Используя солнечные батареи для отопления частного дома, каждый из нас может сберечь немалую часть содержимого своего кошелька.

Но какой из предлагаемых на сегодняшний день элементов выбрать, чтобы внедрение технологии принесло максимальный результат?

Тех, кто заинтересовался данным вопросом, приглашаем ознакомиться с нижеизложенным материалом.

В самом широком понимании термин «солнечная батарея» означает некоторое устройство, которое позволяет преобразовывать излучаемую Солнцем энергию в удобную форму с целью последующего использования в различных сферах человеческой жизнедеятельности. Для обогрева домов используются два типа солнечных батарей.

Батареи этого класса часто называют преобразователями, поскольку с их помощью энергия солнечного излучения преобразуется в электрическую. Такое превращение стало возможным благодаря свойствам полупроводников. Ячейка фотоэлемента состоит из двух материалов, один из которых обладает дырочной проводимостью, а другой – электронной.

Поток фотонов, из которых состоит солнечный свет, заставляет электроны покинуть свои орбиты и мигрировать через Pn-переход, что и является, собственно, электротоком.

По виду используемых материалов различают три вида фотоэлектрических батарей: кремниевые, пленочные и концентраторные.

Кремниевые

К этому типу относится более трех четвертей выпускаемых сегодня солнечных электробатарей. Это обусловлено распространенностью кремния в земной коре, а также тем, что большинство технологий в сфере производства полупроводниковой электроники было ориентировано на работу именно с этим материалом.

В свою очередь элементы на базе кремния делятся на две разновидности:

• монокристаллические: наиболее дорогой вариант, КПД составляет 19% – 24%;
• поликристаллические: более доступны, но имеют КПД в пределах 14% – 18%.

Пленочные

При производстве фотоэлементов данной группы используются полупроводники, имеющие более высокий, чем у моно- и поликристаллического кремния, коэффициент поглощения света.

Это позволило на порядок уменьшить толщину элементов, что положительно отразилось на их стоимости. Применяются следующие материалы:

• теллурид кадмия (КПД – 15% – 17%);
• аморфный кремний (КПД – 11% — 13%).

Концентраторные

Эти батареи имеют многослойную структуру и характеризуются самой высокой эффективностью – около 44%. Основным материалом при их производстве является арсенид галлия.

Комплектация отопительной системы

Отопительная система на базе фотоэлектрических батарей состоит из следующих компонентов:

• собственно батареи;
• аккумулятор;
• контроллер: управляет процессом зарядки аккумулятора;
• инвертор: преобразует постоянный ток от батареи или аккумулятора в переменный с напряжением 220 В;
• конвектор, водогрейный котел или любой другой тип электрообогревателя.

Сетевая фотоэлектрическая система

Солнечные коллекторы

Батареи данной разновидности состоят из нескольких выкрашенных в черный цвет трубок, через которые перекачивается циркулирующий в системе отопления теплоноситель. При этом тепловая энергия солнечного излучения без всякого преобразования усваивается рабочей средой. В большинстве случаев в ее качестве используется смесь на основе пропиленгликоля (имеет свойства антифриза), но существуют и коллекторы, ориентированные на работу с воздухом. Последний после подогрева подается прямо в отапливаемое помещение.

Солнечные коллекторы

В самом простом исполнении солнечный коллектор называется плоским. Он выполняется в виде бокса из стекла с темным покрытием, которое находится в контакте с проходящим по трубкам теплоносителем. Более сложное устройство имеют вакуумные коллекторы. В таких батареях трубки с теплоносителем помещены в герметичный стеклянный корпус, из которого откачивается воздух. Таким образом, содержащие рабочую среду трубки окружаются вакуумом, который исключает потери тепла от контакта с воздухом.

Очевидно, что изготовление солнечных коллекторов основывается на более простых технологиях, чем производство фотоэлементов. Соответственно, и стоимость они имеют более низкую. При этом КПД таких установок достигает 80% — 95%.

Комплектация гелиосистемы

Основными элементами гелиосистемы (системы солнечных батарей для дома) являются:

• солнечный коллектор;
• циркуляционный насос (в системах с естественной циркуляцией теплоносителя он может отсутствовать, но они являются малоэффективными);
• емкость с водой, играющая роль теплового аккумулятора;
• контур водяного отопления, состоящий из труб и радиаторов.

Схема реализации гелиосистемы с поддержкой отопления с суточным аккумулированием энергии

Достоинства и недостатки

Запитка системы отопления от солнечной батареи дает несколько выгод:

1. Бесплатное тепло.
2. Экологичность. Отсутствуют вредные выбросы в окружающую среду, а также уменьшается скорость расходования невозобновляемых энергетических ресурсов.
3. Простота эксплуатации. Нет нужды связываться с доставкой и хранением какого-либо вида топлива, а также чисткой котла и дымохода. Не понадобится сооружать огромный теплообменник, как в случае с геотермальным отоплением. Правда, батареи необходимо очищать от пыли и грязи, но делать это приходится не так уж часто.

Однако, для рассматриваемой здесь технологии характерны и весьма существенные недостатки:

1. Высокая стоимость оборудования для солнечных батарей для дома: в особенной степени это касается фотоэлементов. Стоимость 120-ваттного модуля отечественного производства варьируется в пределах от 10 до 16 тыс. руб. Солнечные коллекторы благодаря простоте изготовления получаются более доступными, но и они не каждому окажутся по карману: установка, генерирующая в солнечную погоду 1,5 кВт тепловой энергии, обойдется примерно в 20 тыс. руб.
2. Хотя щедрое Солнце светит без перерывов и выходных, постоянно меняющиеся погодные условия делают этот источник энергии весьма нестабильным.
3. Подверженность влиянию внешних факторов: выставленная на открытом воздухе солнечная батарея в качестве защиты может иметь лишь тонкий слой стекла. В ураган или при выпадении крупного града оно, конечно же, окажется бесполезным. При этом урон из-за высокой стоимости элементов будет весьма значительным.

