Încălzirea unei case private cu panouri solare: diagrame și dispozitiv

Motivele popularității surselor alternative de energie sunt destul de înțelese: există o oportunitate de a economisi combustibil și de a realiza visele de sisteme de susținere a vieții ecologice. Folosind cu pricepere energia soarelui, vântului și apei, puteți transforma o casă de țară obișnuită într-o casă ecologică modernă.

Vă vom spune cum să instalați încălzirea solară într-o casă privată și vom analiza împreună cu dumneavoastră cât de profitabilă este. Pentru a acoperi în detaliu problemele utilizării energiei luminii naturale, am descris în detaliu toate opțiunile populare care au primit aplicații practice și recenzii pozitive ale utilizatorilor.

Ținând cont de recomandările noastre, puteți construi un sistem solar eficient pentru o casă de vară sau o casă de țară. Pentru a face materialul dificil de înțeles mai ușor, am completat informațiile cu diagrame vizuale, ilustrații și tutoriale video.

Modalități de utilizare a energiei solare

Metode de aplicare energia corpului ceresc nu aparțin tehnologiilor inovatoare; căldura solară este folosită de mult timp și cu foarte mult succes. Cu toate acestea, acest lucru se aplică în principal Australiei, unele țări din Europa, America și regiunile sudice, unde energie alternativă poate fi obținută pe tot parcursul anului.

Unele regiuni nordice nu au radiații naturale, așa că este folosită ca opțiune suplimentară sau de rezervă.

Intermediarii dintre razele solare și mecanismul de generare a energiei sunt panourile solare sau colectoarele, care diferă atât prin scop, cât și prin design.

Bateriile acumulează energia solară și îi permit să fie folosit pentru alimentarea aparatelor electrice de uz casnic. Sunt panouri cu fotocelule pe o parte și mecanism de blocare pe cealaltă. Puteți experimenta și asambla singur bateria, dar este mai ușor să cumpărați elemente gata făcute - alegerea este destul de largă.

Sistemele solare (colectori solari) fac parte din sistemul de încălzire al unei case. Cutiile mari izolate termic cu lichid de răcire, cum ar fi bateriile, sunt montate pe panouri înălțate cu fața spre soare sau în pantele acoperișului.

Este o greșeală să credem că absolut toate regiunile nordice primesc mult mai puțină căldură naturală decât cele sudice. Să presupunem că sunt mult mai multe zile însorite în Chukotka sau în centrul Canadei decât în ​​Marea Britanie situată la sud

Pentru a crește eficiența, panourile sunt așezate pe mecanisme dinamice care amintesc de un sistem de urmărire - se rotesc în urma mișcării soarelui. Procesul de conversie a energiei are loc în tuburile situate în interiorul cutiilor.

Principala diferență dintre sistemele solare și panourile solare este că primele încălzesc lichidul de răcire, iar cele din urmă acumulează electricitate. Este posibilă încălzirea încăperii folosind fotocelule, dar schemele de proiectare sunt iraționale și sunt potrivite doar pentru acele zone în care există cel puțin 200 de zile însorite pe an.

Diagrama unui sistem de încălzire cu un colector solar conectat la un cazan și o sursă de rezervă de energie electrică (de exemplu, un cazan pe gaz) care funcționează cu combustibil tradițional (+)

Avantaje și dezavantaje ale unui sistem alternativ de încălzire

Nu există multe avantaje ale unui sistem de încălzire solară, dar fiecare dintre ele este semnificativă și poate deveni un motiv pentru experimente private:

• Beneficii pentru mediu. Aceasta este o sursă curată de căldură, care este sigură pentru locuitorii casei și mediul înconjurător și nu necesită utilizarea unor tipuri tradiționale de combustibil.
• Autonomie. Proprietarii de sisteme sunt absolut independenți de prețurile la energie și de situația economică din țară.
• Economic. Prin menținerea sistemului tradițional de încălzire, devine posibilă reducerea costului plății pentru alimentarea cu apă caldă.
• Disponibilitate publică. Pentru a instala sisteme solare, nu aveți nevoie de permisiunea autorităților guvernamentale.

Există însă și momente neplăcute care pot strica imaginea de ansamblu. De exemplu, determinarea eficienței sistemului va necesita o perioadă lungă - cel puțin 3 ani (cu condiția să existe suficientă energie solară și să fie utilizată activ).

