Солнечные батареи для дома: особенности различных видов и правила выбора. Бытовые солнечные батареи

Сегодня самыми распространенными альтернативными источниками получения электроэнергии являются ветрогенераторы и солнечные панели. Чаще всего, для личного пользования используются именно бытовые солнечные батареи, эффективность которых напрямую зависит от освещения и погодных условиях .

Возможности при использовании

Позволяет получить энергию, путем фотоэлектрических преобразований. Фотоэлементы, находящиеся внутри самой батареи, внешне выглядят как обычные квадратики или полоски. Но, именно они преобразовывают радиацию солнца в электричество.

При использовании альтернативных источников энергии, таких как в быту, сокращаются расходы на свет и на коммунальные услуги. А это немаловажно для каждого человека.

Стоимость таких устройств сегодня достаточно высокая, но она полностью оправдана, так как окупается всего за 1 год дальнейшего использования.

Преимущества и недостатки

Преимущества солнечных панелей при использовании в быту:

• - экологическая чистота;
• - долговечность;
• - экономия;
• - мощность;
• - простота в изготовлении и эксплуатации;
• - небольшой вес;
• - достаточно большой срок службы;
• - надежность;
• - бесшумность;
• - неподвижность частей, требующих замены.

Недостатками таких решений оказываются:

• - высокая стоимость;
• - нагрев атмосферы над электростанцией;
• - требуемое большое пространство для размещения;
• - низкий КПД, от 9 до 24%.

Читайте также:

Возможности панелей

Для того, чтобы энергия попусту не растрачивалась, применяются мощные аккумуляторы, которые накапливают энергию. Ведь солнечные батареи должны, как можно дольше, находиться под солнцем.

Панели бывают односторонние и двухсторонние. Двусторонние солнечные батареи устанавливают на большом расстоянии от земли - около 8 метров и выше. Но, все же односторонние устройства до сих пор являются более распространенными. Они очень популярны, особенно в тех местах, где достаточно освещения на протяжении всего года.

Такие батареи могут полностью обеспечить теплом или электричеством небольшие помещения . Также существуют специальные панели, предназначенные специально для нагрева воды и для отопления.

В современную эпоху глобального потепления и губительного влияния человечества на природу, такие возобновляемые источники энергии, являются безупречно нужными и перспективными. Со временем, технологии работы батарей совершенствуются, что позволяет постепенно повышать КПД и получать больше электричества при меньших затратах на производство.

Итоги

Солнечные батареи - это будущее нашего мира. Сегодня крупные международные компании уже создают целые огромные поля с фотогальваническими панелями, которые способны обеспечить электричеством небольшие города и поселки. Но бытовые электростанции не являются настолько масштабными и глобальными источниками энергии. Бытовые солнечные батареи - это способ изменить мир. И если человечество будет использовать этот способ - то наше будущее изменится к лучшему. Еще никогда солнечные батареи не были на столько доступными.

Вряд ли сейчас можно найти такую сферу человеческой деятельности, в которой не использовались бы фотоэлементы, напрямую преобразующие энергию солнечного света в электричество.

Объединенные в десятки, сотни, тысячи, связанные между собой, эти элементы образуют солнечные батареи, которые вырабатывают электрический ток такой мощности, что можно обеспечить потребности жилых домов, производственных помещений, фермерских хозяйств. Портативные батареи обеспечивают электроснабжение небольших приборов и устройств.

Солнечные батареи на крыше многоэтажного дома

Жилые дома отдают электричество

Все чаще можно видеть дома, на скосах крыш которых красуются панели солнечных батарей. Эти панели выглядят настолько эстетично, что в некоторых местах их устанавливают перед домами в качестве декоративных украшений. Жильцы таких домов практически полностью обеспечивают себя электроэнергией.

Электричества, вырабатываемого батареями, вполне достаточно для того, чтобы освещать помещения, питать все электроприборы и технику: стиральные машины, холодильники, телевизоры, пылесосы. В холодное время года можно, не заботясь об экономии, включать электрообогрев дома. Мало того, электричества вырабатывается порой столько, что его излишки отдаются в общую электросеть, принося владельцам дополнительный доход, постепенно компенсирующий расходы на энергоперевооружение дома.

Солнечные батареи на крышах небольших домов

Гелиоэнергетика пришла и в деревни

Специфика фермерских хозяйств такова, что под солнечные панели можно выделить значительно больше места, чем в городе. Помещения для содержания животных, птиц, как правило, имеют большие размеры, и на их крышах можно установить достаточно мощную конструкцию.

Электричество, вырабатываемое этими панелями, обеспечивает работу электродоильных аппаратов, поилок, сепараторов, смесителей, насосных станций. В инкубаторах поддерживается постоянная, заданная температура, а также освещение. В молочных хозяйствах солнечные панели питают все приборы и механизмы, задействованные в процессе переработки молока, производства сыров, масла, других молочных продуктов.

Солнечные батареи на крышах фермерского хозяйства

Волшебный чемоданчик и не только он

Наверняка каждый из нас имел дело с различными приборами, работающими от фотоэлементов – солнечными батареями в миниатюре. Это и электронные часы, и калькуляторы, и миниатюрные радиоприемники, и многое другое. В быту солнечные батареи нашли такое широчайшее применение, что порой уже невозможно представить, как раньше обходились без этого.

Мобильный телефон. Он есть, наверняка, у каждого. Но частенько в самый нужный момент он вдруг оказывается разряженным. Сейчас появились . Конечно, небольшие размеры этих устройств не дают возможности очень быстро зарядить телефон. Но минут 15-ти – 20-ти вполне достаточно для того, чтобы сделать нужный звонок.

А немецкая компания Vodafone выпустила мобильный телефон, который питается от солнечных батарей. То есть его аккумулятор постоянно подзаряжается от солнца. Такой телефон незаменим в дальних поездках, вылазках на природу и там, где могут возникнуть проблемы с зарядкой аккумулятора. .

Мобильный телефон Vodafone

Канадская фирма WeWi Telecommunications выпускает ноутбуки SOL, которые работают только от солнечных батарей.

