Слънчеви панели за отопление на дома: ввидове, как да изберете и правилно да ги инсталирате

Технологичните иновации наистина изненадват, особено когато става въпрос за практическата страна на живота. Съвсем наскоро на хората не бяха известни схемите за получаване на изгодна енергия, която дава възможност да се откажат от скъпото електричество. Съгласете се, сега алтернативните източници са достъпни за всеки и би било чудесно да се възползвате от тях.

Новаторските слънчеви батерии за отопление на дома постепенно, но настойчиво навлизат в нашите битови реалности. Но преди да отидете за тях в магазина, струва си да претеглите всички плюсове и минуси, иначе можете да закупите напълно неподходящ модел. За да не се случи това, ние ще разкрием тайните на избора на тези устройства.

Освен това, от нашия материал ще научите конструктивните особености на слънчевите колектори, както и ще намерите стъпка по стъпка инструкция за инсталиране на хелиобатериите. За да не се случи това, ние ще разкрием тайните на избора на тези устройства.

Принцип на използване на слънчевата енергия

Не рядко, изправен пред необходимостта от монтаж на слънчеви панели, човек се пита за целесъобразността на начинанието. Защото в повечето случаи процентът на слънчевите дни значително отстъпва на аналогичната стойност на облачните.

Подобно съотношение е характерно за регионите на средната ивица, а климатът на северните области има още по-голям брой облачни дни.

Недостатъчният брой слънчеви дни е пряко свързан с ефективността на работа на уредите, преработващи енергията на земното светило. Вследствие намалява попадането на слънчевите лъчи върху повърхността на батерията. Този процес се нарича инсолация.

Слънчевите батерии могат да се използват в отоплителните системи като доставчик на топлоносител или енергия за захранване на уредите.

Същността му се състои в това, че всяка равнина, независимо от предназначението си, приема определено количество слънчева енергия. В южните райони това количество е естествено по-високо, което прави монтажа на слънчеви панели по-актуален.

Обаче, както показва практиката, пазарът на технологично оборудване в сферата на синтеза на слънчева енергия непрекъснато подобрява продуктите си, затова съвременните фотоелементи в хелиопанелите функционират отлично дори в местности с ниска инсолация.

Разпределение на слънчевата активност на примера на карта на Русия. По-висок коефициент е характерен за южните области (+)

Обмислен подход към инсталирането

Преди да организирате отоплителна система със слънчеви батерии, трябва да се установят минусите и силните страни на конструкцията, захранвана от слънчева енергия.

Тези знания са необходими за по-добро възприемане на разликите на оборудването от аналозите и за оценка на рационалността на устройството и целесъобразността на изграждането.

Най-значимите фактори са:

• Ефективност. Реалният КПД при преобразуване на слънчевата енергия в електрическа. Засега енергията от хелиобатериите е почти пет пъти по-скъпа от обикновеното електричество.
• Сезонност на приложението. Слънчевите батерии могат да работят производително само при липса на препятствия по пътя на слънчевите лъчи, включително голяма облачност.
• Слаба схема на акумулация. Получената енергия в повечето случаи трябва да се изразходва веднага. За натрупване и съхранението ѝ са необходими доста обемни акумулатори, за разполагането на които е нужна значителна площ.
• Необходимост от спомагателна енергия. През зимния период хелиопанелите не могат да доставят достатъчно количество топлина за отопление на дома. Но могат да бъдат полезно допълнение към отоплителния котел при слънчево време.
• Целесъобразност на изграждането. Към настоящия момент изплащаемостта на слънчевите батерии не е задоволителна. Тяхното инсталиране се оправдава само в местности, които не са свързани с централизирани мрежи. Там, където на слънчевите устройства изобщо няма алтернатива.

Има надежди за разработване и пускане на по-достъпни за частни лица устройства на хелиоенергетиката. Има увереност, че някой ден изграждането на системи, преработващи слънчева енергия, ще стане рентабилно.

Вярно е, че ако вземем предвид, че енергийните ресурси на планетата постепенно намаляват, то можем напълно да разглеждаме хелиотехниката като изгодна, перспективна инвестиция.

