Отопление частного дома солнечными батареями схемы и устройство

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.

чертеж коллектора

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.

Преимущества отопительной системы на солнечных батареях

Можно отметить несколько достоинств солнечных батарей для отопления дома:

  • Круглый год ваш дом обеспечен необходимым теплом. Также можно регулировать температурный режим в доме по своему усмотрению.
  • Тотальная независимость от жилищно-комунальных служб. Теперь вам не придется платить огромные счета за отопление.
  • Солнечная энергия – это такой запас, который можно использовать на различные нужды бытового характера.
  • У таких батарей очень хороший эксплуатационный срок. Они редко выходят из строя, поэтому не придется беспокоиться о том, что необходим ремонт или замена некоторых компонентов.

Есть некоторые нюансы, на которые стоит обратить внимание перед тем, как остановить свой выбор на данной системе. Ведь такая система может подойти не для всех

Во многом качество такой отопительной системы зависит от географии проживания. Если вы проживаете в таком регионе, где солнце светит далеко не каждый день, то такие системы будут неэффективными. Еще одним недостатком данной системы является то, что солнечные батареи стоят недешево. Правда, не стоит забывать о том, что такая система со временем себя полностью окупит.

Продолжительность солнечного сияния на территории России

Для того чтобы снабдить дом необходимым количеством тепла, потребуется от 15 до 20 кв. метров площади солнечных батарей. Один квадратный метр выделяет в среднем до 120Вт.

Обязательным условием является установка солнечных батарей на южную сторону крыши, так как на нее распространяется больше всего тепла. Для того чтобы отопление от солнечных батарей было максимально эффективным, угол наклона крыши должен составлять около 45 градусов. Желательно, чтобы возле дома не росли высокие деревья и не находились другие предметы, которые могут создавать тень. Стропильная система дома должна обладать необходимой прочностью и надежностью. Так как солнечные батареи не совсем легкие, нужно позаботиться о том, чтобы они не нанесли вред зданию и не спровоцировали разрушительные процессы. Вероятность обрушения возрастает зимой, так как в это время на крыше, помимо тяжелых батарей, будет накапливаться снег.

Солнечные батареи как правило размешают на крыше дома

Несмотря на то, что солнечные батареи стоят довольно дорого, они все больше набирают популярность. Их используют даже там, где климат не слишком жаркий. Такую систему можно использовать и в качестве дополнительного отопления дома. Наиболее эффективны такие системы в летние месяцы, когда солнце светит почти каждый день. Однако не стоит забывать о том, что дом необходимо отапливать преимущественно в зимние месяцы.

КПД

У монокристаллических панелей зависимости от модели он может составлять от 14 до 17%. Но, их постоянно совершенствуют, поэтому, возможно, скором времени этот показатель достигнет 33%.

Здесь возможны в недалеком будущем серьезные изменения. Уже сегодня можно встретить пленочные модули на основе индия и кадмия, отлично поглощающие свет. Несмотря на радиоактивность последнего, об опасности облучения можно не беспокоиться, поскольку металла содержится настолько мало, что для окружающего пространства вреда не будет, тем более для людей.

По этому критерию им проигрывают поликристаллические, показатель КПД которых всего 10-12%. Связано это с наличием посторонних включений и хаотичным расположением кристаллических частиц, что мешает сублимации энергии. Выходом из положения может стать симбиоз элементов аморфных с поли/монокристаллическими, поскольку первым для работы не требуется интенсивное излучение, в отличие от вторых.

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:

ЭлектроприборыМощность, ВтКоличествоВремя применения (часов в сутки) Потребление (кВт*ч в сутки)
Внутреннее и внешнее освещение 102051
Зарядки для телефонов 5210,01
Телевизоры80230,48
Компьютеры и ноутбуки1502123,6
Фен100010,50,5
Холодильник501241,2
Электрочайник200010,20,4
Микроволновая печка80010,30,24
Электроплита2000136
Электрокотел для подогрева воды2500125
Кондиционер800132,4
Стиральная машина1500123
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.