Ноутбук SOL

Фирма BRUNTON наладила выпуск тонкопленочных зарядных устройств, которые можно в буквальном смысле этого слова свернуть в трубочку. Кстати, для тонкопленочных панелей отнюдь не обязательно попадание прямого солнечного света. Для нее вполне достаточно рассеянного освещения.

Зарядное устройство на тонких пленках фирмы BRUNTON

Эта же фирма выпускает сумки для ноутбуков. Наружная сторона их представляет собой солнечную панель. Сумка может вместить в себя ноутбук с диагональю экрана до 17-ти дюймов и с помощью специальных переходников позволяет заряжать аккумуляторы любых ноутбуков.

Сумка – зарядное устройство для ноутбуков

О возможностях солнечных батарей можно было бы говорить очень много. Для них находят самое неожиданное применение:

• авторучка со встроенными фотоэлементами, микроаккумулятором и светодиодом, чтобы можно писать в темноте;
• куртка с тонкопленочным фотоэлементным покрытием и вшитыми нагревательными элементами, не дающая замерзнуть в самые лютые морозы и др.

Фантазия человеческая неистощима. И кто знает, какие еще горизонты могут открыть нам новые технологии и научные изыскания в области солнечной энергетики.

При постоянно растущих ценах на электроэнергию поневоле начнешь задумываться об использовании природных источников для электроснабжения. Одна из таких возможностей — солнечные батареи для дома или дачи. При желании они могут обеспечить полностью все потребности даже большого дома.

Устройство системы электропитания от солнечных батарей

Преобразовывать энергию солнца в электричество – эта идея длительное время не давала спать ученым. С открытием свойств полупроводников это стало возможным. В солнечных батареях используются кремниевые кристаллы. При попадании на них солнечного света в них образуется направленное движение электронов, которое называется электрическим током. При соединении достаточного количества таких кристаллов получаем вполне приличные по величине токи: одна панель площадью чуть больше метра (1,3-1,4 м2 при достаточном уровне освещенности может выдать до 270 Вт (напряжение 24 В).

Так как освещенность меняется в зависимости от погоды, времени суток, напрямую подключать устройства к солнечным батареям не получается. Нужна целая система. Кроме солнечных панелей требуется:

• Аккумулятор. На протяжении светового дня под воздействием солнечных лучей солнечные батареи вырабатывают электрический ток для дома, дачи. Он не всегда используется в полном объеме, его излишки накапливаются в аккумуляторе. Накопленная энергия расходуется ненастную погоду.
• Контролер. Не обязательная часть, но желательная (при достаточном количестве средств). Отслеживает уровень заряда аккумулятора, не допуская его чрезмерного разряда или превышения уровня максимального заряда. Оба этих состояния губительны для аккумулятора, так что наличие контролера продлевает срок эксплуатации аккумулятора. Также контролер обеспечивает оптимальный режим работы солнечных панелей.
• Преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор). Не все устройства рассчитаны на постоянный ток. Многие работают от переменного напряжения в 220 вольт. Преобразователь дает возможность получить напряжение 220-230 В.

Солнечные батареи для дома — только часть системы

Установив солнечные батареи для дома или дачи, можно стать совершенно независимым от официального поставщика. Но для этого надо иметь большое количество батарей, некоторое количество аккумуляторов. Комплект, который вырабатывает 1,5 кВт а сутки стоит около 1000$. Этого достаточно для обеспечения потребностей дачи или части электрооборудования в доме. Комплект солнечных батарей для производства 4 кВт в сутки стоит порядка 2200$, на 9 кВт в сутки — 6200$. Так как солнечные батареи для дома — модульная система, можно купить установку, которая будет обеспечивать часть потребностей, постепенно увеличивая ее производительность.

Виды солнечных батарей

С ростом цен на энергоносители идея использования энергии солнца для получения электроэнергии становится все более популярной. Тем более, что с развитием технологий солнечные преобразователи становятся эффективнее и, одновременно, дешевле. Так что, при желании, можно свои нужды обеспечить установив солнечные батареи. Но они бывают разных типов. Давайте разбираться.

Сама солнечная батарея — некоторое количество фотоэлементов, которые расположены в общем корпусе, защищенные прозрачной лицевой панелью. Для бытового использования фотоэлементы производят на основе кремния, так как он относительно недорог, и элементы на его основе имеют неплохой КПД (порядка 20-24%). На основе кремниевых кристаллов изготавливают монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные (гибкие) фотоэлементы. Некоторое количество этих фотоэлементов электрически соединены между собой (последовательно и/или параллельно) и выведены на клеммы, расположенные на корпусе.

Фотоэлементы установлены в закрытом корпусе. Корпус солнечной батареи делают из анодированного алюминия. Он легкий, не подвержен коррозии. Лицевую панель делают из прочного стекла, которое должно выдерживать снего-ветровые нагрузки. К тому же оно должно обладать определенными оптическими свойствами — иметь максимальную прозрачность, чтобы пропускать как можно больше лучей. Вообще, из-за отражения теряется значительное количество энергии, так что требования к качеству стекла высокие и еще оно покрывается антибликовым составом.

Виды фотоэлементов для солнечных батарей

Солнечные батареи для дома делают на основе кремневых элементов трех типов;

Если у вас скатная крыша и фасад развернут на юг или восток, слишком сильно думать о занимаемой площади не имеет смысла. Вполне могут устроить поликристаллические модули. При равном количестве производимой энергии они стоят немного дешевле.

Как правильно выбрать систему солнечных батарей для дома

Есть распространенные заблуждения, которые заставляют вас тратить лишние деньги на приобретение чересчур дорогого оборудования. Ниже приведем рекомендации того, как правильно выстроить систему электропитания от солнечных батарей и не потратить лишних денег.

