Экология

Привет Geektimes. Данная статья является продолжением предыдущей части, про туристическое зарядное устройство " ". Идея использования солнечной батареи для зарядки разных гаджетов мне показалась весьма перспективной, но конечно, 21Вт в качестве универсальной зарядки мало - хочется иметь возможность заряда не только в солнечную погоду, а для этого нужен запас по мощности. Поэтому были куплены полноценные солнечные панели и начаты эксперименты с ними.

Что из этого получилось, подробности под катом.

Железо

1. Солнечная панель

Тут есть разные варианты, но на балконе основным ограничением является наличие свободного места. Для понимания порядка цен, батарея на 50Вт стоит примерно 5000руб и выглядит так:

Размеры панели в мм - 540x620x30, вес 4кг.

Балконы по размеру бывают разные, исходя из габаритов панелей, вполне без проблем можно поместить 2 или 4 штуки, больше уже не влезет. Для теста было куплено 2 панели по 50Вт. Такая батарея дает около 18В под нагрузкой или 24В без нее, значит при использовании 2х батарей нужно рассчитывать на суммарное напряжение до 50В (к примеру многие dc-dc преобразователи штатно работают до 30В). Можно соединить батареи и параллельно, но тогда потери из-за длины проводов будут чуть выше.

2. Контроллер

Здесь есть 2 варианта:

- Солнечные панели + контроллер + аккумулятор

Это классическая конструкция: контроллер заряжает аккумулятор когда есть солнце, пользователь когда ему надо, эту энергию использует.

Преимуществ у данной системы несколько:

Энергией можно пользоваться когда угодно, а не только когда светло,
- возможность подключения инвертора и получения на выходе 220В,
- как бонус, резервный источник в доме на случай отключения электричества.

Недостаток один: использование аккумулятора большой емкости в корне убивает экологичность идеи данного мероприятия. Число циклов заряда/разряда аккумуляторов ограничено, они не любят переразряд, к тому же и аккумуляторы и контроллеры довольно-таки дорогие. Цена контроллера составляет от 1000р за самую дешевую ШИМ-версию, до 10000-20000р за более дорогую (и эффективную) версию с поддержкой MPPT (что такое MPPT можно почитать ). Цена аккумулятора составляет от 5000р за обычный гелевый аккумулятор на 40-50А*ч, некоторые используют батареи LiFePo4, они разумеется дороже.

- Grid-tie инвертер

Эта технология наиболее перспективна на данный момент.

Суть в том, что конвертор преобразует и отдает энергию сразу в домашнюю электросеть. При этом потребляемая от общей сети энергия уменьшается, домовой электросчетчик фиксирует меньшие показания.

В идеале, если солнечные панели дают достаточно энергии для всех потребителей, значение на электросчетчике вообще не будет расти. А если потребление квартиры/дома меньше, чем выработка солнечных панелей, то счетчик будет фиксировать «экспорт» энергии, что должно учитываться компанией-поставщиком электричества. В России правда такая схема пока не работает - более того, большинство старых электросчетчиков считают энергию «по модулю», т.е. за отдаваемую энергию еще и придется платить. Вроде в 2017 году вопросы микрогенерации на законном уровне обещали начать решать. Но впрочем для панелей на балконе все это имеет лишь теоретический интерес - их выработка слишком мала.

Цена grid-tie инвертора составляет от 100$, в зависимости от мощности. Отдельно стоит отметить микроинветоры - они ставятся прямо на батарею, и отдают сразу сетевое напряжение, однако рекомендуемая мощность панелей составляет не менее 200Вт. Инвертор крепится прямо на задней стенке солнечной панели, это позволяет соединять их так:

Но для балкона это разумеется, неактуально.

Тестирование

Первым делом было интересно выяснить, какую реальную мощность можно получить с солнечных панелей. Для этого за 15$ была куплена плата АЦП ADS1115 для Raspberry Pi:

Использовать ее просто, входное напряжение делится делителем и подается на аналоговый вход, на выходе имеем цифровые значения. Исходники для работы с АЦП можно . Также был куплен датчик тока ACS712, датчик напряжения был сделан из кучки резисторов (дома нашлись только одного номинала). В качестве нагрузки была установлена обычная лампочка на 100Вт. Разумеется, от 48 вольт она не горела (лампочка расчитана на 220В), а лишь еле-еле светилась. Сопротивление спирали составляет 42 Ома, что по напряжению позволяет примерно оценить мощность (хотя у лампы накаливания сопротивление нелинейно, но для грубой прикидки сойдет).

Первая тестовая версия выглядела так:

Технофетишистам не смотреть!

Исходник был допилен, чтобы данные и текущее время сохранялись в CSV, также на Raspberry Pi был запущен web-сервер, чтобы скачивать файлы по локальной сети.

Результаты за обычный вполне ясный день с переменной облачностью выглядят так:

Видно что пик напряжения приходится на раннее утро, что есть следствие неправильной установки панелей - в идеале они не должны стоять вертикально.

А вот так выглядит «провал» в день, когда набежали тучи, и пошел дождь:

Учитывая напряжение в 44В и сопротивление нити накала лампы в 42Ома, можно грубо прикинуть (нелинейность сопротивления лампы игнорируем), что в лучшем случае получаемая мощность P = U*U/R = 46Вт. Увы, КПД 100-ваттной панели при вертикальной установке не очень хорош - солнечные лучи падают на панель не под прямым углом. В худшем случае (пасмурно, дождь) мощность падает даже до 10Вт. Зимой и летом суммарная получаемая энергия также будет отличаться.

Опыт с отдачей энергии напрямую в сеть оказался неудачным: 500-ваттный инвертер от 45 ватт просто не заработал. В принципе это было ожидаемо, так что инвертор оставлен на будущее до переезда на место с балконом побольше.