ТОП-1: Солнечный ДОМ Мощность 2.4кВт

Построена система с применением технологии использования возобновляемых источников энергии. В данном случае – солнечной. Применяется она на объектах, где полностью отсутствует поставка электроэнергии.

Использование

Она не является панацеей, но способна в разумных пределах обеспечить электричеством дачи, строительные вагончики, передвижные дома и пр.

Составляют ее:

  • Солнечные панели (модуль OneSun OS-150P) – 4 шт. Допускается использовать аналогичные панели 150 Вт.;
  • Гелевая батарея (необслуживаемая) – 6 шт.;
  • Инвертор напряжения — 2.4кВт, 24В (Stark Country 3000 INV-MPPT);
  • Стеллажи для крепления аккумуляторов;
  • Кабель 4 мм кв., устойчивый к солнечной радиации, с коннекторами – 10 м.

Питание приборов

Подключать к комплекту можно бытовые приборы, суммарная мощность которых не превышает 2 кВт:

  • До 10 ламп освещения;
  • Холодильник;
  • Насос водяной;
  • Утюг (до 1,7 кВт);
  • Пылесос;
  • Чайник (1,5 кВт);
  • Электроинструменты (непродолжительно);
  • Зарядные и мобильные устройства.

В пасмурную погоду, когда активность солнца небольшая, к ней разрешается подключать генератор, позволяющий заряжать аккумуляторы.

Типовая комплектация солнечной системы отопления

Солнечное (как и любое другое) отопление загородного дома может изменяться в зависимости от индивидуальных требований заказчика и производственных особенностей завода-изготовителя, но общий принцип комплектации данной системы остается, как правило, неизменным.

Солнечное отопление состоит из следующих основных элементов:

  1. Вакуумный солнечный коллектор.
  2. Насос, осуществляющий подачу теплоносителя к накопительному баку от коллектора.
  3. Контроллер, выполняющий функцию управления работой всей гелиосистемы.
  4. Бак-аккумулятор (500-1000 литров) для горячей воды.
  5. Пиковый доводчик, представленный в виде теплового насоса, электрического тена либо иного источника.

Отопление либо горячее водоснабжение солнцем в типовой комплектации позволит дополнительно осуществить устройство теплых полов, гарантируя довольно быструю окупаемость расходов, связанных с приобретением и монтажом оборудования.

Изготовление солнечного коллектора своими руками

Солнечное теплоснабжение (отопление и горячее водоснабжение) вполне можно изготовить своими руками из доступных материалов.

Одним из простых и доступных вариантов является изготовление солнечного коллектора из змеевика обыкновенного холодильника.

Необходимые материалы

Для изготовления коллектора понадобятся следующие материалы:

  1. Змеевик от холодильника (старого либо неисправного).
  2. Рейки, предназначенные для сборки каркаса.
  3. Резиновый коврик.
  4. Обыкновенное стекло, фольга.
  5. Емкость для воды, трубы, предназначенные для слива и подачи воды.

Перед началом сборки коллектора необходимо произвести тщательную промывку змеевика от остатков фреона, подогнать изготовленный из реек каркас под размеры змеевика (чтобы он там свободно помещался).

Габаритные размеры резинового коврика должны быть идентичны размерам полученного каркаса.

Последовательность сборки

При сборке готового изделия необходимо соблюдать следующую последовательность действий:

На резиновый коврик производится укладка фольги, каркаса из реек и змеевика в оговоренной последовательности. Сколачивание каркаса и устройство небольших отверстий в его стенках, достаточных для вывода трубок змеевика.

Для закрепления змеевика можно использовать хомуты, снятые с того же холодильника. Хомуты с обратной стороны крепятся при помощи винтов. Производится прибивание реек с обратной стороны для придания конструкции требуемой жесткости.

Заклеивание скотчем всех щелей между каркасом и фольгой. Данная мера позволяет максимально уменьшить тепловые потери. Готовый коллектор накрывается стеклом и проклеивается скотчем по всему периметру.

Дополнительную герметизацию и надежность придаст крепление стекла при помощи нескольких шурупов. Завершающий этап – крепление на опоры солнечного коллектора.