Традиционные способы обогрева помещения не всегда удобны и выгодны, ведь дрова дорогие, а подвод газа осуществляется не везде. — выход из ситуации. Рассмотрим варианты: пиролизные и жидкотопливные котлы, тепловые насосы и солнечные батареи.

О том, как соорудить бойлер косвенного нагрева своими руками, читайте .

С ростом цен на энергоносители стоимость отопления также постоянно растет. В этой рубрике вы найдете информацию о геотермальном отоплении. Можно ли его считать альтернативой привычным способам обогрева помещения?

Особенности выбора

На работу в системах отопления ориентированы прежде всего солнечные коллекторы. Они усваивают тепло напрямую, а потому характеризуются наименьшими потерями.

Если позволяют средства, лучше приобрести вакуумную установку, которая является более экономичной. Для частного дома следует выбирать гелиосистему с жидким теплоносителем.

Жидкость имеет большую теплопроводность, что позволяет солнечному отоплению работать достаточно эффективно даже при небольших размерах коллектора. Если же необходимо обеспечить обогрев склада или павильона, то есть одноэтажного здания с большой площадью, более целесообразным будет применение воздушных коллекторов, но при условии, что вся поверхность крыши может быть отведена под их установку. За счет значительных размеров такая система обеспечит достаточное количество тепла, при этом возможность замерзания теплоносителя или его утечки будут полностью исключены.

Фотоэлектрические батареи ввиду низкого КПД и высокой стоимости для отопления домов почти не применяются, но сбрасывать их со счетов не следует. При интенсивной инсоляции их мощность будет вполне достаточной для подключения котла или кабельной системы «теплый пол». При этом владелец получит надежную и бесшумную систему, которая не нуждается в применении насоса или вентилятора.

Если для вашего региона характерно большое количество солнечных дней (20 и более в месяц), стоит выбрать монокристаллическую кремниевую батарею, эффективно работающую с направленным излучением.

Если же преобладают пасмурные дни, более подходящими окажутся поликристаллические элементы, способные хорошо усваивать рассеянный свет.

Установка солнечных батарей

Наилучшим местом для установки солнечных батарей для дома является южный скат крыши.

В «солнечном» доме она обычно является асимметричной (по площади южный скат значительно превосходит северный) или даже односкатной.

Расчет солнечных батарей для дома — важный этап перед их монтажом.

Особое внимание следует уделить расчету крепежной рамы и кронштейнов, в котором должны быть учтены возможные ветровые и снеговые нагрузки. Эту часть работ лучше доверить инженерам проектной организации, имеющей хорошую репутацию.

Эффективность гелиоколлекторов и фотоэлементов достигает максимальных значений в том случае, если солнечные лучи оставляют их поверхностью прямой угол. Поэтому весьма желательно предусмотреть возможность изменения угла наклона опорных конструкций с установленными на них солнечными батареями относительно горизонта. Никаких особых механизмов устанавливать не нужно: поворот батарей можно осуществлять вручную, благо делать это придется несколько раз за год.

Желательно, чтобы крыша, на которую монтируются фотоэлементы, имела светлый тон. Между ее поверхностью и батареями должен оставаться зазор. Соблюдение этих правил исключает перегрев фотоэлектрических элементов, вследствие которого их мощность существенно падает. Следует, правда, отметить, что указанные требования не относятся к панелям из аморфного кремния, которые отличаются «нетрадиционным» поведением: при охлаждении их производительность падает, а при нагреве — возрастает.

Человечество озадачено вопросом поиска новых видов энергии. Однако уже сейчас доступна, хотя такие системы и не очень распространены. Смотрите обзор имеющихся на сегодня вариантов: ветрогенератор, биогаз, солнечные панели и другие энергетические системы.

О том, как организовать систему отопления из полипропиленовых труб, читайте . Преимущества ПП-труб и монтаж системы отопления.

Автономная энергосистема на солнечных батареях - как рассчитать?

Приводим простой пошаговый метод расчета автономной энергосистемы на солнечных батареях . Этот метод поможет Вам определить требования к системе и выбрать необходимые Вам комплектующие и материалы системы автономного электроснабжения.

Расчет энергосистемы состоит из нескольких этапов:

1. Определение общей нагрузки и потребляемой мощности.
2. Определение необходимой мощности инвертора и емкости аккумуляторной батареи.
3. Определение необходимого количества фотоэлектрических модулей (собственно самих солнечных батарей), исходя из данных по среднестатическому количеству солнечной радиации в месте установки системы.
4. Примерный расчет стоимости системы (и варианты при различных изготовителях)

После выполнения 4 шага, если стоимость автономной системы окажется слишком велика, можно рассмотреть различные варианты уменьшения стоимости Вашей системы электроснабжения на солнечных батареях:

• уменьшение потребляемой мощности за счет замены существующих потребителей на энергоэффективные, с низким потребление электричества, а также исключение тепловой, "фантомной" и необязательной нагрузки (например, можно использовать холодильники, кондиционеры и т.п., работающие на газе).
• замену нагрузки переменного тока на нагрузку постоянного тока. В этом случае можно выиграть на отсутствии потерь в инверторе (от 10 до 40%). Однако, нужно учитывать особенности построения низковольтных систем постоянного тока.
• введение в систему электроснабжения дополнительного генератора электроэнергии - ветроустановки или дизель- или бензогенератора.
• смириться с тем, что электроэнергия будет у Вас не всегда. И чем больше будет мощность системы отличаться от потребляемой мощности, тем более вероятны будут у Вас периоды отсутствия электроэнергии. В такие периоды, а это может быть совсем не продолжительно (1-3 недели зимой, в самые короткие дни), Вы можете сами просто немного ограничить Ваше обычное энергопотребление и все. При этом экономия на оборудовании может быть ОЧЕНЬ существенной (вплоть до 50%!)

