Применение солнечных батарей для отопления частного дома

В получении электроэнергии альтернативными методами в последнее время прослеживается тенденция к активному развитию. И это несмотря на то что подобный подход пока еще остается весьма затратным, если планируется приобрести готовое оборудование. Ждать быстрой окупаемости сделанных вложений не приходится.

Расчет необходимой мощности солнечных панелей

Сохранить Solarsysteme Sachsen GmbH Solarsysteme Sachsen GmbH

Чтобы определиться с мощностью солнечных панелей, нужно определить среднее потребление энергии в вашем доме (например, по счетам за электроэнергию), а потом решить, какой процент от этого количества вы хотите компенсировать при помощи альтернативных источников энергии.

Допустим, в месяц вы потребляете 300 кВт*ч электроэнергии. Можно считать, что солнечные батареи, мощностью 1 кВт вырабатывают в среднем 1300 кВт*ч в год. (около 110 кВт*ч в месяц). Если делается расчет для лета, считается, что панель отдает свою номинальную мощность 6 часов в день (солнечная батарея на 250 Вт выработает 250-6 = 1500 Вт*ч в сутки, при условии, что стоит солнечная погода).

Тогда, для полной компенсации вам необходимо установить 3 кВт панелей (12 панелей по 250 Вт, 1,65 каждая).

Если установить сразу 12 панелей нет возможности, можно поставить половину, а потом добавить. Оборудование при этом менять не нужно.

Солнечная энергия для отопления дома

Содержание

  • Солнечная энергия для отопления дома
  • Солнечные батареи для отопления дома — принцип действия
  • Особенности монтажа модулей
  • Преимущества солнечных батарей
  • Недостатки солнечных батарей

Постоянная нехватка энергоносителей, в условиях стремительного увеличения количества промышленных объектов стала серьезным поводом для поиска альтернативных источников доступной электроэнергии. Именно они будут в полной мере наполнять наши дома светом и теплом. В тот момент, когда иссякнут подлинные запасы привычного нам топлива.

В роли уникального неисчерпаемого ресурса

для выработки бесплатной энергии выступает Солнце, ежесекундно подающее на Землю 80 тысяч миллиардов киловатт. Что в десятки тысяч раз превосходит объем электроэнергии всех АЭС мира.

Процесс поступления и трансформации солнечной энергии в знакомое каждому электричество успешно реализуется при помощи инновационных конструкций — солнечных батарей. Представляющих невероятно огромный интерес для создания высокотехнологичной отопительной системы домов частного и загородного типа. Такие модули, поглощая солнечное излучение, фактически преобразуют световой поток в кинетическую энергию.

Схема подключения солнечной батареи

Перед ее подключением вам обязательно необходимо определиться из чего она состоит. К основным элементам устройства относят:

  1. Специальные батареи, которые будут поглощать свет. Эти устройства позволяют преобразить свет в электрическую энергию.
  2. Контроллер заряда. Это устройство будет следить за уровнем заряда в аккумуляторах. Если они будут заряжены, тогда контроллер просто отключит заряд. Если заряд начнет падать, тогда контроллер возобновит свою работу.
  3. Аккумулятор. Это устройство будет наполняться сгенерированной энергией.
  4. Инвертор. Это устройство способно преобразовывать заряд. На выходе вы сможете получить 220 Вольт.

Важно знать! Между всеми устройствами вам необходимо установить предохранители. Они позволят защитить вашу систему от короткого замыкания.

Если вы желаете воспользоваться простым вариантом подключения, тогда схема подключения солнечных батарей к контроллеру, аккумулятору, инвертору и нагрузке будет выглядеть следующим образом:

Как видите, эта схема считается достаточно простой. Выполнить ее может практически каждый. Во время подключения конструкции вам необходимо будет соблюдать полярность. Если вы желаете использовать электроэнергию солнца и стационарную сеть дома, тогда схема подключения солнечных батарей будет выглядеть следующим образом:

Теперь мы расскажем, как правильно соединить панели солнечной батареи между собой. Благодаря этому ваша конструкция прослужит длительное время. Если вам будет интересно, тогда можете прочесть про схему подключения реле напряжения.

