Опалення будинку електричними сонячними батареями

Альтернативні джерела енергії стають все більш популярними. Це можливість заощадити на паливі і зробити екологічно чистою свою систему життєзабезпечення. Використовуючи енергію сонця і подібних джерел, можна своє житло перетворити в сучасний екобудинок.

Як в приватному будинку обладнати опалення на сонячних батареях, наскільки це вигідно?

Способи використання сонячної енергії

Методи застосування сонячної енергії не належать до інноваційних технологій, сонячне тепло використовують давно і вельми успішно. Однак це стосується, в основному, південних регіонів, де альтернативну енергію можна отримувати протягом всього року. Північні області відчувають дефіцит природного випромінювання, тому його застосовують в якості додаткового або запасного варіанту.

Посередниками між сонячними променями і створює енергію механізмом є електричні сонячні батареї та колектори, які відрізняються і призначенням, і конструкцією.

Батареї акумулюють енергію сонця в акумуляторах і дозволяють використовувати її для живлення побутових електричних приладів. Вони являють собою панелі з фотоелементами з одного боку і фіксуючим механізмом з іншого. Можна поекспериментувати і зібрати батарею самостійно, але простіше купити готові елементи – вибір досить широкий.

Геліосистеми (сонячні колектори) є частиною опалювальної системи будинку. Це великі теплоізольовані короба трубками всередині по яким протікає теплоносій. Як і батареї, їх кріплять на піднятих щитах, звернених до сонця, або схилах даху.

Для підвищення ефективності панелі поміщають на динамічні механізми, що нагадують систему стеження – вони повертаються слідом за рухом сонця. Процес перетворення енергії відбувається в трубках, розташованих усередині коробів.

Головна відмінність геліосистем від сонячних електричних батарей в тому, що перші нагрівають безпосередньо теплоносій, а другі виробляють та акумулюють електроенергію. Є можливість обігрівати приміщення і за допомогою фотоелементів, але схеми пристрою нераціональні й придатні тільки для тих для районів, де сонячних днів в році не менше 200.

Плюси і мінуси альтернативної енергетики

Переваги у сонячних систем обігріву вагомі. Це:

• Екологія
  Це безпечне для мешканців будинку і навколишньої природи, чисте джерело тепла, що не вимагає застосування традиційних видів палива.
• Автономність
  Власники систем зовсім не залежать від цін на енергоносії і від економічної обстановки в країні.
• Економічність
  При збереженні традиційної опалювальної системи з’являється можливість знизити витрати на оплату гарячого водопостачання.
• Загальнодоступність
  Для установки сонячних систем не потрібно дозволу з державних інстанцій.

Є у сонячних батарей і недоліки. Зазвичай їх окупність не менше 3 років (за умови, що сонячної енергії досить і вона використовується у реальному часі). Також установка тільки сонячних модулів зажадає великих грошових вкладень – декілька тисяч доларів для приватного будинку.

Власники сонячних батарей для систем опалення відзначають наступні недоліки:

• високі ціни на обладнання, необхідне для запуску системи в експлуатацію;
• пряма залежність кількості виробленого тепла від географічного положення і погоди;
• обов’язкова наявність резервного джерела, наприклад, газового котла.

Щоб домогтися більшої віддачі, доводиться регулярно стежити за справністю колекторів, очищати їх від сміття і берегти від утворення інею в заморозки.

Електричні сонячні батареї для опалення

Головне призначення фотоелементів, які акумулюють енергію, полягає в забезпеченні будинку електрикою. Щоб включити їх в схему опалювальної системи і домогтися оптимального функціонування, бажано зібрати ланцюг з теплоакумулятором. Саме в ньому буде відбуватися нагрівання води, яка, досягнувши певної температури, заповнить труби і радіатори в вимагають обігріву приміщеннях.

Принцип роботи панелей з фотоелементами

Існує три найпоширеніші види елементів для пристрою сонячних батарей:

• Монокристалічні
  Це тонкі пластини найбільш чистого кремнію, нарізані з вирощеного в штучних умовах кристала. Найпродуктивніша різновид з ККД близько 17-18%. Оптимальна температура для експлуатації – від 5 ºС до 25 ºС.
• Полікристалічні
  Виготовлені з пластин, отриманих при поступовому охолодженні кремнієвого розплаву. Технологіях їх виробництва менш трудомістка, але і ККД фотоелектричних елементів з полікристала істотно нижче – не більше 12%.
• Аморфні
  Вони ж плівкові. Виготовлені методом випарної фази, в результаті якого кремній у вигляді тонкої плівки осідає на полімерній гнучкій основі. Найдешевший виробничий спосіб поєднується з намой низькою продуктивністю, яку можна обчислити до 7%.

Для установки автономних опалювальних систем найбільш прийнятним варіантом вважають фотоелектричні батареї , зібрані з монокристалічних елементів. Однак батареї з аморфними модулями простіше в установці, практично не вимогливі до основи і набагато дешевше.

Монокристалічний модуль складається з послідовно підключених елементів, об’єднаних в модулі. Кілька модулів формують сонячну батарею. Темна поверхня фотоелектричних геліосистем оптимізує поглинання сонячних променів. Завдання зовнішніх елементів – поглинати і перетворювати сонячні промені. Вивільнена енергія надходить далі і концентрується в акумуляторі. Невеликий елемент дає близько 100-250 Вт, а збірна панель площею 25-30 м² забезпечує електрикою невеликий будиночок. Для пристрою системи обігріву буде потрібно енергії в 2-3 рази більше. У ролі перетворювача постійного струму сонячного «виробництва» в електрику виступає інвертор, так як для роботи побутових електроприладів і світильників необхідний змінний струм.

Якщо говорити про опалювальну систему, то потрібен електричний котел для нагрівання води який також працює на змінному струмі. Для забезпечення житла світлом вночі будуть потрібні акумулятори, що зберігають денні запаси електроенергії. Інвертор встановлюють в зручному для обслуговування місці, хоча він не потребує постійного управління і діє в автоматичному режимі.

Ефективність використання фотоелементів

Припустимо, у вас є функціонуюча робоча система з сонячним генератором, але поки вона служить для подачі електрики і забезпечення будинку гарячою водою. Зрозуміло, що купувати нове обладнання невигідно, тому легше збільшити потужності, придбавши кілька фотоелектричних перетворювачів. Бюджетний варіант – кремнієві панелі з продуктивністю до 23-25%.

До джерела струму необхідно підключити опалювальний прилад, що працює на електриці. Універсальний варіант – електрокотел. Якщо правильно організувати подачу електроенергії, її має вистачити і для гарячого водопостачання, і для опалення. Існують приклади, коли будинок повністю забезпечений теплом – його можна дізнатися по даху, він практично повністю покритий панелями.

Іноді потрібно зведення спеціальних окремо розташованих конструкцій, якщо площі покрівлі не вистачає. Виходить, що для збільшення потужності необхідна додаткова вільна площа коло будинку. Навіть самі ретельні підрахунки не допоможуть вам визначити точну кількість потенційної енергії і оперативно створити ефективну, злагоджену систему. На практиці виникають перешкоди, появу яких передбачити досить складно.

Ось деякі з факторів:

• Мінливість погоди
  Чітка кількість сонячних днів невідома навіть в південних областях. Достовірно передбачити їх число в північних районах практично неможливо.
• Нерегулярність отримання електрики
  Наприклад, в північних регіонах взимку короткий світловий день, тому багато переробленої сонячної енергії йде на освітлення. До того ж інтенсивність сонячного випромінювання в зимовий період істотно зменшується.
• Періодичні поломки
  Як і всі технічні системи сонячні батареї можуть час від часу виходити з ладу через пошкодження окремих елементів, контрактних з’єднань, захисної поверхні і т.д.

Отже, про ефективність ви можете дізнатися лише через певний проміжок часу, мінімум – через рік. Можливо, доведеться збільшити кількість фотоелементів або акумуляторів, продумати додаткову теплоізоляцію будинку, зменшити опалювальну площу. Наприклад, в північних районах Німеччини з метою економії спальні часто вже не опалюються взагалі.

Обслуговування встановлених фотоелементів не вимагає спеціальних умінь і полягає в регулярному чищенні: прибирання снігу взимку і сміття в теплий період, промиванні скляної поверхні водою зі шланга

Схема установки побутової електростанції

Найпростіший спосіб установки сонячного генератора – звернутись в компанію, що реалізує системні компоненти і пропонує послуги з їх монтажу. Плюси такого рішення – професійний проект з урахуванням індивідуальних особливостей, гарантія на всю продукцію і установку. Недолік – висока вартість.

Якщо ви маєте відповідний досвід, можете самостійно зібрати міні-електростанцію з сонячними батареями для опалення приватного будинку.

Схема сонячної станції

Найбільш ефективною вважається гібридна схема повітряно-сонячної системи, в якій задіяні фотоелементи для отримання енергії, колектори для нагрівання води і додатково встановлено вітрогенератор. Всі деталі для зборки системи опалення продаються в спеціалізованих магазинах.

Необхідно придбати наступні компоненти:

• комплект кремнієвих або плівкових сонячних модулів;
• акумуляторну батарею;
• контролер заряду, який регулює процес зарядки-розрядки акумулятора;
• інвертор, що перетворює постійний струм в змінний;
• набір з’єднують кабелів.

Бажано, щоб акумулятори були однаковими (з урахуванням марки, ємності і навіть партії) і мали можливість зберігати енергію протягом 3-4 днів. Тривалість їх роботи залежить від температури приміщення – в холодних умовах вони швидко розряджаються. Якщо добове споживання до 2400 Вт-ч, необхідні батареї загальною ємністю не менше 1000 А-ч.

При використанні автомобільних акумуляторів пам’ятайте, що їх максимальна ефективність – 70-75% (термін служби – 3 роки), спеціальні пристрої для сонячних систем мають кращі показники – до 85% (термін служби – 10 років). Деяка кількість енергії втрачається в процесі зберігання і перетворення
Якість струму, що виробляється синусоїдальними инверторами для сонячних систем , вище показників струму з централізованої мережі. Особливість обладнання полягає в синхронізації фази напруги, при якій перехід 12 В в 220 В здійснюється без перерви у функціонуванні побутових електричних приладів.

Потужність інверторів – від 250 Вт до 6000 Вт і вище. Збільшити потужність на виході можна пустеем паралельного підключення декількох приладів. Після монтажу всіх елементів сонячної системи необхідно до інвертора підключити електричний бак, що нагріває воду, а до баку, в свою чергу, трубопровід опалення.

Висновок
Опалення сонячними батареями достатньо складне в реалізації и коштує недешево. Проте з врахуванням зростання цін на газ, реалізація такого проекту може бути доцільною. Якщо вам дозволяють фінанси, варто задуматись над встановленням сонячних батарей для опалення та ГВП. До того ж, це ваша повна автономність.