Расчет автономной Системы электроснабжения на солнечной энергии

Составьте список устройств-потребителей электроэнергии, которые Вы собираетесь питать от автономной энергосистемы. Определите потребляемую мощность во время их работы. Большинство устройств имеют маркировку, на которой указана номинальная потребляемая мощность в ваттах или киловаттах. Если указан потребляемый ток, то нужно умножить этот ток на номинальное напряжение (обычно 220 В). Перемножается мощность на время работы для определения требуемой энергии в Вт ч в неделю. Далее все эти данные суммируются для вычисления полной нагрузки переменного тока в ватт-часах в неделю.

Подсчитайте нагрузку переменного тока.Если у Вас нет такой нагрузки, то можете пропустить этот шаг и перейти к подсчету нагрузки постоянного тока.

1.1. Перечислите всю нагрузку переменного тока, ее номинальную мощность и число часов работы в неделю. Умножьте мощность на число часов работы для каждого прибора. Сложите получившиеся значения для определения суммарной потребляемой энергии переменного тока в неделю.

1.3. Определите значение входного напряжения инвертора по характеристикам выбранного инвертора. Обычно это 12 или 24 В.

1.4. Разделите значение п.1.2 на значение п.1.3. Вы получите число Ампер-часов в неделю, требуемое для покрытия вашей нагрузки переменного тока.

Подсчитайте нагрузку постоянного тока

1.5. Запишите данные нагрузки постоянного тока:

Описание нагрузки постоянного тока	Ватт	X	часов/неделю	=	Вт*ч/неделю
		X		=
		X		=
			Всего

1.6. Определите напряжение в системе постоянного тока. Обычно это 12 или 24 В. (Как в п.1.3)

1.7. Определите требуемое количество А*ч в неделю для нагрузки постоянного тока (разделите значение п.1.5 на значение п.1.6).

1.8. Сложите значение п.1.4 и п. 1.7 для определения суммарной требуемой емкости аккумуляторной батареи. Это будет количество А*ч, потребляемых в неделю.

1.9. Разделите значение п.1.8 на 7 дней; Вы получите суточное значение потребляемых А*ч.

2. Оптимизируйте Вашу нагрузку

На этом этапе важно проанализировать Вашу нагрузку и попытаться уменьшить потребляемую мощность как можно больше. Это важно для любой системы, но особенно важно для системы электроснабжения жилого дома, так как экономия может быть очень существенной. Сначала определите большую и изменяемую нагрузку (например, насосы для воды, наружное освещение, холодильники переменного тока, стиральная машина, электронагревательные приборы и т.п) и попытайтесь исключить их из вашей системы или заменить на другие аналогичные модели, такие как приборы, работающие на газе или от постоянного тока.

Начальная стоимость приборов постоянного тока обычно выше (потому что они выпускаются не в таком массовом количестве), чем таких же приборов переменного тока, но вы избежите потерь в инверторе. Более того, зачастую приборы постоянного тока более эффективны, чем приборы переменного тока (во многих бытовых приборах, особенно электронных, переменный ток преобразуется в постоянный, что ведет к потерям энергии в блоках питания приборов).

Замените лампы накаливания на люминесцентные лампы везде, где это возможно. Люминесцентные лампы обеспечивают такой же уровень освещенности при том, что потребляют в 4-5 раз меньше электроэнергии. Срок их службы также примерно в 8 раз больше.

Если у Вас есть нагрузка, которую Вы не можете исключить, рассмотрите вариант, при котором Вы будете включать ее только в солнечные периоды, или только летом. Пересмотрите список Вашей нагрузки и пересчитайте данные.

Выберите тип аккумуляторной батареи, которую Вы будете использовать. Рекомендуются использовать герметичные необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы, которые обладают самыми лучшими эксплуатационно-экономическими параметрами.

Далее Вам нужно определить, сколько энергии Вам нужно получать от аккумуляторной батареи. Часто это определяется количеством дней, в течение которых АБ будет питать нагрузку самостоятельно без подзаряда. Дополнительно к этому параметру Вам нужно учитывать характер работы системы электроснабжения. Например, если Вы устанавливаете систему для Вашего загородного дома, который Вы посещаете только на выходные, Вам лучше установить АБ большей емкости, потому что она может заряжаться в течение всей недели, а отдавать энергию только в выходные дни. С другой стороны, если Вы добавляете фотоэлектрические модули к уже существующей системе электроснабжения на базе дизель- или бензогенератора, Ваша батарея может иметь меньшую емкость, чем расчетная, потому что этот генератор может быть включен для подзаряда АБ в любое время.

После того, как Вы определите требуемую емкость АБ, можно переходить к рассмотрению следующих очень важных параметров.

3.1. Определите максимальное число последовательных "дней без солнца" (т.е. когда солнечной энергии недостаточно для заряда АБ и работы нагрузки из-за непогоды или облачности). Вы также можете принять за этот параметр выбранное Вами количество дней, в течение которых АБ будет питать нагрузку самостоятельно без подзаряда.

3.2. Умножьте суточное потребление в А*ч (см. п.1.9 расчета потребляемой энергии выше) на количество дней, определенных в предыдущем пункте.