Слънчевият комплекс е напълно безопасен за околната среда, не отделя токсични продукти на горене, не нарушава естествения баланс, не изисква изгаряне на изкопаеми и дървесина

Въпреки това в момента това е само допълнение към основните източници на топлина, но вече притежава собствен набор от предимства.

Значими предимства на слънчевия комплекс:

• Дълъг период на експлоатация. Конструктивната простота гарантира минимум повреди. Панелите могат случайно да се повредят при почистване от сняг, но смяната на стъклото е напълно достъпна за извършване със собствени ръце.
  
• Широка вариативност на моделите. Уредите се произвеждат от значителен брой чуждестранни компании и отделни представители на местни производители. Разнообразието на цените позволява да се избере вариант “по джоба”.
• Индивидуалност на настройките. Оборудването може да се настрои, като се вземат предвид всички капризи на природата в конкретната местност.
• Евтиния на енергията. По-точно, нейната пълна безплатност – качество, което не трябва да се приема буквално заради значителната материалоемкост на изграждането на слънчевите панели.
• Външна привлекателност. Плоските отоплителни системи не нарушават архитектурата на къщите, могат да се възприемат като елементи на креативен дизайн.

Установихме, че слънчевият комплекс може да бъде помощ в бита, допълващ традиционните източници на отопление. Освен това, предвид днешните цени на горивото, алтернативната енергия допринася за икономия, особено в условията на частния сектор.

Водещите производители на оборудване, при описание на своите стоки, всячески наблягат на абсолютната екологичност на системата. Естествено, процесът на преобразуване на фотонната енергия протича без участието на каквито и да било горими, токсични или химически взривоопасни вещества.

Разположените на покрива слънчеви панели не развалят екстериора на къщата, не заемат много място

Ако разсъждаваме по-глобално, повсеместното използване на слънчеви батерии несъмнено ще намали потреблението на други източници на енергия, като въглища или природен газ. Разбира се, ситуацията с екологията в такъв случай качествено ще се подобри, а непосилните сметки за отопление и горива ще останат в миналото.

Ефективността на работа на панелите е право пропорционална на количеството поглъщана слънчева енергия. Но технологичният аспект на оборудването от различни видове позволява да се увеличи или намали производителността.

За повишаване на производителността на системата, се препоръчва да се извърши монтаж на слънчево отопление в симбиоза с други, по-традиционни начини на отопление.

Не трябва да се притеснявате, че слънчевият колектор ще се повреди много скоро. Средният експлоатационен срок на такова оборудване е около 15 години. Правилното функциониране на фотоволтаичните елементи зависи преди всичко от региона, в който се използва инсталацията.

По правило най-интензивното ниво на инсолация подлага системата на по-голямо натоварване. Затова, ако оборудването се използва в умерен климат, то е напълно способно да прослужи повече от 15 години.

Срокът на експлоатация на слънчевите панели е от 12 до 15 години. При правилна грижа те ще прослужат по-дълго.

Видове слънчеви системи

Опитно е доказано, че някои вещества са способни да реагират по-интензивно на въздействието на фотоните. Затова технологията за производство на слънчеви панели е различна.

Хелиоустройствата за битово приложение се делят на 2 основни вида:

• Фотоволтаични преобразуватели (силициеви и филмови). Представляват групи последователно или паралелно свързани един с друг фотоволтаични елементи, които превръщат слънчевото излъчване в електричество. Елементите, събрани в единна полупроводникова система, се наричат слънчев панел, който доставя енергия на електрозависимите отоплителни уреди.
• Слънчеви колектори (плоски, вакуумни или тръбни, колектори-концентратори или огледални). Това е най-разпространеният в бита тип, който приема слънчевата енергия и я предава на отоплителната система под формата на електроенергия или нагрят топлоносител.

Освен изброените типове има хелиостанции, които произвеждат енергия в промишлени мащаби. За частния потребител те могат да служат като централизиран доставчик на енергия.

