Грејање приватне куће са соларним панелима: дијаграми и уређај

Разлози популарности алтернативних извора енергије су сасвим разумљиви: постоји прилика да се уштеди на гориву и остваре снови о еколошки прихватљивим системима за одржавање живота. Вешто користећи енергију сунца, ветра и воде, можете претворити обичну сеоску кућу у модерну еко-кућу.

Рећи ћемо вам како инсталирати соларно грејање у приватној кући, а ми ћемо са вама анализирати колико је то исплативо. Да бисмо детаљније покрили питања коришћења енергије дневне светлости, детаљно смо описали све популарне опције које су добиле практичну примену и позитивне критике корисника.

Узимајући у обзир наше препоруке, можете изградити ефикасан соларни систем за летњиковац или сеоску кућу. Да бисмо олакшали разумевање тешког материјала, информације смо допунили визуелним дијаграмима, илустрацијама и видео туторијалима.

Начини коришћења соларне енергије

Начини примене енергија небеског тела не спадају у иновативне технологије, соларна топлота се користи дуго и веома успешно. Међутим, то се углавном односи на Аустралију, неке земље у Европи, Америци и јужним регионима, где се алтернативна енергија може добити током целе године.

Неким северним регионима недостаје природно зрачење, па се користи као додатна или резервна опција.

Посредници између сунчевих зрака и механизма за генерисање енергије су соларни панели или колектори, који се разликују и по намени и по дизајну.

Батерије акумулирају сунчеву енергију и омогућавају јој да се користи за напајање електричних апарата за домаћинство. То су панели са фотоћелијама на једној страни и механизмом за закључавање са друге стране. Можете сами експериментисати и саставити батерију, али је лакше купити готове елементе - избор је прилично широк.

Соларни системи (соларни колектори) су део система грејања куће. Велике термоизоловане кутије са расхладном течношћу, попут батерија, монтирају се на подигнуте панеле окренуте према сунцу или косинама крова.

Погрешно је веровати да апсолутно сви северни региони добијају много мање природне топлоте од јужних. Претпоставимо да на Чукотки или централној Канади има много више сунчаних дана него у Великој Британији која се налази на југу

Да би се повећала ефикасност, панели су постављени на динамичке механизме који подсећају на систем за праћење - ротирају се пратећи кретање сунца. Процес конверзије енергије се одвија у цевима које се налазе унутар кутија.

Главна разлика између соларних система и соларних панела је у томе што први загревају расхладну течност, а други акумулирају електричну енергију. Могуће је загрејати просторију помоћу фотоћелија, али су шеме дизајна нерационалне и погодне су само за оне области у којима има најмање 200 сунчаних дана у години.

Шема система грејања са соларним колектором прикљученим на котао и резервни извор електричне енергије (на пример, гасни котао) који ради на традиционално гориво (+)

Предности и мане алтернативног система грејања

Нема много предности соларног система грејања, али свака од њих је значајна и може постати разлог за приватне експерименте:

• Предности за животну средину. Ово је чист извор топлоте који је сигуран за становнике куће и околину и не захтева употребу традиционалних врста горива.
• Аутономија. Власници система су апсолутно независни од цена енергије и економске ситуације у земљи.
• Економичан. Одржавањем традиционалног система грејања, постаје могуће смањити трошкове плаћања топле воде.
• Јавна доступност. Да бисте инсталирали соларне системе, није вам потребна дозвола државних органа.

Али постоје и непријатни тренуци који могу покварити укупну слику. На пример, за одређивање ефикасности система биће потребан дуг период - најмање 3 године (под условом да има довољно сунчеве енергије и да се она активно користи).

Само инсталирање соларних модула ће захтевати велика улагања: најјефтинији силиконски панели коштаће најмање 2.200 рубаља. по комаду, а поликристални шестодиодни елементи прве категорије – до 17.000 по комаду. Израчунавање цене 30 модула је прилично једноставно (+)

Корисници примећују следеће недостатке:

• високе цене опреме неопходне за пуштање система у рад;
• директна зависност количине произведене топлоте од географског положаја и времена;
• обавезно присуство резервног извора, на пример, гасног котла (у пракси, соларни систем је често резервни).

Да бисте постигли већи принос, морате редовно пратити исправност колектора, чистити их од отпадака и штитити их од стварања леда током мраза. Ако температура често пада испод 0ºЦ, потребно је водити рачуна о додатној топлотној изолацији не само елемената соларног система, већ и куће у целини.

Соларна енергија за грејање

Главна сврха фотонапонских ћелија за складиштење енергије је обезбеђивање електричне енергије у кући. Да их укључите у дијаграм уређаји система грејања а за постизање оптималног функционисања потребно је склопити коло са резервоаром за складиштење.

