Grijanje privatne kuće solarnim pločama: dijagrami i uređaj

Razlozi popularnosti alternativnih izvora energije sasvim su razumljivi: postoji prilika da se uštedi na gorivu i ostvare snovi o ekološki prihvatljivim sustavima za održavanje života. Vješto koristeći energiju sunca, vjetra i vode, običnu seosku kuću možete pretvoriti u modernu eko-kuću.

Reći ćemo vam kako instalirati solarno grijanje u privatnoj kući, a mi ćemo s vama analizirati koliko je to isplativo. Kako bismo temeljito pokrili pitanja korištenja energije dnevnog svjetla, detaljno smo opisali sve popularne opcije koje su dobile praktičnu primjenu i pozitivne recenzije korisnika.

Uzimajući u obzir naše preporuke, možete izgraditi učinkovit solarni sustav za ljetnu kuću ili seosku kuću. Kako bismo olakšali razumijevanje teškog materijala, informacije smo dopunili vizualnim dijagramima, ilustracijama i videouputama.

Načini korištenja sunčeve energije

Metode primjene energije nebeskog tijela ne spadaju u inovativne tehnologije, solarna toplina se koristi već dugo i vrlo uspješno. Međutim, to se uglavnom odnosi na Australiju, neke zemlje u Europi, Americi i južnim regijama, gdje se alternativna energija može dobiti tijekom cijele godine.

Nekim sjevernim regijama nedostaje prirodno zračenje, pa se koristi kao dodatna ili rezervna opcija.

Posrednici između sunčevih zraka i mehanizma za stvaranje energije su solarni paneli ili kolektori koji se razlikuju po namjeni i izvedbi.

Baterije akumuliraju sunčevu energiju i omogućuju njezino korištenje za napajanje kućanskih električnih uređaja. To su ploče s fotoćelijama s jedne strane i mehanizmom za zaključavanje s druge strane. Možete sami eksperimentirati i sastaviti bateriju, ali lakše je kupiti gotove elemente - izbor je prilično širok.

Solarni sustavi (solarni kolektori) dio su sustava grijanja kuće. Velike toplinski izolirane kutije s rashladnom tekućinom, poput baterija, montirane su na podignute ploče okrenute prema suncu ili krovnim padinama.

Pogrešno je vjerovati da apsolutno sve sjeverne regije dobivaju mnogo manje prirodne topline od južnih. Pretpostavimo da ima mnogo više sunčanih dana u Chukotki ili središnjoj Kanadi nego u Velikoj Britaniji koja se nalazi na jugu

Kako bi se povećala učinkovitost, paneli su postavljeni na dinamičke mehanizme koji nalikuju sustavu za praćenje – okreću se prateći kretanje sunca. Proces pretvorbe energije odvija se u cijevima koje se nalaze unutar kutija.

Glavna razlika između solarnih sustava i solarnih panela je u tome što prvi zagrijavaju rashladnu tekućinu, a drugi akumuliraju električnu energiju. Moguće je zagrijati prostoriju pomoću fotoćelija, ali projektne sheme su iracionalne i prikladne su samo za područja u kojima ima najmanje 200 sunčanih dana godišnje.

Dijagram sustava grijanja sa solarnim kolektorom spojenim na kotao i rezervni izvor električne energije (na primjer, plinski kotao) koji radi na tradicionalno gorivo (+)

Za i protiv alternativnog sustava grijanja

Nema mnogo prednosti solarnog sustava grijanja, ali svaka od njih je značajna i može postati razlog za privatne eksperimente:

• Prednosti za okoliš. Ovo je čisti izvor topline koji je siguran za stanovnike kuće i okolnog okoliša i ne zahtijeva korištenje tradicionalnih vrsta goriva.
• Autonomija. Vlasnici sustava su apsolutno neovisni o cijenama energije i ekonomskoj situaciji u zemlji.
• Ekonomičan. Održavanjem tradicionalnog sustava grijanja moguće je smanjiti troškove plaćanja tople vode.
• Javna dostupnost. Za ugradnju solarnih sustava nije vam potrebna dozvola državnih tijela.

Ali postoje i neugodni trenuci koji mogu pokvariti cjelokupnu sliku. Na primjer, utvrđivanje učinkovitosti sustava zahtijevat će dugo razdoblje - najmanje 3 godine (pod uvjetom da ima dovoljno sunčeve energije i da se aktivno koristi).