Что надо купить

Далеко не все компоненты солнечной электростанции жизненно необходимы для работы. Без некоторых частей вполне можно обойтись. Они служат для повышения надежности, но без них система работоспособна. Первое, что стоит запомнить — приобретайте солнечные батареи в конце зимы, начале весны. Во-первых, погода в это время отличная, много солнечных дней, снег отражает солнце, увеличивая общую освещенность. Во-вторых, в это время традиционно объявляют скидки. Далее советы такие:

Если воспользоваться только этими советами, и подключить только технику, которая работает от постоянного напряжения, система солнечных батарей для дома обойдется в гораздо более скромную сумму чем самый дешевый комплект. Но это еще не все. Можно еще часть оборудования оставить «на потом» или вообще обойтись без него.

Без чего можно обойтись

Стоимость комплекта солнечных батарей на 1 кВт в сутки — более тысячи долларов. Немалые вложения. Поневоле задумаешься, а стоит ли оно того и каков же будет срок окупаемости. При нынешних тарифах ждать пока отобьются свои деньги придется не один год. Но можно затраты уменьшить. Не за счет качества, но за счет незначительного снижения комфортности эксплуатации системы и за счет разумного подхода к подбору ее компонентов.

Итак, если бюджет ограничен, можно обойтись несколькими солнечными панелями и аккумуляторными батареями, емкость которых на 20-25% выше максимального заряда солнечных панелей. Для мониторинга состояния купите автомобильные часы, которые еще измеряют напряжение. Это избавит вас от необходимости несколько раз в день измерять заряд на АКБ. Вместо этого вам надо будет время от времени смотреть на показания часов. Для старта это все. В дальнейшем можно докупать солнечные батареи для дома, увеличивать количество АКБ. При желании, можно купить инвертор.

Определяемся с размерами и количеством фотоэлементов

В хороших солнечных батареях на 12 вольт должно быть 36 элементов, на 24 вольта — 72 фотоэлемента. Это количество оптимально. При меньшем числе фотоэлементов вы никогда не получите заявленный ток. И это — лучший из вариантов.

Не стоит покупать сдвоенные солнечные панели — по 72 и 144 элемента соответственно. Во-первых, они очень большие, что неудобно при перевозке. Во-вторых, при аномально низких температурах, которые у нас периодически случаются, они первыми выходят из строя. Дело в том, что ламинирующая пленка при морозах сильно уменьшается в размерах. На больших панелях из-за большого натяжения она отслаивается или даже рвется. Теряется прозрачность, катастрофически падает производительность. Панель идет в ремонт.

Второй фактор. На больших по размерам панелях должна быть больше толщина корпуса и стекла. Ведь увеличивается парусность и снеговые нагрузки. Но далеко не всегда это делают, так как значительно возрастает цена. Если вы видите сдвоенную панель, а цена на нее ниже, чем на две «обычных», лучше ищите что-то другое.

Еще раз: лучший выбор — солнечная панель для дома на 12 вольт, состоящая из 36 фотоэлементов. Это оптимальный вариант, проверенный практикой.

Технические характеристики: на что обратить внимание

В сертифицированных солнечных батареях всегда указывается рабочий ток и напряжение, а также напряжение холостого хода и ток КЗ. При этом стоит учесть, что все параметры обычно указываются для температуры +25°C. В солнечный день на крыше батарея разогревается до температур, значительно превышающих эту цифру. Это объясняет наличие большего рабочего напряжения.

Также обратите внимание на напряжение холостого хода. В нормальных батареях оно порядка 22 В. И все бы ничего, но если проводить работы на оборудовании не отключив солнечные батареи, напряжение холостого ходы выведет из строя инвертор или другую подключенную технику, не рассчитанную на подобный вольтаж. Потому при любых работах — переключении проводов, подключении/отключении аккумуляторов и т.д. и т.п — первое что вы должны сделать — отключить солнечные батареи (снять клеммы). Перебрав схему, их подключаете последними. Такой порядок действий сохранит вам много нервов (и денег).

Корпус и стекло

Солнечные батареи для дома имеют алюминиевый корпус. Этот металл не корродирует, при достаточной прочности имеет небольшую массу. Нормальный корпус должен быть собран из профиля, в котором присутствуют, как минимум, два ребра жесткости. К тому же стекло должно быть вставлено в специальный паз, а не закреплено сверху. Все это — признаки нормального качества.

Еще при выборе солнечной батареи обратите внимание на стекло. В нормальных батареях оно не гладкое, а текстурированное. На ощупь — шершавое, если провести ногтями, слышен шорох. К тому же должно иметь качественное покрытие, которое сводит к минимуму блики. Это означает что в нем не должно ничего отражаться. Если хоть под каким-то углом видны отражения окружающих предметов, лучше найдите другую панель.

Выбор сечения кабеля и тонкости электрического подключения

Подключать солнечные батареи для дома необходимо медным одножильным кабелем. Сечение жилы кабеля зависит от расстояния между модулем и АКБ:

• расстояние менее 10 метров:
  • 1,5 мм2 на одну солнечную батарею мощностью 100 Вт;
  • на две батареи — 2,5 мм2;
  • три батареи — 4,0 мм2;
• расстояние больше 10 метров:
  • для подключения одной панели берем 2,5 мм2;
  • двух — 4,0 мм2;
  • трех — 6,0 мм2.

Можно брать сечение больше, но не меньше (будут большие потери, а оно нам не надо). При покупке проводов, обратите внимание на фактическое сечение, так как сегодня заявленные размеры очень часто не соответствуют действительным. Для проверки придется измерять диаметр и считать сечение (как это делать, прочесть можно ).

При сборе системы можно плюсы солнечных батарей провести используя многожильный кабель подходящего сечения, а для минуса использовать один толстый. Перед подключением к аккумуляторам все «плюсы» пропускаем через диоды или диодные сборки с общим катодом. Это предотвращает возможность замыкания аккумулятора (может вызвать возгорание) при замыкании или обрыве проводов между батареями и аккумулятором.

Диоды используют типа SBL2040CT, PBYR040CT. Если такие на нашли, можно снять со старых блоков питания персональных компьютеров. Там обычно стоят SBL3040 или подобные. Пропускать через диоды желательно. Не забудьте что они сильно греются, так что монтировать их надо на радиаторе (можно на едином).