В итоге, учитывая решение отказаться от буферных аккумуляторов, единственным рабочим вариантом оказалось использование dc-dc конверторов напрямую: к примеру вот такой конвертер может заряжать любые USB-девайсы, на его выходе уже есть и USB-разъем:

Есть модели чуть подороже, они имеют больший максимальный ток и большее число USB-разъемов:

Есть мысль также найти dc-dc-конвертер для зарядки ноутбука, их выбор на eBay весьма велик.

Заключение

Данная система имеет экспериментальный характер, но в целом можно сказать что оно работает. Как видно по графику, примерно с 7 утра и до 17 вечера отдаваемая панелями мощность более 30Вт, что в принципе не так уж плохо. В совсем пасмурную погоду результаты разумеется хуже.

Об экономической целесообразности речи разумеется не идет - при выработке 40Вт*ч по 7 часов, за неделю будет выработано 2КВт*ч. Окупаемость в ценах своего региона каждый может прикинуть самостоятельно. Вопрос разумеется не в цене, а в получении опыта, что всегда интересно.

Но куда девать энергию, вопрос пока открытый. Использовать 40Вт для зарядки USB-устройств это чересчур избыточно. На eBay есть grid tie инверторы на 300Вт с рабочим напряжением 10.5-28В, однако отзывов по ним мало, а тратить 100$ на тест не хочется. Если подходящее решение так и не найдется, можно считать что одна 50-ваттная панель является оптимумом для балкона - ею можно заряжать разные гаджеты, избыточность в этом случае минимальна.

По крайней мере, уже сейчас все домашние цифровые устройства (телефоны, планшет) переведены на «зеленую энергию» без особых хлопот. Есть мысль все-таки рассмотреть использование буферного LiFePo4 аккумулятора - но вопрос выбора и аккумулятора и контроллера пока открыт.

В дополнение: как подсказали в комментариях, можно использовать свинцовый аккумулятор, например автомобильный. Да, это действительно дешевый и работающий вариант, со 100-ваттной панелью будет достаточно примерно такого контроллера, ценой всего 10-20$ на eBay.

Владельцам частных домов и коттеджей очень повезло – они могут устанавливать у себя на крыше целые поля солнечных батарей, комбинировать центральную систему электроснабжения с солнечной, и в итоге существенно экономить. А что делать жителям городских многоэтажек? Солнечные батареи для квартиры – это утопия или все-таки реальность?

Установка

Конечно, обустроить полноценную гелиосистему в рамках стандартной городской квартиры довольно проблематично. И первая же трудность, с которой предстоит столкнуться – размещение самих солнечных батарей. Причем дело даже не только в их габаритах, дело прежде всего в ориентации по солнцу. Ведь лучи должны падать на фотоповерхность под определенным углом, иначе панель не будет работать. Но как добиться этого в многоквартирном доме?

Хорошо, если балкон выходит в нужную сторону. А если нет? Еще один возможный вариант – установка солнечных батарей на крыше дома. Но это оправданно, если квартира находится на верхнем этаже. В противном случае потери энергии в кабелях могут быть слишком значительными.

Правда, есть и другая возможность. Это покупка гибких тонкопленочных батарей. Сегодня выпускаются изделия, которые можно наклеивать на оконное стекло, как обычную тонировку. Этот вариант вполне оправдан, если окна в квартире имеют достаточную площадь (тонкопленочные модули отличаются большими габаритами). Но опять же, все зависит от расположения окон.

Дополнительное оборудование

Если установка солнечных батарей в квартире возможна, то надо подумать о дополнительном оборудовании. Ведь сгенерированную энергию надо где-то хранить. А значит, нужно покупать аккумуляторы (лучше – Li-ion, у них выше цикловый ресурс). Также понадобятся контроллер заряда и инвертор для преобразования постоянного тока в обычный переменный.

Подбирать сами панели надо исходя из среднего дневного энергопотребления. Например, расходы квартиры составляют примерно 200 кВт в месяц. В день таким образом получается около 6,6 кВт. Значит, нужны панели со средней общей выработкой в районе 6,6 кВт/день. Если не получится подобрать точно соответствующие этому значению панели, можно взять ближайшие. Например, две модели мощностью 240-250 Вт выработают за сутки чуть больше 5 кВт энергии. Для ее хранения подойдут два аккумулятора (гелевые или Li-ion), например 12 В/220 А/ч. Также надо купить соответствующий инвертор и зарядный контроллер.

Экономическая целесообразность

Такова примерная комплектация средней гелиосистемы для квартиры. Осталось выяснить, насколько экономически обоснована ее установка. Цена одной батареи мощностью 25 Вт составляет 10-15тыс.руб. Соответственно, две шутки обойдутся в 20-30тыс. Сюда надо добавить расходы на прочее оборудование, и станет понятно, что квартирная солнечная станция – не такое уж дешевое удовольствие. Подобные затраты оправданы лишь в условиях регулярных и длительных перебоев с электричеством.

Поэтому лучше использовать комбинированный вариант. То есть спроектировать гелиосистему в качестве резервного источника энергии. Тогда можно купить менее мощные солнечные батареи и менее энергоемкие аккумуляторы. В итоге общая стоимость резко снизится. И такой системы будет достаточно для поддержания аварийного освещения квартиры в течение нескольких часов.

Солнечный многоквартирный дом

Другой вариант – установка солнечной станции на весь дом. Для этого необходимо участие всех жильцов. Конечно, общая стоимость подобной системы будет гораздо выше, но зато расходы отдельно взятой квартиры будут существенно меньше, чем при индивидуальном подходе. Да и производительность такой общедомовой станции будет ощутимо больше.

Причем такое решение будет иметь еще несколько плюсов:

• Отсутствие проблем с установкой самих модулей, так как их свободно можно будет разместить на крыше и на южной стене здания;
• Упрощение монтажа, так как крыши большинства многоэтажек плоские;
• Отсутствие затененности, поскольку крыши высотных домов открыты солнечным лучам;
• Возможность использования накопленной энергии для ночного освещения здания и работы лифтов.

Таким образом, экономически целесообразнее все-таки оборудовать не отдельную квартиру, а весь дом. Хотя все зависит от конкретных целей, и если солнечные батареи нужны только в качестве резервного источника, то проще оснастить лишь свою квартиру.

Последнее время всё актуальнее звучит тема поиска природных энергоисточников. Вопрос не только в сохранении окружающей среды, но и в значительной экономии. В число наиболее доступных и эффективных средств, позволяющих получить электричество буквально из ничего, входят солнечные батареи. Стоимость комплекта для дома, отзывы и сведения о 8 лучших бюджетных моделях – в этом материале.

Читайте в статье

Принципы работы и виды солнечных батарей для частного дома

Прежде всего, чтобы не выглядеть в глазах профессиональных консультантов дилетантом, нужно уяснить, что правильно солнечные батареи называются «фотоэлектрические преобразователи». Человек, хоть немного знакомый с школьным курсом физики, знает, что свет преобразовывается в электроэнергию посредством p-n перехода. Именно на этом принципе и основана работа солнечных батарей.

К сведению! На коэффициент полезного действия фотоэлектрического элемента влияют технологии изготовления. Производители предлагают новейшие материалы, способные извлекать энергию даже в пасмурные и облачные дни.

Необходимо остановиться подробнее на видах солнечных батарей.

Аморфные фотоэлектрические преобразователи

Изготовлены из кремния с тонкоплёночной структурой. Считаются малоэффективными, так как вырабатывают почти вдове меньше энергии по сравнению с другими видами. Но у них есть своё преимущество – это очень тонкие элементы, которые можно установить на любую крышу. К тому же, они более чувствительны, чем другие типы батарей и лучше переносят перегрев. Имеет смысл подобные солнечные батареи купить для частного дома с целью получения не основного, а дополнительного энергоисточника.

Микроморфный кремний

Материал нового поколения фотоэлектрических преобразователей. Они уверенно выигрывают у своих предшественников в вопросах цены и эффективности. Подобные солнечные накопители не так капризны к ориентации относительно сторон света и углу наклона.

Эти преобразователи – лидеры по продажам. Их можно назвать наиболее удачным соотношением качества, эффективности и цены. Выглядят такие преобразователи как квадраты синеватого цвета. Они извлекают электроэнергию даже при высокой облачности и пасмурной погоде. Их единственный недостаток – сравнительно небольшой срок эксплуатации. Из-за естественного окисления поверхности коэффициент полезного действия будет постепенно снижаться уже начиная с четвёртого года эксплуатации.

Монокристаллические преобразователи

Очень эффективные приборы, подходящие для небольшой крыши. Они отличаются устойчивостью к неблагоприятным погодным условиям и окислению. Чёрные квадраты этих элементов покрываются естественной защитной плёнкой под воздействием воздуха. Исключительным характеристикам этих элементов соответствует и их цена. Стоимость комплекта подобных солнечных батарей для дома и дачи начинается от 500 тысяч рублей.

Из чего складывается для дома цена комплекта солнечных батарей?

Домашняя электростанция на фотоэлектрических сегментах состоит из комплекта приборов:

• панели – преобразователи солнечной энергии;
• аккумуляторы – накопители;
• инвертор и контроллер.

Важно правильно произвести расчеты солнечных батарей для частного дома, их оптимального количества и мощности.

К сведению! При расчёте необходимого числа преобразователей следует учитывать, что в отдаче энергии принимают участие и аккумулирующие устройства. Чем выше ёмкость этих приборов, тем эффективнее работа всей системы.

Контроллер в системе домашней солнечной электростанции – немаловажный прибор. Многие предпочитают сэкономить и не приобретать его, и в результате несут дополнительные расходы из-за выхода из строя аккумуляторов. Дело в том, что при избыточном поступлении энергии на аккумулятор происходит снижение срока его службы.

Вот и получается, что стоимость домашней станции складывается из трёх частей – панелей (от 6000 рублей), аккумуляторов (от 6500 рублей) и контроллера (от 3500 рублей).

Как собрать комплект для дома солнечных батарей своими руками в видео ниже:

Солнечные батареи для дома: стоимость комплекта, отзывы, технические характеристики

Спрос на фотоэлектрические преобразователи растет и, соответственно, появляется все большее количество фирм, предлагающих свои услуги по поставке домашних солнечных электростанций. Сколько стоит солнечная батарея для частного дома и есть ли комплекты, уже зарекомендовавшие себя в условиях нашего климата?

Итак, эффективность устройства будет зависеть от нескольких факторов:

• показателей мощности (среднесуточная, пиковая, сезонная);
• продолжительности автономного функционирования;
• интенсивности солнечного освещения территории участка в разное время.

Давайте рассмотрим самые популярные солнечные батареи для дома, стоимость комплекта, отзывы покупателей. Для анализа подобраны станции с «бюджетной» стоимостью:

Модель	Комплектация	Технические данные и цена		Отзыв: Григорий, Саратов
СЭ Сансет (комплект)	Панельный модуль FSM 100M 12В – 1 шт	Ёмкость АКБ, Ач	55	Отличный вариант для небольшой дачи! Бываем там на выходных, энергии как раз достаточно для вечернего освещения и пары-тройки небольших приборов. Жена очень довольна, пока задача проводить на дачу линию электропередач не стоит.
	Коннекторы MC 4 – 1 шт	Установленная мощность, Вт	100
	Контроллер EP RC-EC – 1 шт	Номинальная мощность, Вт	300
	Инвертор S 300 COTEK 12 В – 1 шт	Пиковая мощность, Вт	400
	АКБ H RL Delta 55 – 1 шт	Страна происхождения	Китай
		Цена, руб	43 420

Модель	Комплектация	Технические данные и цена		Отзыв: Артур, Тверь
СЭ (комплект) ФЭС		Выработка системы, Вт в сутки	800-1000	Зимой от станции работает тёплый пол, летом – насос с фильтрами в бассейне и освещение в саду. Система трудится безотказно, даёт энергию даже в облачные дни.
	Инвертор ИС 2 12-300 – 1 шт.	Мощность солнечных модулей, Вт	100
	EP Solar Tracer (контроллер) MP PT 10А – 1 шт.	Накопленная мощность, Вт	1200
	АКБ GX 12 В DELTA 100 Ач (GEL) – 1 шт.	Ном. мощность инвертора, Вт	300
	Разъёмконектор МС4 – 2 шт.	Страна происхождения	Россия
	Модуль ФСМ 100 Вт моно – 1 шт.	Цена	44 720