Samo postavljanje solarnih modula zahtijevat će velika ulaganja: najjeftinije silikonske ploče koštat će najmanje 2200 rubalja. po komadu, a polikristalni šestdiodni elementi prve kategorije - do 17.000 po komadu. Izračunavanje cijene 30 modula je prilično jednostavno (+)

Korisnici bilježe sljedeće nedostatke:

• visoke cijene opreme potrebne za puštanje sustava u rad;
• izravna ovisnost količine proizvedene topline o geografskom položaju i vremenu;
• obvezna prisutnost rezervnog izvora, na primjer, plinskog kotla (u praksi je solarni sustav često rezervni).

Da biste postigli veće povrate, morate redovito pratiti ispravnost kolektora, čistiti ih od krhotina i zaštititi od stvaranja leda tijekom mraza. Ako temperatura često pada ispod 0ºC, morate se pobrinuti za dodatnu toplinsku izolaciju ne samo elemenata solarnog sustava, već i kuće u cjelini.

Solarna energija za grijanje

Glavna svrha fotonaponskih ćelija za pohranu energije je opskrba doma električnom energijom. Da ih uključim u dijagram uređaji sustava grijanja a za postizanje optimalnog rada potrebno je sklop sklopiti sa spremnikom.

U njemu će se zagrijavati voda koja će, nakon što postigne određenu temperaturu, napuniti cijevi i radijatore u prostorijama koje zahtijevaju grijanje (dnevni boravak, kupaonica).

Sustav na solarnu energiju, s dvokružnim spremnikom koji organizira grijanje i opskrbu toplom vodom u dva smjera: do radijatora grijanja i do razdjelnih točaka (+)

Pokušajmo analizirati značajke dizajna solarnih panela i odrediti njihovu potencijalnu ulogu u sustavu grijanja.

Princip rada panela s fotoćelijama

Postoje tri uobičajene vrste elemenata za solarne ploče:

• Monokristalni. To su tanke pločice od najčišćeg silicija, izrezane iz kristala uzgojenog u umjetnim uvjetima. Najproduktivnija sorta s učinkovitošću od oko 17-18%. Optimalna temperatura za rad je od 5 ºS do 25 ºS.

• Polikristalni. Izrađen od pločica dobivenih postupnim hlađenjem taline silicija. Tehnologija njihove proizvodnje manje je radno intenzivna, ali je učinkovitost fotonaponskih elemenata izrađenih od polikristala znatno niža - ne više od 12%.

• Amorfna. Oni su film. Proizvedeno metodom faze isparavanja, pri čemu se silicij u obliku tankog filma taloži na fleksibilnu polimernu podlogu. Najjeftiniji način proizvodnje kombinira se s niskom produktivnošću, koja se procjenjuje na do 7%.

Za ugradnju autonomnih sustava grijanja u sjevernim regijama smatra se najprikladnijom opcijom fotonaponske baterije, sastavljen od monokristalnih elemenata. Međutim, baterije s amorfnim modulima lakše se postavljaju, praktički ne zahtijevaju bazu i puno su jeftinije.

Monokristalni modul sastoji se od serijski spojenih elemenata spojenih u module. Nekoliko modula čini solarnu bateriju.Tamna površina solarnih fotonaponskih sustava optimizira apsorpciju sunčevih zraka

Zadaća vanjskih elemenata je upijanje i transformacija sunčevih zraka. Oslobođena energija ide dalje i koncentrira se u spremniku. Mali element proizvodi oko 100-250 W, a montažna ploča od 25-30 m² daje struju maloj kući. Ugradnja sustava grijanja zahtijevat će 2-3 puta više energije.

Inverter djeluje kao pretvarač istosmjerne struje iz solarne “proizvodnje” u električnu energiju, budući da je izmjenična struja potrebna za rad kućanskih električnih uređaja i svjetiljki.

Ako govorimo konkretno o sustavu grijanja, električni kotao za grijanje vode također radi na izmjeničnu struju. Kako biste osigurali svjetlo svom domu noću, trebat će vam baterije koje čuvaju dnevne zalihe.

Inverter moduli su instalirani na mjestu pogodnom za održavanje, iako ne zahtijevaju stalnu kontrolu i rade u automatskom načinu rada (+)

Učinkovitost korištenja fotoćelija

Najlakše za kupnju solarni kolektori i primijenite jednu od jednostavnih shema koje su se godinama dokazale. Međutim, okolnosti ponekad diktiraju vlastite uvjete. Recimo da imate odlično funkcionirajući sustav solarnog generatora, ali za sada on služi samo za opskrbu električnom energijom i toplu vodu u vašem domu.

Jasno je da je kupnja nove opreme neisplativa, pa je lakše povećati snagu kupnjom određenog broja fotoelektričnih pretvarača. Proračunska opcija - silikonske ploče s produktivnošću do 23-25%.

Na izvor struje potrebno je spojiti uređaj za grijanje koji radi na struju.Univerzalna opcija je kotao opremljen distribucijskim ožičenjem.

Elementi polimernog filma mnogo su rjeđi na ruskom tržištu od silikonskih mono- i polikristalnih analoga. Lako se postavljaju, ali imaju nisku učinkovitost - samo 6%

Ako je opskrba električnom energijom pravilno organizirana, trebalo bi biti dovoljno i za opskrbu toplom vodom i za grijanje. Postoje primjeri kada je kuća u potpunosti opskrbljena toplinom - to se može prepoznati po krovu, gotovo potpuno prekrivenom pločama.

Ponekad je potrebno podići posebne samostojeće konstrukcije ako površina krova nije dovoljna. Ispada da je za povećanje snage potreban dodatni slobodni prostor.

Čak i najpažljiviji izračuni neće vam pomoći da odredite točnu količinu potencijalne energije i brzo stvorite učinkovit sustav koji dobro funkcionira. Činjenica je da se u praksi pojavljuju prepreke čije je pojavljivanje prilično teško predvidjeti.

Evo nekih faktora:

• Nedosljednost vremena. Čak ni u južnim krajevima ne zna se točan broj sunčanih dana. Gotovo je nemoguće pouzdano predvidjeti njihov broj u sjevernim krajevima.
• Neredovitost prijema električne energije. Na primjer, u sjevernim regijama zimi ima kratko dnevno svjetlo, pa se puno reciklirane sunčeve energije troši na rasvjetu. Osim toga, intenzitet sunčevog zračenja zimi značajno opada.
• Periodični kvarovi. Kao i svi tehnički sustavi, solarni paneli mogu s vremena na vrijeme otkazati zbog oštećenja pojedinih elemenata, ugovornih spojeva, zaštitnih površina itd.

Posljedično, o djelotvornosti možete saznati tek nakon određenog vremenskog razdoblja, barem nakon godinu dana. Možda će biti potrebno povećati broj fotoćelija ili baterija, razmisliti o dodatnoj toplinskoj izolaciji kuće i smanjiti grijanu površinu. Pretpostavimo da se u sjevernim regijama Njemačke, radi uštede, spavaće sobe često uopće ne griju.

Održavanje ugrađenih fotoćelija ne zahtijeva posebne vještine i sastoji se od redovitog čišćenja: uklanjanje snijega zimi i smeća u toplim razdobljima, pranje staklene površine vodom iz crijeva

Dijagram instalacije kućne elektrane

Najlakši način instalacije solarnih generatora – kontaktiranje tvrtke koja prodaje komponente sustava i nudi usluge instalacije. Pros - profesionalni projekt uzimajući u obzir individualne karakteristike, jamstvo za sve proizvode i instalaciju, minus - visoki trošak.

Ako imate relevantno iskustvo, možete samostalno sastaviti mini elektranu sa solarnim pločama za grijanje privatne kuće.

Najučinkovitijim se smatra hibridna shema za projektiranje zračno-solarnog sustava, u kojem se fotoćelije koriste za proizvodnju energije, kolektori za grijanje vode i ugrađen je dodatni generator vjetra. Može se zamijeniti rezervnim izvorom goriva (+)

Svi dijelovi za sastavljanje sustava grijanja prodaju se u specijaliziranim prodavaonicama.

Morate kupiti sljedeće komponente:

• set silikonskih ili filmskih solarnih modula;
• punjiva baterija koja pohranjuje energiju;
• regulator punjenja koji regulira proces punjenja i pražnjenja baterije;
• pretvarač koji pretvara istosmjernu struju u izmjeničnu;
• set spojnih kablova.

Poželjno je da baterije budu iste (uzimajući u obzir marku, kapacitet i čak seriju) i da mogu pohraniti energiju 3-4 dana. Trajanje njihovog rada ovisi o sobnoj temperaturi - u hladnim uvjetima brzo se prazne. Ako je dnevna potrošnja 2400 Wh, potrebne su baterije ukupnog kapaciteta najmanje 1000 Ah.

Kada koristite automobilske baterije, imajte na umu da je njihova maksimalna učinkovitost 70-75% (životni vijek - 3 godine), posebni uređaji za solarne sustave imaju najbolje performanse - do 85% (životni vijek - 10 godina). Dio energije gubi se tijekom skladištenja i pretvorbe

Kvaliteta struje koju stvara sinusoidna pretvarači za solarne sustave, veći od trenutnih pokazatelja iz centralizirane mreže. Posebna značajka opreme je sinkronizacija faze napona, u kojoj se prijelaz s 12 V na 220 V provodi bez prekida u radu kućanskih električnih uređaja.

Snaga pretvarača - od 250 W do 6000 W i više. Možete povećati izlaznu snagu paralelnim spajanjem nekoliko uređaja. Na primjer, 3 x 3000 W = 9000 W (+)

Nakon ugradnje svih elemenata solarnog sustava potrebno je na inverter spojiti električni spremnik koji zagrijava vodu, a na spremnik toplovod.

Sustav grijanja kolektora

Najveća učinkovitost i povrat može se postići ugradnjom kolektora umjesto solarnih modula - vanjskih instalacija u kojima se voda zagrijava pod utjecajem sunčevog zračenja. Takav sustav je logičniji i prirodniji, jer ne zahtijeva zagrijavanje rashladne tekućine drugim uređajima.

Razmotrimo dizajn i princip rada dvije glavne vrste uređaja: ravne i cjevaste.

Ravna verzija za vlastitu proizvodnju

Dizajn ravnih instalacija je toliko jednostavan da iskusni majstori sastavljaju zanatske analoge vlastitim rukama, kupujući neke dijelove u specijaliziranoj trgovini, a neke izrađujući od otpadnog materijala.

Unutar čelične ili aluminijske izolirane kutije nalazi se ploča koja apsorbira sunčevu toplinu. Najčešće je obložen slojem crnog kroma. Apsorber topline zaštićen je s gornje strane zapečaćenim prozirnim poklopcem.

Voda se zagrijava u zmijasto postavljenim cijevima spojenim na ploču. Voda ili antifriz ulaze u kutiju kroz ulaznu cijev, zagrijavaju se u cijevima i kreću prema izlazu - do izlazne cijevi.

Prolaznost svjetla poklopca objašnjava se upotrebom prozirnog materijala - izdržljivog kaljenog stakla ili plastike (na primjer, polikarbonata). Da se sunčeve zrake ne odbijaju, staklena ili plastična površina je matirana (+)

Postoje dvije vrste priključka, jednocijevni i dvocijevni, nema temeljne razlike u izboru. Ali postoji velika razlika u načinu na koji će se rashladna tekućina opskrbljivati ​​kolektorima - gravitacijom ili pomoću pumpe. Prva se opcija smatra neučinkovitom zbog niske brzine kretanja vode, a prema principu grijanja nalikuje spremniku za ljetni tuš.

Funkcioniranje druge opcije događa se zbog spajanja cirkulacijske crpke, koja prisilno opskrbljuje rashladnu tekućinu. Izvor energije za rad crpne opreme može biti solarni energetski sustav.

Temperatura rashladne tekućine kada se zagrijava solarnim kolektorom doseže 45-60 ºS, na izlazu maksimalna vrijednost je 35-40 ºS. Za povećanje učinkovitosti sustava grijanja koriste se "topli podovi" zajedno s radijatorima (+)

Cijevni kolektori - rješenje za sjeverne regije

Opći princip rada podsjeća na funkcioniranje ravnih analoga, ali s jednom razlikom - cijevi za izmjenu topline s rashladnom tekućinom nalaze se unutar staklenih tikvica. Same cijevi mogu biti peraste, s jedne strane zabrtvljene i izgledom podsjećaju na perje, i koaksijalne (vakuumske), umetnute jedna u drugu i zabrtvljene s obje strane.

Izmjenjivači topline također se razlikuju:

• sustav za pretvaranje sunčeve energije u toplinsku Heat-pipe;
• obična cijev za prijenos rashladnog sredstva tipa U.

Drugi tip izmjenjivača topline smatra se učinkovitijim, ali nije dovoljno popularan zbog troškova popravaka: ako jedna cijev ne uspije, cijeli odjeljak morat će se zamijeniti.

Heat-pipe nije dio cijelog segmenta, pa se može promijeniti u 2-3 minute. Pokvareni koaksijalni elementi mogu se popraviti jednostavnim uklanjanjem čepa i zamjenom oštećenog kanala.

Dijagram koji objašnjava ciklički proces zagrijavanja unutar vakuumskih cijevi: hladna tekućina, pod utjecajem sunčeve topline, zagrijava se i isparava, ustupajući mjesto sljedećem dijelu hladnog rashladnog sredstva (+)

Nakon analize tehničkih karakteristika različitih tipova kolektora i sažimanja iskustava njihove uporabe, zaključili smo da su ravni kolektori prikladniji za južne regije, a cijevni kolektori prikladniji za sjeverne regije. Instalacije s Heat-pipe sustavom posebno su se dobro pokazale u oštrim klimatskim uvjetima.Imaju sposobnost grijanja čak iu oblačnim danima i noću, "hraneći se" minimalnom količinom sunčeve svjetlosti.

Uzorak standardnog dijagrama za spajanje solarnih kolektora na kotlovsku opremu: crpna stanica cirkulira vodu, regulator regulira proces grijanja

Metoda povećanja produktivnosti

Obično, nakon eksperimentiranja s malim brojem solarnih modula, vlasnici privatnih kuća idu dalje i poboljšavaju sustav na različite načine.

Najlakši način je povećati broj uključenih modula, u skladu s tim privući dodatni prostor za njihov smještaj i kupiti moćniju srodnu opremu

Što učiniti ako postoji nedostatak slobodnog prostora? Evo nekoliko preporuka za povećanje učinkovitosti solarne stanice (s fotoćelijama ili kolektorima):

• Promjena orijentacije modula. Pokretni elementi u odnosu na položaj sunca. Jednostavno rečeno, ugradnja većine ploča na južnoj strani. Tijekom dugih dnevnih sati također je optimalno koristiti površine okrenute prema istoku i zapadu.

• Podešavanje kuta nagiba. Proizvođač obično navodi koji je kut najpoželjniji (na primjer, 45º), ali ponekad je tijekom instalacije potrebno izvršiti prilagodbe uzimajući u obzir zemljopisnu širinu.

• Ispravan izbor mjesta ugradnje. Krov je prikladan jer je najčešće najviša ravnina i nije zaklonjen drugim predmetima (na primjer, vrtnim drvećem). Ali postoje još prikladnija područja - rotirajući uređaji za praćenje sunca.

Kada su elementi postavljeni okomito na sunčeve zrake, sustav radi učinkovitije, ali na stabilnoj podlozi (npr. krovu) to je moguće samo kratko vrijeme. Kako bi se to povećalo, izumljeni su praktični uređaji za praćenje.

Mehanizmi za praćenje su dinamičke platforme koje se okreću svojim ravninama prateći sunce. Zahvaljujući njima, produktivnost generatora se ljeti povećava za oko 35-40%, a zimi za 10-12%.

Veliki nedostatak uređaja za praćenje je njihova visoka cijena. U nekim slučajevima se to ne isplati pa nema smisla ulagati u beskorisne mehanizme.

Procjenjuje se da je 8 panela minimalan broj pri kojem će troškovi biti opravdani tijekom vremena. Možete koristiti 3-4 modula, ali pod jednim uvjetom: ako su izravno spojeni na pumpu za vodu, zaobilazeći baterije.

Tek prije neki dan, Tesla Motors najavio je stvaranje nove vrste krova - s integriranim solarni paneli. Elon Musk je rekao da će modificirani krov biti jeftiniji od konvencionalnog krova na koji su ugrađeni kolektori ili moduli.

Zaključci i koristan video na tu temu

Tematski videozapisi pomoći će vam da bolje zamislite dizajn kućnih solarnih stanica i otkrit će vam neke od tajni instaliranja opreme.

Video #1. Dostupne tehničke informacije o solarnim panelima i regulatorima punjenja:

Video #2. Korisno iskustvo korištenja solarnih panela u moskovskoj regiji:

Video #3. Primjer uspješnog rada solarne stanice, potpuno samostalno sastavljene, koja osigurava opskrbu toplom vodom i grijanje kuće:

Kao što vidite, solarni sustav grijanja vrlo je stvaran fenomen koji možete sami implementirati. Područje alternativnih metoda dobivanja energije neprestano se razvija, možda ćete već sutra čuti za neko novo otkriće.

Pozivamo vas da aktivno komentirate materijal. Možete izraziti svoj stav prema "zelenoj energiji", podijeliti svoje iskustvo u instaliranju sustava solarnih panela i reći samo vama poznate suptilnosti u bloku koji se nalazi ispod.