Солнечные батареи для отопления дома - устройство и монтаж

Особенности отопления дома солнечными батареями



Солнечные батареи для отопления дома представляют собой оборудование, преобразующее энергию Солнца в электричество. Преобразование осуществляется с помощью фотоэлементов.

Cолнечные батареи для отопления дома

Области применения

Максимальная эффективность панелей возможна лишь в долгие летние дни, когда активность Солнца достигает своего пика. Естественно, в тропическом и субтропическом поясе использование гелиоустановок наиболее оправдано. Однако в Германии, несмотря на умеренный климат, развитие альтернативной энергетики является национальным приоритетом, а потому солнечные батареи там получили широкое распространение.

Уже на стадии строительства дома оснащаются гелиоколлекторами для нагрева воды, а крыши оборудуются фотоэлементами. Даже если зима окажется холодной и малосолнечной, возможности отопления на солнечных батареях позволяют взять на себя часть задач по выработке необходимой энергии.

Достоинства солнечных батарей:

  • автономность в обеспечении энергией (независимость от коммунальщиков);
  • после установки оборудования — энергия бесплатна;
  • срок окупаемости — 2-3 года;
  • экологичность;
  • длительный срок эксплуатации;
  • отсутствие шумов;
  • нет потребности в частом обслуживании.

Отопление дома зимой

Недостатки солнечных батарей:

  • высокая стоимость оборудования;
  • довольно низкий КПД, особенно в регионах с умеренным климатом;
  • необходимость синхронизации напряжения с местными подстанциями, что влечет потребность в дополнительных расходах на покупку специального оборудования.

Классификация гелиоустройств

Оборудование выполнено в виде плоской панели, на которой находятся кремниевые фотоэлементы, — наиболее популярны и эффективны. Среди других применяемых материалов — селениды, теллуриды и пр. Эффект от работы панели напрямую зависит от вида полупроводника и формы применяемого материала.

Устройства с кремниевыми элементами применяется чаще всего. Такие панели бывают трех видов:

  • На монокристаллах, где искусственно выращенный кристалл кремния режется на пластинки толщиной 250-300 микрометров. На пластинки крепится электродная сетка, в результате чего образуется ячейка. Модуль вмещает заданное количество ячеек. КПД устройства на монокристаллах составляет 17-22%, что очень хорошо для гелиооборудования. Но при этом и стоимость таких устройств самая высокая.
  • На поликристаллах, где ячейки формируются из твердого кремниевого расплава. КПД в данном случае колеблется в пределах 12-18%, поскольку структура кристалла не отличается однородностью.
  • Аморфный кремний. В данном случае вещество располагается на гибкой подложке. Коэффициент полезного действия здесь наиболее низок — в пределах 5-6%. Однако подобные пластинки очень тонкие — менее одного микрометра, в результате чего они применимы даже при малосолнечной погоде.

Распространение пленочных батарей стимулируется расширением производства гелиоустройств, а значит, снижением стоимости его производства. Обычно КПД у таких систем ниже, однако и цены на такое оборудование ниже.

Монтаж пленочных солнечных батарей

Монтаж пленочных солнечных батарей

  • Теллурид кадмия — соединение кадмия с теллуридом, в результате чего получается прямозонный полупроводник. Такой состав применялся на первых фотоэлектрических устройствах.
  • Селениды меди, галлия, индия. Устройства на базе таких материалов отличаются максимальным коэффициентом полезного действия, достигающим 15-19%. Однако такой КПД бывает лишь у батарей, где применяется индий, но не галлий.
  • Полупроводники на основе органики (например, полифенилена). Такие системы имеют маленький КПД (5-6%), но характеризуются маленькой толщиной, гибкостью и невысокой стоимостью.

Комплектация устройств

Есть два вида батарей: маленькие и большие. К маленьким причисляют оборудование, где напряжение аккумуляторов находится в пределах 12-24 вольт. Подобные гелиоустройства обеспечат лишь небольшие потребности в электричестве: например, для работы холодильника и освещения в небольшом здании. Большие же батареи способны обеспечить электрической энергией частных дом умеренной размерности.

В конструкцию гелиоустройства входят:

  • вакуумный коллектор;
  • датчик контроля за правильностью функционирования системы;
  • насос для подачи теплового носителя от коллектора к баку;
  • бак под горячую воду, объемом до тонны;
  • теплонасос или электро-ТЭН.

После установки солнечных батарей можно не только получать электричество, но и подогревать воду и даже полы. Перед установкой гелиооборудования необходимо рассчитать требуемую мощность. Обычно семье из 3-4 человек необходимо 200-500 кВт электричества ежемесячно. Инсоляцию можно высчитать, если исходить из 1000 кВт/ч на квадратный метр в год.

Схема отопления от солнечных батарей

Схема отопления от солнечных батарей

На обогрев полов понадобится квадратный метр батареи на каждые 10 квадратных метров поверхности. Отдельные типы коллекторов при площади всего лишь 4 квадратных метра позволят обеспечить нагрев горячей воды в течение года в объеме, достаточном для потребностей семьи.

Обратите внимание! В регионах, где преобладает пасмурная погода, рассчитывать только на батареи не стоит. Такое оборудование может лишь служить в качестве вспомогательного.

Эффективность функционирования гелиооборудования тем выше, чем ниже отопительная температура. Хорошим подспорьем в увеличении эффективности системы является качественное утепление частного дома.

Важные нюансы при обустройстве системы

При установке солнечных панелей нужно учитывать ряд моментов:

  • Монтаж оборудования производится в сторону Юга или Юго-востока, поскольку Солнце с той стороны находится в течение большего времени дня.
  • Необходимо предусмотреть достаточно большую площадь под установку (не менее 30-40 квадратных метров в средней полосе России).
  • Угол кровли должен составлять не менее 30-45 градусов.
  • Поблизости с батареей не должно быть крупных деревьев или высоких домов, затеняющих пространство.
  • Понадобятся крепкие стропила, так как батареи имеют приличный вес.
  • Панели преобразуют энергию света в электричество, которое скапливается в аккумуляторах. Их можно установить даже в подвальном помещении, если не найдется другого места. Аккумуляторы соединены с инвертором, который преобразовывает постоянный ток в переменный, который направляется в отопительную систему.
  • Понадобится дополнительное оборудование для распределения электричества (контроллер, устройство отбора мощности и т.п.).

Установка батарей своими руками

Рассмотрим на примере производство гелиооборудования небольшой мощности. Нам понадобится материал для покрытия и подложки. Специалисты рекомендуют применять оргстекло. Тридцать два фотоэлемента следует подбирать с проводами, которые уже припаяны, поскольку процедура пайки занимает немало времени. В качестве герметика можно использовать эпоксидный компаунд.

Ход работ:

  1. Готовим схему — 4 цепи по 8 элементов в каждой. Располагаем их на панели сборки. В качестве панели используем фанерный лист.
  2. Элементы соединяем шиной. С ее же помощью выводим полюса.
  3. Фотоэлементы закрепляем клейкой строительной лентой на подложке из оргстекла. Часть ленты крепим на пластинке элемента, и далее укладываем подложку поверх.
  4. Повторяем проделанное ранее, чтобы закрепить фронтальное стекло.
  5. Наносим герметик на стык. Вверху панели прикрепляем клеммную планку, на которую выходят полюса.

Установка солнечных панелей доступна и не отличается сложностью при наличии минимальных рабочих навыков. Однако расчеты и проектные работы требуют участия профессионалов, поскольку ошибки в данном случае недопустимы.