Модель	Комплектация	Технические данные и цена		Отзыв: Юрий, Петрозаводск
Солнечная станция (комплект) Эконом Sunshines	Модуль ФСМ-150П 150Вт/12 В – 1 шт.	Ёмкость АКБ, Ач	100	Купили несколько систем для домиков на лесной базе. На два домика – один комплект. Хватает с лихвой. Понятно, что подключено мало потребителей, но свет есть, холодильники работают. Рыбакам больше и не надо.
	Контроллер 10А – 1 шт.	Номинальная мощность, Вт	150
	Аккумулятор Delta 100А*ч/12В – 1 шт.	Пиковая мощность, Вт	600
	Инвертор 300 Вт – 1шт.	Номинальное напряжение, В	12
		Страна происхождения	Россия
		Цена, руб	53 260

Модель	Комплектация	Технические данные и цена		Отзыв: Ольга, Гатчина
СЭ (комплект) Дача Мини	Панель OSD 255: 2	Ёмкость АКБ, Ач	200	Летом уезжаем жить на дачу, от солнечных батарей работает насос в скважине, это очень удобно. Плюс свет на веранде подключаем вечером. Холодильник, чайник, мощности хватает на все. Если бы жили здесь постоянно, был бы смысл купить комплект помощнее.
	Инвертор 1кВт ACME или эксморк: 1	Установленная мощность, Вт	510
	Аккумулятор 100Ач A GM: 2	Номинальная мощность, Вт	1000
	Коннектор для параллельного соединения: 1	Напряжение холостого хода, В	37,1
	Контроллер АКБ Шим: 1	Страна происхождения	Россия
	Кабель 4 мм кв: 2	Цена, руб	81 710

Модель	Комплектация	Технические данные и цена		Отзыв: Алексей, Смоленск
Солнечная станция (комплект) Санфорс ПРОМО	Модуль Sunways FSM 200P – 2 шт.	Ёмкость АКБ, Ач	75	Совсем отказаться от проводного электричества пока не удалось, но с помощью этой станции получается прилично сэкономить. Расход энергии у нас большой: помимо дома две теплицы. Отопление и освещение теплиц как раз задача этой установки. Справляется на «отлично».
	Коннекторы MC4 – 1 шт.	Установленная мощность, Вт	400
	Инвертор/контроллер заряда Sunways UMA 1K-24 MPPT – 1 шт.	Пиковая мощность, Вт	1600
	Delta HRL 75 Ач – 2 шт.	Страна происхождения	Китай
		Цена, руб	103 460

Модель	Комплектация	Технические данные и цена		Отзыв: Евгений, Уфа
Солнечная станция (комплект) Комфорт Sunshines	Модуль ФСМ-250П (250Вт/24В) – 2 шт.	Ёмкость АКБ, Ач	400	Живём постоянно за городом. Жена долго не соглашалась на покупку, все таки сумма приличная. А теперь рекомендует соседям последовать нашему примеру. Мы посчитали, прибор окупится через три года. Хватает на все нужды, очень довольны.
	Аккумулятор (GEL 200А*ч/12В) – 2 шт.	Номинальная мощность, Вт	480
	Контроллер MP PT 2210 RN 12/24В 20А – 1 шт.	Пиковая мощность, Вт	3000
	Инвертор (синусоидальный, 1500 Вт) – 1шт.	Номинальное напряжение, В	24
		Страна происхождения	Россия
		Цена, руб	181 120

Модель	Комплектация	Технические данные и цена		Отзыв: Виктор, Курск
Солнечная станция (комплект) Дача Стандарт	Панель OSD 255– 4 шт.	Ёмкость АКБ, Ач	400	Сменил в доме все лампы на и принципиально не плачу за электричество. Полностью автономная система, для особо пасмурных дней держу про запас дизель генератор, а так хватает на все необходимые электроприборы.
	Инвертор EP 3200 – 35 00-24 2 кВт с зарядным устройством – 1 шт.	Установленная мощность	1020
	Аккумуляторы 200 Ач AGM – 2 шт.	Номинальная мощность, Вт	2000
	Коннектор для параллельного соединения – 3 шт.	Напряжение холостого хода, В	37,1
	Контроллер Tracer MP PT 4215 BN 40A 12/24 V – 1 шт.	Страна происхождения	Россия
	Кабель 4 мм кв – 2 шт.	Цена, руб	195 950

Модель	Комплектация	Технические данные и цена		Отзыв: Влад, Тула
Solar-SE500 Mini	Инвертор 12 Вольт 450 Ватт со встроенным контроллером MP PT	Мощность, Вт	450	Установил на даче. Вполне достаточно для освещения домика с верандой и . В солнечные дни хватает энергии на освещение, работу чайника, зарядку телефона и прочие мелочи.
	Солнечная батарея BLD Solar BLD100	Пиковая мощность, Вт	900
	Аккумулятор Ventura GPL 12	Напряжение АКБ, В	12
		Запас энергии АКБ, Вт*ч	900
		Страна происхождения
		Цена, руб	42 800

1. Фотоэлектрические преобразователи необходимо устанавливать в местах, имеющих максимально продолжительный контакт с солнечным светом. Это может быть как сторона крыши, так и стена.
2. Устанавливая солнечные панели, нужно помнить, что в зимнее время их придется ежедневно очищать от снега. Стоит сразу продумать, как сделать этот процесс удобным и безопасным.
3. Преобразователи нуждаются в для предотвращения перегрева. Это нужно учесть при установке.