Еще в системе необходим блок предохранителей. По одному на каждого потребителя. Всю нагрузку подключаем через этот блок. Во-первых, система так безопаснее. Во-вторых, при возникновении проблем, проще определить ее источник (по сгоревшему предохранителю).

В последнее время активно развиваются технологии получения альтернативной энергии. Это солнечные батареи (СБ), ветровые станции и ряд иных устройств. Особенно перспективными считаются СБ или так называемые фотоэлектрические панели, ведь с учетом почти вечной жизни солнца такая энергия является неисчерпаемой. Несмотря на их пока что сравнительно высокую стоимость, они обеспечивают получение бесплатной и экологически чистой энергии. Тем не менее, цены на СБ год из года снижаются, что свидетельствует о больших перспективах их повсеместного внедрения.

Устройство солнечных батарей

Солнечная батарея представляет систему полупроводниковых устройств в виде фотоэлектрических преобразователей, которые преобразуют энергию солнца в постоянный электрический ток с применением принципа фотоэффекта.

1 — Контроллер
2 — Батарея
3 — Инвертор
4 — Модуль
5 — Электрооборудование

Солнечная батарея включает в себя следующие элементы:

• , состоящий из двух слоев материалов с различной проводимостью. К примеру, это может быть поликристаллический или монокристаллический кремний с включением иных химических соединений для создания принципа фотоэффекта p-n перехода. То есть, один материал имеет недостаток электронов, а другой – их избыток.
• , тончайший слой элемента, который противостоит переходу электронов.
• . При его подключении к противостоящему слою, запорная зона легко преодолевается электронами. В результате появляется упорядоченное движение зараженных частиц, то есть электрический ток.
• . Обеспечивает накопление и сохранение энергии.
• . Производит преобразование постоянного тока, идущего от солнечной батареи, в переменный.
• . Обеспечивает в системе солнечной батареи создание напряжения необходимого диапазона.

Принцип действия

• Солнечный свет в виде фотонов света попадает на поверхность солнечной батареи.
• При столкновении с поверхностью полупроводника фотоны передают энергию электронам полупроводника.
• Электроны, выбитые из полупроводника вследствие удара, преодолевают защитный слой, имея при себе дополнительную энергию.
• В результате отрицательные электроны переходят в проводник n из p-проводника, а положительные совершают обратный маневр. Подобному переходу способствуют электрические поля, которые на данный момент имеются в проводниках. Впоследствии они увеличивают разность и силу зарядов.

Если батарея, освещенная солнцем, замкнута на определенную нагрузку с сопротивлением R, то наблюдается появление электрического тока I. Его величина определяется сопротивлением нагрузки, интенсивностью освещения и качеством фотоэлектрического преобразователя. Мощность P, выделяемая в нагрузке определяется формулой P= I*U, где U показывает напряжение на зажимах батареи.

Виды

В зависимости от применяемых материалов солнечные батареи могут быть:

• Панели из монокристаллических фотоэлектрических элементов. Они эффективны, однако более дороги, КПД составляет 14-16%. У монокристаллических элементов многоугольная форма, вследствие чего всю площадь заполнить трудно;
• Панели из аморфного кремния. Такие батареи демонстрируют низкий КПД в пределах 6-8%. Но среди кремниевых технологий преобразователей у них наиболее дешевая электроэнергия;
• Панели из теллурида кадмия выполняются на базе пленочной технологии. Нанесение полупроводникового слоя осуществляется слоем в несколько сотен микрометров. КПД составляет 11%, но в сравнении с кремниевыми батареями ватт мощности обходится дешевле на десятки процентов;
• Панели на базе полупроводников CIGS, которые состоят из селена, галлия, индия и меди. КПД таких панелей доходит до 15%;
• Полимерные панели. Это разновидность тонкопленочных батарей, принцип работы которых напоминает фотосинтез растений. Включает слой полимера, защитный слой, гибкую подложку и алюминиевые электроды. КПД 5-6%;
• Наиболее распространенными вследствие оптимального соотношения КПД и цены являются панели из поликристаллических фотоэлектрических элементов. Их КПД достигает 12-14%.

СБ также можно условно разбить на следующие типы:

• Тонкопленочные или гибкие (на базе теллурида кадмия, кристаллические и аморфные);
• Жесткие (из кристаллического кремния, иногда аморфного);
• Односторонние (поглощают свет одной стороной);
• Двухсторонние (поглощают свет обеими сторонами).

Особенности

• Заряд аккумуляторной батареи при слабом солнечном свете уменьшается, отдавая электроприемнику электрическую энергию, то есть идет постоянная работа в режиме зарядки и разряда. Контроль выполняется специальным контроллером.
• СБ не требуют никаких специальных профилактических работ. Может потребоваться лишь протирание пыли.
• Панели можно использовать и зимой, однако производительность в этот период уменьшается в полтора-два раза. Чтобы на панелях не накапливается снег, их следует устанавливать под углом 70 градусов на возвышении.
• Солнечные батареи лучше всего подойдут для автономных систем, в которых много бытовых энергоэффективных электроприборов, не включенных постоянно.

Применение

Солнечные батареи могут применяться практически повсеместно:

• Электромобили.
• Портативная электроника.
• Калькуляторы, фонарики, плееры и так далее, то есть везде, где требуется подзарядки аккумуляторов различной бытовой электроники.
• Авиация. Так создан самолет Solar Impulse, работающий только на солнечной энергии.
• Энергообеспечение домов, школ, аэропортов и иных зданий. Солнечные батареи широко используются в субтропических и тропических регионах, где много солнечных дней. В особенности популярны они в странах Средиземноморья.
• Использование в космосе. СБ ставят на МКС, устанавливают на спутниках, космических и межпланетных аппаратах, а также многое другое.

Достоинства и недостатки

Среди преимуществ можно отметить:

• Экологичность;
• Долговечность, фотоэлементы служат несколько десятков лет;
• Простой принцип работы. Благодаря чему поломок в солнечной батарее практически не бывает;
• Бесшумность;
• Возможность постоянной работы;
• Не нужно топлива;
• Общедоступность;
• Возможность изменения мощности системы.