Отоплителната система със слънчеви колектори предвижда разход на енергия веднага след нейното получаване

Устройство на фотоелектрически преобразуватели

Принципът на работа на фотоволтаичните преобразуватели се основава на преобразуването на слънчевата енергия в електрическа. Произвеждат се под формата на модули върху алуминиева рамка или върху гъвкаво полимерно платно.

В първия случай горната част на модула се защитава от високоякостно стъкло, а долната част - от изолационно фолио. Във втория случай и двете защитни обвивки се изработват от полимери.

Фотоволтаичните елементи се свързват посредством токопроводящи шини, чиято функция е да предават енергия на акумулатора или на потребителя. Към шините се свързват контакти, служещи за свързване на отделните батерии в цялостна система и за свързване към потребителите.

Принципът на действие на фотоволтаичните преобразуватели се основава на способността на елементите да преобразуват слънчевата енергия в електрическа.

С оглед на организацията на атомите на силиция слънчевите батерии се делят на следните категории:

• Монокристални. Снабдени с най-чист силиций, чиято производствена технология отдавна се прилага при производството на полупроводници. Същността на производството се състои в изкуственото отглеждане на монокристал, който в крайна сметка се нарязва на пластини с дебелина 0,2-0,4 мм. Това са клетките на бъдещата батерия, които ще са необходими 36 броя.
• Поликристални. При производството се използват пластини, получени от разтопен силиций след бавното му охлаждане. Технологията изисква по-малко енергия и труд, поради което слънчевите батерии с поликристали струват много по-малко. Обикновено тези батерии са със стандартен яркосин цвят.
• От аморфен силиций. Технологията им на производство е ориентирана към принципа на изпарителната фаза. В резултат на процеса на изпаряване върху носещия елемент се отлага тънък филм от силиций, който отгоре се обвива с прозрачно защитно покритие. Тази категория слънчеви батерии се нарича тънкослойна и се монтира по стените на къщите.

Монокристалните батерии са най-производителни. В зависимост от модела и производителя тяхната ефективност варира в интервала 14–17%. Поликристалните отстъпват по критериите за ефективност, тяхната ефективност е средно 10–12%.

Най-малопроизводителните системи са хелиобатериите на аморфен силиций. Те са проектирани за обработка на разсеяно лъчение, монтират се по стените на къщите като допълнение към разположените на покрива по-мощни системи. КПД в границите 5–6%.

Поликристалните варианти на слънчеви батерии – средно предложение по отношение на цена и производителност

Въз основа на данни, получени от водещи производители на слънчеви модули, като компанията SunTech Power, става ясно, че ефективността на монокристалите нараства всяка година и скоро КПД може да достигне около 33%.

Въпреки това, към днешна дата най-добрите показатели за производителност принадлежат на продукцията на компанията Sanyo. Особеността на тези панели се състои в многослойността на външния елемент, което значително повишава ефективността, а КПД на хелиоколекторите е 23%.

Поради характерната процедура на обработка на силиция, структурата на поликристала съдържа нежелателни образувания, които пречат на по-доброто поглъщане на слънчевата енергия.

Освен това, кристалните частици от микроструктурата на модула са разположени хаотично една спрямо друга, което затруднява сублимацията на енергията. Поради това, КПД на панела рядко надхвърля 18%.

Понякога се среща симбиоза на аморфни и поли-/монокристални колектори. Това се обяснява с факта, че за нормална работа на поликристалите е необходимо интензивно слънчево осветление, за разлика от аморфните панели. Ето защо обединението на двете технологии може да бъде изход от положението.

В производството на филмови системи също има осезаеми промени. Така, на съвременния етап, доста често се срещат филмови хелиомодули на основата на кадмий и индий.

На всеки етап постоянно се извършва мониторинг на силициево-водородното покритие, иначе са възможни проблеми, свързани с работоспособността.

Доказано е, че кадмият поглъща много добре слънчевата светлина, затова много производители в сферата на хелиоенергетиката го взеха на въоръжение. Както е известно, веществото е радиоактивно, но няма нужда да се притеснявате от възможността за облъчване, тъй като делът на метала не е толкова голям, че да причини някаква вреда на атмосферата, да не говорим за човека.

