje hybridná schéma pre návrh vzduchovo-solárneho systému, v ktorom sa na výrobu energie používajú fotobunky, kolektory na ohrev vody a je inštalovaný prídavný veterný generátor. Môže byť nahradený záložným zdrojom paliva (+)

Všetky diely na montáž vykurovacieho systému sa predávajú v špecializovaných predajniach.

Musíte si zakúpiť nasledujúce komponenty:

• súprava kremíkových alebo filmových solárnych modulov;
• nabíjateľná batéria, ktorá uchováva energiu;
• regulátor nabíjania, ktorý reguluje proces nabíjania a vybíjania batérie;
• invertor, ktorý premieňa jednosmerný prúd na striedavý;
• sada spojovacích káblov.

Je žiaduce, aby batérie boli rovnaké (berúc do úvahy značku, kapacitu a dokonca aj šaržu) a boli schopné uchovávať energiu po dobu 3-4 dní. Trvanie ich prevádzky závisí od teploty v miestnosti - v chladných podmienkach sa rýchlo vybíjajú. Ak je denná spotreba 2400 Wh, sú potrebné batérie s celkovou kapacitou aspoň 1000 Ah.

Pri používaní autobatérií nezabúdajte, že ich maximálna účinnosť je 70-75% (životnosť - 3 roky), najlepší výkon majú špeciálne zariadenia pre solárne systémy - až 85% (životnosť - 10 rokov). Časť energie sa stratí počas skladovania a premeny

Kvalita prúdu produkovaného sínusoidou invertory pre solárne systémy, vyššie ako aktuálne ukazovatele z centralizovanej siete. Zvláštnosťou zariadenia je synchronizácia napäťovej fázy, pri ktorej sa prechod z 12 V na 220 V vykonáva bez prerušenia fungovania domácich elektrických spotrebičov.

Výkon meniča – od 250 W do 6000 W a viac. Výstupný výkon môžete zvýšiť paralelným zapojením viacerých zariadení. Napríklad 3 x 3 000 W = 9 000 W (+)

Po nainštalovaní všetkých prvkov solárneho systému je potrebné k meniču pripojiť elektrický zásobník, ktorý ohrieva vodu a k zásobníku zasa vykurovacie potrubie.

Kolektorový vykurovací systém

Najväčšiu účinnosť a návratnosť možno dosiahnuť inštaláciou kolektorov namiesto solárnych modulov – vonkajších inštalácií, v ktorých sa vplyvom slnečného žiarenia ohrieva voda. Takýto systém je logickejší a prirodzenejší, pretože nevyžaduje ohrev chladiacej kvapaliny inými zariadeniami.

Uvažujme o dizajne a princípe fungovania dvoch hlavných typov zariadení: plochých a rúrkových.

Plochá verzia pre vlastnú výrobu

Dizajn plochých inštalácií je taký jednoduchý, že skúsení remeselníci zostavujú remeselné analógy vlastnými rukami, nakupujú niektoré diely v špecializovanom obchode a niektoré vyrábajú zo šrotu.

Vo vnútri oceľového alebo hliníkového izolovaného boxu je doska, ktorá absorbuje slnečné teplo. Najčastejšie je potiahnutý vrstvou čierneho chrómu. Absorbér tepla je zvrchu chránený utesneným priehľadným krytom.

K ohrevu vody dochádza v hadičkách uložených rúrach spojených s doskou. Voda alebo nemrznúca zmes vstupuje do krabice cez vstupné potrubie, ohrieva sa v rúrkach a pohybuje sa na výstup - do výstupného potrubia.

Svetelná priepustnosť krytu sa vysvetľuje použitím priehľadného materiálu - odolného tvrdeného skla alebo plastu (napríklad polykarbonát). Aby sa zabránilo odrazu slnečných lúčov, povrch skla alebo plastu je matný (+)

Existujú dva typy pripojenia, jednorúrkové a dvojrúrkové, vo výbere nie je zásadný rozdiel. Veľký rozdiel je však v spôsobe, akým bude chladivo privádzané do kolektorov – gravitačné alebo pomocou čerpadla. Prvá možnosť sa považuje za neúčinnú kvôli nízkej rýchlosti pohybu vody, podľa princípu vykurovania pripomína nádobu na letnú sprchu.

K fungovaniu druhej možnosti dochádza v dôsledku pripojenia obehového čerpadla, ktoré násilne dodáva chladiacu kvapalinu. Zdrojom energie na prevádzku čerpacieho zariadenia môže byť solárny energetický systém.

Teplota chladiacej kvapaliny pri ohreve solárnym kolektorom dosahuje 45-60 ºС, na výstupe je maximálna hodnota 35-40 ºС. Na zvýšenie účinnosti vykurovacieho systému sa používajú „teplé podlahy“ spolu s radiátormi (+)

Rúrkové kolektory - riešenie pre severné regióny

Všeobecný princíp činnosti pripomína fungovanie plochých analógov, ale s jedným rozdielom - rúrky na výmenu tepla s chladivom sú umiestnené vo vnútri sklenených baniek. Samotné rúrky môžu byť perové, na jednej strane utesnené a vzhľadom pripomínajúce perie, a koaxiálne (vákuové), vložené do seba a utesnené na oboch stranách.

Výmenníky tepla sa tiež líšia:

• systém na premenu slnečnej energie na tepelnú energiu Heat-pipe;
• bežná prenosová trubica chladiacej kvapaliny typu U.

Druhý typ výmenníka tepla sa považuje za efektívnejší, ale nie je dostatočne populárny kvôli nákladom na opravy: ak jedna trubica zlyhá, bude potrebné vymeniť celú časť.

Heat-pipe nie je súčasťou celého segmentu, takže sa dá vymeniť za 2-3 minúty. Zlyhané koaxiálne prvky je možné opraviť jednoduchým odstránením zástrčky a výmenou poškodeného kanála.

Diagram vysvetľujúci proces cyklického zahrievania vo vnútri vákuových trubíc: studená kvapalina sa vplyvom slnečného tepla zahrieva a vyparuje, čím ustupuje ďalšej časti studenej chladiacej kvapaliny (+)

Po analýze technických charakteristík rôznych typov kolektorov a zhrnutí skúseností s ich používaním sme sa rozhodli, že ploché kolektory sú vhodnejšie pre južné oblasti a rúrkové sú vhodnejšie pre severné oblasti. Inštalácie so systémom Heat-pipe sa osvedčili najmä v drsných klimatických podmienkach.Majú schopnosť zahrievania aj počas zamračených dní av noci, „živia sa“ minimálnym množstvom slnečného žiarenia.

Ukážka štandardnej schémy pripojenia solárnych kolektorov k zariadeniu kotla: čerpacia stanica cirkuluje vodu, regulátor reguluje proces vykurovania

Metóda na zvýšenie produktivity

Majitelia súkromných domov zvyčajne po experimentovaní s malým počtom solárnych modulov idú ďalej a vylepšujú systém rôznymi spôsobmi.

Najjednoduchším spôsobom je zvýšiť počet zapojených modulov, podľa toho prilákať ďalší priestor na ich umiestnenie a zakúpiť výkonnejšie súvisiace vybavenie.

Čo robiť, ak je nedostatok voľného miesta? Tu je niekoľko odporúčaní na zvýšenie účinnosti solárnej stanice (s fotobunkami alebo kolektormi):

• Zmena orientácie modulov. Pohyblivé prvky vzhľadom na polohu slnka. Jednoducho povedané, inštalácia väčšiny panelov na južnú stranu. Počas dlhého denného svetla je tiež optimálne použiť plochy orientované na východ a západ.

• Nastavenie uhla sklonu. Výrobca zvyčajne uvádza, ktorý uhol je najvhodnejší (napríklad 45º), ale niekedy je počas inštalácie potrebné vykonať úpravy s ohľadom na zemepisnú šírku.

• Správny výber miesta inštalácie. Strecha je vhodná, pretože je najčastejšie najvyššou rovinou a nie je zakrytá inými predmetmi (napríklad záhradnými stromami). Existujú však ešte vhodnejšie oblasti - rotačné zariadenia na sledovanie slnka.

Keď sú prvky umiestnené kolmo na slnečné lúče, systém funguje efektívnejšie, ale na stabilnom povrchu (napríklad strecha) je to možné len na krátky čas. Aby sa to zvýšilo, boli vynájdené praktické sledovacie zariadenia.

Sledovacie mechanizmy sú dynamické platformy, ktoré rotujú svojimi rovinami po slnku. Vďaka nim sa v lete zvyšuje produktivita generátora o 35-40% a v zime o 10-12%.

Veľkou nevýhodou sledovacích zariadení je ich vysoká cena. V niektorých prípadoch sa to neoplatí, a tak nemá zmysel investovať do zbytočných mechanizmov.

Odhaduje sa, že 8 panelov je minimálny počet, pri ktorom budú náklady časom opodstatnené. Môžete použiť 3-4 moduly, ale pod jednou podmienkou: ak sú priamo pripojené k vodnému čerpadlu, obchádzajúc batérie.

Len na druhý deň Tesla Motors oznámila vytvorenie nového typu strechy – s integrovanou solárne panely. Elon Musk povedal, že upravená strecha bude lacnejšia ako bežná strecha s kolektormi alebo modulmi nainštalovanými na nej.

Závery a užitočné video na túto tému

Tematické videá vám pomôžu lepšie si predstaviť dizajn domácich solárnych staníc a odhalia niektoré tajomstvá inštalácie zariadení.

Video #1. Dostupné technické informácie o solárnych paneloch a regulátoroch nabíjania:

Video č. 2. Užitočné skúsenosti s používaním solárnych panelov v regióne Moskva:

Video č. 3. Príklad úspešne fungujúcej solárnej stanice, kompletne zostavenej samostatne, zabezpečujúcej dodávku teplej vody aj vykurovanie domu:

Ako vidíte, solárny vykurovací systém je veľmi reálny fenomén, ktorý môžete realizovať sami. Oblasť alternatívnych spôsobov získavania energie sa neustále rozvíja, možno zajtra budete počuť o novom objave.

Pozývame vás, aby ste materiál aktívne komentovali. Môžete vyjadriť svoj postoj k „zelenej energii“, podeliť sa o svoje skúsenosti s inštaláciou systému solárnych panelov a iba vám povedať známe jemnosti v bloku umiestnenom nižšie.