Doar instalarea modulelor solare va necesita investiții mari: cele mai ieftine panouri de siliciu vor costa cel puțin 2.200 de ruble. pe bucată și elemente policristaline cu șase diode din prima categorie - până la 17.000 pe bucată. Calcularea costului a 30 de module este destul de simplă (+)

Utilizatorii notează următoarele dezavantaje:

• prețuri mari pentru echipamentele necesare punerii în funcțiune a sistemului;
• dependența directă a cantității de căldură produsă de locația geografică și vremea;
• prezența obligatorie a unei surse de rezervă, de exemplu, un cazan pe gaz (în practică, un sistem solar este adesea o rezervă).

Pentru a obține randamente mai mari, trebuie să monitorizați în mod regulat funcționarea colectoarelor, să le curățați de resturi și să le protejați de formarea gheții în timpul înghețurilor. Dacă temperatura scade adesea sub 0ºC, trebuie să aveți grijă de izolarea termică suplimentară nu numai a elementelor sistemului solar, ci și a casei în ansamblu.

Energie solară pentru încălzire

Scopul principal al celulelor fotovoltaice de stocare a energiei este de a furniza energie electrică locuinței. Pentru a le include în diagramă dispozitivele sistemului de încălzire iar pentru a realiza o functionare optima este necesara asamblarea circuitului cu un rezervor de stocare.

În ea va fi încălzită apa, care, după ce a atins o anumită temperatură, va umple țevile și caloriferele din încăperile care necesită încălzire (sufragerie, baie).

Un sistem alimentat cu energie solară, cu un rezervor cu dublu circuit care organizează încălzirea și furnizarea apei calde în două direcții: către radiatoare de încălzire și către punctele de distribuție (+)

Să încercăm să analizăm caracteristicile de proiectare ale panourilor solare și să determinăm rolul lor potențial în sistemul de încălzire.

Principiul de funcționare a panourilor cu fotocelule

Există trei tipuri comune de elemente pentru panourile solare:

• Monocristalin. Acestea sunt napolitane subțiri din cel mai pur siliciu, tăiate dintr-un cristal crescut în condiții artificiale. Cel mai productiv soi cu o eficiență de aproximativ 17-18%. Temperatura optimă de funcționare este de la 5 °С până la 25 °С.

• Policristalină. Fabricat din plachete obținute prin răcirea treptată a topiturii de siliciu. Tehnologia pentru producerea lor necesită mai puțină muncă, dar eficiența elementelor fotovoltaice din policristalin este semnificativ mai mică - nu mai mult de 12%.

• Amorf. Sunt film. Fabricat prin metoda fazei de evaporare, în urma căreia siliciul sub formă de peliculă subțire este depus pe o bază polimerică flexibilă. Cea mai ieftină metodă de producție este combinată cu o productivitate scăzută, estimată la până la 7%.

Pentru instalarea sistemelor de încălzire autonome în regiunile de nord, este luată în considerare cea mai potrivită opțiune baterii fotovoltaice, asamblate din elemente monocristaline. Cu toate acestea, bateriile cu module amorfe sunt mai ușor de instalat, practic nu necesită bază și sunt mult mai ieftine.

Un modul monocristalin constă din elemente conectate în serie combinate în module. Mai multe module formează o baterie solară.Suprafața întunecată a sistemelor solare fotovoltaice optimizează absorbția razelor solare

Sarcina elementelor externe este de a absorbi și transforma razele soarelui. Energia eliberată merge mai departe și este concentrată în rezervorul de stocare. Un element mic produce aproximativ 100-250 W, iar un panou prefabricat de 25-30 m² asigură energie electrică unei case mici. Instalarea unui sistem de încălzire va necesita de 2-3 ori mai multă energie.

Un invertor acționează ca un convertor de curent continuu din „producția” solară în energie electrică, deoarece curentul alternativ este necesar pentru funcționarea aparatelor și lămpilor electrice de uz casnic.

Daca vorbim in mod special despre sistemul de incalzire, un cazan electric pentru incalzirea apei functioneaza si pe curent alternativ. Pentru a oferi lumină casei tale noaptea, vei avea nevoie de baterii care stochează proviziile pentru zi.

Modulele invertoare sunt instalate într-un loc convenabil pentru întreținere, deși nu necesită control constant și funcționează în modul automat (+)

Eficiența utilizării fotocelulelor

Cel mai ușor de cumpărat colectoare solare și aplicați una dintre schemele simple care au fost dovedite de-a lungul anilor. Cu toate acestea, circumstanțele le dictează uneori propriile condiții. Să presupunem că aveți un sistem generator solar care funcționează grozav, dar deocamdată servește doar la furnizarea de energie electrică și la furnizarea de apă caldă la casa dumneavoastră.

Este clar că cumpărarea de echipamente noi este neprofitabilă, deci este mai ușor să creșteți puterea prin achiziționarea unui anumit număr de convertoare fotoelectrice. Opțiune bugetară - panouri din silicon cu productivitate de până la 23-25%.

Este necesar să conectați un dispozitiv de încălzire care funcționează cu energie electrică la sursa de curent.O opțiune universală este un cazan echipat cu cabluri de distribuție.

Elementele de film polimeric sunt mult mai puțin comune pe piața rusă decât analogii mono- și policristalini de siliciu. Sunt ușor de instalat, dar au o eficiență scăzută - doar 6%

Dacă alimentarea cu energie electrică este organizată corespunzător, ar trebui să fie suficientă atât pentru alimentarea cu apă caldă, cât și pentru încălzire. Există exemple când casa este complet asigurată cu căldură - poate fi recunoscută după acoperiș, acoperit aproape complet cu panouri.

Uneori, este necesar să se ridice structuri speciale de sine stătătoare dacă suprafața acoperișului nu este suficientă. Se pare că pentru a crește puterea, este nevoie de spațiu liber suplimentar.

Chiar și cele mai atente calcule nu vă vor ajuta să determinați cantitatea exactă de energie potențială și să creați rapid un sistem eficient și care funcționează bine. Cert este că în practică apar obstacole, a căror apariție este destul de dificil de prezis.

Iată câțiva dintre factori:

• Inconsecvența vremii. Numărul exact de zile însorite este necunoscut chiar și în regiunile sudice. Este aproape imposibil să se prezică în mod fiabil numărul lor în regiunile nordice.
• Neregulă de primire a energiei electrice. De exemplu, în regiunile nordice există ore scurte de lumină în timpul iernii, astfel încât multă energie solară reciclată este cheltuită pentru iluminat. În plus, intensitatea radiației solare iarna scade semnificativ.
• Avarii periodice. Ca toate sistemele tehnice, panourile solare se pot defecta din când în când din cauza deteriorării elementelor individuale, a conexiunilor contractuale, a suprafețelor de protecție etc.

În consecință, puteți afla despre eficacitatea abia după o anumită perioadă de timp, cel puțin după un an. Poate fi necesar să creșteți numărul de fotocelule sau baterii, să luați în considerare izolarea termică suplimentară a casei și să reduceți zona încălzită. Să presupunem că în regiunile de nord ale Germaniei, pentru a economisi bani, dormitoarele nu sunt adesea încălzite deloc.

Întreținerea fotocelulelor instalate nu necesită abilități speciale și constă în curățare regulată: îndepărtarea zăpezii iarna și a resturilor în perioadele calde, spălarea suprafeței de sticlă cu apă dintr-un furtun.

Schema de instalare a centralei electrice la domiciliu

Cel mai simplu mod instalatii de generatoare solare – contactarea unei firme care vinde componente de sistem și oferă servicii de instalare. Pro - un proiect profesional care ține cont de caracteristicile individuale, o garanție pentru toate produsele și instalarea, minus - cost ridicat.

Dacă aveți experiență relevantă, puteți asambla independent o mini-centrală cu panouri solare pentru încălzirea unei case private.

Cea mai eficientă este considerată a fi o schemă hibridă pentru proiectarea unui sistem aer-solar, în care fotocelule sunt utilizate pentru a genera energie, colectoare pentru încălzirea apei și este instalat un generator eolian suplimentar. Poate fi înlocuit cu o sursă de combustibil de rezervă (+)

Toate piesele pentru asamblarea sistemului de incalzire se vand in magazine specializate.

Trebuie să achiziționați următoarele componente:

• un set de module solare cu siliciu sau film;
• o baterie reîncărcabilă care stochează energie;
• controler de încărcare care reglează procesul de încărcare și descărcare a bateriei;
• un invertor care convertește curentul continuu în curent alternativ;
• set de cabluri de conectare.

Este de dorit ca bateriile să fie aceleași (ținând cont de marcă, capacitate și chiar lot) și să poată stoca energie timp de 3-4 zile. Durata de funcționare a acestora depinde de temperatura camerei - în condiții de frig se descarcă rapid. Dacă consumul zilnic este de 2400 Wh, sunt necesare baterii cu o capacitate totală de minim 1000 Ah.

Când folosiți baterii auto, rețineți că eficiența lor maximă este de 70-75% (durată de viață - 3 ani), dispozitivele speciale pentru sisteme solare au cele mai bune performanțe - până la 85% (durată de viață - 10 ani). O parte din energie se pierde în timpul stocării și conversiei

Calitatea curentului produs de sinusoidal invertoare pentru sisteme solare, mai mare decât indicatorii actuali din rețeaua centralizată. O caracteristică specială a echipamentului este sincronizarea fazei de tensiune, în care trecerea de la 12 V la 220 V se realizează fără întrerupere în funcționarea aparatelor electrocasnice.

Puterea invertorului – de la 250 W la 6000 W și mai mult. Puterea de ieșire poate fi mărită prin conectarea mai multor dispozitive în paralel. De exemplu, 3 x 3000 W = 9000 W (+)

După instalarea tuturor elementelor sistemului solar, este necesar să conectați un rezervor electric care încălzește apa la invertor și la rezervor, la rândul său, o conductă de încălzire.

Sistem de incalzire colector

Cea mai mare eficienta si retur se poate obtine prin instalarea de colectoare in locul modulelor solare - instalatii exterioare in care apa este incalzita sub influenta radiatiei solare. Un astfel de sistem este mai logic și mai natural, deoarece nu necesită încălzirea lichidului de răcire de către alte dispozitive.

Să luăm în considerare proiectarea și principiul de funcționare a două tipuri principale de dispozitive: plate și tubulare.

Versiune plată pentru autoproducție

Proiectarea instalațiilor plate este atât de simplă încât meșteri experimentați asamblează analogi de artizanat cu propriile mâini, cumpărând unele dintre piese într-un magazin specializat și construind unele din materiale vechi.

În interiorul cutiei izolate din oțel sau aluminiu se află o placă care absoarbe căldura solară. Cel mai adesea este acoperit cu un strat de crom negru. Absorbantul de căldură este protejat deasupra de un capac transparent sigilat.

Încălzirea apei are loc în tuburi așezate într-un șarpe și conectate la placă. Apa sau antigelul intră în cutie prin conducta de admisie, se încălzește în tuburi și se deplasează la evacuare - la conducta de evacuare.

Transmisia luminii a capacului se explică prin utilizarea unui material transparent - sticlă durabilă sau plastic temperat (de exemplu, policarbonat). Pentru a preveni reflectarea razelor solare, suprafața din sticlă sau plastic este mată (+)

Există două tipuri de conexiune, cu o singură țeavă și cu două țevi; nu există nicio diferență fundamentală în alegere. Dar există o mare diferență în modul în care lichidul de răcire va fi furnizat colectoarelor - gravitație sau folosind o pompă. Prima opțiune este considerată ineficientă din cauza vitezei reduse de mișcare a apei; conform principiului de încălzire, seamănă cu un recipient pentru un duș de vară.

Funcționarea celei de-a doua opțiuni are loc datorită conectării unei pompe de circulație, care furnizează forțat lichid de răcire. Sursa de energie pentru operarea echipamentului de pompare poate fi un sistem de alimentare cu energie solară.

Temperatura lichidului de răcire atunci când este încălzit de colectorul solar ajunge la 45-60 °С, la ieșire valoarea maximă este de 35-40 °С. Pentru a crește eficiența sistemului de încălzire, se folosesc „pardoseli calde” împreună cu caloriferele (+)

Colectori tubulari - o soluție pentru regiunile nordice

Principiul general de funcționare amintește de funcționarea analogilor plat, dar cu o diferență - tuburile de schimb de căldură cu lichid de răcire sunt amplasate în interiorul baloanelor de sticlă. Tuburile în sine pot fi din pene, sigilate pe o parte și asemănătoare în aparență cu pene și coaxiale (vid), introduse unele în altele și sigilate pe ambele părți.

Schimbătoarele de căldură sunt, de asemenea, diferite:

• sistem de conversie a energiei solare în energie termică Heat-pipe;
• un tub obișnuit de transfer al lichidului de răcire de tip U.

Cel de-al doilea tip de schimbător de căldură este considerat mai eficient, dar nu este suficient de popular din cauza costului reparațiilor: dacă un tub se defectează, întreaga secțiune va trebui înlocuită.

Heat-pipe-ul nu face parte dintr-un segment întreg, așa că poate fi schimbat în 2-3 minute. Elementele coaxiale eșuate pot fi reparate prin simpla îndepărtare a mufei și înlocuirea canalului deteriorat.

O diagramă care explică procesul de încălzire ciclică în interiorul tuburilor vidate: lichidul rece, sub influența căldurii solare, se încălzește și se evaporă, dând loc următoarei porțiuni de lichid de răcire rece (+)

După ce am analizat caracteristicile tehnice ale diferitelor tipuri de colectoare și am rezumat experiența utilizării acestora, am decis că colectoarele cu plăci plate sunt mai potrivite pentru regiunile sudice, iar cele tubulare sunt mai potrivite pentru regiunile nordice. Instalațiile cu sistemul Heat-pipe s-au dovedit deosebit de bune în climatele aspre.Au capacitatea de încălzire chiar și în zilele înnorate și noaptea, „hrănindu-se” cu o cantitate minimă de lumină solară.

Exemplu de diagramă standard pentru conectarea colectoarelor solare la echipamentul cazanului: stația de pompare circulă apa, controlerul reglează procesul de încălzire

Metoda de crestere a productivitatii

De obicei, după ce au experimentat cu un număr mic de module solare, proprietarii de case private merg mai departe și îmbunătățesc sistemul în diferite moduri.

Cea mai ușoară modalitate este de a crește numărul de module implicate, în consecință, de a atrage spațiu suplimentar pentru a le găzdui și de a achiziționa echipamente aferente mai puternice

Ce să faci dacă există o lipsă de spațiu liber? Iată câteva recomandări pentru creșterea eficienței unei stații solare (cu fotocelule sau colectoare):

• Schimbarea orientării modulelor. Elemente în mișcare în raport cu poziția soarelui. Pur și simplu, instalând cea mai mare parte a panourilor pe partea de sud. În timpul orelor lungi de lumină, este, de asemenea, optim să folosiți suprafețe orientate spre est și vest.

• Reglarea unghiului de înclinare. Producătorul indică de obicei ce unghi este cel mai preferat (de exemplu, 45º), dar uneori în timpul instalării este necesar să se facă ajustări ținând cont de latitudinea geografică.

• Alegerea corectă a locului de instalare. Acoperișul este potrivit deoarece este cel mai adesea cel mai înalt plan și nu este ascuns de alte obiecte (de exemplu, copacii de grădină). Dar există zone și mai potrivite - dispozitive rotative de urmărire a soarelui.

Când elementele sunt poziționate perpendicular pe razele soarelui, sistemul funcționează mai eficient, dar pe o suprafață stabilă (de exemplu, un acoperiș) acest lucru este posibil doar pentru o perioadă scurtă de timp. Pentru a crește acest lucru, au fost inventate dispozitive practice de urmărire.

Mecanismele de urmărire sunt platforme dinamice care se rotesc cu avioanele lor urmând soarele. Datorită acestora, productivitatea generatorului crește cu aproximativ 35-40% vara și cu 10-12% iarna.

Marele dezavantaj al dispozitivelor de urmărire este costul lor ridicat. În unele cazuri, nu dă roade, așa că nu are rost să investești în mecanisme inutile.

Se estimează că 8 panouri este numărul minim la care costurile vor fi justificate în timp. Puteți folosi 3-4 module, dar cu o singură condiție: dacă sunt conectate direct la pompa de apă, ocolind bateriile.

Chiar zilele trecute, Tesla Motors a anunțat crearea unui nou tip de acoperiș - cu integrat panouri solare. Elon Musk a spus că acoperișul modificat va fi mai ieftin decât un acoperiș convențional cu colectoare sau module instalate pe el.

Concluzii și video util pe această temă

Videoclipurile tematice vă vor ajuta să vă imaginați mai bine designul stațiilor solare de acasă și vă vor dezvălui câteva dintre secretele instalării echipamentelor.

Videoclipul #1. Informații tehnice disponibile despre panourile solare și regulatoarele de încărcare:

Videoclipul #2. Experiență utilă de utilizare a panourilor solare în regiunea Moscova:

Videoclipul #3. Un exemplu de stație solară care funcționează cu succes, complet asamblată independent, care asigură atât alimentarea cu apă caldă, cât și încălzirea casei:

După cum puteți vedea, un sistem de încălzire solară este un fenomen foarte real pe care îl puteți implementa singur. Domeniul metodelor alternative de obținere a energiei este în continuă dezvoltare, poate că mâine veți auzi despre o nouă descoperire.

Vă invităm să comentați în mod activ materialul. Puteți să vă exprimați atitudinea față de „energia verde”, să vă împărtășiți experiența în instalarea unui sistem de panouri solare și să vă spuneți doar subtilitățile cunoscute în blocul situat mai jos.