Солнечные батареи способны давать электричество из энергии солнца, эффективность их при этом составляет приблизительно 24%. Собственная электростанция поможет значительно снизить зависимость, хотя и не полностью отказаться, от стандартного батарейного отопления. Панели, дающие энергию, – отличный выход для дачных, загородных домов, где проблема экономичного способа отопления всегда актуальна.
Как солнечная энергия превращается в электрическую
По физическому определению солнечная панель или фотоэлектромодуль представляет собой прибор, способный преобразовывать солнечно электромагнитное излучение в постоянный электроток. Панель изготавливают из кремния, улучшенного небольшим количеством таких химикатов, как мышьяк и бор.
Виды солнечных модулей
Сегодня в продаже можно встретить 3 вида панелей.
– Монокристаллическая панель состоит из чистого кремния без примесей, поэтому преобразовательная эффективность ее наибольшая. Кремниевые кристаллы для устройства специально выращивают в лаборатории. Их тщательно обрабатывают, шлифуют, наслаивают защиту. Соединяясь друг с другом, кристаллы образуют ячейки, оптимально их должно быть 36 шт. Получается пластинка темного цвета, которую вставляют в металлический каркас для большей прочности. Мощность таких солнечных батарей на солнце, в ясную погоду максимально может достигать 260 Вт. Минус такой батареи в том, что даже незначительная облачность способна снизить мощность панели почти на 70%.
– Поликристаллический модуль в сравнении с первым вариантом имеет более низкую стоимость за счет применения поликристаллического кремния, производство которого намного дешевле, чем чистого монокристалла.
– Тонкопленочная солнечная батарея – самый экономный вариант. Тем более что работать такие панели могут и при отсутствии прямого солнечного света. Особенно выгодно использовать такой тип модулей в туманных или пыльных регионах. Недостатком же их является необходимость большой площади поверхности при установке.
Чтобы Ваша электростанция была полноценной, нужно будет подсоединить солнечные панели к накопителю энергии, также Вам понадобится регулятор мощности, устройство зарядки и разрядки батарей и преобразователи. Попробуйте оборудовать крышу дома с южной стороны солнечными панелями, и сможете потреблять до 300 кВт собственной электроэнергии в месяц. Установку таких сохраняющих энергию батарей, подпитывающихся от солнца, осуществляют в, так называемых, пассивных домах.
В настоящий момент мир борется с энергетическим кризисом, ведь по оценкам экспертов серьезные проблемы из-за нехватки органического топлива жители планеты смогут испытать уже через несколько десятков лет. Поэтому ученые ищут новые пути преодоления проблемы и предлагают, чтобы солнечная энергия для отопления дома в будущем стала основой базовых систем обогрева. Используя солнечные батареи для частного дома отзывы о которых говорят об их эффективности, собственники смогут сделать свой вклад в сохранение экологического баланса.
Устанавливая отопление солнечное, собственник может добиться значительной экономии, ведь активная энергия солнца может использоваться для подогрева теплоносителя, питания электрических обогревателей и турбин. А пассивная система солнечного отопления поможет повысить общую энергоэффективность дома и существенно снизить затраты на отопление, ведь в процессе работы она использует конструктивные элементы внутри дома – окна, поверхности стен и полы для сбора и сохранения энергии.
Особенности работы системы
Использование солнечной энергии в целях обогрева здания – это пока еще новое и недостаточно изученное направление в энергетике. С каждым годом технология усовершенствуется новыми решениями, и разработчики предлагают все более выгодные варианты отопления домов и коммерческих зданий с помощью возобновляемой, экологически чистой энергии солнца.
Есть множество положительных моментов, которые обуславливают солнечные батареи для отопления дома, но кроме них есть и определенные минусы. Их также следует учитывать при принятии решения об отоплении дома альтернативным способом.