Подробнее процесс установки модулей в видеоролике ниже:

Подведение итогов

Мы рассмотрели отзывы, стоимость комплектов солнечных батарей для дома. Выводы такие:

1. Фотоэлектрические преобразователи незаменимы в условиях отсутствия проводного электричества или в местах, куда оно поставляется с перебоями.
2. Солнечные домашние электростанции сделают частный дом автономным и независимым.
3. Кроме прочего, с помощью экологически чистого источника энергии вы внесете свой вклад в сохранение природы.

Для удобства ухода за панелями предпочтительно размещать их на стене или на специальных подставках на участке.

Понравилась публикация? Поддержите нас и поделитесь с друзьями

Причины популярности альтернативных источников энергии вполне объяснимы: существует возможность сэкономить на топливе и воплотить в жизнь мечты об экологически чистых системах жизнеобеспечения. Умело используя энергию солнца, ветра и воды, можно обыкновенный дачный домик превратить в современный экодом.

Мы расскажем, как в частном доме оборудовать отопление на солнечных батареях, разберем вместе с вами, насколько это выгодно. Для того чтобы досконально осветить вопросы применения энергии дневного светила, мы подробно описали все популярные варианты, получившие практическое применение и положительные отзывы пользователей.

С учетом наших рекомендаций вы сможете соорудить эффективную гелиосистему для дачи или загородного дома. Чтобы облегчить восприятие непростого материала, информацию мы дополнили наглядными схемами, иллюстрациями и видео-руководствами.

Посредниками между солнечными лучами и образующим энергию механизмом являются солнечные батареи или коллекторы, которые отличаются и назначением, и конструкцией.

Батареи аккумулируют энергию солнца и позволяют использовать ее для питания бытовых электрических приборов. Они представляют собой панели с фотоэлементами с одной стороны и фиксирующим механизмом с другой. Можно поэкспериментировать и собрать батарею самостоятельно, но проще купить готовые элементы – выбор достаточно широк.

Гелиосистемы (солнечные коллекторы) являются частью отопительной системы дома. Большие теплоизолированные короба с теплоносителем, как и батареи, крепят на приподнятых щитах, обращенных к солнцу, или скатах крыши.

Считать, что абсолютно все северные регионы получают намного меньше естественного тепла, чем южные, ошибочно. Предположим, на Чукотке или в центральной Канаде солнечных дней намного больше, чем в расположенной южнее Великобритании

Для повышения эффективности панели помещают на динамические механизмы, напоминающие систему слежения – они поворачиваются вслед за движением солнца. Процесс преобразования энергии происходит в трубках, расположенных внутри коробов.

Главное отличие гелиосистем от солнечных батарей в том, что первые нагревают теплоноситель, а вторые аккумулируют электроэнергию. Есть возможность обогревать помещение и с помощью фотоэлементов, но схемы устройства нерациональны и пригодны только для тех для районов, где солнечных дней в году не менее 200.

Схема устройства отопительной системы с солнечным коллектором, подключенным к бойлеру, и запасным источником электроэнергии (например, газовым котлом), работающем на традиционном топливе (+)

Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы

Достоинств у солнечной системы обогрева не так много, но каждое из них весомо и может стать причиной для частных экспериментов:

• Экологические достоинства. Это безопасный для жильцов дома и окружающей природы, чистый источник тепла, не требующий применения традиционных видов топлива.
• Автономность . Владельцы систем абсолютно не зависят от цен на энергоносители и от экономической обстановки в стране.
• Экономичность. При сохранении традиционной отопительной системы появляется возможность снизить затраты на оплату горячего водоснабжения.
• Общедоступность . Для установки солнечных систем не нужно разрешения из государственных инстанций.

Но существует и неприятные моменты, способные испортить общую картину. Например, для определения эффективности работы системы потребуется продолжительный период – не менее 3 лет (при условии, что солнечной энергии достаточно и она используется активно).

Установка только солнечных модулей потребует больших вложений: самые дешевые кремниевые панели обойдутся не менее 2200 руб. за штуку, а поликристаллические шестидиодные элементы первой категории – до 17000 за штуку. Подсчитать стоимость 30 модулей довольно просто (+)

Пользователи отмечают следующие недостатки:

• высокие цены на оборудование, необходимое для запуска системы в эксплуатацию;
• прямая зависимость количества произведенного тепла от географического положения и погоды;
• обязательное наличие резервного источника, например, газового котла (на практике зачастую резервной оказывается гелиосистема).

Чтобы добиться большей отдачи, приходится регулярно следить за исправностью коллекторов, очищать их от мусора и беречь от образования наледи в заморозки. Если температура часто опускается ниже отметки 0ºС, нужно позаботиться о дополнительной теплоизоляции не только элементов гелиосистемы, но и дома в целом.

Галерея изображений

Солнечная энергия для отопления

Главное назначение фотоэлементов, аккумулирующих энергию, состоит в обеспечении дома электричеством. Чтобы включить их в схему и добиться оптимального функционирования, необходимо собрать цепь с накопительным баком.

Именно в нем будет происходить нагрев воды, которая, достигнув определенной температуры, заполнит трубы и радиаторы в требующих обогрева помещениях (гостиной, ванной).

Система, работающая от солнечной энергии, с двухконтурным баком, организующим нагрев и подачу горячей воды в двух направлениях: в отопительные радиаторы и к точкам разбора (+)

Попробуем разобрать конструктивные особенности солнечных батарей и определить их потенциальную роль в системе обогрева.

Принцип работы панелей с фотоэлементами

Существует три распространенных вида элементов для устройства солнечных батарей:

• Монокристаллические . Это тонкие пластины наиболее чистого кремния, нарезанные из выращенного в искусственных условиях кристалла. Самая производительная разновидность с КПД около 17-18 %. Оптимальная температура для эксплуатации – от 5 ºС до 25 ºС.

• Поликристаллические . Изготовлены из пластин, полученных при постепенном охлаждении кремниевого расплава. Технологиях их производства менее трудоемкая, но и КПД фотоэлектрических элементов из поликристалла существенно ниже — не более 12 %.

• Аморфные. Они же пленочные. Изготовлены методом испарительной фазы, в результате которого кремний в виде тонкой пленки оседает на полимерной гибкой основе. Самый дешевый производственный способ сочетается с намой низкой производительностью, исчисляемой до 7 %.

Для установки автономных отопительных систем в северных регионах наиболее подходящим вариантом считают , собранные из монокристаллических элементов. Однако батареи с аморфными модулями проще в установке, практически не требовательны к основанию и гораздо дешевле.

Монокристаллический модуль состоит из последовательно подключенных элементов, объединенных в модули. Несколько модулей формируют солнечную батарею. Темная поверхность фотоэлектрических гелиосистем оптимизирует поглощение солнечных лучей

Задача внешних элементов – поглощать и преобразовывать солнечные лучи. Высвобожденная энергия поступает дальше и концентрируется в аккумулирующем накопителе. Небольшой элемент дает около 100-250 Вт, а сборная панель площадью 25-30 м² обеспечивает электричеством небольшой домик. Для устройства системы обогрева потребуется энергии в 2-3 раза больше.

В роли преобразователя постоянного тока солнечного «производства» в электричество выступает инвертор, так как для работы бытовых электроприборов и светильников необходим переменный ток.

Если говорить конкретно об отопительной системе, то электрический котел для нагрева воды также работает на переменном токе. Для обеспечения жилища светом ночью потребуются аккумуляторы, сохраняющие дневные запасы.

Инверторные модули устанавливают в удобном для обслуживания месте, хотя он не нуждается в постоянном управлении и действует в автоматическом режиме (+)

Эффективность использования фотоэлементов

Проще всего приобрести и применить одну из простых, проверенных годами схем. Однако обстоятельства порой диктуют свои условия. Предположим, у вас есть отличная функционирующая рабочая система с солнечным генератором, но пока она служит для подачи электричества и обеспечения дома горячей водой.

Понятно, что покупать новое оборудование невыгодно, поэтому легче увеличить мощности, прикупив некоторое количество фотоэлектрических преобразователей. Бюджетный вариант – кремниевые панели с производительностью до 23-25%.

К источнику тока необходимо подключить отопительный прибор, работающий на электричестве. Универсальный вариант – котел, оснащенный распределительной разводкой.

Полимерные пленочные элементы на российском рынке встречаются гораздо реже, чем кремниевые моно- и поликристаллические аналоги. Они удобны для монтажа, но обладают низким КПД – всего 6 %

Если правильно организовать подачу электроэнергии, ее должно хватить и для горячего водоснабжения, и для отопления. Существуют примеры, когда дом полностью обеспечен теплом – его можно узнать по крыше, практически полностью покрытой панелями.

Иногда требуется возведение специальных отдельно стоящих конструкций, если площади кровли не хватает. Получается, что для увеличения мощности необходима дополнительная свободная площадь.

Даже самые тщательные подсчеты не помогут вам определить точное количество потенциальной энергии и оперативно создать эффективную, отлаженную систему. Дело в том, что на практике возникают препятствия, появление которых предугадать достаточно сложно.

Вот некоторые из факторов:

• Непостоянство погоды. Четкое количество солнечных дней неизвестно даже в южных областях. Достоверно предсказать их число в северных районах практически невозможно.
• Нерегулярность получения электричества. Например, в северных регионах зимой короткий световой день, поэтому много переработанной солнечной энергии уходит на освещение. К тому же интенсивность солнечного излучения в зимний период существенно уменьшается.
• Периодические поломки . Как и все технические системы солнечные панели могут время от времени выходить из строя из-за повреждения отдельных элементов, контрактных соединений, защитной поверхности и т.д.

Следовательно, об эффективности вы можете узнать лишь через определенный промежуток времени, минимум – через год. Возможно, придется увеличить количество фотоэлементов или аккумуляторов, продумать дополнительную теплоизоляцию дома, уменьшить отапливаемую территорию. Предположим, в северных районах Германии в целях экономии спальни часто не отапливаются вообще.

Обслуживание установленных фотоэлементов не требует специальных умений и заключается в регулярной чистке: уборке снега зимой и мусора в теплый период, промывании стеклянной поверхности водой из шланга

Схема установки домашней электростанции

Самый простой способ – обращение в компанию, реализующую системные компоненты и предлагающую услуги по их монтажу. Плюсы – профессиональный проект с учетом индивидуальных особенностей, гарантия на всю продукцию и установку, минус – высокая стоимость.

Если вы имеете соответствующий опыт, можете самостоятельно собрать мини-электростанцию с солнечными батареями для отопления частного дома.

Наиболее эффективной считается гибридная схема устройства воздушно-солнечной системы, в которой задействованы фотоэлементы для получения энергии, коллекторы для нагревания воды и дополнительно установлен ветрогенератор. Его можно заменить резервным топливным источником (+)

Все детали для сборки системы отопления продаются в специализированных магазинах.

Необходимо приобрести следующие компоненты:

• комплект кремниевых или пленочных солнечных модулей;
• аккумуляторную батарею, накапливающую энергию;
• контроллер заряда, регулирующий процесс зарядки-разрядки аккумулятора;
• инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный;
• набор соединяющих кабелей.

Желательно, чтобы аккумуляторы были одинаковыми (с учетом марки, емкости и даже партии) и имели возможность хранить энергию на протяжении 3-4 дней. Продолжительность их работы зависит от температуры помещения – в холодных условиях они быстро разряжаются. Если суточное потребление равно 2400 Вт-ч, необходимы батареи общей емкостью не менее 1000 А-ч.

При использовании автомобильных аккумуляторов помните, что их максимальная эффективность – 70-75 % (срок службы – 3 года), специальные устройства для солнечных систем имеют лучшие показатели – до 85% (срок службы – 10 лет). Некоторое количество энергии теряется в процессе хранения и преобразования

Качество тока, вырабатываемого синусоидальными , выше показателей тока из централизованной сети. Особенность оборудования состоит в синхронизации фазы напряжения, при которой переход 12 В в 220 В осуществляется без перерыва в функционировании бытовых электрических приборов.

Мощность инверторов – от 250 Вт до 6000 Вт и выше. Увеличить мощность на выходе можно пустеем параллельного подключения нескольких приборов. Например, 3 х 3000 Вт = 9000 Вт (+)

После монтажа всех элементов солнечной системы необходимо к инвертору подключить электрический бак, нагревающий воду, а к баку, в свою очередь, трубопровод отопления.

Коллекторная система отопления

Наибольшей эффективности и отдачи можно добиться, установив вместо солнечных модулей коллекторы – наружные установки, в которых под действием солнечного излучения происходит нагрев воды. Такая система является более логичной и естественной, так как не потребует нагревания теплоносителя другими устройствами.

Рассмотрим конструкцию и принцип действия приборов двух основных видов: плоских и трубчатых.

Плоский вариант для самостоятельного изготовления

Конструкция плоских установок настолько проста, что опытные мастера-умельцы собирают кустарные аналоги своими руками, часть деталей купив в специализированном магазине, часть соорудив из подручного материала.

Внутри стального или алюминиевого утепленного короба закреплена пластина, адсорбирующая солнечное тепло. Чаще всего она покрыта слоем черного хрома. Сверху теплопоглотитель защищен герметичной прозрачной крышкой.

Нагревание воды происходит в трубках, уложенных змейкой и соединенных с пластиной. Вода или антифриз поступает внутрь короба через впускной патрубок, нагревается в трубках и перемещается на выход – к выпускному патрубку.

Светопропускная способность крышки объясняется использованием прозрачного материала – прочного закаленного стекла или пластика (например, поликарбоната). Чтобы солнечные лучи не отражались, стеклянную или пластиковую поверхность матируют (+)

Существует два вида подключения, однотрубное и двухтрубное, принципиальной разницы в выборе нет. Но существует большая разница в том, каким способом теплоноситель будет подаваться к коллекторам – самотечным или с помощью насоса. Первый вариант признан неэффективным из-за слабой скорости передвижения воды, по принципу нагрева он напоминает емкость для летнего душа.

Функционирование второго варианта происходит благодаря подключению циркуляционного насоса, который подает теплоноситель в принудительном порядке. Источником энергии для работы насосного оборудования может стать энергосистема на солнечных батареях.

Температура теплоносителя при нагреве солнечным коллектором достигает 45-60 ºС, на выходе максимальный показатель – 35-40 ºС. Для повышения эффективности работы отопительной системы наряду с радиаторами используют «теплые полы» (+)

Трубчатые коллекторы – решение для северных регионов

Общий принцип работы напоминает функционирование плоских аналогов, но с одной разницей – теплообменные трубки с теплоносителем находятся внутри стеклянных колб. Сами трубки бывают перьевыми, запаянными с одной стороны и внешним видом напоминающие перья, и коаксиальными (вакуумными), вставленными друг в друга и запаянными с обеих сторон.

Теплообменники также бывают разными:

• система преобразования солнечной энергии в тепловую Heat-pipe;
• обычная трубка для перемещения теплоносителя U-type.

Второй вид теплообменников признан более эффективным, но недостаточно популярным из-за стоимости ремонта: при выходе из строя одной трубки придется производить замену всей секции.

Трубка Heat-pipe не является частью целого сегмента, поэтому поменять ее можно за 2-3 минуты. Вышедшие из строя коаксиальные элементы ремонтируют, просто сняв заглушку и заменив поврежденный канал.

Схема, объясняющая цикличность нагревательного процесса внутри вакуумных трубок: холодная жидкость под воздействием солнечного тепла нагревается и испаряется, уступая место следующей порции холодного теплоносителя (+)

Проанализировав технические характеристики коллекторов разного типа и обобщив опыт их использования, решили, что для южных областей больше подходят плоские коллекторы, а для северных – трубчатые. Особенно хорошо зарекомендовали себя в условиях сурового климата установки с системой Heat-pipe. Они обладают нагревательной способностью даже в пасмурные дни и ночью, «питаясь» минимальным количеством солнечного света.

Образец стандартной схемы подключения солнечных коллекторов к бойлерному оборудованию: насосная станция обеспечивает циркуляцию воды, контроллер регулирует процесс нагревания

Метод увеличения производительности

Обычно, поэкспериментировав с небольшим количеством солнечных модулей, владельцы частных домов идут дальше и совершенствуют систему различными способами.

Самый простой способ – это увеличение количества задействованных модулей, соответственно, привлечение дополнительных площадей для их размещения и покупка более мощного сопутствующего оборудования

Что делать, если существует дефицит свободной площади? Вот несколько рекомендаций для повышения эффективности солнечной станции (с фотоэлементами или коллекторами):

• Изменение ориентации модулей. Перемещение элементов относительно положения солнца. Проще говоря, установка основной части панелей на южной стороне. При длинном световом дне также оптимально задействовать поверхности, выходящие на восток и запад.

• Регулировка угла наклона. Производитель обычно указывает, какой угол является наиболее предпочтительным (например, 45º), но порой при монтаже приходится вносить свои коррективы с учетом географической широты.

• Правильный выбор места установки. Крыша подходит, потому что чаще всего является наивысшей плоскостью и не затеняется другими объектами (предположим, садовыми деревьями). Но существуют еще более подходящие площади – поворотные устройства слежения за солнцем.

При перпендикулярном расположении элементов к лучам солнца система работает более эффективно, однако на стабильно закрепленной поверхности (например, крыше) это возможно лишь на короткий промежуток времени. Чтобы его увеличить, придумали практичные устройства слежения.

Механизмы слежения – это динамические платформы, которые своей плоскостью поворачиваются вслед за солнцем. Благодаря им производительность генератора увеличивается летом примерно на 35-40%, зимой – на 10-12 %

Большим минусом устройств слежения является их высокая стоимость. В некоторых случаях она не окупается, поэтому нет смысла вкладываться в бесполезные механизмы.

