Солнечное отопление для частного дома — панели или коллекторы?

 

Гелиосистема и солнечные батареи

Солнечная батарея и солнечный (или гелио-) коллектор -две принципиально разные технологии, предназначенные для решения разных задач. Первые преобразовывают солнечную энергию в электрическую, вторые — в тепловую.

Стоит заметить, что эффективность солнечных батарей пока не очень высока — около 15 %. Одна фотоэлектрическая солнечная батарея занимает немного места -1 х 1,5 м. Однако, чтобы выработать 2 кВт энергии, нужно установить 10 таких панелей.

Солнечный же коллектор — это, по сути, циркулятор низкотемпературного теплоносителя, то есть водонагреватель (по аналогии с радиатором). В него входит холодная вода, а выходит горячая, нагретая Солнцем. Ориентировочный КПД коллекторов составляет порядка 70-85 %. В условиях Украины количество энергии, получаемой с 1 м2 коллектора, составляет около 1000 кВтч/год.

Рис 1.Карта солнечной активности в Украине

Рис 2. Карта солнечной активности в России

Точный расчет мощности, эффективности и времени окупаемости системы достаточно сложен и должен учитывать широту местности, число солнечных дней в году, угол отклонения возможного места установки от южного направления и другие факторы. Поэтому приходится оперировать средним значением интенсивности солнечной радиации в расчете на 1 м2 поверхности для конкретной местности.

Рис 3. Зависимость солнечного излучения от погодных условий

Рис 4. Интенсивность излучения в течение года

Рис 5. Тип излучения

Гелиосистема.

Как можно значительно сократить расход любого топлива (газа, электричества и др.) при нагреве горячей воды для дома, бассейна и обеспечения теплом частного жилища? Эту задачу успешно решакл солнечные системы, которые преобразуют лучистую энергию в тепловую.

Главный элемент системы — коллектор. Он поглощает солнечную энергию и преобразовывает ее в высокую температуру теплоносителя. Другие агрегаты — вспомогательные, но их наличие обязательно. Бак-накопитель служит местом теплообмена между теплоносителем и водой из системы горячего водоснабжения. Гидравлический контур состоит из трубопроводов, клапанов, фильтров, расширительных баков, насосного оборудования. Система авторегулировки управляет процессами теплопередачи. Монтажный комплект — это детали крепления бака, коллектора и остальных элементов системы.

Сколько и каких коллекторов нужно?

Не углубляясь в технологические дебри, отметим, что коллекторы бывают плоскими и трубчатыми.
Первые дешевле и менее капризны в обслуживании, вторые — более производительны и многофункциональны, но требуют большего внимания при эксплуатации.

Размер коллектора должен быть таким, чтоб прибор мог обеспечить в среднем 85-95 % горячей воды, используемой в теплом полугодии. Считается, что семье из четырех человек нужен коллектор:

  • или плоский, площадью 1-1,5 м2 на человека, то есть 4-6 м2,
  • или трубчатый, площадью 0,6-0,8 м2 на человека, то есть 2,4-3,2 м2.

Поверхность коллекторов, призванных обогревать воду в бассейне, должна составлять:

  • в случае крытого бассейна — около 40 % площади зеркала воды;
  • в случае открытого бассейна -около 70 % площади зеркала воды.

Компании, продающие и устанавливающие солнечные коллекторы, предлагают использовать их не только для нагрева воды, но и для отопления. На самом деле это возможно только для низкотемпературных отопительных систем (например для систем обогрева пола), температура теплоносителя которых не превышает 40 °С. И в данном случае нужны коллекторы значительно большей площади, чем для нагрева воды. Этот вариант достоин внимания, но подходит только людям, готовым к большим затратам. С точки зрения экономичности вложения расходы очень велики по сравнению с прибылью, даже учитывая энергоэффективность.

Отчего зависит эффективность?

Энергозффективность коллекторов напрямую зависит от их типа и правильного расположения. Большое значение имеет и то, к какой стороне света обращено оборудование: наиболее эффективны коллекторы, «смотрящие» в южном направлении. Плоский коллектор может быть отклонен максимум на 15 0 в сторону востока или запада — это снизит его эффективность незначительно. Больший поворот нужно компенсировать увеличением поверхности прибора. Если дом имеет неопределенную ориентацию по сторонам света, лучше использовать трубчатые коллекторы, которые позволяют варьировать положение абсорбера. Для таких установок допускается более широкий диапазон отклонений от юга, чем для плоских: угол наклона абсорбера можно регулировать для каждой трубы индивидуально.