Положительные стороны использования энергии солнца
Основным преимуществом использования солнечной энергии для обогрева дома является то, что отопление от солнечных батарей цена которых зависит от модели, не вредит экологии. Солнечная энергия является полностью возобновляемым источником энергии, наличие которого не зависит от деятельности привычных участников топливного рынка — традиционных энергетических компаний или мировых экспортеров нефти и газа.
Современная солнечная батарея является полностью автономным изобретением, которое не зависит от использования электричества, нефти и природного газа и работает только от получаемой извне энергии солнца. В процессе преобразования энергии в тепло не выделяются загрязняющие вещества. А это значит, что солнечные батареи намного экологичнее, нежели газовые котлы, дровяные печи или жидкотопливные отопительные приборы.
Если не учитывать огромных начальных капиталовложений, то в долгосрочной перспективе солнечные батареи для отопления дома отзывы о которых можно найти в сети, позволят качественно сократить затраты на отопление. Ведь как только солнечная батарея будет установлена и подключена, энергию для отопления дома можно будет получать в любое время. Энергия солнца является доступной и абсолютной бесплатной для всех жителей планеты и будет такой оставаться в обозримом будущем.
В процессе генерирования энергии для отопительных приборов солнечные батареи работают абсолютно бесшумно, поэтому устанавливая их в доме, владелец может не беспокоиться о нарушении тишины и комфорта в своем жилище.
Грамотно спроектированная схема подключения солнечных батарей загородного дома позволит получать солнечную энергию в любое время года.
Отрицательные стороны
Солнечные батареи — это достаточно новое явление на рынке отопительных приборов, поэтому огромная сумма на ценнике устройства, которая может превышать десятки тысяч долларов, вполне объяснима технологической сложностью и использованием дорогих закрытых патентов в процессе производства. Однако такие затраты являются недостатком лишь на первых порах и их стоит рассматривать как долгосрочные финансовые инвестиции.
Поскольку солнечные панели работают путем преобразования солнечной энергии для полноценного функционирования их нужно устанавливать только в определенных регионах, поэтому жители не каждой местности планеты могут рассчитывать на использование этого альтернативного вида отопления.
Стоит учитывать и то, что солнечные системы отопления могут быть громоздкими, ведь в самый разгар зимы дом должен оставаться теплым на протяжении дня и ночи, а для генерирования большого количества энергии необходимо наличие батарей соответствующей мощности. Для этого потребуется монтаж целого комплекса устройств, который при необходимости следует дополнить мощными аккумуляторами.
Разработчики дают солидную гарантию на солнечные батареи, однако в случае сбоев в работе или поломок, их ремонт обойдется собственнику в круглую сумму, ведь починить оборудование смогут только в специализированном сервисе. Даже при высоком качестве сборки, солнечные батареи могут пострадать от бури, града, сильных ветров и катаклизмов. А починить батарею, аккумулятор или солнечный конвектор своими руками очень сложно и под силу лишь профильным специалистам.
Альтернативные источники обогрева, среди которых и присутствует солнечная система отопления, требуют значительных первоначальных инвестиций, и в условиях сегодняшнего рынка отопления они неконкурентоспособны, поскольку люди выбирают более доступные и рентабельные варианты. Пока стоимость технологии не станет доступней, говорить о повсеместном распространении солнечного отопления домов рано, ведь многие собственники еще не верят в эффективность использования альтернативного отопления, и не готовы рисковать огромными деньгами для его реализации в своем доме
Рекомендации по установке
Выделив из бюджета деньги на покупку дорогостоящего оборудования, собственник также должен позаботиться о заключении контракта с профессиональными подрядчиками, которые имеют опыт работы в строительстве и в вопросах проектирования энергоэффективных домов.
Профессионалы проведут монтаж оборудования максимально ответственно и грамотно, и собственник сможет использовать в доме устройства для выработки бесплатной энергии.
При выборе компании, которая подберет и установит солнечные батареи, не лишним будет узнать, занимается ли фирма послепродажным обслуживанием устройств и предоставляет ли гарантию на проведенные работы.
Более того, в некоторых странах это еще и способ летнего заработка. Дело в том, что во многих государствах электричество, произведенное частными лицами при помощи гелиостанций, закупается централизованно по весьма привлекательным тарифам. К сожалению, в России такой программы пока нет.
Установка панелей на крыше
На крыше дома солнечные батареи можно установить двумя способами:
· С переделкой кровли.
· С частичной заменой кровельного покрытия.
Во втором случае кровельное покрытие меняется на специальные фотопанели, которые очень похожи на обычные листы черепицы. Более того, активно внедряется особая кровля (Dow Powerhouse), внешне практически не отличимая от классического покрытия.
Суть разработки состоит в том, что фотоячейки устанавливаются в определенную крепежную форму, после чего ламинируются. В итоге получаются ячейки с традиционным дизайном кровельной черепицы. Устанавливаются они точно так же, как и обычная черепица. Таким образом, внешний вид дома абсолютно не меняется, а крыша выполняет все функции гелиосистемы. При этом расходы на монтаж системы минимальны.
Частичная переделка кровли может потребоваться для укрепления опорных подкровельных балок, к которым и крепятся обычные солнечные батареи (именно к балкам, а не к черепице). Дело в том, что нагрузка на балки ощутимо возрастет и из-за веса панелей, и из-за их парусности.
Установка
Для полноценной работы солнечных батарей их надо располагать под углом 30-40° (относительно плоских кровель). Если крыша плоская или имеет минимальный уклон (как, например, у хозпостроек) то для установки нужно использовать рамные опорные конструкции. В этом случае добиться нужного угла не составляет труда. Ориентировка панелей – на юг (как и в других случаях), тогда производительность будет максимальной. Изготавливаются такие конструкции из мощных металлопрофилей и крепятся обычно анкерными болтами. Надо помнить, что ветровые нагрузки на отдельно стоящие панели ощутимо больше.
Если крыша скатная, то используется крепление при помощи кронштейнов и направляющих профилей (обычно металлических), которые крепятся к подкровельным балкам. Направляющие профили (по ним «выставляются» ряды солнечных батарей) монтируются таким образом, чтобы обеспечить нужный угол наклона.
Цена установки гелиомодулей на крыше зависит прежде всего от типа кровли и сложности фиксации креплений, от количества панелей (площади массива) и числа рядов в массиве.
В некоторых случаях установка батарей непосредственно на крышу нецелесообразна. Например, нет ската, ориентированного на юг, или кровля имеет сложную форму, из-за чего монтажные работы слишком затруднены. В таких ситуациях для панелей лучше смонтировать своеобразный «козырек» на одной из стен дома. Это позволит провести установку с минимальными трудозатратами, обеспечит нужную ориентацию и наклон батарей, а также облегчит их дальнейшую очистку. Кроме того, такой козырек вполне можно использовать в качестве крыши веранды или террасы.
Монтажные комплекты
Монтажные комплекты для установки могут продаваться как совместно с батареями, так и отдельно. При отдельной продаже стоимость их обычно начинается от 6 тыс. рублей (комплект для двух батарей с возможностью регулировки угла наклона). Изготавливаются они из коррозионностойкого анодированного алюминия и нержавеющей стали и рассчитаны на сопротивление мощным ветровым нагрузкам (до 55 м/с).
Освещенность
Солнечные батареи нужно размещать в самом освещенном месте (крыша здания, фасад). При этом недопустимы никакие затенения (даже частичные) рабочей поверхности панели.
Направление
Батареи надо устанавливать на южном скате кровли, в этом случае поток солнечных лучей, падающих на их поверхность, будет максимальным.
Угол
Монтировать панели своими руками нужно под углом к горизонту. Угол наклона зависит от географической широты места (совпадает с ней). Однако для увеличения производительности системы данный угол лучше варьировать. Так, летом его нужно увеличить примерно на 12°, а зимой, соответственно, уменьшить на 12°. Если такое решение невозможно, угол выбирается постоянным и равным географической широте.
Обслуживание
Загрязнение поверхности солнечных панелей приводит к ощутимому (не менее 10%) снижению их производительности. Поэтому их нужно систематически очищать от пыли или налипшего снега. Это нужно предусмотреть до монтажа гелиополя.
При установке батарей на земле (обычно такой вариант используют на даче) их нужно обязательно приподнять примерно на 50 см от уровня почвы (чтобы рабочая поверхность не была перекрыта выпавшим снегом). Если изделия будут использоваться только летом, приподнимать их необязательно.
Еще один аспект, который нужно обязательно учесть, чтобы правильно установить солнечные панели для дома, – тип кровли.
Монтаж на разных типах крыш
Каждая крыша имеет свои особенности, которые в конечном итоге могут сыграть решающую роль при определении технологи установки. Важное значение имеет даже цвет кровли. Темные крыши очень сильно нагреваются от солнца, что неминуемо приведет к перегреву фотопанелей. Поэтому если крыша покрыта темным материалом. В местах установки батарей нужно предусмотреть дополнительное светлое покрытие.
Плоские кровли
Установить своими руками фотопанели на такой крыше довольно просто. По сути, плоская кровля – самый подходящий вариант для размещения солнечных батарей, достаточно приобрести специальные опорные рамы, ориентировать их на юг и закрепить на них панели под нужным углом. Более того, в этом случае можно без труда регулировать угол наклона в соответствии с временем года и повышать тем самым энерговыработку. Обслуживать и очищать панели в этом случае также очень просто. Если нужно разместить батареи в несколько рядов, то опорные рамы выбираются многоярусные.
Наклонные кровли
На наклонных кровлях солнечные батареи монтируются при помощи специальных креплений, которые приобретаются вместе с ними. При этом обязательно учитывается материал крыши (черепица, профнастил, металлочерепица и т.д.), так как для каждого материала разработаны отдельные типы креплений и отдельные монтажные технологии. Нарушать или менять их недопустимо.
Монтаж панелей на наклонной крыше выполняется с обязательной выдержкой зазора между, собственно, панелью и кровлей. Делается это для обеспечения свободной циркуляции воздуха и охлаждения фотопанели.
Дополнительные условия
Если установка солнечных панелей ведется в несколько рядов, то между рядами необходимо выдержать определенное расстояние. Это делается для того, чтобы верхние батареи не затеняли нижние. Промежуток между рядами должен составлять минимум 1,7 от величины ряда (высоты батареи). Также нужно оставлять зазоры между соседними панелями в ряду. Сделать это необходимо для обеспечения удобства крепления, подключения и обслуживания каждой гелиобатареи.
При монтаже панелей надо учитывать и длину коммутационных кабелей. Чем она меньше, тем меньше будут потери напряжения, а значит, и энергии. Причем это относится как к соединениям между самими панелями, так и к кабелям, которые ведут к остальному оборудованию (контроллеру, АКБ и т.д.). К примеру, длина кабеля от АКБ до контроллера не должна превышать 4 м.
Крепления
Закрепляются батареи как минимум в 4-х точках. При этом надо учитывать, что большинство монтажных рам и креплений рассчитано на фиксацию по длинной стороне, то есть батарея должна быть ориентирована вертикально, а не горизонтально.
Чаще всего для крепежа панелей применяются либо прижимные фиксаторы, либо болтовые соединения через края монтажных рам. В любом случае использовать нужно только специально предназначенные для этих целей приспособления, только они гарантируют надежную фиксацию батарей.
Установка фотоэлектрических модулей происходит на специальных конструкциях, которые обеспечивают их оптимальную ориентацию на солнце и надежное крепление к разным типам поверхностей на местах установки: наземные фундаменты, наклонные крыши, плоская кровля, а также вертикальные поверхности.
Для максимальной производительности энергии фотоэлектрические модули должны быть смонтированы таким образом, чтобы солнечные лучи падали на рабочую поверхность модуля под углом 90°. Добиться данного требования для солнечных установок возможно только при использовании специальных поворотных конструкций с двухосевой системой слежения за солнцем – трекерных систем (см. ниже). Такие солнечные установки, кроме явных преимуществ в максимальном использовании солнечной энергии, являются достаточно дорогими устройствами, потребляют, хоть и незначительно, но постоянно энергию, требуют большую по площади площадку для установки по сравнению с фиксированными конструкциями. Поэтому обычно идут на компромисс в производительности системы и стоимости конструкции, и в основном в фотоэлектрических системах используют стационарные конструкции.
Такие конструкции ориентируют на юг, с незначительными отклонениями по азимуту (см. диаграмму), а так же устанавливают с фиксированным, или изменяемым углом наклона.
Производительность энергии фотоэлектрической системы, в зависимости от монтажной конструкции.
Оптимальный угол наклона солнечных панелей зависит от широты местности, а так же может быть изменен, в зависимости от того, какой оптимизации в производстве энергии необходимо добиться. Так, он может быть уменьшен от оптимального значения, если фотоэлектрическая система работает в летний период (летний оптимум), увеличен, если фотоэлектрическая система эксплуатируется в основном в осенне-зимний период, или принят средним по значению, если фотоэлектрическая система предназначена для круглогодичной эксплуатации.
Упрощенная формула расчета оптимального угла наклона фотомодулей:
Если широта до 25 °, числовое значение широты умножить на 0,87.
Если широта между 25 ° и 50 °, числовое значение широты умножить на 0,76, плюс 3,1 градуса.
Приведенный ниже график показывает влияние регулировок угла наклона на производительность. Бирюзовый линия показывает количество энергии, которую можно получать каждый день, если установка солнечных батарей произведена на фиксированный оптимальный угол наклона. Красная линия показывает количество солнечной энергии, которую можно получить при регулировании угла наклона четыре раза в год. Фиолетовая линии показывает количество солнечной энергии в день, если солнечные панели установлены на зимний угол.. Для сравнения, зеленая линия показывает энергию, которую вы получили бы от двух осевой трекерной системы слежения, которая всегда ориентирует панели прямо на солнце. Цифры даны для 40 ° широты
Если конструкция позволяет изменять угол наклона солнечных панелей, то при изменении угла два раза в год на широте между 25° и 50° можно принять следующие цифры: лучшим углом наклона для лета будет численное значение широты, умноженное на 0.93 минус 21 градус. Лучший угол наклона для зимы – численное значение широты, умноженное на 0,875, плюс 19,2 градуса. Оптимальное время для изменения угла наклона на летний период – 30 марта, на зимний период – 12 сентября.
При регулировании угла наклона солнечных панелей четыре раза в год на широте между 25 ° и 50° лучшими углами наклона будут:
для лета числовое значение широты умножить на 0,92, и вычесть 24,3 градуса.
для весны и осени числовое значение широты умножить на 0,98, и вычесть 2,3 градуса.
для зимы числовое значение широты умножить на 0,89, и добавить 24 градуса.
Оптимальное время для изменения угла наклона на летний период –18 апреля, на осенний период – 24 августа, на зимний период – 7 октября, на весенний период – 5 марта.
В зимний период солнечные панели, при зимнем угле наклона, будут ориентированы достаточно эффективно, захватив от 81 до 88 % энергии по сравнению с трекерной системой. Такой угол наклона является хорошим решением в тех местах, где зимой нагрузка больше, чем летом. Весной, летом и осенью эффективность будет ниже (74-75% весной / осенью, и 68-74% летом), потому, что в эти сезоны солнце проходит большой участок неба, и фиксированная панели не может захватить быть направлена на него под углами, приближающимися к 90°, значительную часть дня. Это как раз время года, в котором трекерные системы слежения дают наибольший эффект.
Заметим, что зимой угол примерно на 5 ° круче, чем то, что обычно рекомендуется. Причина в том, что в зимнее время, большая часть солнечной энергии приходится на полдень, так что фотоэлектрические модули следует ориентировать почти прямо на солнце в полдень. Угол доработан, чтобы получить наиболее полную энергию в течение дня.
Если конструкция фотоэлектрических систем позволяет регулировать угол наклона каждый месяц, то для расчета его значения на широте L принимаются такие величины.
С весеннего равноденствия до осеннего равноденствия –
угол равен широте L на 22 марта и 22 сентября (равноденствие)
угол равен (L-5 °) на 3 апреля и 9 сентября (в т. ч. ближайшие 2 недели разницы)
угол равен (L-10 °) на 17 апреля и 26 августа (в т. ч. ближайшие 2 недели разницы)
угол равен (L-15 °) на 1 мая и 12 августа (в т. ч. ближайшие 2 недели разницы)
угол равен (L-20 °) на 22 мая и по 22 июля (в т. ч. ближайшие 2 недели разницы)
угол равен (L-23.5 °) на 22 июня (летнее солнцестояние)
С осеннего равноденствия до весеннего равноденствия –
угол равен широте L на 22 марта и 22 сентября (равноденствие)
угол равен (L +5 °), на 6 октября и 7 марта (в т. ч. ближайшие 2 недели разницы)
угол равен (L +10 °) на 19 октября и по 22 февраля (в т. ч. ближайшие 2 недели разницы)
угол равен (L +15 °), на 3 ноября и 8 февраля (в т. ч. ближайшие 2 недели разницы)
угол равен (L +20 °) на 23 ноября и 23 января (в т. ч. ближайшие 2 недели разницы)
угол равен (L +23.5 °) на 22 декабря (зимнее солнцестояние)
Углы наклона для некоторых широт, в зависимости от времени года, представлены на графике
При расположении конструкций солнечных панелей в несколько рядов, кроме правильной ориентации и угла наклона, очень важным является правильно выбрать расстояние между рядами, чтобы не происходило взаимного затенения поверхности модулей. Для средней полосы, при оптимальном фиксированном угле наклона, зачастую используется простая формула d = 3w, где d – расстояние между рядами, и w – высота панели под оптимальным углом наклона.
При углах наклона, близких к 30 °, коэффициент использования площадки под фотоэлектрическую систему составляет 33%. Приведенные данные являются обзорными, собраны из разных источников, и немного отличаются по значению, так как рассчитывались по разным методикам. В целом задача по ним – дать представление о том насколько оптимально может работать фотоэлектрическая система в зависимости от ориентации и угла наклона солнечных панелей.
Кроме стационарных конструкций для установки фотоэлектрических модулей на земле, существуют также поворотные в одной, или двух плоскостях конструкции для систем слежения за солнцем – трекерные системы ориентации. Использование трекеров позволяет максимально эффективно сориентировать активную поверхность сонечных панелей и значительно увеличить производительность энергии в сравнении с фиксированным размещением на неподвижных металлоконструкциях – до 30 – 40%.
Трекеры изготавливают из стальных нержавеющих и алюминиевых профилей.
Соотношение стоимости и эффективности трекеров определяет оптимальную мощность размещаемых на них фотомодулей, которая может составлять от единиц до десятка киловатт.
Конструкции под монтаж солнечных батарей на крышах.
Для монтажа фотоэлектрических модулей на плоских крышах используют конструкции из алюминиевого профиля с опорными элементами из нержавеющей стали. На таких конструкциях монтируют панели в один, или несколько ярусов, ориентируя в горизонтальной или вертикальной плоскости.
На наклонных крышах, ориентированных на юг по азимуту и углу наклона, близкому к оптимальному, монтаж солнечных батарей происходит на алюминиевых профилях, закрепленных на опорных элементах кровли
