Солнечные батареи для отопления дома: виды, как выбрать и правильно их установить

Возможные варианты обустройства солнечного отопления

Варианты сооружения системы солнечного отопления полностью зависят от пожеланий владельца домохозяйства:

• Применение фабричных изделий. Покупка готовых коллекторов с самостоятельной установкой и монтажом.
• Сооружение пилотного проекта.  Он нужен для проверки эффекта от использования системы для дальнейшего производства точных расчетов.
• Самостоятельное выполнение полного цикла работ.  Расчет, проектирование, сооружение «с нуля» гелиосистемы, ее установка.

Вариант №1. Подразумевает выбор правильного места расположения солнечных установок, ведь от этого будет зависеть эффективность их использования. Для монтажа также потребуются специальные навыки.

Рассчитывать же количество панелей не понадобится – достаточно будет озвучить все свои пожелания фирме-поставщику оборудования. Еще нужно будет ответить на уточняющие вопросы менеджеров – все, подбор оптимального количества панелей (коллекторов) произойдет безо всяких сложностей.

Для монтажа гелиоустановки своими руками на крыше нужно заручиться поддержкой как минимум одного помощника. Одному с такой работой справиться не удастся

Вариант №2 – сооружение пилотного проекта. Он будет оптимальным решением для сомневающихся людей. Ведь окончательное решение о замене системы отопления сложно сразу принять. Соорудить солнечный коллектор (воздушный или водяной) небольшого размера и проверить его «в действии» станет полезным опытом.

Оценив реальные затраты на изготовление, сопоставив их с рыночной стоимостью аналогичных систем и просчитав экономию от использования в хозяйстве, принять ответственное решение будет просто.

Вариант №3 – выбор настоящих мастеров.

Для полноценного отопления объекта понадобится провести колоссальную работу:

• Просчитать нужную площадь гелиосистемы.
• Определить место будущего монтажа, укрепить его.
• Дополнительно утеплить жилище.
• Приобрести все элементы для сооружения системы.
• Соорудить солнечную батарею.
• Установить сооруженную систему, ориентируясь на основные требования – угол наклона относительно падения солнечных лучей.

Выполнение полного цикла работ по устройству системы нельзя назвать легким делом, но процесс крайне увлекательный. К тому же, позволяющий сэкономить довольно солидную сумму.

Выбирая тип отопления, использующего солнечную энергию, следует определиться, будет ли оно дополнительно использоваться для нагревания воды и выработки электроэнергии (кликните для увеличения)

Виды солнечных батарей

В настоящее время солнечные батареи представлены несколькими вариантами в зависимости от типа их устройства, и от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой.

I. Классификация по типу их устройства:

1. 1. Гибкие;
2. 2. Жёсткие.

II. В зависимости от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой выделяют:

1. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из кремния. Они в свою очередь бывают монокристаллическими, поликристаллическими и аморфными. Монокристаллические панели достаточно дорогой вариант, но они отличаются высокой мощностью. Поликристаллические дешевле, чем монокристаллические панели. Такие панели медленней теряют свою эффективность с увеличением сроков службы, а так же при нагревании. Аморфные представлены в основном тонкопленочными панелями. Такое устройство солнечной батареи позволяет генерировать солнечный свет, даже в плохих погодных условиях;
2. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из теллурида кадмия;
3. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из селена;
4. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из полимерных материалов;
5. Из органических соединений;
6. Из арсенида галлия
7. Из нескольких материалов одновременно.

Основные типы, которые получили распространение, это многопереходные кремниевые фотоэлементы.

Другие материалы не получили широкого распространения в связи с большой стоимостью.

Особенности установки солнечного отопления

Солнечное отопление является наиболее эффективным в районах, характеризующихся большим количеством солнечных дней (особенно в зимний период времени).

Солнечное (гелиоотопление) отопление дома, выполненное своими руками, должно производиться с учетом специфических особенностей установки:

Схема работы солнечных батарей. Нажмите для увеличения.

Один из наиболее оптимальных вариантов — комбинированное отопление дома газовым (либо электрическим) методом и солнечной энергией.

Данный вариант, характеризующийся интеграцией элементов гелиосистемы в существующую схему теплоснабжения, позволяет значительно повысить эффективность нагрева и увеличить экономические показатели.

При производстве работ в районах, характеризующихся низким значением уровня инсоляции (потока прямых солнечных лучей на горизонтальную поверхность), необходимо особое внимание уделять оптимальному выбору площади коллекторов и правильности их монтажа. При определении уровня инсоляции следует помнить, что ее интенсивность выше в середине дня. В данной связи плоскости коллектора следует ориентировать в южном направлении

Возможны некоторые отклонения в юго-западном либо в юго-восточном направлениях

В данной связи плоскости коллектора следует ориентировать в южном направлении. Возможны некоторые отклонения в юго-западном либо в юго-восточном направлениях

При определении уровня инсоляции следует помнить, что ее интенсивность выше в середине дня. В данной связи плоскости коллектора следует ориентировать в южном направлении. Возможны некоторые отклонения в юго-западном либо в юго-восточном направлениях.

При установке коллекторов необходимо следить за тем, чтобы на них не падала тень от соседних строений либо деревьев. Монтаж коллекторов под углом, равным географической широте данной местности, способен существенно повысить их эффективность.

Это связано с тем, что максимальный уровень поглощения энергии Солнца приходится на расположенные под прямым углом к направлению инсоляции поверхности коллекторов.

Именно поэтому необходимо произвести увеличение угла наклона, что позволит повысить эффективность работы коллектора в зимнее время, несколько увеличив потери тепла летом. Однако летом увеличение тепловых потерь вполне допустимо ввиду переизбытка тепловой энергии.

Активное отопление солнечный свет собирают вакуумные коллекторы

Воздушный солнечный коллектор

Воздушный солнечный коллектор, оснащённый системой принудительной передачи и распределения энергии, способен дать намного больше тепла по сравнению с пассивным вариантом. Скорость циркуляции воздуха автоматически регулируется в зависимости от температуры в доме и степени нагрева коллектора. Нагретый в коллекторах воздух может поступать в систему вентиляции или помещения напрямую. Если его температура достаточно высока, он может использоваться и для нагрева жидкого теплоносителя. Излишки дневной энергии запасают на ночь в теплоаккумуляторах.

Солнечное воздушное отопление на основе гелиоколлектора. Из пустотелой панели (1) по воздушным каналам (6) вентилятор гонит воздух в техническое помещение, где автоматика в зависимости от ситуации распределяет его в блок воздухоподготовки (3) либо массивный теплоаккумулятор (2). Параллельно может нагреваться и змеевик горячего водоснабжения (5). Днём, когда помещения нуждаются в нагреве, система работает в режиме В, тёплый воздух из коллектора направляется в комнаты. При достижении необходимой температуры в доме воздушный поток перенаправляется в теплоаккумулятор, режим А. Ночью, когда коллектор не даёт тепла, заслонка закрывает канал, ведущий к нему, циркуляция осуществляется между теплоаккумулятором и помещениями.

Вакуумный солнечный коллектор

Наиболее совершенное на сегодняшний день устройство для гелиоотопления.

Принципиальная схема вакуумного солнечного коллектора. Жидкий абсорбер, циркулирующий по U-образным трубкам, при нагревании испаряется и поднимается вверх, в коллектор. Последний подсоединён к контуру системы отопления и по нему, в свою очередь, циркулирует жидкий теплоноситель. Абсорбер отдаёт энергию теплоносителю, остывает, конденсируется, опускается вниз. Цикл повторяется

Солнечное отопление загородного дома на основе вакуумных коллекторов значительно эффективнее других гелиосистем, однако, помимо традиционной для гелиосистем неравномерности генерации тепла, у него имеется ещё три существенных недостатка: на сильном морозе теплоотдача резко падает, установки хрупки и дорого стоят.

Вакуумные солнечные коллекторы следует устанавливать таким образом, чтобы они были защищены от вандалов. Это особенно актуально для нашей страны, попасть камешком в стеклянную трубочку — милое дело

Вакуумные панели не подключают к системе отопления напрямую. Необходимы, как минимум, буферные ёмкости, которые будут сглаживать неравномерность выработки тепла.

«Правильная» схема подключения вакуумного гелиоколлектора к системе отопления. Тепло передаётся не напрямую, а через теплообменник, дневные излишки тепла на ночь запасаются в теплоаккумуляторе (буферном баке)

Обратите внимание, что на схеме изображён «нормальный» отопительный котёл, солярная система лишь дополняет его

Электрические солнечные панели можно использовать для отопления лишь косвенно. Расходовать электроэнергию на нагрев помещений напрямую неразумно, ей можно найти более рациональное применение. Например, направить на работу вентиляторов и автоматики активных гелиосистем.

Стоимость системы

Фиксированной стоимости индивидуального отопления с использованием солнечных коллекторов не существует, так как в ней всегда присутствует котел, и каким он будет – напольным или настенным, конденсационным или традиционным, газовым, дизельным или электрическим – решается под каждый конкретный дом. Также, как и в любой другой отопительной системе, цена будет складываться из таких показателей, как площадь дома, расчет теплопотерь, наличие и площадь теплых полов.

В случае с организацией горячего водоснабжения посредством подключения солнечных коллекторов, существуют разработанные пакетные предложения, так как необходимый объем воды можно классифицировать по количеству проживающих в доме людей и общему числу потребителей. Например, стоимость системы горячего водоснабжения с использованием плоского солнечного коллектора немецкой компании Huch EnTEC составит около 165000 рублей. В эту сумму входят также все необходимые крепепжи, термостатический смеситель, группа подключения расширительного бака, бивалентный водонагреватель, группа безопасности водонагревателя, незамерзающий теплоноситель для гелиосистемы.

Устройство и принцип действия солнечной батареи

Когда-то пытливые умы открыли для нас природные вещества, вырабатывающие под воздействием частиц света солнца, фотонов, электрическую энергию. Процесс назвали фотоэлектрическим эффектом. Ученые научились управлять микрофизическим явлением.

На основе полупроводниковых материалов они создали компактные электронные приборы – фотоэлементы.

Производители освоили технологию объединения миниатюрных преобразователей в эффективные гелиопанели. КПД панельных солнечных модулей из кремния широко производимых промышленностью 18-22%.

Из описания схемы наглядно видно: все комплектующие элементы электростанции одинаково важны – от их грамотного подбора зависит согласованная работа системы

Из модулей собирается солнечная батарея. Она является конечным пунктом путешествия фотонов от Солнца до Земли. Отсюда эти составляющие светового излучения продолжают свой путь уже внутри электрической цепи как частицы постоянного тока.

Они распределяются по аккумуляторам, либо подвергаются трансформации в заряды переменного электротока напряжением 220 вольт, питающего всевозможные домашние технические устройства.

Солнечная батарея представляет собой комплекс последовательно соединенных полупроводниковых устройств – фотоэлементов, преобразующих солнечную энергию в электрическую

Размеры

Расчет размера солнечных батарей требует таких параметров как точная площадь дома и месячный расход электричества с семьи. Так, средняя семья из 3 человек затрачивает около 250-450 кВт при использовании бытовой техники. К этому необходимо добавить нагрев воды в зависимости от объема резервуара.

Для удовлетворения затрат электроэнергии на 1 человека понадобится площадь батареи в 1м2, а чтобы обогреть 10 м² площади пола также понадобится 1 м² солнечной батареи. Расчет облучения батарей нужно осуществлять, ориентируясь на 1000 кВт/ч на 1 м² за год. Произведенное электричество будет равно энергии расходования 100 л газа.

Солнечные коллекторы площадью в 5 м², способны обеспечить горячей водой дом средних размеров. Они производят электроэнергию, равную примерно 2100 кВт/ч в год.

Полностью отключать коммунальное отопление не стоит — в холодный период солнечное тепло питает батареи пассивно, на погоду положиться нельзя. Лучше совмещать отопление на солнечной энергии с другим типом: если батареи не смогут получить необходимого количества солнечной энергии, то ее легко можно будет заменить.

Тип солнечных батарей и их комплектация

Разделение солнечных батарей происходит по мощности. Здесь два типа:

1. Малой мощности – 12-24 в. Этой энергии хватить, чтобы обеспечить электричеством несколько бытовых приборов. К примеру, телевизор или компьютер, можно полностью осветить дом.
2. Большой мощности. Это целая система, которая будет обеспечивать электроэнергией не только бытовые приборы и освещение, но и систему отопления. Можно по мощности подобрать батареи так, чтобы ее хватило только на определенные нужды. К примеру, только на отопление.

Если говорить о комплектации отопления от солнечных батарей, то в нее входят:

• Солнечные элементы коллекторного типа. Их еще называют вакуумные.
• Контролер, который контролирует работу всей системы в целом. Очень необходимый прибор, от работы которого зависит эффективность работы всего отопления.
• Циркуляционный насос, который гонят воду от накопительного бака через коллектор по всей системе отопления.
• Накопительный резервуар для теплоносителя. Его объем может варьироваться в пределах 500-1000 литров.

Нюансы расчета мощности

Чтобы точно определить необходимую мощность солнечных батарей, нужно определиться, на какие цели будет использована потребляемая энергия. А это будет зависеть от площади и объема дома, от количества проживающих в нем человек и от периодичности потребления этой энергии.

К примеру, семья из трех-четырех человек потребляет 200-500 кВт в месяц. И это только общее потребление на освещение, приборы и отопление. Если сюда прибавляется горячее водоснабжение, то мощность солнечных элементов придется увеличить. То же самое относится к системе отопления «теплый пол». Кстати, с теплыми полами мощность рассчитывается из соотношения 10 м² пола на 1м² плоскости солнечного элемента. Если используется обычное водяное трубное отопление, где установлен обычный электрический нагревательный котел, то соотношение будет другим: 1000 кВт/ч на один квадратный метр площади дома в год

Обратите внимание – в год. Если сравнивать это потребление, переводя его на использование природного газа, то соотношение будет таким: 100 л газа на 1 м². В настоящее время производители предлагают высокомощные солнечные батареи компактных размеров

Есть на рынке модели площадью 4 м², которые в год могут выдавать 2000 кВт/ч

В настоящее время производители предлагают высокомощные солнечные батареи компактных размеров. Есть на рынке модели площадью 4 м², которые в год могут выдавать 2000 кВт/ч.

Специалисты же считают, что для российских климатических условий отказ от основных способов обогрева помещений – это неправильное решение. Солнечные батареи зимой будут работать неэффективно, так что проблемы с внутренней температурой будут возникать всегда. Оптимальный вариант – комбинированный подход к решению данной задачи. То есть использовать традиционные виды топлива для отопительной системы, а солнечные батареи использовать как вспомогательный вариант.

Типы и модели

Как выполнятся монтаж

Выбирают место, где будут фиксироваться панели. Оценивают факторы:

• тень: следует найти наиболее ярко освещаемый на протяжении всего дня участок;
• ориентация по сторонам света: если объект расположен на севере, модуль располагают лицевой панелью к югу и, наоборот;
• угол наклона: он должен соответствовать широте, в которой находится объект (в зависимости от положения относительно экватора осуществляется коррекция 12°).

Монтаж солнечных панелей

Крепить панели можно на крыше дома или при помощи специальных ферм. В первом случае достаточно зафиксировать профили. К ним уже крепят модули при помощи болтового соединения. Когда же солнечные батареи монтируются на специальных конструкциях (фермах), этапы работ будут отличаться:

1. Выполняется сборка профилей, уголков.
2. Подготавливают болты нужного размера, инструмент.
3. Фиксируют панели так, чтобы не было люфта между ними и опорной конструкцией.

Подключение электроники предполагает необходимость присоединения батареи посредством проводов. Соединяют контроллер, инвертор согласно схеме. На последнем этапе вся конструкция подключается к потребителю (обслуживаемому объекту).

Монтаж солнечной батареи

Начать изготовление станции нужно с разработки проекта.

На этом этапе учитываются следующие факторы:

— место установки модулей;

— расчёт угла наклона конструкции;

— если предполагается использовать кровлю под установку, просчитать несущую способность кровельного каркаса, стен и фундамента;

— отдельное помещение или уголок в доме под аккумуляторы.

После приобретения необходимого оборудования и фотоэлементов выполняется монтаж.

• Каркас собирается из алюминиевого уголка шириной 35 мм. Объем ячейки должен соответствовать размерам необходимого количества фотоэлементов (835х690 мм).

• В заготовленной раме из алюминия сделать отверстия для метизов.

• Внутреннюю часть уголка обработать герметиком в два слоя.

• В раму уложить лист из оргстекла, поликарбоната, плексигласа или другого материала. Уплотнить соединения рамы и листа путём лёгкого прижима поверхностей по периметру. Оставить на открытом воздухе до полного высыхания.

• Зафиксировать стекло десятью метизами в отверстия, размещённые по углам и сторонам рамки.

• Перед креплением фотоэлементов очистить поверхность от пыли.

• Припаять проводник к плитке, предварительно протерев контакты спиртом и уложив на них флюс. Во время работы с кристаллом нужно избегать давления на него. Хрупкая структура может разрушиться.

• Уложить по всей длине контакта шину и медленно провести по ней горячим паяльником.

• Перевернуть пластины и выполнить пайку аналогичным образом.

• Выложить фотоэлементы на оргстекло в рамке, зафиксировать их с помощью монтажной ленты. Раскладку легче выполнить после разметки. Для крепления рекомендуется использовать силиконовый клей, который наносится точечным способом. Одной капли на плитку достаточно.

• Располагать кристаллы с соблюдением зазора 3-5 мм, чтобы избежать деформирования поверхности при нагревании.

• Выполнить соединение проводников по краям фотоэлементов с общими шинами.

• Специальным прибором протестировать качество пайки.

• Герметизировать панель, нанеся герметик между плитками

Осторожно придавить их пальцами, чтобы края плотно прилегли к стеклу и промазать герметиком края рамки

• С боковой стороны каркаса установить соединительный разъем, к которому подключить диоды Шоттки.

• Закрыть рамку защитным стеклом. Уплотнить все соединения для предотвращения попадания внутрь влаги.

• Лицевую сторону панели обработать лаком.

• Закрепить панель на кровлю или другое место, расположенное на солнечной стороне.

Достоинства и недостатки солнечного отопления

К достоинствам солнечных отопительных систем можно смело отнести следующие качества:

1. Экологичность. Впитывание и преобразование солнечной энергии происходит без каких-либо выбросов вредных веществ, поэтому можно говорить о полной экологической чистоте таких систем.
2. Автономность. Солнечное тепло обходится совершенно бесплатно, что позволяет не думать о текущем уровне цен на энергоносители и необходимости их подведения к своему частному дому.
3. Экономичность. Комбинирование традиционного и альтернативного отопления позволяет неплохо сэкономить в процессе эксплуатации. Если же использовать только солнечное отопление, то все затраты сводятся к приобретению необходимых элементов системы и их обслуживанию.
4. Доступность. Солнечные коллекторы и батареи не нужно согласовывать с какими-либо государственными органами, поскольку работа подобных систем автономна и не представляет какой-либо опасности.

Из недостатков главным образом выделяются следующие качества:

1. Длительный период определения эффективности. Чтобы понять, насколько солнечная система эффективна и выгодна в конкретных условиях эксплуатации, ей необходимо проработать хотя бы 3 года.
2. Высокая стоимость оборудования. Солнечные батареи и комплектующие к ним на сегодняшний день стоят довольно дорого, поэтому без существенных изначальных вложений обойтись не удастся.  
3. Зависимость от внешних условий. Если климат в географической локации, где установлены коллекторы, не отличается большим количеством солнечных дней, то установка солнечных устройств может даже оказаться нецелесообразной.
4. Необходимость резервного отопления. Чтобы отопительная система была надежной, ее необходимо обязательно продублировать (дублирующим контуром обычно выступает именно солнечный обогрев).
5. Требовательность к обслуживанию. Солнечные коллекторы нужно качественно обслуживать, постоянно проводя профилактические и очистительные работы. Запуск системы при отрицательных температурах возможен только в том случае, если она и сам дом имеют надежную защиту от холода.

Крупнейшие производители

Лидерами глобального производства солнечных батарей являются компании Suntech, Yingli, Trina Solar, First Solar и Sharp Solar. Первые три представляют Китай, четвертая – США, а пятая, как нетрудно догадаться, является подразделением японской корпорации Sharp.

Американская компания First Solar не только производит солнечные батареи, но и принимает непосредственное участие в проектировании и строительстве солнечных электростанций. Мощнейшая в мире СЭС Агуа-Калиенте, которая находится в штате Аризона, США – дело рук инженеров First Solar.

Крупнейшую же украинскую СЭС «Перово» строила и снабжала солнечными панелями австрийская компания Activ Solar.

Китайская же компания Suntech прославилась тем, что готовила к летней Олимпиаде-2008 футбольный стадион под названием «Птичье гнездо» в Пекине. Вырабатываемая на протяжении дня с помощью солнечных батарей электроэнергия аккумулируется, а затем используется для освещения стадиона, полива травы на футбольном поле и работы телекоммуникационного оборудования.

Выводы и полезное видео по теме

Применение солнечных панелей в автономных коммуникационных системах:

https://youtube.com/watch?v=pBvnzgHdH9Q

Демонстрация продукции одного из лидеров производства солнечных батарей:

Принцип устройства и работы вакуумного коллектора:

https://youtube.com/watch?v=hE2FMlYVWJQ

Гелиосистемы ежегодно улучшают показатели в преобразовании солнечной энергии. Разработчики уже предлагают огромный выбор коллекторов плоского и трубчатого типа, с использованием кварцевого напыления или монокристаллические модули.

Все это постепенно актуализирует альтернативные источники энергии, вследствие чего солнечная энергия скоро станет доступна каждому.

Имеете опыт подключения или использования солнечных батарей для отопления дома? Или остались вопросы по теме? Пожалуйста, делитесь своим мнением, оставляйте комментарии и участвуйте в обсуждениях. Блок для связи расположен ниже.

Выводы и полезное видео по теме

Владельцы загородного жилья уже давно оценили достоинства альтернативной энергии и активно используют СЭС в качестве постоянного или резервного источника. Полезные рекомендации от пользователей солнечных электростанций помогут вам с монтажом собственной системы.

Видео #1. Пошаговый инструктаж по сборке и подключению:

Видео #2. Разбор нередко встречающихся ошибок при выборе и установке оборудования:

Видео #3. Обзор одного из вариантов домашней установки:

Использование альтернативной энергии для нужд человечества – это действительно большой технологический скачок. Сегодня каждый домовладелец может самостоятельно собрать и подключить солнечную электростанцию, питающую дом электричеством. С учетом окупаемости и экологической чистоты это практичное и результативное решение.

Хотите рассказать о том, как собрали небольшую солнечную электростанцию собственными руками? Есть интересные факты и полезные сведения по теме статьи? Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке, делитесь впечатлениями, мнением и тематическими фотоснимками.