Составляющие гелиосистемы.

Составляющие гелиосистемы: а. Коллектор б.Бак-аккумулятор в. Циркуляционный насос г. Контроллер д. Датчики температуры

При естественной циркуляции теплоносителя бак-теплообменник должен быть расположен выше верхней точки солнечного коллектора. Такое размещение вызывает сложности, особенно при монтаже коллекторов на крыше.

В системах с принудительной циркуляцией ее обеспечивает маломощный насос, работой которого управляет специальный контроллер. Потребляемая мощность насоса небольшая по сравнению с тепловой энергией, вырабатываемой системой.

Используя коллекторы, можно на 10-15 % уменьшить расходы на отопление и до 70 % — на горячее водоснабжение.

Солнечные батареи.

В течение одного часа на Землю попадает столько солнечной энергии, сколько используют все ее жители на протяжении года.

Для обеспечения автономности энергопотребления дома может быть использовано два типа систем:

1. Гибридная или резервная в дополнение к обычной электросети.

2. Замкнутая как образец независимой автономной энергосистемы.

В случае исчезновения напряжения в электросети при применении первой системы обычно используют бензиновые или дизельные генераторы, но по сути это те же неблагоприятные для окружающей среды мини-электростанции, еще и с невысоким КПД преобразования топлива в энергию. В лучшем случае используют альтернативное топливо. Заменой дизелю может служить биогаз, который получают в замкнутой емкости из обычного компоста и отходов животного хозяйства, и древесный газ, который выделятся по принципу пиролиза из древесины и некоторых органических твердых частиц. Эти системы не являются сложными в создании, но, к сожалению, как и остальные достижения альтернативной энергетики, мало распространены.

Читайте также  Как выбрать лучшее солнечное зарядное устройство для телефона: прочитайте это полное руководство

Как добыть электричество?

Говоря об альтернативном энергообеспечении, рассмотрим полноценную систему, состоящую из источника электроэнергии, контроллера заряда, накопителя и преобразователя (инвертора).

Альтернативные источники энергии — это относительно популярные ветряки и солнечные батареи, далее идут мини-ГЭС, термогенераторы и совсем редко используемые вело-генераторы. Мини-ГЭС мало где можно применить, термогенераторы пока еще дорогие, а велогенераторы вообще серийно не производят.
Контроллером заряда выступает управляющая электронная схема, которая обеспечивает рациональный сбор электроэнергии в накопителе. Последним в 99 % случаев выступает аккумулятор, реже используются ио-нистры, маховики и сжатый воздух, которые редко встречаются из-за сложности конструкции и невысокого КПД сжатого воздуха, хотя эти агрегаты и могут иметь большую цикличность.

Аккумуляторы. В автономных системах популярны кислотные аккумуляторы глубокого разряда, а также их гелевые модификации. Пока аккумуляторы на основе лития являются достаточно дорогими.

Инвертор чаще всего выступает преобразователем постоянного тока аккумулятора или банка соединенных аккумуляторов в переменный ток 220 или 380 В. В основном это -электронные устройства, но очень редко встречаются и механические.

Какая цена солнечных батарей?

Сколько может стоить замкнутая автономная система для гарантированного обеспечения потребностей домика, скажем, площадью в 100 м2? Для такой задачи не стоит выбирать системы мощностью менее 4 кВт. Лучше использовать 6 аккумуляторов на 2 В 1500 А, рассчитанных на 20 лет совместной работы. Такая система сможет давать 20-30 кВт в день в среднем в течение года. В сумме вместе с контроллером заряда и инвертором установка обойдется в 40 000-50 000 долларов… Дорого? Стоп!

На этом этапе 90 % заинтересованных лиц отсеиваются. Они сразу начинают считать, когда такая система окупится. Но ведь покупая новый автомобиль, мало кто считает потенциальную выгоду. Люди расценивают эту покупку как критерий удобства и комфорта, который по финансовым меркам никогда не окупится. А разве с альтернативной энергетикой не так? Так! Но только для экологически сознательных людей.