3.3. Задайте величину глубины допустимого разряда АБ. Учитывайте, что чем больше глубина разряда, тем быстрее Ваши АБ выйдут из строя. Мы рекомендуем значение глубины разряда 20% (не более 30%), что значит что Вы можете использовать 20% от значения номинальной емкости вашей АБ. Используйте коэффициент 0,2 (или 0,3). Ни при каких обстоятельствах разряд батареи не должен превышать 80%!

3.4. Разделите п.3.2 на п.3.3

3.5.Выберите коэффициент из таблицы, приведенной ниже, который учитывает температуру окружающей среды в помещении, где установлены АБ. Обычно это средняя температура в зимнее время. Этот коэффициент учитывает уменьшение емкости АБ при понижении температуры.

Температурный коэффициент для аккумуляторной батареи

Температура в градусах		коэффициент
Фаренгейта	Цельсия
80F	26.7C	1.00
70F	21.2C	1.04
60F	15.6C	1.11
50F	10.0C	1.19
40F	4.4C	1.30
30F	-1.1C	1.40
20F	-6.7C	1.59

3.6. Умножьте значение п.3.4 на коэффициент п.3.5. Вы получите общую требуемую емкость АБ.

3.7. Разделите это значение на номинальную емкость выбранной Вами аккумуляторной батареи. Округлите полученное значение до ближайшего большего целого. Это будет количество батарей, которые будут соединены параллельно.

3.8. Разделите номинальное напряжение постоянного тока системы (12, 24 или 48В) на номинальное напряжение выбранной аккумуляторной батареи (обычно 2, 6 или 12В).Округлите полученное значение до ближайшего большего целого. Вы получите значение последовательно соединенных батарей.

3.9. Умножьте значение п.3.7 на значение п.3.8. для того, чтобы подсчитать требуемое количество аккумуляторных батарей.

4. Определите количество пиковых солнце-часов в день для вашего места

Несколько факторов влияют на то, как много солнечной энергии будет принимать Ваша солнечная батарея:

• Когда будет использоваться система? Летом? Зимой? Круглый год?
• Типичные погодные условия вашей местности
• Будет ли система ориентироваться на солнце
• Расположение и угол наклона фотоэлектрических модулей

Для определения среднемесячного прихода солнечной радиации Вы можете воспользоваться таблицей прихода солнечной радиации для некоторых городов России.

Месячные и годовые суммы суммарной солнечной радиации, кВт*ч/м 2

*для справки: при ярком солнце мощность солнечного излучения - 1000 Вт/м2, при темной облачности может быть и 50 Вт/м2

Выработка электроэнергии солнечной фотоэлектрической батареей (СБ) зависит от угла падения солнечных лучей на СБ. Максимум бывает при угле 90 градусов. При отклонении от этого угла все большее количество лучей отражается, а не поглощается СБ.

Зимой приход радиации значительно меньше из-за того, что дни короче, облачных дней больше, Солнце стоит ниже на небосклоне. Если Вы используете Вашу систему только летом, используйте летние значения, если круглый год, используете значения для зимы. Для надежного электроснабжения выбирайте из среднемесячных значений наименьшее для периода, в течение которого будет использоваться ФЭС.

Выбранное среднемесячное значение для худшего месяца нужно разделить на число дней в месяце. Вы получите среднемесячное количество число пиковых солнце-часов, которое будет использоваться для расчета Вашей СБ.

Ток в точке максимальной мощности Impp может быть определен из спецификаций модулей. Вы также можете определить Imppподелив номинальную мощность модуля на напряжение в точке максимальной мощности Umpp (обычно 17 - 17.5 В для 12 - вольтового модуля).

5.1. Умножьте значение п. 1.9 на коэффициент 1.2 для учета потерь на заряд-разряд АБ

5.2. Разделите полученное значение на среднее число пиковых солнце-часов в вашей местности. Вы получите ток, который должна генерировать СБ

5.3. Для определения числа модулей, соединенных параллельно разделите значение п. 5.2 на Impp одного модуля. Округлите полученное число до ближайшего большего целого.

5.4. Для определения числа модулей, соединенных последовательно, разделите напряжение постоянного тока системы (обычно 12, 24, 48 В) на номинальное напряжение модуля (обычно 12 или 24 В).

5.5. Общее количество требуемых фотоэлектрических модулей равно произведению значений п. 5.3 и п. 5.4.

Для расчета стоимости фотоэлектрической системы электроснабжения нужно сложить стоимости СБ, АБ, инвертора, контроллера заряда АБ и соединительной арматуры (провода, выключатели, предохранители и т.п.)

Стоимость солнечной батареи равна произведению значения п.5.5 на стоимость одного модуля. Стоимость аккумуляторной батареи равна произведению значения п.3.9 на стоимость одной аккумуляторной батареи. Стоимость инвертора зависит от его мощности и типа. Стоимость соединительной арматуры можно принять примерно равной 0,1-1% от стоимости системы.

Пример расчета автономной системы электроснабжения на фотоэлементах.

(*Цены приведены для примера и могут сильно отличаться у разных производителей)

Основываясь на данных расчета Вам необходимо выбрать основные компоненты автономной энергосистемы на солнечных батареях .

• Контроллер заряда
• Инвертор
• Соединительные провода
• Предохранители, переключатели и разъемы
• Измерители и индикаторы
• Инструмент для монтажа
• Резервный генератор (не обязательно)

Выбор оборудования

Панели фотоэлементов

При подборе панелей помимо их мощности следует учитывать три фактора - их геометрию, номинальное выходное напряжение и тип фотоэлементов.

Выбор размеров панели

Геометрия определяется конкретными условиями установки, и здесь трудно дать общие рекомендации кроме одной - если у вас есть возможность выбора между большой панелью и несколькими маленькими, лучше взять большую - более эффективно используется общая площадь и будет меньше внешних соединений, а значит,будет выше надёжность. Размеры готовых панелей не слишком велики и не превысят полтора-два квадратных метра при номинальной мощности до 200-250 Вт. Панели небольших размеров (возможно, на меньшее номинальное напряжение) их следует использовать только там, где невозможно установить более крупные панели.

Для достижения нужных значений номинального напряжения и номинальной мощности панели можно объединять в последовательные сборки, которые затем коммутируются параллельно - аналогично тому, как коммутируется банк аккумуляторов. Как и в случае аккумуляторов, в одной сборке следует использовать только однотипные панели.

Обычно панели заводского изготовления имеют прямоугольную форму с соотношением сторон 1:2 или близким к нему. Поэтому если надо монтировать их вплотную в несколько рядов, то их можно размещать «стоя» (длинной стороной вертикально) или «лёжа на боку» (длинной стороной горизонтально). Возникает вопрос - какую ориентацию предпочесть? Ответ - ту, при которой во время движения Солнца минимум панелей будут испытывать полутень, так как даже один затенённый элемент резко снижает выработку всей панели. Например, если в предполагаемом месте установки возможно наиболее вероятно вертикальное смещение границы затенения (от конька соседской крыши, от высокого глухого длинного забора, от полосы кустарника, от верхушек близкого леса и пр.), то панели лучше располагать «лёжа на боку». Если тень в основном будет перемещаться по горизонтали от одной боковой стороны к другой (скажем, тени от угла высокого дома, от толстого столба, от высокого дерева), то панели будем располагать «стоя». Дополнительно можно заметить, что при вертикальном расположении панелей меньше число горизонтальных стыков, что способствует лучшему смыванию грязи и сходу снега с панелей, поэтому панели, которые ничто не будет затенять, лучше монтировать «стоя». Но если возможно затенение панелей, то приоритетно преимущественное направление затенения и выхода из тени.

Выбор напряжения солнечной батареи

С напряжением тоже всё просто - лучше выбирать 24-вольтовые панели, поскольку рабочие токи у них вдвое меньше, чем у 12-вольтовых той же мощности. Панели одинаковой мощности одного и того же производителя, рассчитанные на разное напряжение, обычно различаются лишь внутренней коммутацией фотоэлементов. Панели с номинальным напряжением выше 24 В встречаются редко и обычно собираются из более низковольтных. 12-вольтовые панели, на мой взгляд, оправданы лишь в двух случаях - для маломощных систем, где 12 вольт являются рабочим напряжением инвертора, а также если по архитектурным или конструктивным соображениям необходимо использовать панели малого размера, для которых не существует вариантов на 24 В.

При индивидуальной сборке панелей из отдельных фотоэлементов не нужно забывать о защитных диодах в каждой цепочке для предотвращения протекания обратного тока при неравномерной засветке. В противном случае мощность, выработанная освещёнными секциями панели, вместо полезной нагрузки будет выделяться на затенённом фотоэлементе, а это чревато его перегревом и полным выходом из строя (неосвещённый фотоэлемент в этой ситуации окажется открытым диодом). Допускаемый прямой ток защитных диодов должен быть больше, чем ток короткого(коротыша) замыкания защищаемой цепочки фотоэлементов при максимальной освещённости.

Типы фотоэлементов

Наконец, надо выбрать тип фотоэлементов . В настоящее время наиболее часто предлагаются (распространенные) фотоэлементы на монокристаллическом или поликристаллическом кремнии. Монокристаллический кремний обычно имеет КПД в районе 16-18%, а поликристаллический - 12-14%, зато он несколько дешевле. Однако в готовых панелях цена за ватт (т.е. в пересчёте на вырабатываемую мощность) получается почти одинаковой, и монокристаллический кремний может оказаться даже выгодней. По такому параметру, как степень и скорость деградации, разницы между ними практически да и фактически нет. В связи с этим выбор в сторону монокристаллического кремния очевиден - при равной мощности панели из него компактнее. Кроме того, при снижении освещённости монокристаллический кремний обеспечивает номинальное напряжение выше и дольше, чем поликристаллический, а это позволяет получать хоть какую-то энергию даже в очень пасмурную погоду и в лёгких сумерках. Зато у поликристаллического кремния обычно ниже напряжение холостого хода (у монокристаллического оно может превышать номинал вдвое), ниже и напряжение максимальной мощности. Но если подключать панель к инвертору и аккумулятору не напрямую, а через современный контроллер, то это не имеет существенного значения.

Выбор размещения и суммарной мощности панелей

Очевидно, что обычно нет смысла выбирать суммарную мощность панелей фотопреобразователей больше мощности инвертора. Тем не менее, такое превышение может быть оправдано при наличии мощной постоянной нагрузки и мощного блока аккумуляторов или в расчёте на длительные периоды пасмурной погоды.

Ещё одним интересным вариантом, когда суммарная мощность панелей может существенно превосходить как мощность инвертора, так и мощность, нужную для зарядки аккумуляторов, является их размещение на противоположных стенах коттеджа или на очень крутых скатах крыши (наклон ската не менее 45°), если они ориентированы на запад и восток - тогда мощность каждого поля солнечных батарей (восточного и западного) может достигать 80% от полной требуемой мощности системы, а мощность фотопанелей, подключённых к одному контроллеру, может превышать его номинальную мощность почти в полтора раза! Дело в том, что прямые лучи(солнца) не могут одновременно освещать две противоположные стены или два противоположных крутых ската крыши, а мощность, выдоваемых батареей при отсутствии прямой засветки, падает раз в 10 (во избежание перегрузки контроллера берём её с двух-кратным запасом, отсюда и получается цифра 80%, а не 90%). Да, такая «сплит-система» будет дороже, чем «моноблочная» система с той же рабочей мощностью, но с единым(общем) полем фото-панелей, ориентированным на юг, - ведь панелей надо больше! В чём же преимущество «сплит-системы» над «моноблочной»?

В период длинных дней, когда Солнце всходит на востоке или даже северо-востоке, а заходит на западе или северо-западе, одно из полей «сплит-системы» всегда будет освещено Солнцем и потому будет выдавать хорошую мощность. Лишь в полдень лучи солнце будут скользить по обоим полям панелей, но в это время солнечный свет максимален, и воспринимаемое обоими панелями излучение весьма существенно. В то же время ориентированный на юг «моноблок» даёт мощный максимум выработки в середине дня, но утром или вечером его выработка обусловлена лишь рассеянымсветом а значит минимальна. Между тем именно в это время хорошо бы зарядить аккумуляторы после ночи или на ночь! В пасмурную погоду облака рассеивают свет, и его одинаково успешно воспринимают оба поля фотопанелей, так что общая выработка «сплит-системы» превосходит «моноблок» прямо пропорционально суммарной мощности всех панелей (но сама выработка достаточно мала, что исключает опасность перегрузки контроллера заряда). Лишь в короткие солнечные зимние дни ориентированный на юг «моноблок» по дневной выработке будет превосходить эту «сплит-систему». Но на большей части территории России зима пасмурная, а в пасмурные дни важна суммарная мощность всех фотопанелей, так что и здесь «моноблок» проигрывает сплит-системе. Особенно очень эффективно такое размещение фото-панелей в южных районах, где меньше разность между летними и зимними днями и даже зимой солнце поднимается очень высоко и достаточно далеко заходит на восток и запад.

Если же дом ориентирован по сторонам света не стенами, а углами, то можно разместить поля фотопанелей не на противоположные стороны (восток и запад), а на смежные юго-восток и юго-запад, - тогда и зимой даже в нашей Средней полосе эта система будет вне конкуренции, хотя во избежание перегрузки контроллеров «избыток» мощности, возможно, придётся снизить до 70%, а то и до 50% (точная цифра определяется конкретными условиями размещения панелей). Наконец, можно попытаться ориентировать фотопанели на все три «солнечные» стороны света - восток, юг и запад, - но такое лучше предусматривать на стадии проектирования дома и «посадки» его на местность.

При подсоединение панелей к контроллеру нужно следить, чтобы их суммарный максимальный ток не превышал 80% .. 90% от номинального тока контроллера. Пример, для 10-амперного ШИМ-контроллера суммарный ток должен составлять не более 8 .. 9 А. Запас необходим для того, чтобы контроллер мог выдержать выработку, например, в ясный зимний день, когда белый снег, хорошо отражающий свет, способствует перезасветке фотоэлементов по сравнению с расчётной, а умеренный мороз немного повышает их КПД. Таким образом, к одному 10-амперному контроллеру с ШИМ можно подключить панели на 24 В суммарной мощностью 300 Вт, а на 12 В - всего 150 Вт. Для контроллеров с MPPT, превращающих «излишек» напряжения в дополнительный ток, необходимый запас по номинальному току может быть ещё больше и суммарный ток батарей может быть ограничен вплоть до 60% .. 75% от тока, отдаваемого контроллером в нагрузку, то есть мощность панелей, подключаемых к 10-амперному контроллеру с MPPT, не должна превышать 220 .. 240 Вт при 24 В и вдвое меньше при 12 В. Обычно заводы производители контроллеров указывают допустимую суммарную мощность или номинальный суммарный ток подключаемых к ним панелей фотоэлементов.

Технологии, связанные с выработкой возобновляемой энергии, развиваются быстрыми темпами. Современные комплексы фотоэлектрических энергосистем способны преобразовывать энергию Солнца в электрическую. Теперь система солнечных батарей для дома или загородной дачи считается не роскошью, а отличным способом стать энергетически независимым.

Выбор солнечной системы

Энергия Солнца - неиссякаемый и дешевый источник экологически чистого электричества. В первую очередь - это выгодно. Но перед покупкой подобного комплекта, нужно разобраться в некоторых нюансах.

Солнечные системы можно разделить на два типа :

• Малые . Такие системы не способны в полной мере обеспечить жилище электроэнергией;
• Большие . Способны обеспечить дом не только электроэнергией, но и участвовать в организации отопительной системы.

Основа энергетического комплекса - фотоэлектрические элементы. На отечественном рынке массово продают следующие типы:

Как видно из таблицы, КПД панелей достаточно низок. Но постоянное усовершенствование материалов и конструкций солнечных пластин, постепенно увеличивают этот показатель. В частности появляются гибридные варианты конструкций. КПД таких панелей превышает отметку в 25%.

В данном видео Максим Стасов расскажет, как устроена автономное энергоснабжение в его доме, покажет, как это все работает:

Преимущества и эффективность солнечных модулей

Приобретая солнечные системы, владелец получает следующие преимущества :

• Неисчерпаемый источник энергии . Пока есть доступ к энергии Солнца - есть обеспечение жилища электроэнергией;
• Конструкция не содержит токсичных элементов . Использование солнечных систем не вызывает загрязнения окружающей среды;
• Бесшумность. Выработка электроэнергии не сопровождается шумом;
• Сокращение расходов. Разовая инвестиция в солнечные модули окупается в течение 2-3 лет, после чего вы не оплачиваете электроэнергию годами.

Эффективность технических параметров солнечных модулей зависит от следующих факторов:

• Пайка элементов. Если пайка элементов некачественна, повышается возможность прогорания контакта;
• Герметизация элементов. При некачественной герметизации модуля системы, внутри конструкции накапливается влага, которая может нарушить контактную схему элементов;
• Качество модулей. Общая эффективность системы может быть разной, и зависит от качества использованных в конструкции материалов и оборудования.

Важный момент: батареи системы должны находиться под действием солнечных лучей длительное время . Расположение панелей на южном и восточном скате крыши значительно увеличит дневную выработку солнечной энергии. Частичное затемнение заметно снижает КПД конструкции.

Планирование автономной солнечной системы.

Перед тем как купить солнечную систему, следует рассмотреть важные аспекты, учет которых может повлиять на окончательный выбор конструкции:

• Площадь . Важно учитывать площадь крыши отведенной для монтажа фотоэлектрической энергосистемы. Если она ограничена - лучше всего использовать эффективные монокристаллические батареи;
• Прочность основания . Выдержит ли крыша вес солнечных батарей? Если постройка дома датируется серединой прошлого века, следует сделать дополнительные расчеты;
• Эффективность работы и стоимость . Насколько эффективную систему вы хотите получить? Естественно, что мощная солнечная система стоит дорого. В этом вопросе в паре КПД/стоимость нужно найти «золотую середину».

Размеры солнечных батарей отвечают за мощность, которая находится в диапазоне 100-150 Вт на 1 м². Для формирования эффективной фотоэлектрической энергосистемы, нужно знать суточную потребность в энергии, и, комбинируя панелями различной площади, достичь необходимого результата.

Система солнечного электроснабжения дома

Надоели перепады электроэнергии? Пора рассмотреть популярные конфигурации солнечных систем для дома:

• Автономная. Используется для обеспечения электроэнергией дома при полном отсутствии сети электропередач. В комплект входит солнечная батарея, аккумуляторная батарея и контроллер заряда;
• Сетевая. Вся выработанная электроэнергия поставляется непосредственно в сеть. Система аккумуляции в такой системе отсутствует. В состав входит солнечная батарея и сетевой инвертор;
• Гибридная. Помимо солнечных батарей, в сеть включается дополнительный источник энергии (тепловой насос, ветряная электростанция и т.п.). Этот вариант значительно повышает надежность системы.

Важный момент: система сетевой конфигурации способна обеспечивать жилище электричеством только в дневное время суток . Ночью дом следует подпитывать посредством местной ЛЭП.

Солнечная система отопления частного дома

С солнечным электроснабжением разобрались, а что делать в частном доме с автономным отоплением? Хватит ли на это энергии, ведь интенсивность солнечных лучей в зимнее время года значительно уменьшается. Ответ прост - для обогрева частного дома при помощи солнечных панелей подойдет воздушная система отопления:

Делаем расчёт: в среднем 1 м² солнечной батареи вырабатывает около 150 Вт. В зимнее время года этот показатель может уменьшиться в два раза (все зависит от региона страны) до 75 Вт:

400 Вт/75 Вт=5,3 м²

Площадь солнечной панели для организации автономного воздушного отопления составит чуть более 5 квадратов. Для частного дома это пустяки, а если сюда добавить простой монтаж и отсутствие протечек - данный вариант можно назвать идеальным.

Можно сделать вывод: система солнечных батарей для дома позволит потребителю стать полностью независимым от тарифов ЖКХ. Получая в свое расположение автономную систему энергообеспечения, человеку также станут не страшны природные катаклизмы, которые способны повредить линии электропередач и обесточить целые районы.

Ну и самое главное - экология : переход на «чистые» источники энергии, позволит сохранить и передать природу нашей планеты будущему поколению чистой, прекрасной и безупречной.

Видео: устройство домашних солнечных батарей

В данном ролике Андрей Лапочкин покажет, как работает автономная система из солнечных батарей в сибирской тайге:

Современные технологии позволяют каждому из нас идти в ногу со временем довольно твердыми шагами. Одним из самых значимых достижений научного мира можно считать извлечение энергии из определенных природных феноменов. уже не первое десятилетие получает энергию из таких стихий, как вода и ветер. Сейчас активно развивается направление получения энергии из солнечного тепла. Она является неиссякаемой, поэтому ее стоит использовать на благо человечества. Солнечные батареи для отопления дома становятся с каждым годом все популярнее среди владельцев загородного и частного домостроения.

Особенности устройства

Приборы, способные заряжаться от света, появились уже довольно давно. Еще в девяностых годах прошлого века людям стали доступны батарейки для калькуляторов, часов и прочих мелких устройств, которые работали благодаря получаемой энергии от солнечного света. Западные ученые стали пользоваться этими ресурсами гораздо раньше, чем отечественные исследователи. У наших специалистов тоже есть определенный опыт, поэтому сейчас есть необходимость в серьезном совершенствовании определенных достижений и результатов.

Строение солнечной батареи

Использование солнечных лучей для организации отопительной системы для дома можно считать довольно удачной идеей. Такая система отопления стала активно применяться в качестве альтернативного источника тепла особенно в странах, где две трети дней в месяце являются солнечными. Использование стандартной системы отопления является дорогим удовольствием не только в плане ее организации, но и в плане коммунальных тарифов. Солнечные батареи для отопления дома способы помочь в избавлении от зависимости от коммунальных служб. А ведь именно этого так хотят многие люди.

Преимущества

Солнечная батарея для отопления дома обладает несколькими довольно весомыми преимуществами:

Ваш дом будет обеспечен необходимым теплом на протяжении всего года. Температурный режим можно регулировать так, как вам этого захочется.

Вы обретете независимость от жилищно-коммунальных служб. Ваши счета за отопление уже не будут пугать вас страшными суммами.

Солнечная энергия вполне может использоваться и на обеспечение иных нужд бытового плана.