Полупроводникът индий успешно дава 20% КПД, изпреварвайки кадмий. С оглед на факта, че индий е много по-търсен в битовата техника, а именно в производството на LCD телевизори, често производителите заменят метала с друг аналог – галий.

Филмовото хелиооборудване има гъвкава структура, което значително опростява монтажа.

Говорейки за предимствата на полимерните модули и филмовите колектори като цяло, искам да се открои доста ниската цена, в сравнение с кристалните батерии, пълната безопасност и екологичност, благодарение на стабилното състояние на хим. вещества. Също така, към броя на допълнителните плюсове можем да добавим гъвкавостта и универсалността.

Конструктивни особености на слънчевите колектори

Най-простият вариант на плосък слънчев колектор представлява някаква кутия-корпус, чиято лицева страна е зачернена метална повърхност. Вътре е разположен серпентина, напълнен с вода, смес от вода с незамръзващо средство или въздух.

Дъното и стените на кутията се покриват с топлоизолация, необходима за запазване на получената енергия в рамките на батерията.

Металната пластина заедно с тръбите извършват събирането и предаването на нагретия топлоносител към отоплителната система. Тази част се нарича абсорбер. Най-често за изработката му се използва листова мед, характеризираща се с висока топлопроводимост.

Външната страна на абсорбера трябва да бъде интензивно черна за максимално поглъщане на слънчево лъчение.

Слънчевите панели от тръбен тип представляват система от тръби или серпентина с метална плоча отгоре

За да не се отразяват лъчите от металната повърхност на адсорбера, отгоре се поставя здраво прозрачно покритие. Обикновено това са закалени варианти на стъкло с минимално съдържание на метал.

Отвън върху него се нанася специална оптична обвивка, която не излъчва топлина в инфрачервената светлина. Тя допринася за повишаване на производителността на устройството, което може да загрява вода до 200°C.

Тръбните панели са чувствителни към атмосферни неблагоприятни условия. След силни валежи, особено градушка, се препоръчва внимателно да се провери целостта на лицевото покритие на колектора.

Листата, носени от вятъра, прахови частици и отломки от клони също могат да повредят повърхността. Драскотини и отчупвания ще доведат до рязко влошаване на производителността на оборудването.

Има няколко варианта на устройство на слънчеви панели, тъй като по време на експлоатация разработчиците постепенно отстраняваха недостатъците

Вакуумният вариант е оборудван с многослойна тръба, конструирана по принципа на термоса. Подобна система позволява запазване на топлината с 95% по-добре от предишните модели.

В долната част на многослойната тръба има течност, която при нагряване от слънцето се превръща в пара. В горната част на тази своеобразна запечатана колба е вграден кондензатор. Когато парата достигне до него, тя се кондензира и транспортира топлината в системата.

Слънчевите панели, работещи по вакуумен принцип, са по-ефективни от обикновените тръбни в области с незначителен брой слънчеви дни.

Колекторите концентратори са оборудвани с устройство с огледална повърхност, която фокусира получената от нея енергия върху повърхността на абсорбера. Площта на огледалото е по-голяма от същия размер на абсорбера, благодарение на което се увеличава ефективността на приема на слънчева енергия.

Огледалният елемент може да се концентрира върху точка или тънка линия без никаква загуба на производителност.

Благодарение на устройството на топлоприемна тръба по принципа на термоса, производителността на уреда се увеличава почти два пъти.

Недостатъкът на концентраторите е, че те могат да възприемат само пряко излъчване. Затова последните разработки се оборудват с въртящи се следящи устройства с цел отстраняване или намаляване на влиянието на този недостатък.

Следящите приспособления карат колектора да се завърта след движението на светилото, за да събере всичките му лъчи.

Това е най-ефективният вид колекторни соларни панели, които позволяват да нагряват топлоносителя до максимална температура в сравнение с другите. Вярно е, че работят добре в пустинни области, струват доста, поради което са търсени предимно от производствени организации.

Соларният колектор-концентратор работи, като фокусира слънчевата енергия върху абсорбер с по-малка площ

Интересно ново решение стана сферичната колекторна конструкция, която улавя буквално всички възможни за възприемане от нея лъчи. Не е необходимо да се оборудва с въртящ механизъм, който, между другото, е енергозависим и изисква свързване към захранващата мрежа.

Сферичната конструкция се различава от обикновената по това, че се състои не от отделни тръби, свързани към приемния и изходния патрубок, а от единен винтов топлоприемник.

Змиевикът-приемник се запълва с техническа вода, която при нагряване се придвижва нагоре по винтовия път и излиза нагрята в изходния патрубок, а оттам в отоплителната система.

След охлаждане топлоносителят отново се връща от отоплителния контур към входния патрубок на сферичния колектор. Процесът се повтаря.

Сферичната форма позволява през целия светъл ден да приема слънчевите лъчи без използване на въртящи механизми

Съществен плюс на сферичната система е, че нагряването продължава през целия светъл ден. Не е необходимо да се оборудва с въртящи механизми, които се нуждаят от електрозахранване. Благодарение на винтовата схема той се отличава с минимални загуби на енергия в тръбопровода.

Всички видове соларни колектори принадлежат към категорията на сезонните спомагателни системи за получаване на енергия. В зависимост от модела, техният вътрешен тръбопровод може да съдържа до 200 л течност, а минималното количество, използвано във вакуумни модули, е около 60 л.

Да се изгради соларен колектор е напълно възможно със собствени ръце. В сайта има подборка от статии, посветени на домашно направени соларни системи.

Съветваме Ви да се запознаете:

1. Как да направите слънчев колектор за отопление със собствени ръце — стъпка по стъпка ръководство
2. Как да направите соларен панел със собствени ръце: инструкция за самостоятелно сглобяване

Инструкция за монтаж на хелиобатерии

Панелите, които принадлежат към класа на „плоските“, е препоръчително да се монтират през летния сезон, когато нивото на инсолация е по-високо. Това ще бъде оптималният вариант за съотношение между цена и получавана енергия, а значит покупката на такива соларни колектори напълно ще оправдае всички изразходвани средства.

Така или иначе, енергийният потенциал на оборудването му позволява да се използва в системи за топла вода и отопление.

Процесът на преобразуване на енергия е изключително чувствителен към температурни колебания. Трябва да се има предвид при монтажа. Първото нещо е да се уверите, че жилището е добре изолирано, в противен случай могат да възникнат непредвидени повреди в работата на системата.

Системата за отопление със слънчеви панели представлява затворен контур с циркулиращ през него топлоносител

За всеки регион е предвиден оптимален вариант за монтаж на оборудването. Изчислението се прави на базата на същата инсолация. Според правилата за използване, колекторът трябва да се разположи така, че ъгълът на падане на слънчевите лъчи върху неговата повърхност да бъде 90°.

Само в този случай КПД от работата на системата ще бъде максимален. Да се постигне абсолютна точност при монтажа на панелите може чрез измерване на географската ширина на местността.

Важен фактор ще бъде посоката, в която са разположени панелите. Поради това, че най-високото ниво на мощност се достига предимно в средата на деня, струва си да ориентирате панелите в южна посока. Допускат се някои отклонения в процеса на монтажа, в източна или западна посока, но не прекалено.

Освен това, често намаляване на ефективността се наблюдава на фона на попадане на сянка от дървета върху панела на колектора. През зимата се препоръчва да се увеличи ъгълът на наклона на хелиопанелите, това ще подобри нивото на производителност на системата.

Стъпка #1. Избор на ъгъл на наклон

Ефективността на колекторите зависи преди всичко от ъгъла на разположение на панела спрямо хоризонталната повърхност. За оптимално светопоглъщане се препоръчва да се поддържа наклон от около 45°.

Оптималният ъгъл на наклон на слънчевия панел зависи от сезона. Добре е, ако уредът е оборудван с устройство за корекция на ъгъла.

Азимутът трябва да се поддържа на стойност 0° (права посока на юг). Разрешени са някои отклонения от 30-40° за по-добра инсолация. За увеличаване на твърдостта съществуват специални конструкции от алуминий.

Това е характерно преди всичко за монтаж на колектори на наклонен покрив. Те предотвратяват промяната на зададените параметри поради метеорологични явления, а бързата скорост на монтаж, с използване на крепежни куки и профили, ще спести време.

Стъпка #2. Изграждане на първичния контур

На първия етап се извършва монтаж на всички компоненти на отоплението: бойлери, компресори, топлопроводници и т.н. За удобство се препоръчва елементите на системата да се разположат на лесно достъпно място. При монтажа на разширителен съд трябва да се вземе предвид липсата на препятствия между него и колекторите.

Температурата вътре в резервоара се измерва посредством температурен сензор. Той трябва да се закрепи към долната част на резервоара.

Следващият етап е организирането на вентилационната система. При монтажа на контура е необходимо да се създаде въздухоотвод, излизащ от разширителния съд. Най-доброто решение е да се изведе тръбата на покрива. Това ще допринесе за регулирането на разликите в налягането вътре в отоплителната система.

Слънчевите панели – част от отоплителната система, която освен тях трябва да включва бойлери, центробежни помпи, тръбопровод и т.н.

Процесът на движение на течността вътре в БГВ зависи от циркулационната помпа. Препоръчително е да се използва само за системи със затворен воден контур. Освен това, за улесняване на смяната на течността, разширителният съд трябва да бъде снабден със система за източване. За тази цел е подходящ монтажът на кран някъде в долната част на устройството.

Стъпка #3. Разбиране на особеностите на експлоатация

Хелиосистемата работи от мрежа 220 V. Всеки модел има уникална схема на свързване, която се доставя в комплекта.

Окабеляването трябва да бъде внимателно изолирано, а терморегулаторите и всякакви релета трябва да се поставят на изключително сухо място. За по-добра херметичност се препоръчва оборудването да се защити с хидрофобен материал.

Задължително се уверете, че към системата е свързано заземяване. Това ще ви предпази от ситуации, опасни за живота.

Стъпка #4. Избор на начин на свързване на елементите

Спояването на медните контури и електрическите части трябва да се извършва със специална спояваща паста. Преди това трябва да се почистят съединенията. Най-добре е това да се прави със стоманена четка.

Елементите, водещи към разпределителния съд (тръби, серпентини), се заваряват или се завинтват след предварително нарязване на резбата. Важно е да се разбере, че тръбата с охладена течност трябва да се свързва с долната част на съда, а тази с гореща – с горната.

Стъпка #5. Инсталиране на слънчевите батерии

Подготвителен етап: какво е необходимо да се подготви за монтажа.

Следва процесът на инсталиране на слънчеви батерии. Инструкцията за монтаж на 2 панела е подходяща за закрепване на произволен брой слънчеви колектори: принципът на монтажа не се променя. Основното – да се намери площ за инсталиране.

Последният етап – тестване на системата.

Допълнителна информация за монтажа и свързването на слънчеви батерии е представена в статии:

1. Схеми и начини на свързване на слънчеви батерии: как да проведете правилно монтажа на слънчевия панел
2. Схема за свързване на слънчеви панели: към контролера, към акумулатора и обслужваните системи

Изводи и полезно видео по темата

Приложение на слънчеви панели в автономни комуникационни системи:

Демонстрация на продукция на един от лидерите в производството на слънчеви батерии:

Принцип на устройство и работа на вакуумния колектор:

Хелиосистемите ежегодно подобряват показателите си в преобразуването на слънчева енергия. Разработчиците вече предлагат огромен избор от колектори от плосък и тръбест тип, с използване на кварцово напрашване или монокристални модули.

Всичко това постепенно актуализира алтернативните енергийни източници, в резултат на което слънчевата енергия скоро ще стане достъпна за всеки.

Имате ли опит със свързване или използване на слънчеви батерии за отопление на дома? Или останаха въпроси по темата? Моля, споделете вашето мнение, оставете коментари и участвайте в дискусиите. Блокът за връзка се намира по-долу.