Доступная цена солнечных батарей.

Сознательным людям свойственно экономить и постоянно искать альтернативу. Например, стоит полностью отказаться от электронагревательных приборов. Тогда потребности в электроэнергии сразу уменьшатся вдвое, а то и втрое. Лучше использовать светодиодные лампы — качественные варианты как минимум вдвое эффективнее ртутных энергосберегающих ламп и как минимум в десять раз эффективнее ламп накаливания. Энергоэффективна техника классов «А+» и «А++». Желательно отказаться от использования климатической техники. Если придерживаться данных советов и использовать альтернативу вышеописанным системам, то можно заметить, что в действительности потребности в электроэнергии совсем мизерные. Так, на дом может хватить 500 Вт от солнечных батарей и 300 Вт от ветряка вместе с двумя-тремя аккумуляторами на 12 В 200 А. Общая стоимость систем составит порядка 3000 у. е. .

Чтобы понять, что такое альтернативная электроэнергия, можно начать с приобретения солнечной батареи хотя бы на 30 Вт и стартерного аккумулятора с дешевым киловаттным инвертором. Можно даже обойтись без контроллера заряда и уложиться в 300 у. е. Получится система, которая сможет обеспечить работу всех мультимедийных бытовых электроприборов и всего малого и среднего электроинструмента.

Дешевые батареи предлагает Китай, изделия украинских производителей считаются более качественными, но только в плане соответствия паспортных характеристик стандартам. В принципе любые системы будут долго и надежно работать, поскольку они статичные, водо- и пылезащищенные и не требуют обслуживания. Также можно попытаться найти по выгодной цене самодельные варианты батарей, которые производят небольшие предприятия.

Распространены батареи на монокристаллах, далее идут поликристаллические с несколько меньшим КПД и пленочные из аморфного кремния с еще более низким КПД и сомнительным преимуществом в цене при больших габаритах.

Составляющие.

В роли аккумуляторов не стоит использовать стартерные батареи, хотя для пробной системы их можно приобрести, учитывая малую стоимость. Лучше всего выбирать из кислотных батарей глубокого разряда, которые имеют больший запас свинца в пластинах, что позволяет им длительное время не разрушаться даже в разряженном состоянии. Гелевые батареи состоят из желеобразного электролита, который еще больше улучшает их свойства. Оптимальным является аккумулятор на 300 А, цена которого составляет от 400 у. е. Возможно, хватит и одной штуки. При больших потребностях составляют целые банки аккумуляторов из 10 или 20 штук на стеллажах. Для больших масштабов используют промышленные гелевые аккумуляторы с напряжением 2 В и емкостью 1500 А и более. Для максимально больших систем применяют индустриальные воздушно-цинковые батареи, которые служат до 50 лет и выдерживают десятки тысяч циклов заряда/разряда. В последнее время они ежегодно дешевеют и, возможно, через 10 лет станут доступны для широкого использования в гражданском строительстве.

Начальная стоимость контроллера заряда — 25 у. е. в зависимости от модели. Далее цена пропорциональна.

Инверторы делятся на синусоидальные и с модифицированной синусоидой. Первые приблизительно вдвое дороже и позволяют запускать абсолютно всю технику в соответствии со своей мощностью. Установки с модифицированной синусоидой будут успешно работать с мультимедийной техникой и большинством электроинструмента.

Что касается выбора инвертора, то дешевая (около 20 у. е) модель на 100 Вт дает возможность использовать ноугбук, заряжать мобильные телефоны и пользоваться мультимедийной техникой. Цена за 1kВт несинусоидального инвертора колеблется от 70 у. е., но он уже дает возможность использовать около 70 % электроприборов. Хотя, к сожалению, он не запустит такие мощные приборы, как холодильник и некоторые насосы.

Читайте также  Как работают солнечные батареи?

Сложив все составляющие, получим недорогую, экологичную и автономную систему.

Солнечное отопление для частного дома — панели или коллекторы?

Солнечное отопление

Для отопления дома солнечной энергией можно использовать несколько подходов: установить фотоэлектрические панели или коллекторы. У каждого варианта есть свои нюансы как по цене, так и по практичности.