Для отопления дома характеризуется большим сроком эксплуатации. Устройство редко выходит из строя, поэтому не потребуется беспокоиться о таких нюансах, как замена или ремонт каких-то компонентов.

Если вас заинтересовала солнечная батарея для отопления дома, то следует знать о важных нюансах, на которые требуется обратить внимание перед окончательным выбором. Подобная система не подходит для всех. География проживания - это один из факторов, влияющих на эффективность системы. Если регион вашего проживания характеризуется тем, что солнце светит не слишком часто, то подобные решения не будут настолько эффективными. Еще один недостаток заключается в том, что солнечная батарея для отопления дома стоит довольно дорого. Но тут важно помнить, что подобное решение окупит себя очень быстро.

Каких размеров должны быть батареи

Чтобы снабдить дом требуемым количеством тепла, требуется 15-20 квадратных метров площади батарей. От одного квадратного метра получается примерно 120 ватт тепла. Чтобы за месяц получить примерно кВт тепла, необходимо около 20 солнечных дней. Солнечная батарея для отопления дома должна быть установлена на южной стороне крыши, так как тепла на нее распространяется максимальное количество. Для максимальной эффективности такого отопления требуется соблюсти угол наклона крыши примерно 45 градусов. Возле дома не должно расти высоких деревьев, размещаться иных предметов, способных формировать тень. Дом должен иметь стропильную систему, достаточно прочную и надежную, чтобы выдержать вес всей этой конструкции. Солнечные батареи для отопления дома зимой, отзывы о которых говорят, что они характеризуются своим большим весом, необходимо устанавливать так, чтобы они не спровоцировали разрушительные процессы и не нанесли зданию вреда. Особенно это касается зимнего времени, так как на крыше в это время накапливается снег, что дополняет и так немалый вес батарей.

При том, что стоит солнечная батарея для отопления дома довольно много, популярность этого продукта растет с каждым днем. Ее можно использовать и там, где климат сложно назвать жарким. Если вас заинтересуют солнечные батареи для отопления дома, отзывы о них говорят о возможности использовать их в качестве дополнительного источника тепла. Эти системы максимально эффективны в летние месяцы, когда почти каждый день можно видеть солнечный свет. Но важно понимать, что дом нуждается в отоплении чаще всего зимой.

Типы и комплектации солнечных батарей

Все условно можно разделить не два типа: малые и большие фотоэлектрические системы. К первой категории относятся аккумуляторные панели, которые работают от напряжения 12-24 В. Эти системы способны обеспечить электрической энергией работающий телевизор в комбинации с несколькими отопительными приборами. Использование больших систем предназначено не только для обеспечения жилища электрической энергией, но и для организации системы отопления. Однако с их помощью невозможно обеспечить большие дома с несколькими этажами.

Различается и комплектация устройств. В базовый набор входит такой перечень компонентов:

Вакуумный солнечный коллектор;

Контроллер, следящий за работой системы на максимально эффективном уровне;

Насос, подающий теплоноситель от коллектора в бак отопительной системы;

Емкость для объем которой составляет 500-1000 литров;

Тепловой насос или электрический тэн.

Солнечные батареи для отопления дома: отзывы

В Украине и России, как и в остальных странах, можно использовать подобное инновационное решение. Сейчас можно увидеть много отзывов о том, что подобная система является весьма эффективной, дом небольших размеров можно полностью перевести на такой альтернативный источник, а также прочие. При достаточной мощности оборудования можно обеспечить не только отопление, но и а это довольно значимый момент, позволяющий достичь дополнительной экономии. Можно дополнительно оборудовать систему теплых полов.

Какую выбрать систему

Перед выбором и монтажом системы отопления требуется убедиться в том, что она достаточно мощная для обеспечения ваших нужд. Отопление частного дома солнечными батареями должно организовываться с учетом таких показателей, как площадь жилища, число жильцов, а также необходимый энергетический ресурс. Если в семье насчитывается три человека, то требуется примерно 200-500 кВт энергии ежемесячно. При необходимости организовать горячее водоснабжение энергии потребуется еще больше. Комбинированная отопительная система признана наиболее эффективной. С ее помощью жильцы дома могут подстраховаться на случай аварийных или форс-мажорных ситуаций.

Выбор системы и ее установка

Первое, что требуется при выборе определенной системы - тщательно изучить ее возможности. Обязательно требуется рассчитать площадь жилища, а также то количество тепла, которое требуется для его отопления. Место установки - это еще один значимый момент. Отзывы говорят в пользу того, что правильнее всего будет воспользоваться помощью квалифицированных специалистов в данной области. Связано это с тем, что даже при незначительном просчете можно сильно снизить эффективность готового решения во время работы. Если солнечная батарея для отопления дома будет установлена правильно, то прослужит она не менее 25 лет. Всего 3 года нужно для ее полной окупаемости. Такой срок многие не считают слишком долгим, судя по тем же отзывам пользователей. Это позволяет стать полностью независимым от коммунальных служб, а это очень важно.

Выводы

Солнечная батарея для отопления дома должна устанавливаться так, чтобы солнечное освещение в этом месте было максимальным. Если выбранное здание не пригодно для монтажа такой системы, то можно воспользоваться соседним строением. Накопитель вполне можно разместить в подвальном помещении. встречаются и такие системы, где используется несколько накопителей. В этом случае их размеры будут немного скромнее. Те, кто решил для себя выбрать отопление частного дома солнечными батареями, может смело говорить о правильности своего решения. Солнечная энергия - это неиссякаемый источник тепла, при этом абсолютно бесплатный. Для этого требуется только вложить определенную сумму в оборудование и монтаж системы, а потом она себя не только полностью окупит, но еще и избавит от необходимости платить деньги коммунальным службам.