У њему ће се загрејати вода, која ће, достигавши одређену температуру, испунити цеви и радијаторе у просторијама које захтевају грејање (дневни боравак, купатило).

Систем који се напаја соларном енергијом, са двокружним резервоаром који организује грејање и снабдевање топлом водом у два правца: до грејних радијатора и до дистрибутивних тачака (+)

Покушајмо да анализирамо карактеристике дизајна соларних панела и одредимо њихову потенцијалну улогу у систему грејања.

Принцип рада панела са фотоћелијама

Постоје три уобичајена типа елемената за соларне панеле:

• Моноцристаллине. То су танке плочице од најчистијег силицијума, исечене из кристала узгојеног у вештачким условима. Најпродуктивнија сорта са ефикасношћу од око 17-18%. Оптимална температура за рад је од 5 ºС до 25 ºС.

• Полицристаллине. Произведено од вафла добијених постепеним хлађењем растопљеног силицијума. Технологија њихове производње је мање радно интензивна, али је ефикасност фотонапонских елемената направљених од поликристалних знатно нижа - не више од 12%.

• Аморфна. Они су филм. Произведен методом фазе испаравања, због чега се силицијум у облику танког филма наноси на флексибилну полимерну подлогу. Најјефтинији начин производње комбинује се са ниском продуктивношћу која се процењује на 7%.

За уградњу аутономних система грејања у северним регионима, разматра се најпогоднија опција фотонапонске батерије, састављен од монокристалних елемената. Међутим, батерије са аморфним модулима лакше се инсталирају, практично не захтевају базу и много су јефтиније.

Монокристални модул се састоји од серијски повезаних елемената комбинованих у модуле. Неколико модула формира соларну батерију.Тамна површина соларних фотонапонских система оптимизује апсорпцију сунчевих зрака

Задатак спољашњих елемената је да апсорбују и трансформишу сунчеве зраке. Ослобођена енергија иде даље и концентрише се у резервоару за складиштење. Мали елемент производи око 100-250 В, а монтажни панел од 25-30 м² обезбеђује струју за малу кућу. Инсталација система грејања ће захтевати 2-3 пута више енергије.

Инвертер делује као претварач једносмерне струје из соларне "производње" у електричну енергију, јер је наизменична струја потребна за рад кућних електричних апарата и лампи.

Ако говоримо конкретно о систему грејања, електрични котао за загревање воде такође ради на наизменичну струју. Да бисте обезбедили осветљење свом дому ноћу, биће вам потребне батерије које чувају дневне залихе.

Инвертерски модули се постављају на место погодно за одржавање, иако не захтева сталну контролу и ради у аутоматском режиму (+)

Ефикасност коришћења фотоћелија

Најлакше је купити соларни колектори и применити једну од једноставних шема које су доказане годинама. Међутим, околности понекад диктирају своје услове. Рецимо да имате одличан систем соларних генератора који функционише, али за сада служи само за снабдевање електричном енергијом и снабдевање топле воде вашем дому.

Јасно је да је куповина нове опреме неисплатива, па је лакше повећати снагу куповином одређеног броја фотоелектричних претварача. Буџетска опција - силиконски панели са продуктивношћу до 23-25%.

Неопходно је прикључити уређај за грејање који ради на струју на извор струје.Универзална опција је котао опремљен дистрибутивним ожичењем.

Елементи полимерног филма су много мање уобичајени на руском тржишту од силицијумских моно- и поликристалних аналога. Лако се инсталирају, али имају ниску ефикасност - само 6%

Ако је снабдевање електричном енергијом правилно организовано, требало би да буде довољно и за снабдевање топлом водом и за грејање. Постоје примери када је кућа у потпуности обезбеђена топлотом - препознаје се по крову, скоро потпуно прекривеном панелима.

Понекад је потребно подићи посебне самостојеће конструкције ако површина крова није довољна. Испоставља се да је за повећање снаге потребан додатни слободан простор.

Чак и најпажљивији прорачуни неће вам помоћи да одредите тачну количину потенцијалне енергије и брзо створите ефикасан систем који добро функционише. Чињеница је да се у пракси појављују препреке, чији је изглед прилично тешко предвидети.

Ево неких од фактора:

• Недоследност времена. Тачан број сунчаних дана се не зна ни у јужним крајевима. Готово је немогуће поуздано предвидети њихов број у северним регионима.
• Неправилност пријема електричне енергије. На пример, у северним регионима зими су кратки дневни сати, па се много рециклиране сунчеве енергије троши на осветљење. Осим тога, интензитет сунчевог зрачења зими значајно опада.
• Периодични кварови. Као и сви технички системи, соларни панели могу с времена на време отказати због оштећења појединих елемената, уговорних прикључака, заштитних површина итд.

Сходно томе, можете сазнати о ефикасности тек након одређеног временског периода, најмање након годину дана. Можда ће бити потребно повећати број фотоћелија или батерија, размотрити додатну топлотну изолацију куће, смањити загрејану површину. Претпоставимо да се у северним регионима Немачке, како би се уштедели новац, спаваће собе често уопште нису загрејане.

Одржавање инсталираних фотоћелија не захтева посебне вештине и састоји се од редовног чишћења: уклањања снега зими и отпадака у топлим периодима, прања стаклене површине водом из црева

Шема инсталације кућне електране

Најлакши начин инсталације соларних генератора – контактирање компаније која продаје компоненте система и нуди услуге инсталације. Прос - професионални пројекат узимајући у обзир индивидуалне карактеристике, гаранцију за све производе и инсталацију, минус - висок трошак.

Ако имате релевантно искуство, можете самостално саставити мини-електрану са соларним панелима за грејање приватне куће.

Најефикаснијом се сматра хибридна шема за пројектовање ваздушно-соларног система, у којој се за производњу енергије користе фотоћелије, колектори за грејање воде, а уграђен је и додатни ветрогенератор. Може се заменити резервним извором горива (+)

Сви делови за монтажу система грејања се продају у специјализованим продавницама.

Морате купити следеће компоненте:

• сет силицијумских или филмских соларних модула;
• пуњива батерија која складишти енергију;
• контролер пуњења који регулише процес пуњења и пражњења батерије;
• инвертер који претвара једносмерну струју у наизменичну струју;
• сет прикључних каблова.

Пожељно је да батерије буду исте (узимајући у обзир бренд, капацитет па чак и серију) и да могу да складиште енергију 3-4 дана. Трајање њиховог рада зависи од собне температуре - у хладним условима брзо се испуштају. Ако је дневна потрошња 2400 Вх, потребне су батерије укупног капацитета од најмање 1000 Ах.

Када користите аутомобилске батерије, запамтите да је њихова максимална ефикасност 70-75% (век трајања - 3 године), специјални уређаји за соларне системе имају најбоље перформансе - до 85% (век трајања - 10 година). Део енергије се губи током складиштења и конверзије

Квалитет струје коју производи синусни инвертори за соларне системе, већи од тренутних показатеља из централизоване мреже. Посебна карактеристика опреме је синхронизација фазе напона, у којој се прелазак са 12 В на 220 В врши без прекида у функционисању електричних апарата за домаћинство.

Снага инвертера – од 250 В до 6000 В и више. Можете повећати излазну снагу паралелним повезивањем неколико уређаја. На пример, 3 к 3000 В = 9000 В (+)

Након уградње свих елемената соларног система, потребно је прикључити електрични резервоар који загрева воду на инвертер, а на резервоар, заузврат, цевовод за грејање.

Систем грејања колектора

Највећа ефикасност и поврат може се постићи уградњом колектора уместо соларних модула – спољних инсталација у којима се вода загрева под утицајем сунчевог зрачења. Такав систем је логичнији и природнији, јер не захтева загревање расхладне течности другим уређајима.

Хајде да размотримо дизајн и принцип рада два главна типа уређаја: равних и цевастих.

Равна верзија за самопроизводњу

Дизајн равних инсталација је толико једноставан да искусни мајстори својим рукама склапају аналоге рукотворина, купујући неке делове у специјализованој продавници, а неке праве од отпадног материјала.

Унутар челичне или алуминијумске изоловане кутије налази се плоча која апсорбује сунчеву топлоту. Најчешће је обложен слојем црног хрома. Апсорбер топлоте је одозго заштићен затвореним провидним поклопцем.

Загревање воде се дешава у цевима положеним у змију и спојеним на плочу. Вода или антифриз улази у кутију кроз улазну цев, загрева се у цевима и креће се до излаза - до излазне цеви.

Светлосна пропусност поклопца објашњава се употребом провидног материјала - издржљивог каљеног стакла или пластике (на пример, поликарбоната). Да би се спречило да се сунчеви зраци рефлектују, стаклена или пластична површина је матирана (+)

Постоје две врсте прикључка, једноцевни и двоцевни, нема суштинске разлике у избору. Али постоји велика разлика у начину на који ће расхладна течност бити доведена до колектора - гравитацијом или помоћу пумпе. Прва опција се сматра неефикасном због мале брзине кретања воде, по принципу грејања подсећа на посуду за летњи туш.

Функционисање друге опције се јавља због повезивања циркулационе пумпе, која присилно снабдева расхладну течност. Извор енергије за рад пумпне опреме може бити енергетски систем на соларни погон.

