Privataus namo šildymas saulės baterijomis: diagramos ir prietaisas

Alternatyvių energijos šaltinių populiarumo priežastys yra gana suprantamos: atsiranda galimybė sutaupyti kuro ir įgyvendinti svajones apie aplinką tausojančias gyvybės palaikymo sistemas. Sumaniai panaudoję saulės, vėjo ir vandens energiją, įprastą kaimo namą galite paversti šiuolaikišku ekologiniu namu.

Mes jums pasakysime, kaip įrengti saulės šildymą privačiame name, ir mes analizuosime su jumis, kaip tai pelninga. Siekdami išsamiai išnagrinėti dienos šviesos energijos naudojimo klausimus, mes išsamiai aprašėme visas populiarias galimybes, kurios sulaukė praktinio pritaikymo ir teigiamų vartotojų atsiliepimų.

Atsižvelgdami į mūsų rekomendacijas, galite sukurti efektyvią saulės sistemą vasarnamiui ar kaimo namui. Kad sudėtinga medžiaga būtų lengviau suprantama, informaciją papildėme vaizdinėmis diagramomis, iliustracijomis ir vaizdo pamokomis.

Saulės energijos panaudojimo būdai

Taikymo būdai dangaus kūno energija nepriklauso novatoriškoms technologijoms, saulės šiluma naudojama ilgą laiką ir labai sėkmingai. Tačiau tai daugiausia taikoma Australijai, kai kurioms Europos šalims, Amerikai ir pietiniams regionams, kur alternatyvios energijos galima gauti ištisus metus.

Kai kuriuose šiauriniuose regionuose trūksta natūralios spinduliuotės, todėl ji naudojama kaip papildoma arba atsarginė parinktis.

Tarpininkai tarp saulės spindulių ir energiją generuojančio mechanizmo yra saulės baterijos arba kolektoriai, kurie skiriasi ir paskirtimi, ir dizainu.

Baterijos kaupia saulės energiją ir leidžia ją naudoti buitiniams elektros prietaisams maitinti. Tai plokštės, kurių vienoje pusėje yra fotoelementai, o kitoje – fiksavimo mechanizmas. Galite eksperimentuoti ir patys surinkti akumuliatorių, tačiau lengviau nusipirkti paruoštų elementų - pasirinkimas yra gana platus.

Saulės sistemos (saulės kolektoriai) yra namo šildymo sistemos dalis. Didelės termoizoliacinės dėžės su aušinimo skysčiu, kaip ir baterijos, montuojamos ant iškilių plokščių, nukreiptų į saulę arba stogo šlaitus.

Klaidinga manyti, kad absoliučiai visi šiauriniai regionai gauna daug mažiau natūralios šilumos nei pietiniai. Tarkime, kad Čiukotkoje ar centrinėje Kanadoje yra daug daugiau saulėtų dienų nei į pietus esančioje Didžiojoje Britanijoje

Siekiant padidinti efektyvumą, plokštės dedamos ant dinamiškų mechanizmų, kurie primena sekimo sistemą – jos sukasi sekdamos saulės judėjimą. Energijos konversijos procesas vyksta vamzdeliuose, esančiuose dėžių viduje.

Pagrindinis skirtumas tarp saulės sistemų ir saulės baterijų yra tas, kad pirmosios šildo aušinimo skystį, o antrosios kaupia elektros energiją. Galima patalpą šildyti naudojant fotoelementus, tačiau projektavimo schemos yra neracionalios ir tinka tik toms vietoms, kur per metus būna bent 200 saulėtų dienų.

Šildymo sistemos schema su saulės kolektoriumi, prijungtu prie katilo ir atsarginiu elektros energijos šaltiniu (pavyzdžiui, dujiniu katilu), veikiančiu tradiciniu kuru (+)

Alternatyvios šildymo sistemos privalumai ir trūkumai

Saulės šildymo sistemos privalumų nėra daug, tačiau kiekvienas iš jų yra reikšmingas ir gali tapti privačių eksperimentų priežastimi:

• Nauda aplinkai. Tai švarus šilumos šaltinis, saugus namo gyventojams ir supančiai aplinkai, nereikalaujantis tradicinių kuro rūšių naudojimo.
• Autonomija. Sistemų savininkai yra visiškai nepriklausomi nuo energijos kainų ir ekonominės padėties šalyje.
• Ekonomiškas. Išlaikant tradicinę šildymo sistemą, atsiranda galimybė sumažinti mokėjimą už karšto vandens tiekimą.
• Viešas prieinamumas. Norint įrengti saulės sistemas, jums nereikia valdžios institucijų leidimo.

Tačiau pasitaiko ir nemalonių akimirkų, kurios gali sugadinti bendrą vaizdą. Pavyzdžiui, sistemos efektyvumui nustatyti prireiks ilgo laikotarpio – mažiausiai 3 metų (su sąlyga, kad saulės energijos pakanka ir ji bus naudojama aktyviai).

Vien saulės modulių montavimas pareikalaus didelių investicijų: pigiausios silicio plokštės kainuos mažiausiai 2200 rublių. vienetų, o pirmos kategorijos polikristalinių šešių diodų elementų – iki 17 tūkst. Apskaičiuoti 30 modulių kainą yra gana paprasta (+)

Vartotojai atkreipia dėmesį į šiuos trūkumus:

• didelės įrangos, reikalingos sistemai pradėti eksploatuoti, kainos;
• tiesioginė pagaminamos šilumos kiekio priklausomybė nuo geografinės padėties ir oro sąlygų;
• privalomas atsarginio šaltinio, pavyzdžiui, dujinio katilo, buvimas (praktiškai saulės sistema dažnai yra atsarginė).

Norėdami gauti didesnę grąžą, turite reguliariai stebėti kolektorių tinkamumą naudoti, išvalyti juos nuo šiukšlių ir apsaugoti nuo ledo susidarymo per šalčius. Jei temperatūra dažnai nukrenta žemiau 0ºC, reikia pasirūpinti papildoma ne tik saulės sistemos elementų, bet ir viso namo šilumos izoliacija.

Saulės energija šildymui

Pagrindinis energijos kaupimo fotovoltinių elementų tikslas yra aprūpinti namus elektra. Norėdami įtraukti juos į diagramą šildymo sistemos prietaisai ir norint pasiekti optimalų veikimą, būtina surinkti grandinę su akumuliacine talpa.

Būtent jame bus šildomas vanduo, kuris, pasiekęs tam tikrą temperatūrą, užpildys vamzdžius ir radiatorius patalpose, kuriose reikalingas šildymas (svetainė, vonios kambarys).

Saulės energija maitinama sistema su dvigubos grandinės baku, kuris organizuoja šildymą ir karšto vandens tiekimą dviem kryptimis: į šildymo radiatorius ir į paskirstymo taškus (+)

Pabandykime išanalizuoti saulės baterijų konstrukcines ypatybes ir nustatyti galimą jų vaidmenį šildymo sistemoje.

Plokščių su fotoelementais veikimo principas

Yra trys įprasti saulės kolektorių elementų tipai:

• Monokristalinis. Tai ploniausi gryniausio silicio plokštelės, išpjautos iš dirbtinėmis sąlygomis išauginto kristalo. Produktyviausia veislė, kurios efektyvumas yra apie 17-18%. Optimali darbo temperatūra yra nuo 5 ºС iki 25 ºС.

• Polikristalinis. Pagaminta iš plokštelių, gautų laipsniškai aušinant silicio lydalą. Jų gamybos technologija yra mažiau darbui imli, tačiau fotovoltinių elementų, pagamintų iš polikristalinio, efektyvumas yra žymiai mažesnis - ne daugiau kaip 12%.

• Amorfinis. Jie yra filmai. Pagaminta išgarinimo fazės metodu, dėl kurio plonos plėvelės pavidalo silicis nusėda ant lankstaus polimero pagrindo. Pigiausias gamybos būdas derinamas su mažu produktyvumu, vertinamu iki 7 proc.

Įrengiant autonomines šildymo sistemas šiauriniuose regionuose, svarstomas tinkamiausias variantas fotovoltinės baterijos, surinktas iš monokristalinių elementų. Tačiau baterijas su amorfiniais moduliais lengviau montuoti, praktiškai nereikia pagrindo ir yra daug pigesnės.

Monokristalinis modulis susideda iš nuosekliai sujungtų elementų, sujungtų į modulius. Keli moduliai sudaro saulės bateriją.Tamsus saulės fotovoltinių sistemų paviršius optimizuoja saulės spindulių sugertį

Išorinių elementų užduotis – sugerti ir transformuoti saulės spindulius. Išsiskyrusi energija eina toliau ir sukoncentruojama akumuliacinėje talpoje. Mažas elementas gamina apie 100-250 W, o surenkama 25-30 m² plokštė tiekia elektrą mažam namui. Šildymo sistemos įrengimas pareikalaus 2-3 kartus daugiau energijos.

Inverteris veikia kaip nuolatinės srovės keitiklis iš saulės „gamybos“ į elektros energiją, nes kintamoji srovė reikalinga buitiniams elektros prietaisams ir lempoms veikti.

Jei mes kalbame konkrečiai apie šildymo sistemą, elektrinis katilas vandeniui šildyti taip pat veikia kintama srove. Kad apšviestumėte namus naktį, jums reikės baterijų, kuriose saugomi dienos reikmenys.

Inverterių moduliai montuojami patogioje priežiūrai vietoje, nors nereikalauja nuolatinio valdymo ir veikia automatiniu režimu (+)

Fotoelementų naudojimo efektyvumas

Lengviausia įsigyti saulės kolektoriai ir pritaikykite vieną iš paprastų schemų, kurios buvo įrodytos per daugelį metų. Tačiau aplinkybės kartais diktuoja savo sąlygas. Tarkime, kad turite puikiai veikiančią saulės generatoriaus sistemą, tačiau kol kas ji skirta tik tiekti elektrą ir aprūpinti karštą vandenį jūsų namams.

Akivaizdu, kad pirkti naują įrangą yra nuostolinga, todėl galią lengviau padidinti įsigijus tam tikrą skaičių fotoelektrinių keitiklių. Biudžetinis variantas - silicio plokštės, kurių našumas iki 23-25%.

Prie srovės šaltinio būtina prijungti šildymo įrenginį, kuris veikia elektra.Universalus variantas yra katilas su paskirstymo laidais.

Polimerinės plėvelės elementai Rusijos rinkoje yra daug mažiau paplitę nei silicio mono- ir polikristaliniai analogai. Juos lengva montuoti, tačiau jų efektyvumas mažas – tik 6 proc.

Jei elektros tiekimas tinkamai organizuotas, jo turėtų pakakti ir karšto vandens tiekimui, ir šildymui. Yra pavyzdžių, kai namas pilnai aprūpintas šiluma – jį galima atpažinti iš stogo, beveik visiškai uždengto plokštėmis.

Kartais prireikia statyti specialias laisvai stovinčias konstrukcijas, jei stogo ploto nepakanka. Pasirodo, kad norint padidinti galią, reikia papildomos laisvos vietos.

Net kruopščiausi skaičiavimai nepadės tiksliai nustatyti potencialios energijos kiekio ir greitai sukurti efektyvią, gerai veikiančią sistemą. Faktas yra tas, kad praktikoje atsiranda kliūčių, kurių atsiradimą gana sunku numatyti.

Štai keletas veiksnių:

• Oro nenuoseklumas. Tikslus saulėtų dienų skaičius nežinomas net pietiniuose regionuose. Patikimai prognozuoti jų skaičių šiauriniuose regionuose beveik neįmanoma.
• Elektros priėmimo pažeidimas. Pavyzdžiui, šiauriniuose regionuose žiemą trumpas šviesus paros laikas, todėl daug perdirbtos saulės energijos išleidžiama apšvietimui. Be to, saulės spinduliuotės intensyvumas žiemą gerokai sumažėja.
• Periodiniai gedimai. Kaip ir visos techninės sistemos, saulės baterijos karts nuo karto gali sugesti dėl atskirų elementų, sutartinių jungčių, apsauginių paviršių ir pan.

Vadinasi, apie veiksmingumą galite sužinoti tik po tam tikro laiko, bent po metų. Gali tekti padidinti fotoelementų ar baterijų skaičių, apsvarstyti papildomą namo šilumos izoliaciją, sumažinti šildomą plotą. Tarkime, šiauriniuose Vokietijos regionuose, siekiant sutaupyti, miegamieji dažnai visai nešildomi.

Sumontuotų fotoelementų priežiūra nereikalauja specialių įgūdžių ir susideda iš reguliaraus valymo: sniego šalinimas žiemą ir šiukšlių šiltuoju periodu, stiklo paviršiaus plovimas vandeniu iš žarnos.

Namų elektrinės įrengimo schema

Lengviausias būdas saulės generatorių įrengimas – kreiptis į įmonę, prekiaujančią sistemos komponentais ir siūlančia montavimo paslaugas. Argumentai "už" - profesionalus projektas, atsižvelgiant į individualias savybes, garantija visiems gaminiams ir montavimui, minusas - didelė kaina.

Jei turite atitinkamos patirties, galite savarankiškai surinkti mini elektrinę su saulės baterijomis privačiam namui šildyti.

Veiksmingiausia laikoma hibridinė oras-saulės sistemos projektavimo schema, kurioje energijai generuoti naudojami fotoelementai, vandens šildymo kolektoriai, papildomai sumontuotas vėjo generatorius. Jį galima pakeisti atsarginiu degalų šaltiniu (+)

Visos šildymo sistemos surinkimo dalys parduodamos specializuotose parduotuvėse.

Turite įsigyti šiuos komponentus:

• silicio arba plėvelės saulės modulių rinkinys;
• įkraunama baterija, kuri kaupia energiją;
• įkrovimo valdiklis, reguliuojantis akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo procesą;
• keitiklis, paverčiantis nuolatinę srovę į kintamąją;
• jungiamųjų laidų komplektas.

Pageidautina, kad baterijos būtų vienodos (atsižvelgiant į prekės ženklą, talpą ir net partiją) ir galėtų kaupti energiją 3-4 dienas. Jų veikimo trukmė priklauso nuo kambario temperatūros – šaltomis sąlygomis jie greitai išsikrauna. Jei paros suvartojimas yra 2400 Wh, reikalingi akumuliatoriai, kurių bendra talpa ne mažesnė kaip 1000 Ah.

Naudodami automobilių akumuliatorius atminkite, kad jų maksimalus efektyvumas yra 70-75% (tarnavimo laikas - 3 metai), specialių saulės sistemoms skirtų įrenginių našumas yra geriausias - iki 85% (tarnavimo laikas - 10 metų). Dalis energijos prarandama saugojimo ir konversijos metu

Sinusinės srovės kokybė inverteriai saulės sistemoms, didesnis nei dabartiniai centralizuoto tinklo rodikliai. Ypatinga įrangos savybė yra įtampos fazės sinchronizavimas, kai perėjimas nuo 12 V iki 220 V atliekamas nenutrūkstant buitinių elektros prietaisų veikimui.

Inverterio galia – nuo ​​250 W iki 6000 W ir daugiau. Galite padidinti išėjimo galią lygiagrečiai prijungę kelis įrenginius. Pavyzdžiui, 3 x 3000 W = 9000 W (+)

Sumontavus visus saulės sistemos elementus, prie inverterio reikia prijungti elektrinį baką, kuris šildo vandenį, o prie bako savo ruožtu – šildymo vamzdyną.

Kolektorinė šildymo sistema

Didžiausią efektyvumą ir grąžą galima pasiekti vietoje saulės modulių įrengus kolektorius – išorinius įrenginius, kuriuose vanduo šildomas veikiant saulės spinduliuotei. Tokia sistema yra logiškesnė ir natūralesnė, nes jai nereikia šildyti aušinimo skysčio kitais įrenginiais.

Panagrinėkime dviejų pagrindinių įrenginių tipų konstrukciją ir veikimo principą: plokščią ir vamzdinį.

Plokščia versija, skirta savarankiškai gaminti

Plokščiųjų instaliacijų projektavimas yra toks paprastas, kad patyrę meistrai savo rankomis surenka rankdarbių analogus, dalį detalių įsigydami specializuotoje parduotuvėje, o kai kurias gamindami iš laužo medžiagų.

Plieninės arba aliuminio izoliuotos dėžutės viduje yra plokštė, kuri sugeria saulės šilumą. Dažniausiai jis yra padengtas juodo chromo sluoksniu. Šilumos sugėriklis iš viršaus apsaugotas sandariu permatomu dangteliu.

Vandens šildymas vyksta vamzdeliuose, padėtuose į gyvatę ir prijungtuose prie plokštės. Vanduo arba antifrizas patenka į dėžę per įleidimo vamzdį, įkaista vamzdeliuose ir juda į išleidimo angą - į išleidimo vamzdį.

Dangtelio šviesos pralaidumas paaiškinamas permatomos medžiagos – patvaraus grūdinto stiklo arba plastiko (pavyzdžiui, polikarbonato) – naudojimu. Kad saulės spinduliai neatsispindėtų, stiklo arba plastiko paviršius yra matinis (+)

Yra dviejų tipų jungtys – vieno vamzdžio ir dviejų vamzdžių; pasirinkimas esminio skirtumo nėra. Tačiau labai skiriasi aušinimo skysčio tiekimo į kolektorius būdas – gravitacija ar naudojant siurblį. Pirmasis variantas laikomas neveiksmingu dėl mažo vandens judėjimo greičio, pagal šildymo principą primena indą vasaros dušui.

Antrasis variantas veikia dėl cirkuliacinio siurblio, kuris priverstinai tiekia aušinimo skystį, prijungimo. Energijos šaltinis siurbimo įrangai valdyti gali būti saulės energija varoma energijos sistema.

Aušinimo skysčio temperatūra kaitinant saulės kolektoriumi siekia 45-60 ºС, išleidimo angoje maksimali vertė yra 35-40 ºС. Siekiant padidinti šildymo sistemos efektyvumą, kartu su radiatoriais naudojamos „šiltos grindys“ (+).

Vamzdiniai kolektoriai – sprendimas šiauriniams regionams

Bendras veikimo principas primena plokščių analogų veikimą, tačiau su vienu skirtumu - šilumos mainų vamzdeliai su aušinimo skysčiu yra stiklinių kolbų viduje. Patys vamzdeliai gali būti plunksniniai, sandarūs iš vienos pusės ir savo išvaizda primenantys plunksnas, ir bendraašiai (vakuuminiai), įkišti vienas į kitą ir sandarūs iš abiejų pusių.

Šilumokaičiai taip pat skiriasi:

• saulės energijos pavertimo šilumine sistema Šilumos vamzdis;
• įprastas U tipo aušinimo skysčio tiekimo vamzdis.

Antrasis šilumokaičio tipas laikomas efektyvesniu, tačiau nėra pakankamai populiarus dėl remonto išlaidų: sugedus vienam vamzdžiui teks keisti visą sekciją.

Heat-pipe nėra viso segmento dalis, todėl jį galima pakeisti per 2-3 minutes. Sugedusius bendraašius elementus galima pataisyti tiesiog ištraukus kištuką ir pakeičiant pažeistą kanalą.

Diagrama, paaiškinanti ciklinį šildymo procesą vakuuminių vamzdžių viduje: šaltas skystis, veikiamas saulės šilumos, įkaista ir išgaruoja, užleisdamas vietą kitai šalto aušinimo skysčio daliai (+)

Išanalizavę įvairių tipų kolektorių technines charakteristikas ir apibendrinus jų naudojimo patirtį, nusprendėme, kad pietiniams regionams labiau tinka plokštieji, šiauriniams – vamzdiniai. Įrengimai su Heat-pipe sistema ypač pasiteisino atšiauraus klimato sąlygomis.Jie šildo net debesuotomis dienomis ir naktį, „maitindami“ minimaliu saulės spindulių kiekiu.

Standartinės saulės kolektorių prijungimo prie katilo įrangos schemos pavyzdys: siurblinė cirkuliuoja vandenį, valdiklis reguliuoja šildymo procesą

Produktyvumo didinimo metodas

Paprastai, paeksperimentavę su nedideliu saulės modulių kiekiu, privačių namų savininkai žengia toliau ir įvairiais būdais tobulina sistemą.

Lengviausias būdas yra padidinti dalyvaujančių modulių skaičių, atitinkamai pritraukti papildomos vietos jiems patalpinti ir įsigyti galingesnę susijusią įrangą.

Ką daryti, jei trūksta laisvos vietos? Štai keletas rekomendacijų, kaip padidinti saulės stoties (su fotoelementais ar kolektoriais) efektyvumą:

• Modulių orientacijos keitimas. Judantys elementai, palyginti su saulės padėtimi. Paprasčiau tariant, didžioji dalis plokščių montuojama pietinėje pusėje. Ilgu šviesiu paros metu taip pat optimalu naudoti paviršius, nukreiptus į rytus ir vakarus.

• Pasvirimo kampo reguliavimas. Gamintojas paprastai nurodo, kuris kampas yra tinkamiausias (pavyzdžiui, 45º), tačiau kartais montuojant reikia atlikti pakeitimus, atsižvelgiant į geografinę platumą.

• Teisingas montavimo vietos pasirinkimas. Stogas tinka, nes dažniausiai yra aukščiausios plokštumos ir jo neužgožia kiti objektai (pavyzdžiui, sodo medžiai). Tačiau yra ir daugiau tinkamų zonų – besisukantys saulės sekimo įrenginiai.

Kai elementai statomi statmenai saulės spinduliams, sistema veikia efektyviau, tačiau ant stabilaus paviršiaus (pavyzdžiui, stogo) tai įmanoma tik trumpą laiką. Norėdami tai padidinti, buvo išrasti praktiški sekimo įrenginiai.

Sekimo mechanizmai yra dinamiškos platformos, kurios sukasi plokštumose sekdamos saulę. Jų dėka generatoriaus našumas vasarą padidėja apie 35-40%, o žiemą - 10-12%.

Didelis sekimo įrenginių trūkumas yra didelė jų kaina. Kai kuriais atvejais tai neapsimoka, todėl nėra prasmės investuoti į nenaudingus mechanizmus.

Apskaičiuota, kad 8 skydai yra mažiausias skaičius, kurį naudojant laikui bėgant išlaidos bus pateisinamos. Galite naudoti 3-4 modulius, bet su viena sąlyga: jei jie yra tiesiogiai prijungti prie vandens siurblio, apeinant baterijas.

Tik kitą dieną „Tesla Motors“ paskelbė apie naujo tipo stogo sukūrimą – su integruotu saulės elementai. Elonas Muskas teigė, kad modifikuotas stogas bus pigesnis nei įprastas stogas su ant jo sumontuotais kolektoriais ar moduliais.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Teminiai filmukai padės geriau įsivaizduoti namų saulės stočių dizainą ir atskleis kai kurias įrangos montavimo paslaptis.

Vaizdo įrašas Nr. 1. Turima techninė informacija apie saulės baterijas ir įkrovimo valdiklius:

2 vaizdo įrašas. Naudinga saulės baterijų naudojimo patirtis Maskvos regione:

3 vaizdo įrašas. Sėkmingai veikiančios saulės energijos stoties pavyzdys, visiškai surinktas savarankiškai, tiekiantis karštą vandenį ir šildant namą:

Kaip matote, saulės šildymo sistema yra labai realus reiškinys, kurį galite įgyvendinti patys. Alternatyvių energijos gavimo būdų sritis nuolat tobulėja, galbūt rytoj išgirsite apie naują atradimą.

Kviečiame aktyviai komentuoti medžiagą. Žemiau esančiame bloke galite išreikšti savo požiūrį į „žaliąją energiją“, pasidalinti savo patirtimi montuojant saulės kolektorių sistemą, papasakoti tik jums žinomas subtilybes.