Подсчитано, что 8 панелей – минимальное количество, при котором затраты со временем оправдают себя. Можно задействовать и 3-4 модуля, но при одном условии: если они напрямую, в обход аккумуляторов, подключены к водяному насосу.

Буквально на днях компания Тесла Моторс объявила о создании нового типа крыши – с интегрированными . Илон Маск заявил, что модифицированная крыша будет дешевле, чем обычная кровля с установленными на нее коллекторами или модулями.

Выводы и полезное видео по теме

Тематические видеоролики помогут вам лучше представить устройство домашних солнечных станций и раскроют некоторые секреты монтажа оборудования.

Видео #1. Доступно изложенная техническая информация о солнечных батареях и контроллерах заряда:

Видео #2. Полезный опыт использования солнечных батарей в Подмосковье:

Видео #3. Пример успешно работающей солнечной станции, полностью собранной самостоятельно, обеспечивающей и ГВС, и отопление дома:

Как видите, отопительная система на солнечных батареях – вполне реальное явление, которое вы можете самостоятельно воплотить в жизнь. Сфера альтернативных способов получения энергии развивается постоянно, возможно, завтра вы услышите о новом открытии.

• Рекомендации по правильной установке
• Экономическая обоснованность

Успешно применяются многим людьми в своих частных домах. Переход на альтернативное энергоснабжение шаг ответственный и требует тщательной подготовки и просчетов эффективности и окупаемости . Но не всем повезло иметь частное жилище, а воспользоваться достижениями в современной альтернативной энергетике хотят достаточное количество жителей. Для тех, кто при отсутствии своего дома имеет непреодолимое желание использовать бесплатную энергию можно предложить для квартиры.

Сразу нужно предостеречь, от мысли, что после смогут полностью обеспечить электроэнергией всю жилплощадь. Этого не произойдет, так как в наших квартирах имеются очень энергоемкие устройства, к примеру: электроплита, утюг, телевизор, обогреватель, которым не хватит заряда модулей. Поэтому перед установкой солнечных модулей в многоквартирном доме, лучше несколько раз подумать и посчитать экономическую эффективность всего мероприятия.

Если после расчетов было принято решение о неминуемой установке, следует покупать основные части схемы:

• солнечные батареи,
• инвертор,
• аккумуляторы,
• контроллер.

Основные проблемы вызывающие наибольшие трудности - это место расположения батарей и аккумуляторов . Для правильной работы, солнечные батареи должны находиться максимальное количество времени под воздействием солнечных лучей. В квартире, таких мест для установки крайне мало. Поэтому выбор не велик. Для этого подойдет балконное остекление и ближайшие к балкону стены.

Чаще всего, установка осуществляется на стекла балкона. Конечно, это влияет на естественное освещение в квартире. Но есть в этом и положительные моменты, например задержка ультрафиолета. Крепление световых панелей происходит непосредственно на стекло или вместо него, в балконную раму.

Причем, обязательным является условие нахождения балкона на солнечной стороне. В противном случае устанавливать солнечные батареи нет никакого смысла.

После грамотной установки панелей, возникает следующая проблема, от которой также не получиться уклониться. Под такой проблемой подразумевается поиск места для расположения накапливающих элементов. В средний комплект для квартиры могут входить до 20-30 аккумуляторов. Площадь, мягко говоря, не маленькая для квартиры в панельном доме. Размещение такого количества аккумуляторов может стать настоящей проблемой.

Этот вопрос многими был решен размещением подобных элементов в верхней части потолка балкона. Как правило, это крайне редко используемое место. Соорудив специальную, полку все аккумуляторы можно установить, так чтобы они не только не мешали, но и не были особо видны. Не стоит забывать о массе аккумуляторов. Так как вес каждого может достигать 15-20 кг , полка обязана быть надежной, чтобы не разрушиться под действием пары десятков батарей.

Также стоит уделить внимание теплоизоляции полки и находящихся на ней аккумуляторов. Дело в том, что в холодное время года емкость аккумуляторов может значительно снизиться, если не защитить их от морозов. Поэтому для того чтобы солнечные батареи не работали впустую, теплоизоляция аккумуляторов должна быть достаточно качественной.

Влияние солнечных источников на устройство быта

Правильная установка альтернативных источников не принесет никаких результатов, кроме ненужных затрат, если не пересмотреть свой взгляд на использование некоторых электроприборов. Однозначно, что переход на солнечные батареи диктует свои обязательные условия.

Перед установкой батареи необходимо отказаться, по возможности, от всех мощных потребителей и заменить их на менее энергоемкие. К примеру, телевизор, особенно плазменные панели, лучше поменять на компьютер или ноутбук. Они менее энергоемкие и позволят экономить драгоценные киловатты каждый день. Также обязательным условием станет использование энергосберегающих лампочек, а идеальным вариантом послужит применение светодиодных осветительных приборов.

Солнечные батареи делают невозможным применение таких потребителей как: электропечь, стиральная машина, нагревательный котел, обогреватель. Поэтому подобные электроприборы лучше оставить на центральном энергоснабжении.

Экономическая обоснованность

Солнечные батареи хорошо выручают в тех районах, где нет центрального электроснабжения или стоимость электричества достаточно высока. Применение подобных источников обоснованно в частных домах, так как они имеют значительную площадь для установки модулей. В многоквартирном доме, где существует ощутимый дефицит установочного пространства, солнечные батареи не принесут желаемого результата, в силу малой выходной мощности.

На сегодняшний день производительность световых панелей едва достигает 20-25% . Эта цифра получена в идеальных условиях, а квартира или балкон не является таковыми. К тому же, батареи в многоквартирном доме, как минимум, 40% времени будут находиться в тени, что значительно снизит эффективность всей установки, а повысит ее увеличением самих модулей не получиться из-за отсутствия свободного места.

Все эти особенности, в совокупности со стоимостью и сроками окупаемости солнечных панелей, подталкивают к вполне логичному выводу, что установка подобных источников питания в многоквартирном доме не целесообразна, и приведет скорее к значительным затратам и потере свободного места, нежели к ощутимой экономии на электроэнергии.