Если вы желаете подключить одну панель, тогда у вас не возникнет никаких вопросов. Если необходимо выполнить подключение нескольких солнечных батарей, тогда необходимо воспользоваться одной из следующих схем соединения солнечных панелей:

  • Параллельная. Если вы планируете использовать этот способ, тогда вам необходимо будет соединить одноименные клеммы друг с другом. В результате этого напряжение останется прежним.
  • Последовательная. Здесь плюс первой панели вам необходимо будет подключить к минусу второй. Этот процесс считается достаточно простым, но вам необходимо помнить, что на выходе вы сможете получить 24 Вольта.
  • Смешанная. Эта схема подключения солнечных панелей позволяет соединять между собою несколько групп батарей. Все устройства внутри группы вам необходимо будет подключать параллельно. Затем провести соединение можно будет последовательно. На схеме ниже вы сможете наглядно увидеть этот процесс.

При необходимости вы можете посмотреть видео, которое размещено ниже. Оно позволит наглядно увидеть весь процесс подключения.

Это вся информация, которую мы хотели предоставить вашему вниманию о схеме подключения солнечных батарей загородного дома к электрической сети переменного тока. Как видите, разводку проводов сможет выполнить даже начинающий электрик. Надеемся, что наша информация будет полезной.

Читайте также:  Автономное газовое отопление загородного дома баллонным газом

Рекомендуем прочесть: схема электропроводки в частном доме.

Преимущества и недостатки эксплуатации солнечных батарей

Установить своими руками систему из солнечных панелей на кровле частного дома может практически каждый человек, имеющий базовый опыт в электрике и готовый выделить средства на их приобретение.

Как правило, окупаемость солнечных батарей составляет от 2-х до 5-ти лет – сроки зависят от типа и технических характеристик установленного оборудования.

В течение этого времени затраченные деньги возвращаются в дом теплом, за которое не надо больше платить.

Имея резерв солнечной энергии, можно отапливать дом и не иметь ничего общего с коммунальными службами.

При этом жить в тепле можно сколько угодно, время от времени регулируя температурный режим в помещении.

Фотоэлектрические батареи также смогут стать источником питания для осветительных устройств дома и бытовых электроприборов.

Излучение от солнца постоянно притягивается солнечными пластинами, поэтому их можно эксплуатировать в любое время года и в любой климатической зоне.

Оборудование не подвергается атмосферным воздействиям, его конструкция хорошо защищена и тщательно продумана.

Из недостатков солнечных пластин, используемых для отопления и освещения дома, стоит указать, что эффективнее батареи эксплуатируются в зимнее время первые полдня, когда сильнее светит солнце.

Поэтому конструкцию системы рекомендуется монтировать своими руками на южную сторону кровли.

При этом рабочая площадь крыши частного дома должна быть не менее 40 кв. м., что позволит обеспечить нужное количество энергии.

При необходимости использовать 500 кВт энергии в течение 30 календарных дней, необходимо учитывать, что около 20-ти из них должны быть солнечными.

Второй весомый недостаток – это высокая стоимость установки, но все затраты, как уже говорилось выше, окупаются в течение 2-5 лет.

Особенно, когда монтаж оборудования для отопления дома был тщательно спланирован.

Ведь эффективность его работы во многом зависит от угла наклона крыши, который должен составлять примерно 450.

Кроме того, не должно быть никаких преград перед пластинами, которые мешали бы получать энергию, например, бросающих на дом тень зданий или больших деревьев.

Стропиловку дома перед монтажом батарей рекомендуется своими руками укрепить, чтобы предотвратить падение кровли в зимнее время, когда на крыше, помимо батарей, будут наносы снега.

Пленочные батареи

В отличие от кремниевых, пленочные солнечные панели выпускаются в рулонах, которые можно раскатать на большой площади. В состав такой панели входит теллурид кадмия или селенид меди. Главным преимуществом пленки является возможность резать ее и подгонять под любые размеры и формы крыши. Также она весит гораздо меньше любых кремниевых батарей и легко ложится на любой скат крыши.

Однако пленочные солнечные батареи имеют относительно небольшую мощность и их проще повредить механическими воздействиями. Их КПД составляет всего 10%, что гораздо меньше, чем даже у поликристаллических модулей. Но благодаря своей невысокой цене пленочные батареи имеют свою аудиторию.

Как смонтировать солнечную батарею

Ячейки при эксплуатации будут находиться на открытом воздухе. Их необходимо защитить от атмосферных осадков, пыли, механических повреждений. Для этого изготавливают герметичный короб с прозрачной стеклянной поверхностью.

Изготовление корпуса

Потребуется разместить на плоскости все элементы и рассчитать площадь, которую они займут с учета интервалов между ячейками.

Равномерный воздушный зазор между элементами солнечной батареи необходим для исключения режима их короткого замыкания. Кромки ячеек не должны соприкасаться.

По этому размеру вырезают оконное стекло.

Его вклеивают в дюралевые уголки строительным силиконовым клеем, обеспечивающим герметичность соединения, которые дополнительно скрепляют винтами для повышения прочности общей конструкции.

Если использовать деревянную раму, то потребуется ее пропитывать составами, препятствующими гниению и учесть возможность усыхания реек.

Сборка схемы

Подготовка фотоэлементов

Ячейки солнечной батареи могут быть с:

  1. просто залуженными контактными площадками для пайки;
  2. припаянными токопроводящими отводами.

В первом случае придется контакты пропаять для соединения монтажной проволокой. Производители фотоэлементов предусматривают специальный припой с флюсом на водной основе, который легко смывается с поверхности ячейки и ленточные проводники. Если работать канифолью, то ее следы останутся, убрать их не получится.

Кремниевые пластины обладают высоким теплоотводом, а при длительном касании паяльника хорошо остужают его жало. Работать надо быстро, но аккуратно.

Паяльник выбирают с мощностью порядка 40 ватт, а его жало необходимо поддерживать в чистоте.

Для монтажа можно использовать проволоку от кабеля витой пары. Ее потребуется предварительно залудить.

Если нет хороших навыков в пайке, то элемент можно легко повредить.

Поэтому необходимо иметь резерв для замены испорченных ячеек или покупать уже пропаянные в заводских условиях модули с токоотводами.

Монтаж фотоэлементов

Сами ячейки раскладывают лицевой стороной на стекло внутри корпуса и приклеивают к нему по углам каплями силиконового клея.

Затем паяют все элементы между собой в общую схему и подключают соединительные провода.

Заключительные операции

Остается проверить электрические характеристики собранной станции под нагрузкой.

Важно также замерить выходное напряжение на каждом элементе. Оно должно иметь одно и то же значение. Когда оно меньше, то надо разбираться с дефектным элементом солнечной станции.

Останется защитить тыльную стороны полиэтиленовой пленкой от попадания пыли и мусора на ячейки, установить солнечную станцию на южной стороне дома.

Работа будет закончена после подключения инвертора, контроллера и аккумулятора с проверкой их эксплуатационных возможностей на различных режимах.

Для направления тока от солнечной батареи для заряда аккумулятора в цепь питания врезают диод, который исключает перетекание энергии в обратном направлении. Меньший нагрев и потери электричества обеспечивает диод Шотки.

Читайте также:  Виды радиаторов отоплений батарей — как выбрать радиатор

Чтобы материал лучше запомнился рекомендуем посмотреть видеоролик «5 ошибок сборки солнечной батареи».

Задавайте вопросы в комментариях и делитесь материалом статьи с друзьями в соц сетях.

Полезные товары

  • Электропаяльник с регулируемой температурой
  • Фляга для спиртных напитков
  • Лазерный нивелир на 3 режима работы

Реклама

Тестирование солнечной батареи

Не спешите герметизировать оргстекло, для начало нужно провести несколько тестов, чтобы убедиться в отсутствии проблем, проверить все контакты. 

Вот результаты тестирования напряжения законченной батареи на ярком зимнем солнце. Вольтметр показывает 18,88В без нагрузки. 

А вот тест по току в тех же условиях (яркое зимнее солнце). Амперметр показывает 3,05А — ток короткого замыкания. Это как раз недалеко от расчетного тока элементов. Солнечная батарея прекрасно работает! 

Как работает для отопления энергия Солнца

Фотоэлементы солнечных панелей накапливают энергию светила и в более простых случаях применяются с целью получения электричества. Для их включения в «цепь» системы отопления понадобится установить специальный водонагреватель. Он будет исполнять роль накопительного бака. Бойлер греет воду, заполняющую радиаторы и системы труб в помещениях, которые требуют подогрева.

Как известно, существует несколько разновидностей солнечных панелей (поликристаллические, монокристаллические и аморфные). В целях оборудования гелиосистемы для отопления помещений целесообразно применение монокристаллических панелей. Аморфные модули тоже могут стать подходящей альтернативой. Установить их будет гораздо проще, а стоят они на порядок меньше.

Как работает для отопления энергия Солнца

Панели с фотоэлементами аккумулируют энергию Солнца, преобразовывая ее в электрическую. Большая установка, собранная из нескольких панелей, будет уже в состоянии обеспечить энергией небольшой дом. Обычно, общая площадь подобной установки составляет от 25 до 30 м².

Понадобится инвертор. Это устройство, которое преобразовывает постоянный ток в переменный. Именно такой ток необходим для работы всех электрических приборов. Инвертор обязательно нужен и при установке отопительной «цепочки». Ведь котел, нагревающий воду, также работает исключительно на переменном токе.

Выбор места для установки электрической гелиопанели

Выбирать место, где будет установлена солнечная панель, необходимо ещё на этапе проектирования. Это может быть либо обращённый на юг скат крыши, либо открытая площадка на загородном участке. Второе, конечно же, предпочтительнее в силу нескольких причин:

  • установленную внизу солнечную батарею легче обслуживать;
  • на земле проще смонтировать поворотное устройство;
  • исключается дополнительная нагрузка на кровлю и её повреждение при установке гелиосистемы.

Место установки электрической панели должно быть открыто для солнечных лучей в течение всего светового дня, поэтому рядом не должно быть деревьев или построек, тень от которых могла бы падать на её поверхность.

Выбор места для установки электрической гелиопанели

Выбирая место для установки гелиосистемы, обязательно учитывают возможность затенения солнечных батарей окружающими предметами

Второе обстоятельство, вынуждающее искать такую площадку до начала сборки солнечной батареи, связано с определением габаритов панели. Собирая устройство своими руками, мы можем достаточно гибко подходить к выбору его размеров. В итоге можно получить установку, которая идеально впишется в экстерьер.

Виды солнечных батарей и их особенности

Разновидностей батарей не так уж и много:

  1. Солнечные батареи на фотоэлементах.
  2. Тонкопленочные батареи на кремниевой пленке с фотоколлекторами.
  3. Монокристаллические и поликристаллические батареи.

При использовании первого варианта можно выполнить снабжение элементов током от нагревательного прибора или электрического котла. Второй вариант солнечных элементов предусматривает нагрев воды при помощи солнечной энергии, которая потом поступает по трубам. Каждая из систем отопления от солнечной энергии отличается друг от друга и имеет недостатки и преимущества.

Виды солнечных батарей и их особенности

Солнечные батареи на фотоэлементах

Солнечные батареи для отопления дома бывают двух типов: большие и малые. Малые фотоэлектрические системы позволяют обеспечить энергией помещение для освещения и максимум работы телевизора. Такие батареи дают напряжение от двенадцати до двадцати четырех вольт.

Большие фотоэлементы обеспечат электроэнергией и отоплением небольшой дом.

В комплект такой батареи входят:

  • солнечный вакуумный коллектор;
  • контроллер (прибор, позволяющий отслеживать работу системы);
  • насос (подает тепло от коллектора к накопительному баку);
  • емкость для горячей воды (объем от пятисот до тысячи литров);
  • тепловой насос.

Если вы оборудуете дом солнечными батареями высокой мощности, это позволит вам не только получать тепло и электроэнергию, но и пользоваться горячей водой, а также оборудовать систему «теплый пол».

Виды солнечных батарей и их особенности

Перед тем как определиться с количеством нагревательных коллекторов, необходимо произвести расчет солнечных батарей для дома. Следует учитывать количество проживающих человек в доме, площадь дома и расход потребляемой энергии. Так, семья из трех человек может расходовать энергию на бытовые приборы от двухсот до пятисот киловатт в месяц. К этой цифре необходимо добавить расход электроэнергии на подогрев воды. Но лучше всего рассчитать количество необходимой энергии, исходя из учета одного квадратного метра площади батареи на человека.

Мощные коллекторы, работающие от солнечной энергии, способны обеспечить семью как отоплением, так и горячей водой. Но следует учитывать, что в зимнее время солнечные батареи могут не справляться с поставленными задачами. Поэтому желательно не отказываться полностью от других видов отопления.

Тонкопленочные солнечные батареи

Такие коллекторы внешне похожи на солнечные батареи, но их отличие в том, что они имеют тонкопленочные пластины, способные улавливать как прямые солнечные лучи, так и рассеянный свет.

Вакуумная модель коллектора позволяет иметь горячую воду на протяжении всей зимы, даже когда на улице облачно. Это происходит за счет вакуума, который сохраняет тепло.

Читайте также:  Автономное электрическое отопление в квартире

При покупке вакуумного коллектора необходимо определиться с методом нагрева воды. Существуют две модели солнечных батарей для отопления дома зимой, обеспечивающие прямой или косвенный нагрев. В первом случае можно говорить о сезонном использовании энергии, потому что накопительный бак расположен внутри корпуса коллектора и использовать его в морозы нельзя. Во втором случае — при косвенном нагреве  можно обустроить систему отопления на коллекторных батареях всесезонного типа. Система будет работать всегда, потому что бак располагается внутри дома, а энергия от солнечной батареи передается через незамерзающий носитель.

Виды солнечных батарей и их особенности

Монокристаллические и поликристаллические батареи

Первые часто называют кремниевыми. Такие батареи считаются эффективными. Благодаря тому, что элементы небольшого размера, они будут занимать меньшее пространство на крыше. Имеют высокую стоимость, но если выбирать по соотношению цена и качество, то стоит купить солнечные монокристаллические батареи для дома.

Поликристаллические батареи изготовлены из кремния в виде ячеек. Считаются эффективными батареями, пользуются популярностью. Благодаря улучшенной технологии производства этот вид батарей максимально приблизился по качеству к монокристаллическим панелям, и имеет такие же параметры и показатели продуктивности.

Что входит в комплект систем солнечных батарей

Для получения тока недостаточно приобрести солнечные панели и подключить их. Солнечная система состоит из множества не менее важных технических устройств, благодаря которым создается нужный эффект. Итак, чтобы в вашем доме появилось электричество экологичного происхождения, помимо солнечных батарей нужно будет приобрести еще 6 базовых элементов системы, а именно:

  • генератор;
  • инвертор;
  • аккумулятор;
  • контроллер солнечного заряда;
  • потребитель 230В;
  • соединительная коробка.

Поэтому, перед тем как начать проектировать монтаж и размещение фотоэлектрической системы, вы должны понимать, что это куда больше затрат, чем покупка одних только солнечных панелей. Срок службы и эффективность выбранных элементов будет зависеть от количества модулей, класса и фирмы производителя. Правильно выбранные технические характеристики, надежность устройства и место размещения солнечных батарей станет залогом качественной работы и долговечности.

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 м². Аналогичная батарея на 300 Вт займет 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°

  1. Величина солнечного излучения на 1 м² – инсоляция – зависит от региона проживания, высоты над уровнем моря, затененности участка. Перечисленные факторы напрямую влияют на производительность батарей.
  2. С течением времени полупроводниковое покрытие модулей деградирует, в результате теряется примерно 1% электрической мощности ежегодно.
  3. Если фотоэлектрический слой перегревается солнцем, производительность панели тоже уменьшается.
  4. Малая толика энергии теряется в сопутствующем оборудовании – инверторах, контроллерах, АКБ. Это банальный нагрев деталей – трансформаторов, микросхем и прочих элементов.
  5. Когда рабочая поверхность загрязняется пылью либо засыпается снегом, возникают дополнительные потери.
  6. 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 кВт (всего 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 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: