Отопление частного дома солнечными батареями: схемы и устройство. Солнечные батареи для квартиры: как установить

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.

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.

Владельцев городских квартир наверняка порадует возможность превратить собственный балкон в маленькую электростанцию – источник бесплатной электроэнергии. Потягаться с атомным реактором в энергопроизводительности такой балкон вряд ли сможет, но обеспечить собственное отопление и освещение ему будет вполне по силам. Реализовать эту идею можно с помощью солнечных батарей. О том, что это такое и как установить солнечные батареи на балконе, — читайте в нашем материале.

Бесплатный сыр без мышеловки

Гениальный Никола Тесла сказал однажды, что окружающее нас пространство представляет собой океан, наполненный бесплатной энергией. Измученное газонефтяной зависимостью человечество всегда искало возможность пристроиться к этому океану и зачерпнуть хоть небольшую часть его содержимого. Один из способов, позволяющих добиться этого, связан с применением появившихся в 50-х годах 20-го столетия устройств, названных солнечными батареями. С момента своего изобретения они беспрестанно совершенствуются, становясь все более эффективными, надежными и долговечными.

Итак, как же работает солнечная батарея? Самой важной частью современной солнечной батареи является фотоэлемент , материал которого обладает полупроводниковыми свойствами. Множество таких деталей соединяется между собой, образуя панели различной площади. Под воздействием солнечного излучения фотоэлемент генерирует постоянный электрический ток, но использоваться напрямую для питания электропотребителей он не может. Чтобы придать такому электричеству «удобоваримую» форму, используют специальное устройство – инвертор .

Еще один важный компонент солнечной батареи – аккумулятор . Он позволяет накапливать электрическую энергию в период интенсивного солнечного излучения и затем использовать ее по необходимости.

Сегодня для производства фотоэлементов солнечных батарей используют различные материалы, которые отличаются друг от друга стоимостью и коэффициентом полезного действия. К наиболее распространенным относятся:

1. Поликристаллы кремния

Эта разновидность фотоэлектрических элементов пользуется наибольшим спросом , поскольку ей свойственно наилучшее соотношение стоимости и производительности. Еще одно достоинство – простота монтажа, с которым легко может справиться даже неподготовленный человек. Узнать поликристаллические элементы можно по характерному синему цвету.

2. Монокристаллы кремния

Фотоэлементы данного типа являются более производительными, чем поликристаллические, однако, и стоимость их существенно выше . Главным признаком монокристаллов является то, что они имеют форму многоугольника. Этим определяется свойственный им недостаток: монокристаллические фотоэлементы невозможно объединить в сплошной массив, между отдельными деталями всегда остаются просветы. Таким образом, часть площади собранной из подобных элементов панели тратится впустую.

3. Аморфный кремний

Данная разновидность фотоэлементов уступает в производительности двум описанным выше, но все-таки пользуется достаточным спросом по причине доступной стоимости.

4. Теллурид кадмия

Фотоэлектрические элементы, изготовленные из этого материала, имеют вид пленки толщиной до 0,5 мм. Такая пленка может быть частично прозрачной, что делает возможным ее использование поверх остекления балкона. В этом случае помимо своей основной функции она будет играть роль тонировки стекла.

5. CIGS (полупроводниковый материал)

Фотоэлементы на основе CIGS также изготавливаются в виде пленки, но в сравнении с теллуридом кадмия обладают большей производительностью.

Отличия в производительности у перечисленных материалов весьма существенные. К примеру, панель площадью 1 кв. м, выполненная из монокристаллического кремния, в идеальных условиях генерирует 125 Вт электроэнергии. Такая же по площади батарея из аморфного кремния обладает электрической мощностью всего в 50 Вт.

В квартире всегда присутствует тепло. А удержать его в ней как можно дольше поможет . Подробности о ее характеристиках и использовании читайте в нашей статье.

А если вы решили обшить свой балкон сайдингом, по его монтажу.

Достоинства и недостатки солнечных батарей

Достоинства солнечных батарей очевидны:

• бесплатная электроэнергия;
• экологичность;
• долговечность (срок службы современных систем составляет от 20 до 25 лет);
• надежность (поскольку батареи не содержат движущихся частей, они выходят из строя только в исключительных случаях);
• минимальный уход (панели нуждаются только в очистке от пыли и грязи).

В числе недостатков можно отметить:

• нестабильность (производительность батареи зависит не только от времени суток, но и от погоды);
• высокая стоимость (цена более-менее серьезной установки для бытового применения стартует от 3500 евро);
• малая производительность в сравнении с традиционными источниками энергии.

Установка и использование на балконе

Прежде чем начать установку солнечных батарей на балконе, следует уяснить себе два обстоятельства. Первое: аккумулятор, входящий в комплект установки, не переносит низких температур, поэтому балкон должен быть, как минимум, и . Второе: необходимо предусмотреть возможность переключения всех электропотребителей на питание от обычной электросети на случай, если из-за плохой погоды производительность солнечной батареи упадет.

Установка батареи осуществляется достаточно просто. Панели фиксируются на каркасе из уголка с шириной полки 50 мм. Каркас должен быть надежно прикреплен к капитальным элементам здания – стенам или плитам, иначе конструкция не выдержит снеговой и ветровой нагрузки.

Не забывайте, что солнечную батарею регулярно приходится очищать от пыли и грязи, остающейся после осадков, поэтому ее панели следует размещать в поле доступа.

На заметку: Наибольшей эффективностью батарея обладает в том случае, если лучи падают на ее поверхность под прямым углом. Зимой солнце отклоняется от летнего положения на угол в 12 градусов, поэтому каркас с фотоэлементами также должен иметь возможность поворачиваться на этот угол

Самоделкину на заметку

Отсутствие достаточных финансовых средств – еще не повод отказаться от мечты. При желании можно организовать устройство солнечной батареи своими руками из вполне доступных материалов.

Вам потребуется:

• стекло или оргстекло толщиной 4 мм – 700х1050 мм (один лист);
• солнечные элементы (можно заказать через интернет) — 48 шт. (4 ряда по 12 шт.);
• алюминиевый профиль (уголок 20х20 мм);
• герметик;
• паяльник;
• флюс;
• олово;
• шины для пайки;
• мультиметр.

Выбор фотоэлементов

Производители предлагают нам два типа фотоэлементов:

• монокристаллические (КПД 13%);
• поликристаллические (КПД 7 – 9%).

Монокристаллы служат до 30 лет, но они чувствительны к погодным колебаниям: если солнце закроют облака, мощность элементов существенно снизится. Поликристаллические элементы можно эксплуатировать не более 20 лет, но они при наличии облачности мощность не теряют.

Изготовление солнечной батареи

Идея использовать солнечную энергию для отопления дома или на другие нужды - не нова, разработаны устройства, которые позволяют это сделать любому человеку. Во многих странах, солнечные батареи на крыше скорее правило, чем исключение. Наша страна, к ним пока не относится, но и у нас уже подобные установки можно увидеть все чаще. Солнечные системы для дома могут быть двух видов. Первый - солнечные коллекторы, которые нагревают протекающий в них теплоноситель. Второй - солнечные батареи, которые вырабатывают электричество. О них и будем говорить ниже.

Солнечные батареи преобразуют солнечный свет в электрическую энергию. Батарея состоит из некоторого количества фотоэлектрических преобразователей, которые чаще называют фотоэлементами. Количество преобразователей в батарее произвольное, соединение последовательно-параллельное. Чем определяется количество фотоэлементов? Необходимой силой тока и напряжением. Располагают преобразователи на какой-либо плоской поверхности один возле другого. Из-за внешнего вида такие конструкции часто называют «солнечные панели».

Солнечные батареи для частного дома в некоторых странах — обычное явление

Слишком большие по площади солнечные батареи в быту использовать неудобно, а если не хватает мощности самой большой, несколько устройств соединяют в каскад. Если мощность требуется большая, может понадобиться значительная площадь: может быть занята вся крыша, иногда стены дома и часть придомовой территории. Потому чаще применяют солнечные батареи для частного дома: там есть где разместить и большое их количество. Владельцы квартир могут занять только окна и балконы.

Возможности использования

Как можно использовать солнечные батареи для отопления дома? Только для уменьшения счетов за электроэнергию, а также в качестве резервного источника на случай отключения. Это поможет добиться той самой энергонезависимости, и не заморозить систему отопления при отсутствии централизованного электропитания.

Насколько реально солнечная батарея может обеспечит потребности в электричестве? Если говорить о водяном отоплении, то это реально: для поддержания работоспособности системы потребуется максимум 200-300 Вт/ч. Столько в среднем «тянут» электроника котла + циркуляционный насос + возможные управляющие устройства и контролеры. Если система у вас больше, возьмите паспорта и посчитайте необходимую мощность. Для 300 Вт/ч будет достаточно двух солнечных панелей средней мощности (их суммарная производительность должна немного превышать потребность).

И не нужно думать, что при отсутствии солнца электричества не будет. В систему входят обязательно аккумуляторы и инвертор. Правильно подберите мощность аккумуляторов, и их заряда даже при самых плохих погодных условиях вам хватит на несколько дней работы системы.

Кстати, многие европейские производители отопительного оборудования предусматривают совместную работу своей техники с солнечными преобразователями (например, газовые котлы и ). Но работают они с гелиоколлекторами (греют воду) или с солнечными батареями, нужно смотреть по каждому виду оборудования.

Если , все серьезнее. Мощность большинства таких обогревателей исчисляется киловаттами. Для выработки такого количества энергии потребуется много панелей для переработки энергии солнца. Устройство системы солнечных батарей для отопления частного дома электрическими полами, может вылиться в очень приличную сумму. Но система хороша тем, что ее мощность можно наращивать постепенно. Будете по возможности увеличивать количество панелей и количество вырабатываемого электричества.

При желании можно сэкономить: . Такие самодельные варианты обойдутся в разы дешевле заводских. И это притом, что покупать фотопреобразователи придется готовые: их изготовление в кустарных условиях - нереальная задача. Поэтому - только готовые. Эффективность самодельных солнечных панелей будет ниже заводских, но и цена в разы ниже.

Расчет солнечных батарей для дома

Инсоляция (количество солнечной энергии) в разные месяцы сильно изменяется. Потому сначала нужно определиться с тем, какую часть электроэнергии и на какой период вы собираетесь вырабатывать. Если вы хотите все 100% в любое время года вырабатывать самостоятельно, считать придется по самому плохому месяцу с минимальным количеством солнечных дней. Но тогда возникнет вопрос: что делать с избыточным количеством электроэнергии, которая будет вырабатываться в другие месяца. Если проживание планируется только в огородный сезон, считаете по самой низкой инсоляции в этот период. В общем, принцип понятен.

Затем необходимо рассчитать какую суммарную мощность должна выдавать ваша солнечная система для дома. Для этого в таблицу вписываете все электроприборы, и из их паспортов вносите данные по мощности, потребляемому току и ваттную нагрузку. Подбив колонки, узнаете, сколько электроэнергии в час нужно всей вашей аппаратура и приборам. Понятно, что все они вряд ли включаются одновременно. Можете попытаться высчитать, какие из них работают одновременно, и по этой цифре подбирать солнечные панели.

Как считать количество солнечных батарей разберем на примере. Пусть потребность в электроэнергии 10 кВт/ч, инсоляция в расчетном месяце 2 кВт/ч. Мощность батареи, которую собрались покупать, 250 Вт (0,25 кВт). Теперь считаем 10 / 2 / 0,25 = 20 шт. То есть понадобится 20 солнечных панелей.

Для уменьшения потребления электроэнергии нужно заменить все лампы накаливания на светодиодные, а всю старую неэкономную технику на энергосберегающую - тогда вам понадобится не такое уже и большое количество солнечных панелей.

Виды солнечных батарей

Фотоэлектрические преобразователи существуют разные. Причем отличается и материал, из которого они изготавливаются, и технологии. От всех этих факторов напрямую зависит производительность этих преобразователей. Некоторые фотоэлементы имеют КПД 5-7 %, а самые удачные последние разработки показывают 44 % и выше. Понятно, что от разработок до бытового использования расстояние огромное, и по времени, и по деньгам. Зато можно представить, что ждет нас в ближайшем будущем. Для получения лучших характеристик используют другие редкоземельные металлы, но с улучшением характеристик имеем приличное повышение цены. Средняя же производительность относительно недорогих солнечных преобразователей составляет 20-25 %.

Самые распространенные кремниевые солнечные батареи. Этот полупроводник недорог, его производство освоено давно. Но они имеют не самый высокий КПД - те самые 20-25%. Потому при всем разнообразии сегодня преимущественно используются три вида солнечных преобразователей:

• Самые дешевые - тонкопленочные батареи. Они представляют собой тонкий налет кремния на несущем материале. Кремниевый слой покрыт защитной пленкой. Плюс этих элементов в том, что работают они даже в рассеянном свете, а, следовательно, есть возможность устанавливать их даже на стены зданий. Минусы - низкая эффективность 7-10%, а также, несмотря на защитный слой, постепенная деградация кремниевого слоя. Тем не менее заняв большую площадь, можно получить электричество даже в пасмурную погоду.
• Поликристаллические солнечные батареи изготавливают из расплава кремния, медленно его охлаждая. Отличить эти элементы можно по ярко-синему цвету. Эти солнечные батареи имеют лучшую продуктивность: КПД 17-20%, но в рассеянном свете малоэффективны.
• Самые дорогие из всей троицы, но при этом довольно широко распространенные - монокристаллические солнечные батареи. Они получаются путем разделения одного кристалла кремния на пластины и имеют характерную геометрию со скощенными углами. У этих элементов КПД от 20% до 25%.

Теперь, видя надписи «солнечная панель моно» или «поликристаллическая солнечная батарея», вы будете понимать, что речь идет о способе производства кремниевых кристаллов. Также вы будете знать, какой эффективности от них можно ожидать.

Батарея с монокристаллическими преобразователями

Эффективность солнечных батарей зимой

Вы, наверное, удивитесь, но зимним днем на вертикальную поверхность падает всего в 1,5-2 раза меньше энергии, чем летом. Это данные для средней полосы России. За сутки картина хуже: за этот период летом получаем в 4 раза больше энергии. Но обратите внимание: на вертикальную поверхность. То есть на стену. Если говорить о горизонтальной поверхности, тут разница уже в 15 раз.

Самая печальная картина по выработке электроэнергии солнечными батареями ожидает вас не зимой, а осенью: в пасмурную погоду их эффективность ниже в 20-40 раз, в зависимости от плотности облачного покрова. Зимой же, после того выпал снег, инсоляция (количество света, падающего на батареи) в солнечные дни может приближаться к летним значениям. Потому зимой солнечные системы для дома вырабатывают больше электроэнергии, чем осенью.

Получается, чтобы зимой добиться близкой к максимальной эффективности, нужно располагать солнечные батареи вертикально или почти вертикально. И, если их вешать на стены, то желательно на юго-восточные: утром по статистике чаще бывает ясная погода. Если юго-восточной стены нет, или ничего на ней установить невозможно, выйти из положения можно сделав специальные подставки. Тогда ставят солнечные батареи на крыше. Так как угол падения солнечных лучей в зависимости от сезона меняется, желательно сделать подставку с регулируемым углом наклона. Есть возможность — разверните солнечные панели «лицом» на юго-восток, нет такой возможности, пусть «смотрят» на юг.

Правила установки

Эффективность работы кремниевых солнечных батарей зависит от количества попадающей на них энергии солнца (всего спектра излучения). Факторы, на которые мы можем каким-то образом повлиять, это:

На работоспособность многих типов преобразователей влияют температурные показатели: диапазон использования кремниевых элементов от -40 o C до +50 o C. Негативно на работоспособности сказываются как более низкие, так и более высокие температуры. Если летом у вас солнце активное, важно не допустить перегрева. Для этого под панель можно положить белую ткань или фольгу (более эффективно). Если это не помогает и панель перегревается, поверните ее, или перевесьте. Нужно будет выбрать такое положение, при котором будет соблюдаться тепловой режим, а производительность останется довольно высокой.

Максимальную свою продуктивность эти устройства показывают, если солнечные лучи падают под углом 90 o . К сожалению, такое возможно далеко не весь день, а лишь короткий промежуток времени. Есть специальные системы слежения, изменяющие угол наклона панели так, чтобы свет падал постоянно под желаемым углом, но это дорогие установки.

И все же, можно найти оптимальный угол установки солнечных батарей. Просто при незначительном отклонении от идеала (менее 50 o) производительность падает мало, примерно на 5 %. Фактическое подтверждение этому можете увидеть в видео.

Для каждого региона угол установки солнечных батарей свой. Его можно определить экспериментально (как - вы видели), а можно выставить исходя из географической широты - этот наклон принято считать самым лучшим. Многое зависит от ориентации панели: если вы развернули ее на север или восток, оптимальный угол будет меньше.

Солнечные батареи на крыше

Прежде всего, нужно выяснить, выдержит ли кровля дополнительную нагрузку. Один-два модуля выдержит любая, а для большего количества придется считать.

Для надежной фиксации они должны крепиться как минимум в четырех точках. Причем, если вы монтируете панели заводского изготовления, не поленитесь изучить инструкцию по установке: при нарушении хотя бы одного из пунктов, оборудование снимается с гарантии. В большинстве случаев требования такие:

Системы крепления солнечных панелей могут быть разными. Есть готовые (продаются там же, где и сами панели), но вполне можно использовать и сделанные собственноручно. Важно только использовать надежные, стойкие к коррозии материалы. Толщина реек и крепежа должна быть большой: выдерживать должны они и ветровые нагрузки, и массу панелей с самым толстым снежным покровом.

Один из методов крепления солнечных батарей на крыше частного дома можно увидеть в видео.

Теперь немного об электрической сборке. Схема подключения солнечной батареи, кроме самих преобразователей, предусматривает наличие:

• контроллера заряда с подключенными аккумуляторными батареями;
• преобразователя (инвертора), который преобразует постоянный ток в переменный;
• предохранителей для защиты от короткого замыкания (повысят безопасность и вашу и системы).

Контроллер и преобразователь имеют ограничения по току и напряжению. Суммарные параметры подключаемой для вашего дома солнечной системы не должны их превышать. Для электрического соединения батарей в единую систему, использовать нужно только те провода, которые выведены наружу.

Для соединения панелей применяют медный проводник в стойкой к ультрафиолету изоляции. Если провода в подходящей изоляции не нашли, спрячьте его в гофрированный шланг для наружных работ. Толщина жил провода зависит от предполагаемой силы тока в системе и от длины линии, но минимальное сечение 4 мм 2 . Соединение проводников желательно делать при помощи коннекторов, а не на скрутках. Рекомендуют МС4 потому что проводники, выходящие из большинства солнечных батарей, оконечены именно такими разъемами. Эти разъемы хороши тем, что обеспечивают герметичное соединение, что на крышах немаловажно. Но не все фирмы устанавливают разъемы этого стандарта. В дешевых моделях (особенно китайских) может стоять что-либо иное, так что уточняйте при покупке.

Теперь о последовательности подключения оборудования в систему. Для безопасного подключения соблюдайте очередность такую:

1. К контроллеру подключаются аккумуляторы с соблюдением полярности. Провода - медь, сечение выбирается в зависимости от мощности контроллера.
2. К контроллеру подключаются солнечные батареи. Также необходимо соблюдать полярность.
3. К контроллеру через предохранитель подключается 12 В потребители.
4. К аккумуляторам подключается инвертор (через предохранитель), а к его выходу уже потребители 220 В. Подключение инвертора напрямую к контроллеру исключено: придется покупать новые устройства. А это приблизительно 600-1000$ в зависимости от фирмы и мощности.

Не пренебрегайте последовательностью подключения - это наиболее безопасный алгоритм, гарантирующий (при соблюдении полярности) рабочее состояние системы.

Напоследок, еще один вариант установки на крыше дачи с регулируемым углом наклона. Возможно, вам видео будет полезным.

В настоящее время набирает популярность использование энергогенерирующих технологий и устройств в частном пользовании. Это позволяет в некоторой степени экономить на затратах по отоплению и энергообеспечению жилища. Многоэтажные дома считаются отличным вариантом для размещения подобных систем, поскольку в большинстве случаев воздействие солнечного света носит максимальный характер. Солнечные батареи на балконе квартиры смогут обеспечить работу таких приборов, как светильник, который сможет полноценно освещать балкон, лоджию и другие комнаты, зарядку небольшой аккумуляторной техники, приборов и т. п.

Солнечная батарея на балкон может в среднем произвести более 2500 Вт, в зависимости от площади батареи, ее эффективности, а также времени года и погоде. Светильник в кладовке или на улице, радиоприемник или небольшая бытовая техника, ноутбук или телефон – это лишь неполный перечень того, чью нормальную работу может обеспечивать небольшие солнечные батареи. На сегодняшний день пользуются популярностью садовые светильники для частных домовладений, однако, использование солнечных батарей во многоэтажных домах стало также не менее популярным.

Установка солнечных батарей не требует дополнительных согласований или разрешений органов или учреждений, которые эксплуатируют жилое здание. Основным из условий беспрепятственного использования такой инновационной системы, как солнечная батарея на балконе, является отсутствие дискомфорта соседей и обеспечение безопасности лиц и материальных ценностей, которые находятся или расположены в непосредственной близости от жилого дома.

Многие производители и пользователи декларируют множество преимуществ использования энергии солнца, благодаря которым спрос на подобные технологии растет с каждым годом. К таковым следует отнести:

• Экономия затрат на электроснабжение жилого помещения (при этом можно освещать квартиру, подъезд или установить светильник, который может освещать весь двор);
• Экологически чистая технология генерации электроэнергии;
• Долгий срок службы;
• Установка солнечной батареи может быть осуществлена своими руками;
• Солнечная батарея на балконе является альтернативным источником энергии, пусть и неполноценным, на случай отключения основного электроснабжения;
• Солнечная батарея на балкон легко монтируется и не требует дополнительных затрат на периодическое обслуживание.

Несмотря на многие преимущества, подобные системы имеют и ряд недостатков, которые, однако, не влияют на техническую и рациональную привлекательность подобной технологии. К «минусам» использования солнечных батарей на балконе или лоджии можно отнести:

• Массивные аккумуляторы, в которых накапливается энергия. Их размещение на балконе существенно уменьшает полезную площадь этого помещения;
• Высокая стоимость готового оборудования. В данном случае можно значительно сэкономить на сборке системы своими руками, однако, составляющие компоненты и детали также отличаются высокой стоимостью;
• Солнечная батарея на балконе квартиры эффективна и полезна лишь в светлое время суток при ясной погоде.

Солнечные батареи имеют различную эффективность, которая во многом зависит от типа используемого фотоэлемента. Существуют следующие их виды:

• Поликристаллы кремния. Наиболее популярный фотоэлемент в солнечной батарее, потому как имеет оптимальное соотношение цены и производимого электричества. Кроме того, батареи из поликристаллов кремния значительно проще монтируются. Отличаются синеватым цветом.
• Монокристаллы кремния. Более производительны, чем поликристаллический вариант батарей, но и более дорогой. Их отличительная особенность – их форма. Она представляет собой многоугольник. В этом и основной их недостаток – собрать такиэ фотоэлементы в цельную панель без зазоров – невозможно, поэтому они плохо подходят для монтажа на балконе из-за ограничения в пространстве.
• Аморфный кремний. Менее производительный тип фотоэлемента, по сравнению с кремниевыми. Тем не менее, тоже достаточно часто применяется для монтажа на балконе.
• Теллурид кадмия. Фотоэлемент в виде тонкой пленки, до 0,5 мм. Может быть использована поверх остекления, что создаст эффект тонировки.
• CIGS. Это полупроводниковый материал, также выглядит как пленка, но более производителен, чем панель на основе теллурида кадмия.

Различные виды фотоэлементов генерируют различное количество энергии. К примеру, панель площадью 1 кв. м. из монокристаллического кремния генерирует до 125 Ватт, а такая же площадь аморфного кремния даст только 50 Ватт. Кроме того, на них по-разному влияют различные погодные условия. Монокристаллические панели сильно теряют производительность при облачной погоде, а поликристаллические вырабатывают ту же мощность. Напоследок, отличаются и их эксплуатационные характеристики – срок службы монокристаллической панели – до 30 лет, поликристаллической – до 20.

Солнечная батарея на балкон предусматривает использование специальных аккумуляторов, которым противопоказаны низкие температуры и повышенная влажность. Именно поэтому, перед тем как устанавливать подобные системы, необходимо позаботиться об утеплении лоджии или балкона.

В том случае, когда это помещение имеет достаточный уровень теплоизоляции, можно приступать к монтажу солнечных батарей.

Солнечные батареи на балкон представляют собой фотоэлементы в форме пластин, которые устанавливаются с расчетом прямого попадания на их поверхность солнечных лучей. Для их надежного размещения формируется каркас из металлического или алюминиевого профиля с толщиной сторон около 50 мм. Для соединения частей каркаса используют электрическую сварку. Расстояние между горизонтальными профилями не должно быть больше 20 см. Металлический каркас надежно крепится при помощи болтовой стяжки к стенке балкона с учетом того, что будет обеспечен полный доступ пользователя ко всей поверхности фотоэлементов с целью ухода за ними.

Следует учитывать тот факт, что угол падения прямых солнечных лучей меняется на протяжении всего дня, поэтому нелишним будет предусмотреть возможность регулировки угла наклона основного каркаса, что позволит рационально использовать солнечные батареи на балконе.

Каркас должен быть обработан антикоррозийными средствами или красками, что надежно защитит от воздействия атмосферных осадков.

После того как внешняя часть системы установлена и соединена с аккумуляторами, их необходимо связать с группой потребителей электроэнергии силовым проводом.