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
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:
- В течение светового дня батареи вырабатывают ток, проходящий через контроллер.
- Электронный блок оценивает уровень заряда АКБ, затем направляет энергию в нужную линию – на зарядку либо потребителям (к инвертору).
- 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.
Если планируется использование нескольких модулей, то они соединяются между собой 3 способами:
- Параллельная схема подключения позволяет нарастить ток в цепи. «Минусовые» контакты всех батарей присоединяются к одной линии, «плюсовые» – к другой. Напряжение на выходе остается неизменным.
- Применение последовательной схемы дает возможность увеличить выходное напряжение. «Минусовая» клемма первой панели соединяется с «плюсом» второй и так далее.
- 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.
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.
- 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.
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:
- 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.
- г. Анапа, производительность батарей – 2.2 кВт, количество не указывается. За световой день электростанция генерирует порядка 9 кВт.
- 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.
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:
- Первым делом максимально снижаем теплопотери здания – утепляем стены, полы и крышу, устанавливаем энергосберегающие окна. Идеальный показатель теплопотребления для жилища 100 м² – 6 кВт.
- 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.
- Монтируем солнечную станцию, способную круглосуточно обеспечивать электричеством кондиционеры.
- Для отопления в самые холодные сутки стоит установить любой традиционный источник тепла – котел, дровяную печь.
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:
- Устанавливаем нужное количество батарей с рабочим напряжением 12 вольт.
- Соединяем их проводами 2.5 мм² согласно приведенной ниже схеме – без инвертора.
- 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.
Оборудование дома солнечными панелями: сколько нужно, из чего состоит комплект и цена
Идея использования солнечной энергии вместо привычных источников электричества становится всё более распространённой и популярной. Причиной для этого стали возможность сэкономить на электроэнергии в будущем и сохранение окружающей среды в её первоначальном виде, а также автономность и общедоступность. Поэтому жители солнечных краёв, которые могут себе позволить установку солнечных панелей, пользуются данной возможностью. А чтобы добиться максимальной эффективности, нужно правильно подобрать оборудование.
Как работают солнечные панели
Для начала стоить понять, как из солнечной энергии получается электрическая. Принцип работы основан на законе фотоэффекта: они улавливают солнечный свет, а кремневый или иной преобразователь испускает электроны, концентрирующиеся в электроэнергию. Сами панели подразделяют на четыре вида:
- Монокристаллические. Изготовлены из самого чистого кремния, имеют наивысший КПД среди других видов солнечных панелей, а именно 17-18%, оптимальная температура – 5-25 градусов Цельсия.
- Поликристаллические. Состоят из пластин, полученных в результате охлаждения кремневого расплава. Имеют КПД около 12%, однако стоят дешевле, чем монокристаллические.
- Плёночные. Из-за своей цены не пользуются популярностью. Изготавливаются на основе теллурида кадмия (их КПД не превышает 10%) или смеси галлия, меди, индия и селена. Их КПД сравним с КПД монокристаллических панелей, однако цена такого удовольствия велика.
- Амфорные. Такие панели изготавливаются из аморфного кремния. Принцип изготовления схож с плёночными панелями, однако время изготовления сильно снижено из-за отсутствия необходимости в выращивании кристаллов кремния. Существует три поколения таких панелей, и последнее достигает максимального КПД 12%. Использование амфорных панелей под вопросом из-за их цены.
Что нужно кроме солнечных батарей
После более детального рассмотрения солнечных панелей и их работы необходимо понять, как именно оборудовать ими дом и что нужно для функционирования данной системы.
Как и было сказано ранее, производство электроэнергии батареями происходит за счёт преобразования солнечной энергии в электрическую. Но чтобы эту энергию можно было использовать, сеть должна включать контроллер заряда и инвертор. Первый нужен для распределения тока по сети и его направления. Есть два вида контроллеров: ШИМ и МРРТ. Разница в способе зарядки элементов электропитания и величине потерь напряжения. Наиболее технологичными являются блоки МРРТ. Инвертор же преобразует постоянное напряжение в переменный ток для его использования. Кроме того, к сети должны быть подключены аккумуляторы, чтобы снабжать дом энергией в ночное время суток или пасмурные дни.
Сколько нужно солнечных панелей
Теперь необходимо понять, сколько же панелей нужно для дома. В данном случае всё зависит от площади жилища и целей, ведь с помощью солнечной энергии можно даже обеспечить дом горячей водой, но для этого потребуется гораздо больше энергии и специальное оборудование. Точной формулы для расчёта затрат нет, поэтому рекомендуется поспрашивать на форумах у тех, кто уже перешёл на данный вид электроснабжения. Если же потребитель решает сам посчитать, сколько панелей ему необходимо, есть обязательные пункты, которые стоит учитывать при расчётах:
- мощность солнечных батарей;
- количество пасмурных дней в месяце;
- к зиме эффективность батарей снижается из-за уменьшения длительности светового дня. Более того, энергии может выделяться настолько мало, что её не будет хватать на обеспечение дома. Стоит подумать об этом заранее;
- энергии должно выделяться на 30-40% больше, чем может потреблять вся электроника в доме. Эта энергия будет запасаться в аккумуляторах;
- при выборе аккумулятора стоит брать тот, объёма которого хватит, чтобы обеспечить дом энергией в течение суток и более без подзарядки, если весь день будет пасмурно;
- при подсчёте потребляемой энергии стоит учесть и потребление оборудования для работы системы. Для полной уверенности нужно добавить 30-40% от получившегося потребления энергии.
Солнечные батареи для частного дома: их назначение, монтаж и характеристики
В настоящее время, солнечные батареи активно применяются как в промышленной сфере, так и частных домах. Ведь они способны частично или в полной мере заменить стандартный источник питания. Но, чтобы перейти на это оборудование, вам необходимо знать их назначение и основные характеристики. Так как, солнечные батареи имеют разную мощность и соответственно отличаются по стоимости.
Назначение солнечных батарей
Преобразование исходящей энергии от солнца в электрический ток, является основным назначением солнечных батарей. Уже довольно долгие годы, они используются в качестве основного или вспомогательного источника питания для загородных домов, освещения уличной территории или хозяйственных построек.
Но, учитывая относительно высокую стоимость солнечных батарей, в России их в основном применяют в нескольких случаях:
- На не электрифицированных участках, солнечные батареи для частного дома будут оптимальным решением. Использование генераторов на жидком топливе иногда может обойтись дороже солнечных батарей.
- В местах где происходят частые перебои с электроэнергией. Особенно это характерно для отдалённых сельских территорий. Если у вас большое тепличное хозяйство, то солнечные батареи будут отличным вариантом для их обогрева и поддержания нужной температуры.
- Освещение придомовой территории. Накопленную солнечную энергию в дневное время, можно полноценно использовать для освещения уличной местности.
Разобрав основное назначение солнечных батарей, нельзя не упомянуть о принципе их работы.
Принцип работы солнечной батареи
Принцип солнечной батареи довольно прост. Падающие лучи солнца на кремниевые пластины, приводят в движение электроны, которые своими действиями производят заряд внутренних слоёв. Затем вступает в действие инвертор, он же преобразователь тока из постоянного в переменный, что необходимо для работы всех бытовых приборов. Более подробный принцип работы солнечной батареи можно узнать в нашем видео.
Работа солнечной батареи (видео)
Срок службы солнечной батареи
Все кто устанавливает солнечные батареи для частного дома, в первую очередь берут во внимание срок их службы. Конечно, точной цифр не существует, но как показывает практика, минимальный эксплуатационный период составляет 20 лет. При условии, что будут соблюдаться правила эксплуатации:
- Важно не допускать повреждение наружных панелей. Ведь все сколы, трещины, царапины ведут к потере герметичности всей солнечной батареи. Вследствие чего, проникновение влаги в корпус может спровоцировать короткое замыкание.
- Проводить сезонное обслуживание солнечной батареи, а именно держать в чистоте внешние панели. Это дело лучше доверить специалистам, так как при неправильном обслуживании поверхность легко повредить.
- Вокруг солнечных батарей рекомендуется установить ветрозащитное сооружение, а саму поверхность защитить специальной ламинирующей плёнкой.
Срок службы солнечной батареи будет соответствовать заявленному и даже выше, если как минимум, вышеперечисленные правила эксплуатации будут неукоснительно соблюдаться.
Солнечные батареи для частного дома: характеристики
Для частного дома, оптимальным вариантом будут солнечные батареи выполненные на основе кремния. Конечно, есть и другие виды, изготовленные из редких дорогих материалов с более хорошими характеристиками. Но они практически не используются в бытовой сфере, из-за высокой стоимостью и длительным сроком окупаемости. Поэтому их затрагивать мы сегодня не будем.
Монокристаллические солнечные батареи
Монокристаллические солнечные батареи отличаются тёмно-синим цветом внешней поверхности. Этот оттенок достигнут за счёт использования в основе высококачественного и чистого кремния.
Монокристаллические солнечные батареи для частного дома, обладают рядом положительных характеристик:
- В первую очередь это высокий КПД с показателем 20-25%.
- Во вторых, панели имеют не большие размеры с относительно высокой мощностью. Если сравнивать с поликристаллическими солнечными батареями.
- Заявленный срок службы таких изделий не меньше 30 лет, при соблюдении правил эксплуатации.
Недостатков здесь не так и много, но их стоит упомянуть:
- В первую очередь, это высокая стоимость монокристаллических солнечных батарей и соответственно длительный период окупаемости.
- Повышенная чувствительность к пыли. Загрязнённая поверхность не принимает, а рассеивает свет по сторонам, соответственно показатель КПД существенно снижается.
Завышенная стоимость монокристаллических солнечных батарей, объясняется уникальным расположением элементов кремния. Кристаллы расположены под определённым углом и соответственно могут принимать солнечные лучи только перпендикулярного направления относительно поверхности батареи. Поэтому монокристаллические батареи поставляются с дополнительным оборудованием, которое автоматически регулирует угол наклона панелей в течение дня.
Из-за сложной конструкции и необходимости в постоянно прямом солнечном свете, монокристаллические батареи устанавливаются на открытой или высокой местности.
Поликристаллические солнечные батареи
Поликристаллические солнечные батареи отличаются неравномерным синим оттенком из-за использования кремния среднего качества. В данном случае кристаллы располагаются под разным углом, соответственно КПД поликристаллических солнечных батарей ниже чем у монокристаллических.
Так же стоит отметить преимущества поликристаллических солнечных батарей:
- В первую очередь это высокий КПД при рассеянных солнечных лучах.
- Возможность монтажа на любую плоскую поверхность без дополнительного поворотного механизма.
- Относительно не высокая стоимость, по сравнению с предыдущим вариантом.
- Довольно продолжительный период эксплуатации, не меньше 15 лет.
Давайте вместе рассмотрим недостатки поликристаллических солнечных батарей для частного дома:
- Не высокий уровень КПД, максимум 15%.
- Довольно объёмные и тяжёлые панели с довольно не высокой мощностью.
Если проанализировать российский рынок, то поликристаллические солнечные батареи завоевали большую популярность. Скорей всего это обусловлено простотой конструкции и не высокой стоимостью.
Аморфные солнечные батареи
Аморфные солнечные батареи отличаются от предыдущих моделей как по составу так и методу изготовления. В данном варианте кремнии наносится на поверхность панелей тонким сплошным слоем и покрывается защитной плёнкой. Такой способ изготовления мало затратный и соответственно уровень эффективности довольно низкий. Уровень КПД у данных моделей не превышает 10%.
Единственное преимущество аморфных солнечных батарей, в том что они изготавливаются и на гибком основании тоже. Что позволяет их устанавливать на кровлю сложной формы. Но такие варианты на сегодня стоят довольно дорого при не высокой мощности.
Как рассчитать мощность солнечных батарей необходимую для частного дома
Чтобы электроснабжение в частном доме было бесперебойным, а проживание комфортным, необходимо грамотно рассчитать необходимую мощность для вашей солнечной батареи. Для этого рекомендую посмотреть данное видео.
Мощность солнечной батареи, как самостоятельно рассчитать(видео)
Монтаж солнечных батарей своими руками
Монтаж солнечных батарей своими руками можно условно разбить на несколько взаимосвязанных между собой этапов. Давайте в этом подробно разберёмся.
Этап проектирования
На этом этапе вам необходимо определиться с местом установки солнечных панелей и вспомогательного оборудования. Ведь, если вы хотите выполнить монтаж собственной электростанции, для получения электроэнергии в 220 В, вам следует приобрести помимо солнечных батарей, следующие комплектующие:
- Аккумуляторная батарея хранит электроэнергию переданную от солнечной батареи, для дальнейшего использования в ночное время. Следовательно, ёмкость аккумулятора должна быть с существенным запасом, чтобы обеспечить бесперебойную поставку электроэнергии в пасмурную погоду.
- Контроллер заряда перераспределяет электроэнергию от солнечной батареи к аккумулятору. После того как он заполнится, энергия автоматически поступает во внешнюю сеть.
- Инвертор необходим для преобразования электрического тока из постоянного в переменный.
- Соединительная проводкадля подключения оборудования между собой.
Создав подробный план расположения всех элементов, можно плавно переходить к следующему этапу монтажа солнечных батарей своими руками.
Монтаж каркаса под солнечную батарею
Не зависимо, какое место было выбрано под монтаж солнечной батарей, каркас будет важным элементом в данном проекте. Как правило, он изготавливается из прочных и долговечных материалов (металлических уголков и профилей) и устанавливается на крушу дома. Между кровлей и солнечной батареей, необходимо оставить вентиляционный зазор не меньше 20 см.
Монтаж солнечной батареи
Монтаж солнечных батарей, не требует наличие каких то специальных навыков и требований. Достаточно надёжно закрепить панели в каркасе, а затем подключить вспомогательное оборудование.
Необходимо учесть один фактор. Как правило, расположение солнца в зимний период значительно отличается от летнего. Поэтому, каркас рекомендуется изготовить с функцией регулировки наклона.
Насколько публикация полезна?
Нажмите на звезду, чтобы оценить!
Средняя оценка 5 / 5. Количество оценок: 2
Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.
Всем привет! Меня зовут Александр. Я являюсь владельцем данного сайта и автором этой статьи. Уже на протяжении 6 лет, я проявляю большой интерес к загородному строительству, а так же активно принимаю в нём участие. Любой возникший вопрос по строительной тематике, Вы можете оставить на форуме сайта, либо отправить личным сообщением на электронную почту aleksandrprorab777@yandex.ru
Источник https://otivent.com/solnechnye-batarei-dlya-otopleniya-doma
Источник https://nova-sun.ru/solnechnye-paneli/oborudovanie-doma-solnechnymi-panelyami
Источник https://u-proraba.ru/solnechnye-batarei-dlya-chastnogo-doma-montazh-naznachenie/
