Эффективность отопления от солнечной энергии
Солнечные батареи применяются чаще всего как источник возобновляемой и бесплатной энергии. Поэтому в целях отопления дома эффективны они будут для электрических систем отопления, а также для нагрева воды. В комплект солнечных батарей входит:
- обыкновенный преобразователь;
- преобразователь переменного тока в постоянный;
- датчик уровня заряда батареи;
- система отбора мощности;
- панели и аккумулятор.
Отопление для дома можно сделать на основе электрических обогревателей. при этом можно выбрать красивые настенные радиаторы с датчиками и регулировкой температуры. чтобы достичь наибольшей экономии. Также удобно использовать такую систему, как теплый пол. В этом случае нагрев будет равномерный, а распределяться в помещении будет путем движения потоков воздуха. По эффективности система не будет уступать радиатору или конвектору. А при использовании батарей с большой мощностью (мощность можно наращивать, добавляя панели), можно использовать энергию для нагрева воды. Комплект солнечных батарей для дачи или загородного дома в этом случае будет не только экономным, но и полезным, особенно на участках, где существуют перебои с подачей воды, или ее отключают на лето.
Чтобы нагрев воды и подача электричества в дом поступали с максимальной выгодой, солнечная батарея устанавливается на крыше дома. Нагрев панелей в этом случае будет максимально эффективным. От пластин ведут две батареи, по одной холодная вода поступает к батарее, нагревается и поступает во внешний теплообменник. Далее в котел и распределяется к душу или раковине. Если солнечная батарея довольно большая можно попробовать подключить радиаторы с теплоносителем в виде воды. Для этого потребуется большой котел или бак, электрический насос и ТЭН.
Если от солнечной энергии будет работать и источник горячей воды, то необходимо рассчитать мощность и для него. В среднем 1 квадратный метр площади панели на человека. Примерно по такой же формуле рассчитывается и затраты на теплый пол, один квадратный метр панели на 10 квадратных метров пола.
Если в году не так много солнечных дней, преобладают пасмурные дни и долгая зима, лучше использовать солнечную энергию, как дополнительный источник электричества. Также для эффективной работы следует убрать возможные помехи (тень от деревьев) или исключить близость высоток. Для установки оборудования и монтажа панелей можно воспользоваться видео инструкцией.
Мощность и напряжение
Мощность панелей определяют следующим образом:
- Рассчитывают среднюю суммарную мощность потребления (по показателям электросчетчика, счетам за электроэнергию). Для среднедневного потребления показатели за месяц делят на количество дней.
- К полученному результату добавляют 20-30%, чтобы получить запас с учетом КД преобразования (потерь на заряд аккумуляторов и работу инвертора).
- По полученным данным рассчитывают выходную мощность панелей с учетом длительности светового дня. Для расчетов она принимается равной 6 ч, соответственно мощность батареи должна превосходить среднее потребление в 4 раза.
- Выбирают напряжение панели. Как правило, производители предлагают батареи с выходным напряжением 12В. Однако для заряда накопителей и повышения КПД преобразования постоянного напряжения переменное на инверторе (особенно при большой мощности), выгоднее иметь более высокие значения.Стандартно используют:
- 12 В для систем для мощностей до 1 кВт.
- 24 В или 36 В – до 5 кВт.
- 48 В – более 5 кВт.
Такие напряжения получают последовательным соединением панелей.
- Определяют пиковую мощность, для чего суммируют мощности всех потребителей в доме.
- Определяют пиковую мощность с запасом 10-20%, например, на пусковые токи электродвигателей и работу нагревательных элементов системы ГВС, стиральной и посудомоечной машин и т.д.
- По пиковой мощности определяют максимальный ток панелей.
- В справочниках находят коэффициент инсоляции (в летнее и зимнее время) для местности.
Для дальнейших расчетов следует воспользоваться формулой:
P = Kc * Wn * Ki, учитывающей
- Кс – сезонный коэффициент, для летнего времени принимается равным 0.5, для зимнего — 0.7;
- Ki – коэффициент инсоляции, для летнего и зимнего времени;
- Wn – номинальную мощность панели.
Выбрав в каталогах производителей несколько моделей батарей для каждой из них рассчитывают мощность генерации в зимнее и летнее время.
Затем определяют необходимое количество панелей, разделив рассчитанную выше среднюю мощность потребления (с запасом) на мощность генерации. Вычисления ведут для зимнего и летнего периода, в качестве итога принимают большее значение.
Мнение эксперта
Гребнев Вадим Савельевич
Монтажник отопительных систем
Округления ведут до большего целого числа. При напряжениях более 12 В округляют до чисел кратных 2 для систем с питание 24В, 3 для 36В и 4 для 48 В.
После расчетов проверяют:
- Максимальную токовую нагрузку на панели по пиковому потреблению. Если максимальный ток больше, чем обеспечивают соединенные параллельно батареи, следует выбрать более мощные.
- Бюджет. Определяют общую стоимость панелей и сравнивают с выделенной на их покупку суммой.
Солнечные батареи для квартиры плюсы и минусы
Современные тенденции в применении чистых источников энергии позволяют сделать вывод об этих источниках энергии, что это самое перспективное направление на ближайшее будущее.
Основные достоинства такого источника энергии:
- Независимость от городской электросети;
- За выработанное электричество не придется ежемесячно платить;
- Как мы уже писали, эти девайсы обладают длительным периодом службы 20–30 лет;
- Простота конструкции придает надежность собранной системе;
- Простота в работе. Какого либо особого ухода не требуется.
Недостатки тоже есть:
- Продуктивность системы зависит от временного промежутка в течение суток и погодных условий;
- Довольно высокая себестоимость, при большом периоде самоокупаемости;
- Низкая производительность;
- Все-таки, это дополнительный источник электричества, а не постоянный;
- Все приборы необходимо оградить от попадания на них атмосферных осадков. Сам балкончик должен быть остеклен и утеплён.
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 солнечными батареями. Илон Маск заявил, что модифицированная крыша будет дешевле, чем обычная кровля с установленными на нее коллекторами или модулями.
Принцип работы
Превращение энергии солнца происходит в фотоэлементах, подключенных последовательным или параллельным путем. В основе фотоэлектрического вещества лежит кремниевый кристалл. Кремний в виде соединений широко распространен на планете. К примеру, кремниевый оксид – песок или глина. Так что кристалл кремния в упрощенном варианте – это песчинка. Технические кристаллы производятся в лабораториях искусственным способом. Сначала они выращиваются в форме кругляка, затем получают из него шестигранник, из которого делают пластины. Каждая пластина имеет толщину 200 микрон, что всего в три раза толще обычного волоска.
На кремниевые пластины с одной стороны наносят бор, а со второй – фосфор. Там, где кремний соприкасается с бором, возникает избыток электронов. На противоположной, где пластина контактирует с фосфором, наблюдается их нехватка. Совмещение этих сторон называется границей p-n.
Когда на фотоэлементы в составе батарей попадает свет солнца, их поверхность атакуют фотоны. Они вытесняют «лишние» электроны на границе с бором, и направляются на противоположную – фосфорную сторону с «пробелами». Так появляется электрический ток, представляющий собой согласованное перемещение электронов. От фотоэлементов отходят металлические тропинки, через них и проводится ток. В этом и заключается суть работы солнечного элемента.
Принцип работы
Как было сказано раньше, принцип работы заключается в эффекте полупроводников. Кремний является одним из самых эффективных полупроводников, из известных человечеству на данный момент.
При нагревании фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после чего их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Соответственно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.
Жесткие или гибкие элементы: что лучше?
Учитывая недешевую цену этого девайса, покупателям, не получившим желаемого результата, может быть очень обидно за бесцельно потраченные деньги. К выбору наиболее подходящей батареи, следует отнестись крайне придирчиво, взвесив все «+» и «-». Прежде всего, следует отметить, что походные батареи делятся на два типа: имеющие гибкие или жесткие солнечные элементы. Их также называют аморфными и кристаллическими.
Для более детального понимания разницы, давайте подробнее рассмотрим эти два типа генераторов энергии. Походные устройства, построенные с использованием жёстких элементов, имеют ряд преимуществ перед «гибкими собратьями». В первую очередь, походные батареи на кристаллах, обыгрывают конкурентов в ценовом диапазоне. Их стоимость, в среднем в два раза ниже стоимости «гибких» аналогов. Помимо того, солнечные батареи с жесткими элементами прослужат Вам гораздо дольше, да и КПД у них повыше.
https://youtube.com/watch?v=EYK62CnRRZQ
Однако походные батареи имеют один существенный недостаток: чрезмерную хрупкость. В среднем, каждый кристаллический элемент имеет толщину в треть миллиметра. Следовательно: для того, чтобы такие батареи просто-напросто не рассыпались, при строении конструкций, производителям необходимо использовать еще множество других деталей, таких как: стеклянная основа, пластиковый каркас и т.д., которые не только защищают солнечные элементы, но и делают девайс не таким уж и компактным.
Так как же быть и что выбрать?
Учитывая все преимущества и недостатки, можно сделать вывод, что походные батареи, имеющие жесткие солнечные элементы не слишком то и выигрывают на фоне гибких, разве что только ценой
Любой, даже только начинающий турист знает, как важно сэкономить как можно больше места в рюкзаке и свести вес поклажи к минимуму. Гибкие походные батареи легко сворачиваются и помещаются в небольшую сумку, имея при этом весьма маленький вес, что делает их идеальным вариантом
Как говорилось ранее, в мощности, гибкие солнечные батареи проигрывают жестким. Точнее сказать, проигрывали до недавнего времени. В США еще в 2012 году в продаже появились аморфные походные устройства на 50 Ватт, что позволит не только телефон зарядить, но и телевизор посмотреть.
Теперь, уверенно можно сказать, что для поездок на природу, идеальным вариантом будет приобретение именно гибкой и компактной батареи, с маркировкой какого-нибудь западного производителя
Следует отметить, что китайские производители, привыкшие на всём экономить, не всегда справляются с копированием инновационных технологий, чем и обуславливается неважное качество их продукции. Особенно это распространяется на солнечные батареи аморфного типа
Мощность или ёмкость?
Итак, мы немного прояснили ситуацию касательно видов солнечных элементов. Все солнечные батареи имеют паспортную мощность
Следует обратить на это отдельное внимание. В идеале – это произведение на рабочий ток рабочего напряжения, если при этом солнечная яркость, составляет 1000 Вт/м2
Однако на деле, паспортная мощность не всегда соответствует действительной, которую выдают походные устройства. В реальной жизни почти никогда не бывает идеальной погоды. Соответственно, количество получаемой энергии резко уменьшается.
Кажется, что мы уже полностью изучили вопрос о выборе подходящей батареи … А не тут-то было. Хочется отметить, что приобретая походные батареи, не забудьте прикупить и накопительный аккумулятор. Именно благодаря ему, вечером можно спокойно посмотреть телевизор, за счёт энергии, накопленной на протяжении всего дня.
Выбор системы и ее установка
Первое, что требуется при выборе определенной системы — тщательно изучить ее возможности. Обязательно требуется рассчитать площадь жилища, а также то количество тепла, которое требуется для его отопления. Место установки – это еще один значимый момент. Отзывы говорят в пользу того, что правильнее всего будет воспользоваться помощью квалифицированных специалистов в данной области. Связано это с тем, что даже при незначительном просчете можно сильно снизить эффективность готового решения во время работы. Если солнечная батарея для отопления дома будет установлена правильно, то прослужит она не менее 25 лет. Всего 3 года нужно для ее полной окупаемости. Такой срок многие не считают слишком долгим, судя по тем же отзывам пользователей
Это позволяет стать полностью независимым от коммунальных служб, а это очень важно
Солнечная батарея для отопления дома должна устанавливаться так, чтобы солнечное освещение в этом месте было максимальным. Если выбранное здание не пригодно для монтажа такой системы, то можно воспользоваться соседним строением. Накопитель вполне можно разместить в подвальном помещении. встречаются и такие системы, где используется несколько накопителей. В этом случае их размеры будут немного скромнее. Те, кто решил для себя выбрать отопление частного дома солнечными батареями, может смело говорить о правильности своего решения. Солнечная энергия – это неиссякаемый источник тепла, при этом абсолютно бесплатный. Для этого требуется только вложить определенную сумму в оборудование и монтаж системы, а потом она себя не только полностью окупит, но еще и избавит от необходимости платить деньги коммунальным службам.
7 частей тела, которые не следует трогать руками Думайте о своем теле, как о храме: вы можете его использовать, но есть некоторые священные места, которые нельзя трогать руками. Исследования показыва.
Что форма носа может сказать о вашей личности? Многие эксперты считают, что, посмотрев на нос, можно многое сказать о личности человека
Поэтому при первой встрече обратите внимание на нос незнаком
10 очаровательных звездных детей, которые сегодня выглядят совсем иначе Время летит, и однажды маленькие знаменитости становятся взрослыми личностями, которых уже не узнать. Миловидные мальчишки и девчонки превращаются в с.
Топ-10 разорившихся звезд Оказывается, иногда даже самая громкая слава заканчивается провалом, как в случае с этими знаменитостями.
20 фото кошек, сделанных в правильный момент Кошки — удивительные создания, и об этом, пожалуй, знает каждый. А еще они невероятно фотогеничны и всегда умеют оказаться в правильное время в правил.
15 симптомов рака, которые женщины чаще всего игнорируют Многие признаки рака похожи на симптомы других заболеваний или состояний, поэтому их часто игнорируют
Обращайте внимание на свое тело. Если вы замети
Солнечные батареи для квартиры
В случае с квартирами ситуация будет немного отличаться. В многоэтажных домах можно использовать только комбинированные установки. Автономное питание установить не получится, поскольку присутствует сеть. Во время установки сетевых ФСЭ проблемы неизбежны.
Если станция будет обустроена частично, самое важное — правильно подобрать аккумулятор. То есть, подсчитать, как будет распределяться нагрузка по перекрытию
Чаще всего модули крепятся к стенам или на крышу балкона
Особое внимание уделяется освещенности места для монтажа
Цена монтажа для квартиры выше, по сравнению со станцией для дома. Это связано с необходимостью выполнять работы на высоте. Да и не в каждом доме есть возможность установить модули на юге, поэтому система может работать не так эффективно, как прописано в техпаспорте.
Годовая выработка
В результате тестирования модулей разных производителей было установлено, что монокристаллические за год вырабатывают больше электроэнергии, чем поликристаллические. А те в свою очередь производительнее, чем аморфные, несмотря на то, что последние вырабатывают энергию и при слабой освещенности.
Можно сделать вывод, что солнечные батареи моно и поли имеют небольшие, но важные различия. Хотя mono все-таки эффективнее и отдача от них больше, но poly все равно будут пользоваться большей популярностью. Правда, это зависит от качества продукции. Тем не менее, большинство крупных солнечных электростанций собраны на базе полимодулей. Связано это с тем, что инвесторы смотрят на общую стоимость проекта и сроки окупаемости, а не на максимальную эффективность и долговечность.
Стоимость комплекта солнечных батарей для городской квартиры
Несмотря на постоянное и стабильное падение цен на гелиосистемы, домашние СЭС по-прежнему обходятся недешево. Без учета установки, готовый комплект солнечной электростанции обойдется покупателям не менее, чем в 55 тыс. рублей за 1 кВт мощности.
Станция на 1,5 – 2,0 кВт потребует 75-110 тыс. рублей – сумма, вполне доступная большинству российских домохозяйств.
Чтобы определить, сколько стоит солнечная батарея для квартиры при размещении на стене дома, понадобится исходить из стоимости с учетом установки, или примерно 70-75 тыс. руб. за киловатт мощности. Тогда СЭС на 8 кВт потребует затрат в размере немногим более полумиллиона рублей. Однако здесь следует учесть «зеленый тариф» в России, условия по которому все лучше для владельцев СЭС. Таким образом, с 20-25 лет срок окупаемости солнечной электростанции можно значительно уменьшить.
Наиболее дорогостоящий вариант – полноценная станция на 12-15 киловатт, размещенная на крыше дома. Вложения более миллиона рублей и последующие траты на замену аккумуляторов – внушительная по российским меркам сумма. Но преимущества полностью автономного и стабильного снабжения энергией любых приборов и техники часто того стоят!
Гетероструктурная технология HJT
Технология HJT используется несколькими производителями солнечных батарей. В настоящее время и российская компания Хевел производит серийные панели с использованием гетеропереходных элементов, а так же Panasonic и ряд других компаний. Группа компаний REC недавно анонсировала новые панели серии Alpha, в которых используются ячейки HJC с 16 микро шинами для достижения впечатляющей эффективности в 21,7%. Вслед за первоначальной разработкой HJC, проделанной UNSW и Sanyo, Panasonic создала эффективную серию панелей ‘HIT’ и уже много лет является лидером в технологии ячеек HJT.
Солнечные элементы HJT используют основу из обычного кристаллического кремния с дополнительными тонкопленочными слоями аморфного кремния по обе стороны ячейки, образуя так называемый гетеропереход. В отличие от обычных P-N-соединительных ячеек, многослойные гетеропереходные ячейки могут значительно повысить эффективность. В лабораторных испытаниях достигается эффективность до 26,5% в сочетании с технологией IBC.
В Panasonic разработали ячейку HIT, с использованием высокопроизводительной кремниевой основы N-типа для производства солнечных батарей с КПД более 20,0% и превосходными характеристиками при высоких температурах. Кремниевые элементы N-типа также обеспечивают исключительную долговременную производительность, гарантирующую 90,76% остаточной мощности через 25 лет, что является вторым по величине из доступных после SunPower.
HJT лидер при высоких температурах
Наиболее впечатляющей характеристикой ячеек Panasonic HIT является невероятно низкий температурный коэффициент, который на 40% меньше, чем у обычных поли и монокристаллических ячеек. Выходная мощность панелей приводится при температуре на элементах 25 градусов Цельсия, при стандартных условиях STC (Standard Test Conditions), и каждый градус выше немного снижает выходную мощность.
Температурный коэффициент влияет на снижение мощности при увеличении температуры на солнечных элементах.
В обычных поли и моноэлементах это значение составляет от 0,38% до 0,42% на градус C, что может привести к снижению общей производительности на 20% или более в очень жаркие безветренные дни. Для сравнения, у HIT от Panasonic очень низкий температурный коэффициент 0,26% на градус, что является самым низким показателем среди всех производимых сегодня элементов.
На температуру панели и ячейки также влияют цвет крыши, угол наклона и скорость ветра, поэтому установка плоских панелей на очень темной крыше обычно снижает производительность панели по сравнению с крышами более светлого цвета.
Уникальные панели Panasonic HIT доступны только в Японии и Северной Америке и, к сожалению, в настоящее время недоступны в России, но не стоит расстраиваться на этот счет, ведь стоимость таких панелей пока очень высока и благо существуют альтернативные варианты.
Преимущества и недостатки эксплуатации солнечных батарей
Установить своими руками систему из солнечных панелей на кровле частного дома может практически каждый человек, имеющий базовый опыт в электрике и готовый выделить средства на их приобретение.
Как правило, окупаемость солнечных батарей составляет от 2-х до 5-ти лет – сроки зависят от типа и технических характеристик установленного оборудования.
В течение этого времени затраченные деньги возвращаются в дом теплом, за которое не надо больше платить.
Имея резерв солнечной энергии, можно отапливать дом и не иметь ничего общего с коммунальными службами.
При этом жить в тепле можно сколько угодно, время от времени регулируя температурный режим в помещении.
Фотоэлектрические батареи также смогут стать источником питания для осветительных устройств дома и бытовых электроприборов.
Излучение от солнца постоянно притягивается солнечными пластинами, поэтому их можно эксплуатировать в любое время года и в любой климатической зоне.
Оборудование не подвергается атмосферным воздействиям, его конструкция хорошо защищена и тщательно продумана.
Из недостатков солнечных пластин, используемых для отопления и освещения дома, стоит указать, что эффективнее батареи эксплуатируются в зимнее время первые полдня, когда сильнее светит солнце.
Поэтому конструкцию системы рекомендуется монтировать своими руками на южную сторону кровли.
При этом рабочая площадь крыши частного дома должна быть не менее 40 кв. м. что позволит обеспечить нужное количество энергии.
При необходимости использовать 500 кВт энергии в течение 30 календарных дней, необходимо учитывать, что около 20-ти из них должны быть солнечными.
Второй весомый недостаток – это высокая стоимость установки, но все затраты, как уже говорилось выше, окупаются в течение 2-5 лет.
Особенно, когда монтаж оборудования для отопления дома был тщательно спланирован.
Ведь эффективность его работы во многом зависит от угла наклона крыши, который должен составлять примерно 450.
Кроме того, не должно быть никаких преград перед пластинами, которые мешали бы получать энергию, например, бросающих на дом тень зданий или больших деревьев.
Стропиловку дома перед монтажом батарей рекомендуется своими руками укрепить, чтобы предотвратить падение кровли в зимнее время, когда на крыше, помимо батарей, будут наносы снега.