Температура расхладне течности када се загрева соларним колектором достиже 45-60 ºС, на излазу максимална вредност је 35-40 ºС. Да би се повећала ефикасност система грејања, користе се "топли подови" заједно са радијаторима (+)

Цевни колектори - решење за северне регионе

Општи принцип рада подсећа на функционисање равних аналога, али са једном разликом - цеви за размену топлоте са расхладном течношћу налазе се унутар стаклених боца. Саме цеви могу бити пернате, запечаћене са једне стране и по изгледу личе на перје, и коаксијалне (вакуумске), уметнуте једна у другу и запечаћене са обе стране.

Измењивачи топлоте су такође различити:

• систем за претварање соларне енергије у топлотну топлотну цев;
• обична У-тип цев за пренос расхладне течности.

Други тип измењивача топлоте сматра се ефикаснијим, али није довољно популаран због трошкова поправке: ако једна цев поквари, цео део ће морати да се замени.

Хеат-пипе није део целог сегмента, тако да се може променити за 2-3 минута. Неисправни коаксијални елементи се могу поправити једноставним уклањањем утикача и заменом оштећеног канала.

Дијаграм који објашњава циклични процес загревања унутар вакуумских цеви: хладна течност, под утицајем сунчеве топлоте, загрева се и испарава, уступајући место следећем делу хладног расхладног средства (+)

Након анализе техничких карактеристика различитих типова колектора и сумирања искуства њихове употребе, одлучили смо да су равни колектори погоднији за јужне регионе, а цевасти за северне регионе. Инсталације са Хеат-пипе системом су се посебно добро показале у оштрим климатским условима.Имају способност грејања чак и у облачним данима и ноћу, „хране се“ минималном количином сунчеве светлости.

Узорак стандардног дијаграма за повезивање соларних колектора на котловску опрему: пумпна станица циркулише воду, контролер регулише процес грејања

Метода за повећање продуктивности

Обично, након експериментисања са малим бројем соларних модула, власници приватних кућа иду даље и побољшавају систем на различите начине.

Најлакши начин је повећати број укључених модула, сходно томе, привући додатни простор за њихово постављање и купити моћнију пратећу опрему

Шта учинити ако постоји недостатак слободног простора? Ево неколико препорука за повећање ефикасности соларне станице (са фотоћелијама или колекторима):

• Промена оријентације модула. Покретни елементи у односу на положај сунца. Једноставно речено, постављање већег дела панела на јужну страну. Током дугог дана, такође је оптимално користити површине окренуте према истоку и западу.

• Подешавање угла нагиба. Произвођач обично наводи који је угао најпожељнији (на пример, 45º), али понекад је током инсталације потребно извршити подешавања узимајући у обзир географску ширину.

• Тачан избор места за уградњу. Кров је погодан јер је најчешће највиша раван и није заклоњен другим објектима (на пример, баштенским дрвећем). Али постоје још погоднија подручја - ротирајући уређаји за праћење сунца.

Када су елементи постављени окомито на сунчеве зраке, систем ради ефикасније, али на стабилној површини (на пример, кров) то је могуће само кратко време. Да би се ово повећало, измишљени су практични уређаји за праћење.

Механизми за праћење су динамичке платформе које ротирају са својим авионима који прате сунце. Захваљујући њима, лети се продуктивност генератора повећава за око 35-40%, а зими за 10-12%.

Велики недостатак уређаја за праћење је њихова висока цена. У неким случајевима се то не исплати, тако да нема смисла улагати у бескорисне механизме.

Процењује се да је 8 панела минимални број при којем ће трошкови временом бити оправдани. Можете користити 3-4 модула, али под једним условом: ако су директно повезани са пумпом за воду, заобилазећи батерије.

Тек пре неки дан, Тесла Моторс је најавио израду новог типа крова – са интегрисаним соларни панели. Илон Муск је рекао да ће модификовани кров бити јефтинији од конвенционалног крова са уграђеним колекторима или модулима.

Закључци и користан видео на тему

Тематски видео снимци ће вам помоћи да боље замислите дизајн кућних соларних станица и откриће вам неке од тајни инсталирања опреме.

Видео #1. Доступне техничке информације о соларним панелима и контролерима пуњења:

Видео #2. Корисно искуство коришћења соларних панела у московском региону:

Видео #3. Пример успешно оперативне соларне станице, потпуно самостално састављене, обезбеђујући и снабдевање топлом водом и грејање куће:

Као што видите, соларни систем грејања је веома стваран феномен који можете сами да имплементирате. Област алтернативних метода добијања енергије се стално развија, можда ћете сутра чути за ново откриће.

Позивамо вас да активно коментаришете материјал. Можете изразити свој став према „зеленој енергији“, поделити своје искуство у постављању система соларних панела и само вама рећи познате суптилности у блоку који се налази испод.