Принцип действия системы

Солнечное (с использованием описываемого самодельного коллектора) отопление частного дома способно обеспечить при солнечной погоде нагрев воды до 70°C. Циркуляция в данной системе происходит естественным способом.

Нагретая в коллекторе вода за счет уменьшения плотности движется вверх в специальную емкость для воды. Холодная вода, обладающая большей плотностью, перемещается в нижнюю часть коллектора. Далее процесс повторяется.

Приведем схематичное изображение подобной системы.

Схема коллектора, сделанного своими руками. Нажмите для увеличения.

Где:
1 – Труба для подачи горячей воды.
2 – Вентиль для сброса давления.
3 – Труба для слива горячей воды.
4 – Запорный вентиль.
5 – Вентиль для подпитки.
6,7 – Труба для подачи холодной воды в коллектор.
8 – Вентиль для слива.

Вместо заключения

Альтернативные источники теплоснабжения стремительно завоевывают популярность у все большего числа людей.

Солнечное (с использованием вакуумного гелиоколлектора) отопление дома обладает целым рядом очевидных преимуществ, позволяющих успешно конкурировать с традиционными схемами устройства отопления и горячего водоснабжения.

Безграничная солнечная энергия значительно превышает суммарную потребность человека. Она абсолютно бесплатна и безопасна с экологической точки зрения.

Что представляют собой солнечные батареи?

Уже давно датируется тот день, когда были изобретены устройства, которые могут заряжаться от света. Еще в 90-х годах человечество ознакомилась с такими изобретениями, как батарейки для часов, калькуляторов и других мелких устройств. Ученые из других стран научились использовать энергию солнечных лучей несколько раньше, чем наши отечественные исследователи. Некоторый опыт есть и у наших специалистов, поэтому сейчас необходимо только заняться усовершенствованием некоторых достижений и результатов.

Строение солнечной батареи

Удачным достижением можно назвать использование солнечных лучей для организации отопительной системы частного или загородного дома. Солнечная система отопления входит в категорию альтернативных, особенно в тех странах, где солнце светит более 20 дней в месяц. Стандартные системы отопления дорогостоящие не только в плане организации, но и в плане коммунальных тарифов. Альтернативные отопительные системы помогут избавиться от зависимости коммунальных контор.

Чертежи конструкций

Приступаем к работе

Прежде чем сооружать солнечный коллектор, необходимо произвести соответствующие расчеты и определить, как много энергии он должен производить. Но от самодельной установки ждать высокого КПД не стоит. Сориентировавшись, что его будет достаточно – можно приступать.

Работу можно поделить на несколько основных этапов:

  1. Изготовить короб
  2. Изготовить радиатор или теплообменник
  3. Изготовить аванкамеру и накопитель
  4. Собрать коллектор

Чтобы изготовить коробку под солнечный коллектор своими руками, следует заготовить обрезную доску толщиной 25-35 мм и в ширину 100-130 мм. Дно ее следует сделать текстолитовым, оснастив его ребрами. Оно также должно быть хорошо теплоизолированное при помощи пенопласта (но предпочтение отдают минеральной вате), накрытого оцинкованным листом.

Еще 4 эффективных способа альтернативного отопления дома

О которых вы можете узнать в нашей следующей статье

Подготовив короб, настает пора мастерить теплообменник. Следует придерживаться инструкции:

  1. Необходимо подготовить 15 тонкостенных металлических трубок длиной 160 см и две дюймовые трубы длиной 70 см
  2. В обоих утолщенных трубках сверлятся отверстия диаметра меньших трубок, в которые они будут устанавливаться. При этом нужно следить за тем, чтоб они были по одной стороне соосны, максимальный шаг между ними 4.5 см
  3. Следующий этап – все трубки нужно собрать в единую конструкцию и надежно сварить
  4. Теплообменник монтируется на лист оцинковки (ранее прикрепленный к коробу) и фиксируется при помощи стальных хомутов (можно сделать металлические зажимы)
  5. Днище короба рекомендуют покрасить в темный цвет (например, черный) – он будет лучше поглощать солнечное тепло, но чтобы снизить тепловые потери, внешние элементы красятся белым
  6. Завершить монтаж коллектора необходимо установкой покровного стекла около стенок, при этом не забыв о надежной герметизации стыков
  7. Между трубками и стеклом оставляется расстояние, равное 10-12 мм

Остается соорудить накопитель под солнечный коллектор. Его роль может исполнять герметичная емкость, объем которой варьируется около 150-400 л. Если найти одну такую бочку не удается, можно сварить между собой несколько небольших.

Как и коллектор, накопительный бак основательно изолируют от потерь тепла. Остается изготовить аванкамеру – небольшой сосуд объемом 35-40 л. Он должен оснащаться падающим воду устройством (шарнирным краном).

Остается самый ответственный и важный этап – собрать коллектор воедино. Сделать это можно таким образом:

  1. Вначале необходимо установить аванкамеру и накопитель. Необходимо следить, чтоб уровень жидкости в последнем был на 0.8 м ниже, чем в аванкамере. Так как воды в таких устройствах может собираться немало, необходимо продумать, каким образом они будут надежно перекрываться
  2. Коллектор размещается на крыше дома. Исходя из практики, рекомендуется делать это на южной стороне, наклонив установку под углом 35-40 градусов к горизонту
  3. Но нужно учитывать, что между накопителем и теплообменником расстояние не должно превышать 0.5-0.7 м, иначе потери будут слишком существенны
  4. В конце должна получиться следующая последовательность: аванкамера обязана располагаться выше накопителя, последний – выше коллектора

Наступает самый ответственный этап – необходимо соединить все составляющие воедино и подключить к готовой системе водопроводную сеть. Для этого потребуется посетить магазин сантехники и приобрести необходимые фитинги, переходники, сгоны и прочую запорную арматуру. Высоконапорные участки рекомендуют соединять трубой диаметром 0.5 дюйма, низконапорные – 1 дюйм.

Введение в эксплуатацию выполняется следующим образом:

  1. Установка заполняется водой посредством нижнего дренажного отверстия
  2. Подсоединяется аванкамера и регулируются уровни жидкости
  3. Необходимо пройтись вдоль системы и проверить, чтобы не было утечек
  4. Все готово к повседневной эксплуатации

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.

Экран на батарею отопления своими руками. — здесь больше полезной информации.

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.

Вас заинтересует эта статья — Как выбрать электрокотел для отопления?

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

Теплоносители для гелиосистем

Основным теплоносителем для систем теплоснабжения является вода. Однако ее применение в гелиосистемах ограничено температурой кристаллизации, составляющей 0оС, а значит применение воды в роли теплоносителя ограничивается климатическими зонами, где не бывает отрицательных температур. Кроме того, содержащиеся в воде соли засоряют поверхности нагрева накипью, а коррозионный агент – кислород – повреждает металлические части систем теплоснабжения и способствует разложению теплоносителя на составляющие элементы. Поэтому для гелиосистем был разработан вид теплоносителя, лишенный вышеперечисленных недостатков.

Основой такого теплоносителя является пропиленгликоль, смешанный с водой, прошедшей водоподготовку в виде деминерализации.

Кроме того, для уменьшения коррозирующего и разлагающего воздействия кислорода, в теплоноситель добавляют антиокислительные присадки, образование пузырьков газа в жидкости уменьшается добавлением пеногасителей, а стабилизаторы, добавленные в теплоноситель, помогают сохранять раствор химически однородным. Как правило, теплоносители для гелиосистем продаются уже в готовом виде. Концентрация пропиленгликогеля в них составляет от 40% и выше, что соответствует температуре кристаллизации от -30оС и ниже. Показатель кислотно-щелочного баланса (рН) для готового теплоносителя поддерживается в щелочной зоне (≥ 7,0) для уменьшения коррозирующего действия.

При эксплуатации теплоносителей гелиосистем не следует смешивать теплоносители от разных производителей, так как разные как по количественным, так и по качественным свойствам составы могут вступить в химическую реакцию, приведя гелиосистему в негодность.

Солнечная энергетика в условиях современного энергетического и экономического кризиса является одним из перспективнейших направлений технологий, направленных на сохранение невосполнимых ресурсов нашей планеты.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий