Энергия солнца – альтернативный источник тепла

Идея использования солнечной энергии для отопления не нова. Более того, целесообразность ее применения доказана американцами, китайцами, испанцами, израильтянами и японцами.

Рынок изобилует предложениями различных установок по преобразованию энергии солнца и дальнейшего ее использования для хозяйственных нужд.

Гелиосистемы активно используют в качестве основного источника теплп во многих странах мира. В наших широтах оно пока применяется в качестве дополнения к системе отопления

Стоимость систем зависит от их типа, площади, материала, применяемого при изготовлении. Из года в год наблюдается устойчивая тенденция к снижению цен на все виды солнечных установок – гелиосистем.

Это делает их более доступными широким слоям населения. Вот только пока не каждый желающий готов совершить такую покупку.

Зато, при желании, можно соорудить эффективную систему солнечного отопления своими руками, потратив ощутимо меньше средств.

Привычная система отопления, отлично выполняющая свои функции многие годы, становиться все дороже. Виной этому – глобальное подорожание энергоресурсов во всем мире. Естественное желание, возникающее у хозяина – сэкономить на отоплении, съедающим значительную долю семейного бюджета.

Так солнечная система отопления может полноценно заменить привычную твердотопливную, газовую или любую другую. Все зависит от типа и размера помещения, в котором она будет использоваться.

Вариант, подходящий для зернохранилища не подойдет для жилого дома, а система, удовлетворяющая потребности дачи, никак не справится с отоплением 2-этажного особняка.

Полная замена традиционного отопления солнечным иногда проблематична. Владелец опасается, что система может не справиться или физически не хватает места для монтажа нужного количества панелей.

Поэтому, часто используют комбинированную систему отопления, не отказываясь полностью от установленного газового (электрического или другого) оборудования. Уровень замещения привычного отопления солнечным может достигать 90%.

Также, важное значение имеет годовое количество солнечных дней местности, в которой располагается жилище. Причем, среднесуточная температура не столь важна. Многие установки эффективно поглощают свет в зимние морозные дни (солнечные коллекторы, использующие в качестве теплоносителя антифриз).

Кроме отопления солнечная установка способна обеспечить жилище теплой водой и электроэнергией

Устройство гибких панелей

Первое, что необходимо сделать перед тем, как установить и подключить солнечную батарею – определиться с местом размещения агрегата.

Для установки фотоэлектрических модулей удобно использовать стационарные конструкции, выполненные из металлических профилей, либо же более модернизированные поворотные аналоги

Солнечные батареи можно размещать практически в любой хорошо освещаемой точке:

• на крыше загородного коттеджа;
• на балконе многоквартирного дома;
• на прилегающей к дому территории.

Главное – обеспечить необходимые условия для получения максимальной выработки электроэнергии. Одним из таковых является ориентация и угол наклона относительно горизонта. Так светопоглощающая поверхность агрегата должна быть направлена в южную сторону.

В идеале солнечные лучи должны падать на нее под 90°. Чтобы добиться этого эффекта, необходимо подобрать оптимальный угол уклона в зависимости от климатических условий региона. Для каждого региона этот показатель свой.

Чтобы обеспечить максимальную производительность солнечных батарей, угол наклона устройств рекомендуется менять 2-4 раза в год: 18 апреля, 24 августа, 7 октября и 5 марта

К примеру, в московском регионе угол наклона размещения поверхности солнечных батарей для летних месяцев составляет 15-20°, а в зимние месяцы изменяется до отметки в 60-70°.

Галерея изображений

Фото из

Чаще всего комплекс солнечных панелей, объединенных в мини электростанцию, монтируют на крышах домов, гаражей, хозпостроек. Их располагают также на навесах, способных держать вес гелиоустановки

Расположение солнечных панелей на установках, способных двигаться вслед за перемещением солнца, существенно увеличивает КПД системы

Если солнечные батареи нужны лишь для зарядки мобильных устройств и в качестве вспомогательных источников энергии, возможна их установка на фасаде. Желательно выбрать наиболее освещаемую сторону и выбрать оптимальный угол наклона

Неплохой производительностью, хотя и меньшей, чем при расположении на скатах крыши, обладает система, зафиксированная на перила мансарды, террасы, веранды

Самое популярное место для установки солнечных батарей

Расположение на вращающихся подставках

Крепление солнечных батарей на фасаде

Солнечные батареи на ограждении мансарды

При размещении солнечных батарей на прилегающей к дому территории, панели лучше приподнять над поверхностью почвы как минимум на полметра – на случай выпадения большого количества снега. Такое решение правильно и в том плане, что обеспечивает достаточное расстояние для циркуляции воздуха.

Стоит помнить, что даже небольшая тень пагубно влияет на выработку электричества агрегатом. Панели нужно размещать лишь в местах, которые не подвержены даже малейшему затенению.

Некоторые «умельцы» с целью защиты батарей устанавливают сверху панелей дополнительное стекло, но даже при видимой прозрачности стеклянная прослойка способна снизить КПД панелей на 30%

Существует несколько способов фиксации панелей:

• посредством задействования прижимных фиксаторов;
• путем болтового соединения через сквозные отверстия, расположенные в нижней части рамки.

Опорная конструкция должна быть выполнена из корозионностойких материалов. Независимо от способа монтажа в конструкцию панелей нельзя самостоятельно вносить изменения и просверливать дополнительные отверстии.

Задача домовладельца – поддерживать панели в чистом виде. Скопления на экране пыли, снега и птичьего помета как минимум на 10% уменьшает количество электроэнергии, произведенной системой.

Гибкие солнечные батареи изготавливаются следующим образом: на основание напыляется несколько слоев кремния, затем к нему крепятся электроды. Завершающий этап – ламинирование конструкции. В качестве основания чаще всего используется стеклолист или стальная лента. Готовые панели можно сгибать и скручивать в рулоны, на их технических характеристиках это никак не отобразится.

Для производства батарей также применяется полимерное напыление с алюминиевыми проводниками. Благодаря этому они получаются легкими и тонкими.

Панели имеют простую конструкцию. Но для подачи электрического тока в сеть понадобятся дополнительные элементы:

• аккумуляторы для накопления энергии;
• инвертор, который будет преобразовывать постоянный ток в переменный;
• система корректировки заряда аккумулятора.

Предлагаем ознакомиться Как выбрать водогрейный котел на твердом топливе || Водогрейный котел на твердом топливе

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)

Схема сборки солнечной электросистемы

Подключение солнечных панелей осуществляется посредством задействования встроенных соединительных проводов сечением в 4 мм2. Лучше всего для этой цели подходят одножильные медные провода, изоляционная оплетка которых устойчива к ультрафиолетовому излучению.

В случае использования провода, изоляция которого не устойчива к воздействию УФ-лучей, его наружную прокладку рекомендуется выполнять гофрорукаве.

Конец каждого провода соединен с разъемом стандарта МС4 посредством пайки или обжима, благодаря чему обеспечивается герметичное соединение

Независимо от выбранной схемы перед подключением солнечных панелей в обязательном порядке необходимо проверить правильность электромонтажа.

При подключении панелей не рекомендуется превышать технические требования по допустимому току и максимальному напряжению других устройств. Важно придерживаться указанных производителем технических требований контроллера заряда и инвертора.

Стандартная схема сборки самой простой солнечной электростанции выглядит следующим образом.

Схема подключения панелей к аккумулятору, инвертору и контроллеру имеет простое исполнение, а потому особых сложностей в подключении не вызывает

Чтобы избежать поломки контроллера, при подключении элементов системы важно соблюдать последовательность.

Монтажные работы выполняют в несколько этапов:

1. Аккумулятор подключают к контроллеру, задействуя для этого соответствующие разъемы и не забывая соблюдать полярность.
2. К контроллеру через разъемы при соблюдении все той же полярности присоединяют солнечную батарею.
3. К разъемам контроллера подключают нагрузку в 12 В.
4. Если необходимо преобразовать электрическое напряжение с 12 до 220 В, то в схему включают инвертор. Его подключают только к аккумулятору и ни в коем случае не напрямую к контроллеру.
5. К свободному выходу инвертора подключают электроприборы, рассчитанные на напряжение в 220 В.

Выполнив соединение, нужно проверить полярность и измерить напряжение холостого хода панелей. Если показатель отличается от паспортного значения – соединение выполнено неправильно.

Для подключения устройства к системе нет необходимости вскрывать распаечную монтажную коробку – все соединительные разъемы расположены в доступности

На завершающем этапе солнечную батарею необходимо заземлить. Чтобы минимизировать вероятность короткого замыкания, в местах соединения между аккумулятором, инвертором и контроллером устанавливают предохранители.

Желающим соорудить солнечную батарею собственноручно поможет информация, приведенная в следующей статье.

Где гелиоустановка будет наиболее эффективна

В зависимости от принципа работы выделяют два типа устройств, поглощающих солнечный свет:

• Батареи на фотоэлектрических преобразователях. Представляющие собой системы последовательно или параллельно соединенных полупроводниковых элементов. Они поставляют ток для питания бытовых обогревателей.
• Солнечные коллекторы. Панели с системой трубок, наполненных теплоносителем: воздухом, незамерзающей смесью или водой. Они поставляют нагретый солнцем теплоноситель в контур отопления.

Рассмотрим каждый вариант отдельно.

Солнечные батареи

Солнечная батарея, преобразует поглощаемый свет в электроэнергию. Она состоит из фотоэлементов (чаще всего кремниевых), способных из солнечного излучения сразу извлекать постоянный электрический ток.

Такая установка может быть использована для обеспечения работоспособности электрического отопительного оборудования. Ее нужно подсоединить к системе электроснабжения жилища.

Эффективность преобразования солнечного излучения этой установкой – от 5% до 20% в зависимости от типа перерабатывающего солнечное излучение устройства. Производительность 1 м2 солнечной батареи – 120 Вт.

Остается подсчитать, сколько квадратов площади понадобится для обеспечения потребностей конкретного домохозяйства, исходя из размеров жилища, индивидуальных потребностей в тепле и уровня утепления конструкций.

Располагать солнечные батареи удобнее всего на крыше дома, выбрав для этого его южный скат

Для отопления солнечные батареи эффективнее всего использовать в южных регионах. Их основной недостаток – снижение эффективности в сумерках и пасмурную погоду, полное отсутствие работоспособности в ночное время.

Чтобы смастерить солнечную батарею своими руками, понадобится сначала собрать каркас, припаять солнечные элементы, затем все аккуратно уложить и воспользоваться герметиком.

Для изготовления каркаса применяют деревянные рейки, алюминиевые уголки. Все зависит от размера собираемой конструкции и места ее установки. Солнечные элементы – кремниевые пластины – самая расходная часть конструкции. Они бывают монокристаллические и поликристаллические. Первые несколько дороже, но и производительность у них на 5% выше.

Сделать их самостоятельно – невозможно. Фотоэлектрические преобразователи лучше приобретать с уже припаянными проводниками.

Их предстоит поместить на основу из ДВП, затем закрепить в каркасе, вывести провода от элементов наружу и все отверстия залить герметиком. Дать конструкции хорошо высохнуть и накрыть крышкой из стекла или прозрачного пластика.

Схемы монтажа и способы подключения солнечных батарей описаны в этой статье.

Принципиально другой способ преобразования поглощенного света у коллекторов. В основе их работы – теплоноситель, проходящий по трубам.

В зависимости от конструкции можно выделить три основных разновидности коллекторов, чаще всего применяемых для сооружения солнечной системы отопления:

• Плоские. Теплоприемник – абсорбер их выполнен из листового металла с зачерненной наружной поверхностью. Нагреваясь, он передает энергию теплоносителю системы отопления.
• Вакуумные. Коллекторная система вакуумного типа выполнена по схеме термосов, благодаря чему почти в два раза лучше сохраняется полученное от солнца тепло.
• Концентраторы. Устройство оснащается вогнутой зеркальной деталью с большой площадью поверхности, фокусирующей солнечный свет на небольшой площади абсорбера.

Самые распространенные в быту гелиоустановки оснащены системой трубок, выполненной в виде параллельно соединенных элементов или змеевика. Трубки заполняются или технической водой, или смесью воды с незамерзающей жидкостью или воздухом.

Визуализировав основные части гелиоустановки, легче решить, где лучше всего расположить те или иные составляющие ( )

Воздушная установка может быть использована в качестве дополнительного источника отопления. Полностью обеспечить домовладение теплом вне зависимости от региона его расположения она не в состоянии. Основная особенность этого вида гелиосистемы – воздух, выполняющий роль теплоносителя.

Трубчатые системы довольно активно применяются для отопления круглый год. Антифриз или смесь антифриза нагревается под солнечными лучами, потом проходит по внутренним теплообменным трубкам, затем направляется в бак-накопитель.

Движение жидкости стимулирует насос, благодаря которому она из бака перемещается в систему отопления. Нагретый теплоноситель вытесняет собой остывшую часть жидкости, которой предстоит снова вернуться в коллектор и нагреться.

Предлагаем ознакомиться Как смонтировать водяной теплый пол в доме своими руками?

Принцип работы плоской гелиосистемы основан на проникновении солнечного света внутрь панели, где находится теплопоглотитель. Он нагревается и излучает тепло, которое передается жидкости, циркулирующей по металлическим трубкам (чаще всего, медным).

Подключение разнонаправленных элементов

Применяя последовательную схему монтажа солнечных батарей, чтобы не снизить эффективность работы устройств, все панели общей цепи следует размещать под одним углом и на одной плоскости.

Если же панели будут располагаться в различных плоскостях, это может привести к тому, что ближняя или более освещенная станет работать мощнее расположенных чуть дальше.

Это значит, что ближняя панель будет генерировать электричество, часть которого будет отходить для нагрева дальних панелей. И причина кроется в том, что ток течет по пути наименьшего сопротивления. Чтобы минимизировать потери, для каждой панели лучше задействовать отдельный контроллер.

Основные требования при задействовании контроллера – мощность подключаемых панелей свыше 1 кВт и удаленность между батареями на достаточно большое расстояние

Решить вопрос можно и путем установки отсекающих диодов. Их размещают внутри между пластинами. Благодаря этому, выдавая максимальный показатель мощности, пластины не перегреваются.

Немаловажное значение имеет и падение напряжения в соединениях, а также самих проводах низковольтной части системы.

Таблица несоответствия передаваемой мощности сечению провода, красным указывающая параметры, при которых возникает риск сильного пожароопасного нагрева

В качестве примера может служить тот факт, что на метровый отрезок кабеля сечением 4 мм2 при прохождении тока показателем 80А (напряжение 12 В) значения падают на 3,19%, что составляет 30,6 Вт. При задействовании скруток падение напряжения может варьироваться в пределах от 0,1 до 0,3 В.

Что можно соорудить своими силами?

Соорудить солнечную систему отопления, использующую коллектор воздушного типа, можно своими руками. Размещать ее лучше всего на южной стене здания.

Чем больше площадь отапливаемого помещения, тем большую площадь будет занимать коллектор – возможно, всю стену дома. Также, эту гелиосистему можно соорудить на чердаке.

Собираясь установить систему воздушного отопления на чердаке, необходимо позаботиться, чтобы он выдержал вес установки ( )

Нагревающий воздушную массу гелиоколлектор – выполняет свои функции по отоплению за счет потоков воздуха, проходящих внутри системы. Теплоноситель циркулирует по контуру, охлаждаясь, снова попадает в систему. Движение воздушных потоков может осуществляться естественно или с применением вентилятора.

Что касается материалов для изготовления воздушного коллектора, то здесь можно использовать различные подручные средства. Единого правила не существует.

Домашние мастера совершенствуют этот тип гелиосистемы, собираемой в домашних условиях. Кто-то стремится получить более дешевый вариант, жертвуя при этом эффективностью, кто-то – наоборот.

Разобравшись с основными элементами воздушного коллектора, легче принять решение о месте его монтажа – крыша или стена ( )

Рассмотрим основные способы.

Гелиосистема трубчатого типа для отопления может быть использована в различных регионах. Она не зависит от внешней температуры. Главное, чтобы на установку попадало максимальное количество солнечных лучей.

Антифриз, используемый в качестве теплоносителя, не замерзает при низких температурах. В ясные зимние дни количество солнечного света превышает количество света, поступающего летом.

Трубчатый солнечный коллектор состоит из системы прозрачных вакуумных трубок, соединенных между собой. В них содержится вещество с невысокой температурой кипения. Закипая, оно испаряется, передает свое тепло медному наконечнику и стекает вниз, где все повторяется снова.

Вакуумные трубки, выполненные из огнеупорного стекла, внутри заполнены веществом, способным закипать при невысокой температуре ( )

Вакуумные трубки поглощают до 90% всего солнечного излучения (видимого и инфракрасного). Солнечная энергия, преобразованная в тепловую, поступает к теплоносителю. Он передает эту энергию дальше по системе – в теплообменник, находящийся в специальном баке-аккумуляторе.

Движение теплоносителя и воды по систем отопления происходит за счет насосов. Важно, чтобы у бака была хорошая теплоизоляция. Теплообменников, как правило, два: один соединяется с дополнительным нагревателем, второй – с коллекторами.

В домах с таким типом солнечных установок выгодно дополнительно подключать систему теплых полов. Это позволяет эффективнее отапливать здание.

Что касается монтажа трубчатых коллекторов, то его можно установить своими силами. Единственное, следует учитывать рабочий угол наклона – он должен быть не менее 20°.

Трубчатый солнечный коллектор располагают на крыше, выбрав наиболее солнечное направление. Важно, чтобы рядом не было высоток, мешающих свободному проникновению солнечного света

Соорудить вакуумную установку своими руками не выйдет – сделать вакуумные трубки в домашних условиях невозможно. Это проделывают заводы, специализирующиеся на производстве вакуумных гелиосистем.

Часто для отопления используют плоский гелиоколлектор.

Для его сооружения понадобятся:

• металлическая рама;
• прочное дно;
• слой теплоизоляции;
• слой поглотителя солнечного излучения черного цвета (адсорбера);
• прозрачная крышка – пластик, стекло;
• трубки для жидкости (медь, алюминий).

Конструкцию нужно оснастить входным и выходным патрубками и насосом для эффективной циркуляции жидкости.

Собрать плоскую гелиоустановку можно своими руками. Для этого часто используют подручные средства, выбирая материалы подешевле в качестве аналога ( )

Устанавливать плоский коллектор можно под любым углом, обязательное условие – очищать от снега и пыли. Он особенно хорош для теплого климата.

В холодное время года наблюдается низкая работоспособность и высокие потери тепла. Что ставит под сомнение использование только одной этой гелиосистемы для полноценного отопления. Оптимально будет использовать плоскую солнечную установку вместе с газовым, электрическим или твердотопливным видом отопления.

Предлагаем ознакомиться со статьями о самодельной сборке солнечных отопительных систем:

1. Как сделать солнечный коллектор для отопления своими руками — пошаговое руководство
2. Как сделать солнечную батарею своими руками: способы сборки и монтажа солнечной панели

Совмещение гелиоэнергии и стационарной сети

Планируя использовать электроэнергию от солнца параллельно с обустроенной централизованной стационарной сетью, схему подключения делают несколько иной. И основная причина такого решения в том, что у частного потребителя нет возможности «сбрасывать» оставшуюся энергию.

А это может спровоцировать перепады напряжения длительностью до одной секунды.

При совмещении солнечной электроэнергии со стационарной централизованной сетью руководствуются все тем же правилом: чем больше источников подключается, тем сложнее становится схема

Согласно выше приведенной схеме, напряжение от гелиополя первым делом направляется в сторону АКБ, а уже оттуда и передается на нагрузку.

Проектируя такой вариант монтажа в расчет стоит брать два вида нагрузки:

• не резервируемая – свет в доме, бытовая техника и пр.;
• резервируемая – аварийное освещение, холодильник, электрический котел.

Учитывайте: чем больше емкость аккумулятора, тем больше проработают в автономном режиме резервируемые электроприборы.

Выбирая такой способ генерации энергии в сеть, будьте готовы к тому, что придется оформлять разрешение в местных энергосетях.

Несмотря на то, что инверторы для солнечных батарей вырабатывают напряжение, качество которого порой выше того, что в централизованной сети, местные энергосети не дают добро на то, чтобы электросчетчик вращался в обратную сторону.

По этой причине согласно схеме солнечные инверторы прекращают работу в момент пропадания напряжения в сети. А резервируемая нагрузка начинает «запитываться» от АКБ.

Еще раз про целесообразность

Использовать для отопления вместо привычных энергоресурсов энергию солнца выгодно. В зависимости от выбранного типа гелиосистемы, экономия на потреблении платного тепла может составлять до 100%.

Вариант полной замены системы отопления – использование коллекторов с вакуумными трубками. Это достаточно дорогостоящий проект на начальном этапе. В дальнейшем он может гарантировать полную энергетическую независимость, окупив себя за 6-8 лет.

Изобретательность домашних мастеров не знает границ – в качестве лабиринта для циркуляции жидкости внутри коллектора можно приспособить обычный шланг

Срок службы гелиоустановок до 25 лет. Они требуют незначительного ухода – периодического очищения поверхностей от снега, пыли, мусора. Что касается ремонта, то его можно проводить собственными силами. Существенный недостаток – плоские коллекторы и солнечные батареи «боятся» ураганов.

Такое отопление безопасно для жителей дома и окружающей среды. Оно совершенно бесплатное и не зависит от курса валют, цен на энергоресурсы.

Выводы и полезное видео по теме

Авторы видеоматериала, который предоставлен ниже, делятся личным опытом и разбирают нюансы монтажа гелиопанелей.

Ничего сложного в процессе соединения нескольких панелей с другими элементами системы нет. Но для начинающего мастера процесс может стать затруднительным. Поэтому при отсутствии опыта в расчетах и навыков монтажа стоит обратиться к специалисту, владеющему необходимыми знаниями.

Гелиоустановки или солнечные системы отопления хорошо зарекомендовали себя во всем мире. Они позволяют получать тепло бесплатно, сократив расходы на оплату коммунальных платежей за отопление от 30%.

Возможен вариант полной замены энергоресурсов солнечной энергией в своей отопительной системе. Еще одно существенное достоинство – собрать гелиоустановку можно своими руками.

У вас есть практические навыки сборки или эксплуатации солнечных систем отопления? Делитесь накопленными знаниями, задавайте вопросы по теме и участвуйте в обсуждениях. Форма для комментариев расположена ниже.