Среди недостатков можно отметить:

• Низкий КПД. Нужна большая площадь батарей, чтобы обеспечить нужды даже небольшой семьи;
• Сложность сборки системы и наладки;
• Достаточно высокая стоимость солнечных батарей, а также низкая окупаемость системы.

Перспективы

Стремление человечества к экологичности и отказу от нефти приведет к внедрению все больших энергосберегающих технологий. Это значит, что солнечные батареи будут использоваться повсеместно. А создание панелей с более высоким КПД позволит:

• Оборудовать большинство зданий панелями для получения энергии;
• Монтировать их в автомобили, дороги, роботы и многочисленные иные приборы;
• Устанавливать их в одежду и даже вживлять в человека. Южнокорейские ученые уже создали подкожную солнечную батарею, которая в 15 раз тоньше волоса. Она обеспечивает бесперебойную работу приборов, которые имплантированы в тело, к примеру, кардиостимулятора.

Технологические инновации действительно удивляют, в особенности, если это касается практической стороны жизни. Еще совсем недавно людям не были известны схемы получения выгодной энергии, дающей возможность отказаться от дорогого электричества. Согласитесь, теперь альтернативные источники доступны каждому и было бы здорово ими воспользоваться.

Новаторские солнечные панели для отопления постепенно, но настойчиво внедряются в наши бытовые реалии. Но прежде чем отправиться за ними в магазин, стоит взвесить все за и против, иначе можно приобрести совсем неподходящую модель. Для того чтобы этого не случилось, мы раскроем секреты выбора этих устройств.

Кроме того, из нашего материала вы узнаете, конструктивные особенности солнечных коллекторов, а также найдете пошаговую инструкцию по установке гелиобаратей. Для простоты восприятия материал сопровождается тематическими фотографиями и видеороликами.

Нередко, столкнувшись с необходимостью монтажа солнечных панелей, человек задается вопросом о целесообразности предприятия. Потому что в большинстве случаев процент солнечных дней существенно проигрывает аналогичному значению пасмурных.

Подобное соотношение характерно для регионов средней полосы, а климату северных областей свойственно еще большее количество облачных дней.

Недостаточное количество солнечных дней напрямую связано с эффективностью работы приборов, перерабатывающих энергию земного светила. Вследствие уменьшается попадание солнечных лучей на поверхность батареи. Процесс этот называется инсоляцией.

Солнечные батареи могут использоваться в отопительных системах в качестве поставщика теплоносителя или энергии для питания приборов

Суть его заключается в том, что любая плоскость, независимо от ее назначения, принимает на себя определенное количество солнечной энергии. В южных регионах количество это естественно выше, что делает монтаж солнечных панелей более актуальным.

Однако, как показывает практика, рынок технологического оснащения в сфере синтеза энергии солнца, неустанно улучшает свои продукты, поэтому современные фотоэлементы в гелиопанелях прекрасно функционируют даже в местности с невысоким уровнем инсоляции.

Распределение солнечной активности на примере карты России. Более высокий коэффициент характерен для южных областей (кликните для увеличения)

Взвешенный подход к установке

Перед тем, как организовать систему отопления на солнечных батареях, следует выяснить минусы и сильные стороны конструкции, питающейся энергией солнца.

Знания эти нужны для лучшего восприятия отличий оборудования от аналогов и оценки рациональности устройства и оценки целесообразности сооружения.

Наиболее значимыми факторами являются:

• Эффективность . Реальный КПД при конвертации солнечной энергии в электрическую. Пока энергия гелиобатарей почти пятикратно дороже привычного электричества.
• Сезонность применения. Солнечные батареи смогут производительно работать только при отсутствии препятствий на пути солнечных лучей, в том числе высокой облачности.
• Слабая схема аккумуляции. Полученную энергию в большинстве случаев нужно расходовать сразу. Для накопления и хранения ее нужны довольно объемные накопители, для размещения которых потребуется внушительная площадь.
• Необходимость во вспомогательной энергии. В зимний период гелиопанели не смогут поставлять достаточного для обогрева дома количества тепла. Но могут стать полезным дополнением к отопительному котлу в случае солнечной погоды.
• Целесообразность сооружения. На текущий момент окупаемость солнечных батарей заставляет желать лучшего. Установка их оправдывает себя только в местностях, не подключенных к централизованным сетям. Там, где солнечным приборам нет вообще альтернативы.

Есть надежды на разработку и выпуск более доступных частникам приборов гелиоэнергетики. Есть уверенность, что когда-то сооружение систем, перерабатывающих солнечную энергию, станет рентабельным.

Правда, если учесть, что энергорессурсы планеты постепенно тают, то можно вполне рассматривать гелиотехнику как выгодное, перспективное вложение.

Солнечный комплекс полностью безопасен для окружающей среды, не выделяет токсичных продуктов горения, не нарушает естественного баланса, не требует сжигания ископаемых и древесины

Однако сейчас это лишь дополнение к основным источникам тепла, но уже обладающая собственным набором преимуществ, это:

• Длительный период эксплуатации. Конструктивная простота гарантирует минимум поломок. Панели можно случайно повредить в момент очистки от снега, но замена стекла вполне доступна для производства собственными руками.
  
• Широкая вариативность моделей. Приборы выпускает солидное число зарубежных и отдельные представители отечественных производителей. Разброс цен позволяет выбрать вариант «по карману».
• Индивидуальность настроек. Оборудование можно настроить с учетом всех капризов природы в конкретной местности.
• Дешевизна энергии. Точнее, ее полная бесплатность — качество, которое не стоит воспринимать буквально из-за солидной материалоемкости сооружения гелиопанелей.
• Внешняя привлекательность. Плоские системы обогрева не нарушают архитектуры домов, могут восприниматься как элементы креативного дизайна.

Выяснили, что солнечная энергия может стать подспорьем в быту, дополняющим традиционные источники отопления. Кроме того, учитывая сегодняшние цены на топливо, альтернатива в виде солнечных батарей поспособствует экономии, особенно в условиях частного сектора.

Ведущие производители оборудования, при описании своих товаров, всячески делают акцент на абсолютной экологичности системы. Естественно, процесс преобразования фотонной энергии происходит без участия каких бы то ни было горючих, токсичных, либо химических взрывоопасных веществ.

Расположенные на крыше солнечные панели не портят экстерьер дома, не занимают много места

Если рассуждать более глобально, повсеместное использование солнечных батарей безусловно снизит потребление других источников энергии, таких как уголь или природный газ. Конечно же, ситуация с экологией в таком случае качественно улучшится, а неуемные счета за отопление и горючие материалы останутся в прошлом.

Эффективность работы панелей прямо пропорциональна количеству поглощаемой солнечной энергии. Но технологический аспект оборудования разных видов позволяет увеличить либо уменьшить производительность.

Для повышения производительности системы, рекомендуется осуществлять монтаж солнечного отопления в симбиозе с другими, более традиционными способами обогрева.

Не стоит беспокоиться о том, что солнечный коллектор очень скоро выйдет из строя. Средний срок эксплуатации такого оборудования составляет около 15 лет. Правильное функционирование фотоэлементов в первую очередь зависит от региона, в котором используется установка.

Как правило, наиболее интенсивный уровень инсоляции подвергает систему большей нагрузке. Поэтому, если оборудование используется в умеренном климате, оно вполне способно прослужить более 15 лет.

Срок эксплуатации солнечных панелей от 12 до 15 лет. При грамотном уходе они прослужат дольше

Виды солнечных устройств

Опытным путем доказано, что некоторые вещества способны более интенсивно реагировать на воздействие фотонов. Поэтому технология изготовления солнечных панелей различна.

Гелиоустройства для бытового применения делятся на 2 главенствующих вида:

• Фотоэлектрические преобразователи (кремниевые и пленочные). Представляют собой группы последовательно или параллельно соединенных друг с дружкой фотоэлементов, превращающих солнечное излучение в электричество. Собранные в единую полупроводниковую систему элементы называются солнечной панелью, которая поставляет энергию электрозависимым устройствам обогрева.
• Солнечные коллекторы (плоские, вакуумные или трубчатые, коллекторы-концентраторы или зеркальные). Это самый распространенный в быту тип, принимающий солнечную энергию и передающий ее в систему отопления в виде электроэнергии ли подогретого теплоносителя.

Кроме перечисленных типов есть гелиостанции, производящие энергию в промышленных масштабах. Для частника они могут служить централизованным поставщиком энергии.

Система отопления с солнечными коллекторами предусматривает расход энергии сразу после ее получения

Устройство фотоэлектрических преобразователей

Принцип работы фотоэлектрических преобразователей основан на конвертации солнечной энергии в электрический ее тип. Выпускают их в виде модулей на алюминиевой рамке или на гибком полимерном полотне.

В первом случае верх модуля защищается высокопрочным стеклом, а низ изоляционной пленкой. В втором случае обе защитные оболочки выполняются из полимеров.

Фотоэлектрические элементы соединяются посредством токопроводящих шин, функция которых заключается в передаче энергии аккумулятору или потребителю. К шинам подключаются контакты, служащие для соединения отдельных батарей в целостную систему и для подключения к потребителям.

Принцип действия фотоэлектрических преобразователей основан на способности элементов преобразовывать солнечную энергию в электрическую

С ориентиром на организацию атомов кремния солнечные батареи делятся на:

• Монокристаллические. Снабжаемые наиболее чистым кремнием, технология производства которого давно применяется в изготовлении полупроводников. Суть производства заключается в искусственном выращивании монокристалла, который в итоге разрезают на пластины 0,2 — 0,4 мм толщиной. Это и есть ячейки будущей батареи, которых потребуется 36 штук.
• Поликристаллические . В изготовлении используются пластины, полученные из расплавленного кремния после его медленного охлаждения. Энергии и трудовых усилий технология требует меньше, потому стоят солнечные батареи с поликристаллами гораздо меньше. Обычно у таких батарей стандартный ярко-синий цвет.
• Из аморфного кремния. Технология их производства ориентирована на принцип испарительной фазы. В результате процесса испарения на несущем элементе оседает тоненькая пленка кремния, которую сверху обволакивают прозрачным защитным покрытием. Эту категорию солнечных батарей называют тонкопленочной, устанавливают на стены домов.

Монокристаллические батареи наиболее производительны. В зависимости от модели и от изготовителя КПД их варьирует в интервале 14 – 17 %. Поликристаллические проигрывают им по критериям эффективности, КПД их в среднем 10 – 12%.

Самые малопроизводительные системы – гелиобатареи на аморфном кремнии. Они рассчитаны на переработку рассеянного излучения, устанавливаются на стены домов в качестве дополнения к расположенным на крыше более мощным системам. КПД в пределах 5 – 6%.

Поликристаллические варианты солнечных батарей — среднее предложение в отношении цены и производительности

Опираясь на данные, полученные от ведущих производителей солнечных модулей, таких как компания «SunTech Power », становится понятно, что эффективность монокристаллов с каждым годом возрастает, и вскоре КПД может достигнуть порядка 33%.

Однако, на сегодняшний день лучшие показатели производительности принадлежат продукции компании «Sanyo ». Особенность этих панелей заключается в многослойности внешнего элемента, что значительно повышает эффективность, а КПД гелиоколлекторов составляет 23%.

Ввиду характерной процедуры обработки кремния, структура поликристалла содержит нежелательные образования, которые мешают лучшему поглощению энергии солнца. Также, кристаллические частицы микроструктуры модуля располагаются в хаотичном порядке по отношению друг к другу, что затрудняет сублимацию энергии. Вследствие этого, КПД панели редко превышает 18%.

Иногда встречается симбиоз аморфных и поли-/ монокристаллических коллекторов. Это объясняется тем, что для нормальной работы поликристаллов требуется интенсивное солнечное освещение, в отличие от аморфных панелей. Поэтому объединение двух технологий может стать выходом из положения.

В производстве пленочных систем тоже есть ощутимые изменения. Так, на современном этапе, достаточно часто встречаются пленочные гелиомодули на основе кадмия и индия.

На каждом этапе постоянно проводится мониторинг кремневодородного покрытия, иначе возможны проблемы, связанные с работоспособностью

Доказано, что кадмий очень хорошо поглощает солнечный свет, поэтому его взяли на вооружение многие производители в сфере гелиоэнергетики. Как известно, вещество радиоактивно, но не стоит беспокоится из-за возможности облучения, т.к. доля металла не так велика, чтобы нанести хоть какой-нибудь вред атмосфере, не говоря уже о человеке.

Полупроводник индий успешно выдает 20% КПД, опережая кадмий. Ввиду того, что индий гораздо более востребован в бытовой технике, а именно на производстве ЖК телевизоров, часто производители замещают метал другим аналогом – галлием.

Пленочное гелиооборудование имеет гибкую структуру, что существенно упрощает монтаж

Говоря о преимуществах полимерных модулей и пленочных коллекторов в целом, хочется выделить довольно невысокую цену, по сравнению с кристаллическими батареями, полную безопасность и экологичность , благодаря стабильному состоянию хим. веществ. Также, к числу дополнительных плюсов можно добавить гибкость и универсальность.

Конструктивные особенности солнечных коллекторов

Самый простой вариант плоский солнечного коллектора представляет собой некий ящик-корпус, лицевой стороной которого является зачерненная металлическая поверхность. Внутри расположен змеевик, заполненный водой, смесью воды с незамерзающим средством или воздухом.

Дно и стенки ящика закрывается теплоизоляцией, необходимой сохранения полученной энергии в пределах батареи.

Металлическая пластина вкупе с трубками производят сбор и передачу нагретого теплоносителя в систему отопления. Эта часть именуется абсорбером. Чаще всего для его изготовления используют листовую медь, характеризующуюся высокой теплопроводностью.

Внешняя сторона адсорбера обязана быть интенсивно черной для максимального поглощения солнечного излучения.

Солнечные панели трубчатого типа представляют собой систему трубок или змеевик с металлической пластиной сверху

Для того чтобы от металлической поверхности адсорбера не отражались лучи, сверху устанавливается прочное прозрачное покрытие. Обычно это закаленные варианты стекла с минимальным содержанием металла.

Снаружи на него наносят особую оптическую оболочку, не излучающее тепла в инфракрасном свете. Оно способствует повышению производительности устройства, способной нагревать воду до 200ºС.

Трубчатые панели чувствительны к атмосферному негативу. После сильных осадков, в особенности града, рекомендуется тщательно проверить целостность лицевого покрытия коллектора.

Разносимая ветром листва, пыльная взвесь и обломки веток также могут повредить поверхность. Царапины и сколы приведут к резкому ухудшению производительности оборудования.

Есть несколько вариантов устройства солнечных панелей, т.к. в ходе эксплуатации разработчики постепенно устраняли недостатки

Вакуумная разновидность оснащена многослойной трубкой, сконструированной по принципу термоса. Подобная система позволяет на 95 % лучше предыдущих моделей сохранять тепло.

В нижней части многослойной трубки есть жидкость, которая при нагревании солнцем превращается в пар. Вверху этой своеобразной запаянной колбы вмонтирован конденсатор. Достигая его пар конденсируется и транспортирует в систему тепло.

Гелиопанели, работающие по вакуумному принципу, эффективней обычных трубчатых в областях с незначительным количество солнечных дней.

Коллекторы концентраторы оснащаются устройством с зеркальной поверхностью, которая фокусирует полученную ею энергию на поверхность абсорбера. Площадь зеркала больше, чем тот же размер абсорбера, благодаря чему увеличивается эффективность приема солнечной энергии. Зеркальный элемент вообще можно сконцентрировать на точке или тонкой линии без малейшей потери в производительности.

За счет устройства теплоприемной трубки по принципу термоса производительность прибора увеличивается почти в два раза

Минус концентраторов в том, что воспринимать они могут лишь прямое излучение. Потому последние разработки оснащаются поворотными следящими устройствами с целью устранения или сокращения влияния этого недостатка оснащаются.

Следящие приспособления заставляют коллектор поворачиваться вслед за движением светила, чтобы собрать все его лучи.

Это самая эффективная разновидность коллекторных гелиопанелей, позволяющая нагревать теплоноситель до максимальной по сравнению с другими температуры. Правда, хорошо работают они в пустынных областях, стоят немало, из-за чего востребованы в основном производственными организациями.

Солнечный коллектор-концентратор работает, фокусируя солнечную энергию на абсорбере, имеющем меньшую площадь

Интересным новым решением стала сферическая коллекторная конструкция, улавливающая буквально все возможные к восприятию ею лучи. Ее не нужно оборудовать поворотным механизмом, кстати, энергозависимым и требующим подключения к питающей сети.

Сферическая конструкция отличается от обычного тем, что состоит не из отдельных трубок, подключенных к приемному и выходному патрубку, а из единого винтового теплоприемника.

Заполняется змеевик-приемник технической водой, которая при нагревании передвигается вверх по винтовому пути и выходит нагретым в выходной патрубок, а оттуда в систему отопления.

После охлаждения теплоноситель вновь возвращается из отопительного контура к входному патрубку сферического коллектора. Процесс повторяется.

Сферическая форма позволяет полный световой день принимать солнечные лучи без применения поворотных механизмов

Существенный плюс сферической системы в том, что нагревание проистекает весь световой день. Его не надо оборудовать поворотными механизмами, нуждающимися в электропитании. Благодаря винтовой схеме он отличается минимальными потерями энергии в трубопроводе.

Все виды гелиоколлекторов относятся к разряду сезонных вспомогательных систем получения энергии. В зависимости от модели их внутренний трубопровод может вмещать в себя до 200 л жидкости, а минимальное количество, используемое в вакуумных модулях, составляет около 60 литров.

Инструкция по монтажу гелиобатарей

Панели, относящиеся к классу «плоских», желательно устанавливать в летний сезон, когда уровень инсоляции выше. Это будет оптимальным вариантом соотношения цены и получаемой энергии, а значит покупка таких гелиоколлекторов полностью оправдает все затраченные средства.

Так или иначе, энергетический потенциал оборудования позволяет ему использоваться в системах горячего водоснабжения и отопления.

Процесс преобразования энергии крайне чувствителен к перепадам температур. Это стоит учитывать во время монтажа. Первым делом нужно убедится в том, что жилище тщательно утеплено, иначе могут происходить непредвиденные сбои в работе системы.

Система отопления с солнечными панели представляет собой замкнутый контур с циркулирующим по нему теплоносителем

Для каждого региона предусмотрен оптимальный вариант монтажа оборудования. Расчет производится на степени все той же инсоляции. Согласно правилам использования, коллектор необходимо располагать так, чтобы угол падения солнечных лучей на его поверхность составлял 90 градусов.

Только в этом случает КПД от работы системы будет максимальным. Добиться абсолютной точности при монтаже панелей можно посредством измерения широты местности.

Важным фактором будет направление, в котором располагаются панели. Вследствие того, что наибольший уровень мощности достигается преимущественно в середине дня, стоит ориентированно располагать панели в южном направлении. Допускаются некоторые отклонения в процессе монтажа, в восточном или западном направлении, но не слишком.

Кроме того, часто снижение эффективности наблюдается на фоне попадания тени от деревьев на панель коллектора. Зимой рекомендуется повышать угол наклона гелиопанелей, это улучшит уровень производительности системы.

Шаг #1. Выбор угла наклона

Эффективность коллекторов в первую очередь зависит от угла расположения панели по отношению к горизонтальной поверхности. Для оптимального светопоглощения рекомендуется сохранять наклон в районе 45 градусов.

Оптимальный угол наклона солнечной панели зависит от сезона. Хорошо, если прибор будет оснащен устройством для корректировки угла

Азимут необходимо сохранять на отметке в 0 градусов (прямое направление на Юг). Разрешены некоторые отклонения в 30-40 градусов для лучшей инсоляции. Для увеличения жесткости, существует спец. конструкции из алюминия.

Это в первую очередь характерно для установки коллекторов на крышу наклонного типа. Они предотвратят изменение установленных параметров, вследствие погодных явлений, а быстрая скорость монтажа, с использованием крепежных крюков и профилей, сэкономит время.

Шаг #2. Сооружение первичного контура

На первом этапе происходит монтаж всех компонентов отопления: бойлеры, компрессоры, теплопроводники и т.д. Для удобства рекомендуется располагать элементы системы в легкодоступном месте. При монтаже расширительного бака, следует учитывать отсутствие препятствий между ним и коллекторами.

Температура внутри бака измеряется при помощи температурного датчика. Его следует крепить к нижней части резервуара.

Следующим этапом станет организация системы вентилирования. При монтаже контура необходимо создать воздухоотвод , выходящий из расширительного бака. Лучшим решением будет вывести коммуникацию на крышу. Это поспособствует регуляции перепадов давления внутри отопительной системы.

Солнечные панели — часть системы отопления, которая должна кроме них включать бойлеры, центробежные насосы, трубопровод и т.д.

Процесс движения жидкости внутри ГВС зависит от циркуляционного насоса. Его рекомендуется использовать только для систем с закрытым типом водяного контура. Кроме того, для удобства смены жидкости, расширительный бак должен быть снабжен системой слива. Для этого подойдет монтаж крана где-нибудь в нижней части устройства.

Шаг #3. Разбираемся в особенностях эксплуатации

Гелиосистема работает от сети в 220 в. Каждая модель имеет уникальную схему подключения, которая поставляется в комплекте.

Проводка должна быть тщательно заизолирована, а терморегуляторы и всевозможные реле необходимо располагать в исключительно сухом месте (для лучшей герметичности рекомендуется защитить оборудование гидрофобным материалом).

Обязательно убедитесь в том, что к системе подключено заземление. Это убережет от ситуаций опасных для жизни.

Шаг #4. Выбор способа соединения элементов

Спайку медных контуров и электрических деталей нужно производить с использованием специальной паяльной пасты. Перед этим нужно произвести очистку стыков. Лучше это делать стальной щеткой.

Элементы, ведущие к распределительному баку (трубы, змеевики) приваривают, либо прикручивают, предварительно нарезав резьбу. Важно понимать, что труба с охлажденной жидкостью должна подходить к нижней части бака, а с горячей — к верхней.

Шаг #5. Установка солнечных батарей

Подготовительный этап: что необходимо приготовить для монтажа.

Галерея изображений

Далее следует процесс установки солнечных батарей. Инструкция для монтажа 2 панелей подходит для крепления любого количества солнечных коллекторов: принцип монтажа не меняется. Главное — найти площадь для установки.

Галерея изображений

В качестве подходящего места выбран фасад – сторона, выходящая на южную сторону, то есть максимально освещенная солнцем

Отделка здания – мягкий сайдинг, поэтому для монтажа потребуется дополнительная подставка. Раму из алюминиевого профиля необходимо сделать по размерам солнечных батарей

Алюминий достаточно легок, чтобы не повредить фасадную облицовку, и прочен, чтобы выдержать вес панелей – 2 штуки по 8 кг

Для подъема панелей под крышу достаточно обыкновенной приставной лестницы, но во время установки необходимо соблюдать правила техники безопасности

Для упрощения процедуры крепления лучше воспользоваться помощью второго человека: один крепко держит панель, второй ее прикручивает

После установки обеих панелей следует еще раз проверить прочность всех крепежей, так как сооружение будет испытывать на себе нагрузку во время сильного ветра и дождя

Последний этап — тестирование системы.

Выводы и полезное видео по теме

Применение солнечных панелей в автономных коммуникационных системах:

Демонстрация продукции одного из лидеров производства солнечных батарей:

Принцип устройства и работы вакуумного коллектора:

Гелиоэнергетика ежегодно улучшает показатели в преобразовании солнечной энергии. Разработчики уже сейчас могут предложить огромный выбор коллекторов плоского и трубчатого типа, с использованием кварцевого напыления или монокристаллические модули. Все это постепенно актуализирует альтернативные источники энергии, вследствие чего солнечная энергия скоро станет доступна каждому.