Отопление солнечными батареями

Это решение предполагает использование отопительной системы, работающей на электроэнергии. Непосредственно греть воду и обеспечивать её циркуляцию по трубам будет электрокотёл, а за его питание будут отвечать фотомодули, установленные на крыше дома.

Отопление на солнечных батареях

Кроме солнечных батарей для работы электростанции понадобится инвертор, блок аккумуляторных батарей и контроллер заряда.

В идеальных условиях днём котёл будет работать от панелей, а ночью — от аккумуляторов. Но в нашем случае речь идёт о зимнем периоде, когда количество солнечных дней стремится к минимуму. И если пасмурная погода установится на несколько суток, то останется только подключаться к центральной сети, чтобы не замёрзнуть.

Ниже приведём пример расчётов, и будет наглядно видно, что обычная солнечная электростанция просто не сможет в одиночку питать котёл отопления, т.к. это мощное устройство, а панели зимой работают крайне неэффективно.

Вывод: только на солнечных батареях отопление работать будет, но это неоправданно по бюджету, т.к. нужно устанавливать электростанцию с большой площадью модулей. Зимой они может и потянут отопление, но в остальное время будут вырабатывать огромные излишки электричества.

Дом с солнечными батареями

Единственный логичный вариант — использовать стандартную гелиосистему, которая будет обеспечивать энергией всё домохозяйство круглогодично: летом она сможет покрыть все потребности, зимой — частично, в том числе и отопление.

Налог на солнечные батареи

Сколько панелей понадобится

Эффективность батарей напрямую зависит от интенсивности солнечного сияния, которое зимой на минимальных значениях. Этот показатель индивидуален для каждого региона. Посмотреть его можно здесь.

Для примера возьмём простые исходные данные:

Электрический котёл отопления

  • Нужно запитать котёл на 6 кВт.
  • Котёл будет работать в среднем 6 часов в сутки.
  • Дом находится в Краснодарском крае.

Для начала просчитываем общие потребности нашей системы отопления. Перемножаем мощность котла на время использования: 6*6 = 36 кВт — это суточный расход. Значит в месяц получится около 1 000 кВт. Если прибавить расходы на работу инвертора и контроллера, а также потери при разряде-заряде аккумуляторов, то можно округлить до 1 300 кВт.

Теперь смотрим таблицу инсоляции в Краснодарском крае. Здесь мы имеем среднее для зимы значение 2,13 кВт/ч на м 2 . Именно столько можно максимально выжать в месяц с 1 м 2 хорошей фотопанели, но это в идеальных условиях. Также находим в Интернете информацию о количестве солнечных дней в данном регионе. Зимой в Краснодаре в среднем 7 ясных дней в месяц.

Для такого энергозатратного проекта сразу возьмём панели помощнее, например, на 450 Вт. По результатам просчёта можно будет попробовать и другие варианты.

Исходя из данных инсоляции и количества солнечных дней, посчитаем, сколько такая панель сможет выжать в зимнее время. Для этого используем формулу:

Расчёт солнечных панелей

Затраты

Выше мы говорили, что бессмысленно пытаться сделать солнечное отопление только на фотоэлектрических батареях, т.к. их понадобится очень много, а летом они будут просто простаивать. Поэтому лучше использовать стандартную мощную электростанцию, которая будет работать круглый год и частично покрывать расходы на отопление.

Электростанция на 10 кВт под ключ обойдётся около 600 тыс. рублей. Цена электрического котла отопления зависит тоже от мощности. Например, устройство на 6 кВт может отопить около 60 м² площади. Его цена — около 40 тыс. руб.

Солнечное отопление коллекторами

Для отопления солнцем кажется целесообразнее использовать коллекторы — система из трубок со специальным теплопроводящим веществом внутри.

Коллекторы размещаются на крыше и благодаря конструктивным особенностям собирают максимум солнечной тепловой энергии.

Если просто, то работает всё так:

  1. Солнце нагревает коллектор.
  2. Это тепло передаётся в теплообменный бак
  3. Через бак вода, равномерно прогреваясь, циркулирует по системе.

Отопление на солнечных коллекторах

Есть и варианты, которые нагревают воздух, а не воду в трубах.

У коллекторов тоже большая зависимость от сезонности и количества безоблачных дней, поэтому зимой такой источник тепловой энергии лучше использовать в качестве дополнительного к основному отоплению. Летом же солнечный коллектор может полноценно обеспечивать дом горячей водой.

Виды солнечных коллекторов

По конструктивным особенностям выделяют коллекторы:

  • Панельные. Поверхность металлической панели нагревается и передаёт тепло проходящим через неё трубкам с жидкостью. При низких температурах такая система перестаёт справляться с задачей, а теплопроводящая жидкость вообще может замёрзнуть.
  • Вакуумные. Состоят из вакуумных трубок, внутри которых находится вещество с высокой теплопроводимостью. Такие коллекторы максимально эффективны и работают даже в сильный мороз.

По типу энергоносителя:

  • Жидкостные. Здесь система устроена так, чтобы передавать всё тепловую энергию жидкости, которая циркулирует по трубам.
  • Воздушные. Вместо жидкого теплоносителя в таких коллекторах воздух, который, нагреваясь от солнца, распределяется по помещению. Они менее эффективны и не так практичны, т.к. такая энергия не может быть подключена к водопроводной системе.

Оптимальным вариантом будет вакуумный коллектор с жидкостной системой. Они надёжны и имеют наивысший КПД.

Коллектор для бассейна

Затраты

Стоимость вакуумного коллектора под ключ для обогрева площади 50-100 м 2 обойдётся в 400 тыс. рублей.

Что выбрать: солнечные панели или коллектор

Отопительная система на электричестве сама по себе дорогостоящая, а пытаться сделать её полностью автономной, используя гелиопанели, — это безнадёжное дело. Чтобы зимой собрать достаточное количество солнечной энергии для электрокотла, придётся ставить не один десяток модулей, которые ближе к лету просто будут простаивать.

Читайте также  Характеристики солнечных батарей

Коллекторы с задачей отопления справляются эффективнее, но полностью среднестатистический дом обогреть сложно. Поэтому в любом случае солнечное отопление можно рассматривать только в качестве вспомогательной системы.

Альтернатива нефти и газу: выясняем, выгодны ли в быту солнечные батареи и коллекторы

YouTube Instagram

e0b57641375c41171d052469855b568c

Это лето выдалось особенно жарким, температурные рекорды на наших метеостанциях обновляются второй месяц подряд. Интересно, а производят ли солнечные батареи в это время больше электричества? И выгодно ли использовать альтернативные источники энергии?

Ясная погода не залог успеха

38779eeaf284253d76b14d67b78d20e2

Антон Канин из Мядельского района – хозяин одной из первых в стране частных солнечных электростанций. Восемь лет назад в своей агроусадьбе он установил 20 батарей и три вакуумных коллектора, нагревающих воду. Зарегистрировался как юрлицо, прошел согласования в различных инстанциях, взял необходимые разрешения, заключил договор с «Белэнерго» и получил право продавать государству выработанную энергию, вспоминает все этапы Анто­н:

– Если бы солнечная электростанция работала только для нужд агроусадьбы, то мы бы теряли около половины произведенной энергии. Нам с женой было интересно узнать, насколько это прибыльное дело. Да и у юрлиц государство закупало электроэнергию по привлекательной цене.

Мощность электростанции – 6 кВт. В среднем в год она вырабатывает 6 тысяч кВт. Летом примерно получается 35–40 кВт в день. За прошлый июнь, например, вышло 974 кВт, приводит цифры Антон:

– В жару выработка увеличивается, но незначительно. Лучше всего батареи работают с середины марта по апрель: в это время воздух достаточно прохладный и разреженный, туч немного. Однако одной ясной погоды недостаточно. Чтобы панели функционировали на полную мощность, важен уровень их наклона: идеально, если они будут расположены под углом 90 градусов по отношению к светилу.

2a9f5e40d4b38902f35306cd8dce7224

По информации специалистов, солнечных дней в нашей стране около 140–160, а ясных едва ли наберется 40–50. Антон уверяет, что зарабатывать на альтернативной энергетике нелегко:

– По моим подсчетам, проект должен был окупиться за семь-восемь лет, но этого не произошло. На мой взгляд, если дом не оборудован центральным отоплением и газом, гораздо выгоднее утеплить строение, установить второй счетчик на отопление и горячее водоснабжение и пользоваться льготным тарифом, который в народе прозвали «три копейки», чем крепить солнечные батареи. Сейчас цены на электроэнергию довольно приемлемые: даже в сильные морозы за дом площадью 400 квадратов платил около 150 руб­лей, и это с горячим водоснабже­нием и отоплением.

Вода + солнечный свет = кипяток

Природные источники энергии активно используют для собственных нужд и в агроусадьбе Пуховичского района. Там на крышах трех строений установили солнечные коллекторы, которые круглогодично обеспечивают хозяев и гостей не только горячей водой, но и теплом, рассказывает хозяин домика в деревне Андрей Нижник:

87ba3f9adf1d401fbdd4d867e9deb72a

– Работа коллекторов не зависит от того, солнечная или пасмурная погода на улице: ультрафиолет, поглощаемый колбами, пробивается и через облака. Даже в лютые морозы вода нагревается до 25–27 градусов.

Солнечными коллекторами Андрей заинтересовался 12 лет назад. Для банного комплекса при­обрел конструкцию из 40 вакуумных трубок, каждая из которых на­гревает около восьми литров воды. Спустя время коллекторы установили и на двух жилых домах, они способны превратить 350 и 800 литров холодной жидкости в кипяток.

– В одном из домов система устроена так, что сперва греется бак с горячей водой, а затем – система теплого пола. Окупились ли установки? Даже не подсчитывал. До­волен тем, как они работают.

fc64c15ce31b92ea7bf98c1c18db1613

Андрей Нижник также обращает внимание, что солнечные коллекторы нуждаются в уходе, а это влечет дополнительные расходы: раз в год стоит менять жидкость, необходимую для их работы, и ремонти­ровать вышедшее из строя обору­дование. Однако, несмотря на все нюансы, хозяин агроусадьбы не намерен отказываться от альтернативных источников энергии. Более того, этим летом он затеял очередной эксперимент:

– Приобрел новую установку из ста трубок для подогрева воды в бассейне объемом 37 кубов. Посмотрим, как она покажет себя в работе.

КОМПЕТЕНТНО

Александр Михалевич, научный руководитель Института энергетики Национальной академии наук Беларуси:

4baec5ee91fd8b0ec207dffedec4b65e

– На поверхность Земли падает большое количество солнечного излучения, поэтому у альтернативных источников энергии, несомненно, есть будущее. В одних странах солнечные электростанции уже конкурируют с традиционными источниками энергии, в других – к этому только идут. Есть огромный потенциал и у нас: как показывают исследования, эффективность использования солнечных батарей может быть не хуже, чем в Германии. Несколько недель назад в Минске прошла выставка «Вода и тепло – 2021». На ней демонстрировали много эффективных устройств для выработки электроэнергии на основе солнечной энергии, которые подойдут для использования в быту. Также у нас есть предприятия, которые освоили выпуск небольших панелей для производства электроэнергии. Установки получится подобрать на любой кошелек: имеются и бюджетные варианты, и подороже. Если позволяют финансы, можно сделать выбор в пользу автоматических систем, которые управляются с мобильного телефона. О производстве солнечной энергии в промышленных масштабах говорить пока сложно: много нюансов, связанных с экологией. Солнечные панели затеняют большие участки земли. Как это в дальнейшем скажется на окружающей среде – большой вопрос, который активно изучают специалисты.

Возобновляемая энергия в 2020-м стала крупнейшим источником электричества в Европе, впервые оставив позади ископаемое топливо. Это произошло в результате сокращения добычи угля и роста выработки электричества из ветра и солнца.

В стране работает 70 электростанций суммарной мощностью 160 МВт. Самая большая – в Речицком районе.

Полная перепечатка текста и фотографий запрещена. Частичное цитирование разрешено при наличии гиперссылки.

Источник https://mainstro.ru/geliosistema-i-solnechnye-batarei/

Источник https://nova-sun.ru/solnechnye-kollektory/solnechnoe-otoplenie

Источник https://www.sb.by/articles/mesto-pod-solntsem-solnechnie-batarei.html

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: