Eramu kütmine päikesepaneelidega: skeemid ja seade

Alternatiivsete energiaallikate populaarsuse põhjused on igati arusaadavad: tekib võimalus säästa kütust ja teha teoks unistused keskkonnasõbralikest elutagamissüsteemidest. Päikese, tuule ja vee energiat oskuslikult kasutades saab tavalisest maamajast moodne ökomaja.

Me ütleme teile, kuidas päikesekütet eramajas paigaldada, ja analüüsime koos teiega, kui kasulik see on. Päevavalgusenergia kasutamise küsimuste põhjalikuks käsitlemiseks oleme üksikasjalikult kirjeldanud kõiki populaarseid võimalusi, mis on saanud praktilist rakendust ja positiivseid kasutajate hinnanguid.

Võttes arvesse meie soovitusi, saate ehitada suvila või maakodu jaoks tõhusa päikesesüsteemi. Keerulise materjali arusaadavuse hõlbustamiseks oleme täiendanud teavet visuaalsete diagrammide, illustratsioonide ja videoõpetustega.

Päikeseenergia kasutamise viisid

Kasutusmeetodid taevakeha energia ei kuulu uuenduslike tehnoloogiate hulka, päikesesoojust on kasutatud pikka aega ja väga edukalt. See kehtib aga peamiselt Austraalia, mõne Euroopa riigi, Ameerika ja lõunapoolsete piirkondade kohta, kust alternatiivenergiat saab aasta läbi.

Mõnes põhjapiirkonnas puudub looduslik kiirgus, mistõttu kasutatakse seda lisa- või varuvalikuna.

Vahelüliks päikesekiirte ja energiat tootva mehhanismi vahel on päikesepaneelid ehk kollektorid, mis erinevad nii otstarbe kui ka disaini poolest.

Patareid koguvad päikeseenergiat ja võimaldavad seda kasutada kodumasinate toiteks. Need on paneelid, mille ühel küljel on fotosilmad ja teisel pool lukustusmehhanism. Saate aku ise katsetada ja kokku panna, kuid lihtsam on osta valmiselemente - valik on üsna lai.

Päikesesüsteemid (päikesekollektorid) on osa maja küttesüsteemist. Suured soojusisolatsiooniga karbid jahutusvedelikuga, nagu akud, on paigaldatud kõrgendatud paneelidele, mis on suunatud päikese või katusekalde poole.

On ekslik arvata, et absoluutselt kõik põhjapoolsed piirkonnad saavad palju vähem looduslikku soojust kui lõunapoolsed. Oletame, et Tšukotkas või Kanada keskosas on päikesepaistelisi päevi palju rohkem kui lõuna pool asuvas Suurbritannias

Tõhususe suurendamiseks asetatakse paneelid jälgimissüsteemi meenutavatele dünaamilistele mehhanismidele – need pöörlevad päikese liikumist järgides. Energia muundamise protsess toimub kastide sees asuvates torudes.

Peamine erinevus päikesesüsteemide ja päikesepaneelide vahel on see, et esimesed soojendavad jahutusvedelikku ja teised koguvad elektrit. Ruumi on võimalik soojendada fotoelementide abil, kuid kujundusskeemid on ebaratsionaalsed ja sobivad ainult nendesse piirkondadesse, kus aastas on vähemalt 200 päikeselist päeva.

Katlaga ühendatud päikesekollektoriga ja traditsioonilisel kütusel töötava varuelektriallikaga (näiteks gaasikatel) küttesüsteemi skeem (+)

Alternatiivse küttesüsteemi plussid ja miinused

Päikeseküttesüsteemil pole palju eeliseid, kuid igaüks neist on märkimisväärne ja võib saada eraeksperimentide põhjuseks:

• Kasu keskkonnale. See on puhas soojusallikas, mis on ohutu majaelanikele ja ümbritsevale keskkonnale ning ei nõua traditsiooniliste kütuseliikide kasutamist.
• Autonoomia. Süsteemiomanikud on absoluutselt sõltumatud energiahindadest ja riigi majanduslikust olukorrast.
• Ökonoomne. Traditsioonilise küttesüsteemi säilitamisega on võimalik vähendada sooja veevarustuse eest tasumise kulusid.
• Avalik kättesaadavus. Päikesesüsteemide paigaldamiseks ei vaja te valitsusasutuste luba.

Kuid on ka ebameeldivaid hetki, mis võivad üldpilti rikkuda. Näiteks süsteemi efektiivsuse määramine nõuab pikka perioodi - vähemalt 3 aastat (eeldusel, et päikeseenergiat on piisavalt ja seda kasutatakse aktiivselt).

Ainuüksi päikesemoodulite paigaldamine nõuab suuri investeeringuid: kõige odavamad ränipaneelid maksavad vähemalt 2200 rubla. tüki kohta ja esimese kategooria polükristallilised kuue dioodi elemendid - kuni 17 000 tükki. 30 mooduli maksumuse arvutamine on üsna lihtne (+)

Kasutajad märgivad järgmisi puudusi:

• süsteemi kasutuselevõtuks vajalike seadmete kõrge hind;
• toodetava soojushulga otsene sõltuvus geograafilisest asukohast ja ilmast;
• varuallika, näiteks gaasiboileri, kohustuslik olemasolu (praktikas on päikesesüsteem sageli varu).

Suurema tootluse saavutamiseks tuleb regulaarselt jälgida kollektorite töövõimet, puhastada need prahist ja kaitsta neid pakase ajal jää tekke eest. Kui temperatuur langeb sageli alla 0ºC, peate hoolitsema mitte ainult päikesesüsteemi elementide, vaid ka kogu maja täiendava soojusisolatsiooni eest.

Kütteks päikeseenergia

Energiat salvestavate fotogalvaaniliste elementide peamine eesmärk on varustada kodu elektriga. Et need diagrammile lisada küttesüsteemi seadmed ja optimaalse toimimise saavutamiseks on vaja ahel kokku panna akumulatsioonipaagiga.

Just selles soojendatakse vett, mis pärast teatud temperatuuri saavutamist täidab kütmist vajavates ruumides (elutuba, vannituba) torud ja radiaatorid.

Päikeseenergial töötav süsteem kaheahelalise paagiga, mis korraldab kütmise ja sooja vee tarnimise kahes suunas: kütteradiaatoritesse ja jaotuspunktidesse (+)

Proovime analüüsida päikesepaneelide konstruktsiooni iseärasusi ja määrata nende võimalik roll küttesüsteemis.

Fotoelementidega paneelide tööpõhimõte

Päikesepaneelide jaoks on kolme levinumat tüüpi elemente:

• Monokristalliline. Need on õhukesed vahvlid kõige puhtamast ränist, mis on lõigatud kunstlikes tingimustes kasvatatud kristallist. Kõige saagikam sort, mille efektiivsus on umbes 17-18%. Optimaalne töötemperatuur on 5 ºС kuni 25 ºС.

• Polükristalliline. Valmistatud vahvlitest, mis on saadud räni sulatise järkjärgulise jahutamise teel. Nende valmistamise tehnoloogia on vähem töömahukas, kuid polükristallilistest fotogalvaaniliste elementide efektiivsus on oluliselt madalam - mitte rohkem kui 12%.

• Amorfne. Need on filmid. Valmistatud aurustusfaasi meetodil, mille tulemusena sadestatakse elastsele polümeeralusele õhukese kile kujul olev räni. Odavaim tootmismeetod on kombineeritud madala tootlikkusega, hinnanguliselt kuni 7%.

Põhjapoolsetes piirkondades autonoomsete küttesüsteemide paigaldamiseks kaalutakse kõige sobivamat võimalust fotogalvaanilised patareid, mis on kokku pandud monokristallilistest elementidest. Amorfsete moodulitega akusid on aga lihtsam paigaldada, need praktiliselt ei vaja alust ja on palju odavamad.

Monokristallmoodul koosneb järjestikku ühendatud elementidest, mis on ühendatud mooduliteks. Mitmed moodulid moodustavad päikesepatarei.Päikese fotogalvaaniliste süsteemide tume pind optimeerib päikesekiirte neeldumist

Väliste elementide ülesanne on neelata ja muundada päikesekiiri. Vabanenud energia läheb kaugemale ja koondub akumulatsioonipaaki. Väike element toodab umbes 100-250 W ja kokkupandav paneel 25-30 m² annab elektrit väikesele majale. Küttesüsteemi paigaldamine nõuab 2-3 korda rohkem energiat.

Inverter toimib päikeseenergia "tootmise" alalisvoolu muundurina elektriks, kuna kodumajapidamises kasutatavate elektriseadmete ja lampide tööks on vaja vahelduvvoolu.

Kui rääkida konkreetselt küttesüsteemist, siis vahelduvvooluga töötab ka vee soojendamiseks mõeldud elektriboiler. Kodu öösel valgustamiseks on vaja patareisid, mis hoiavad päevasel ajal varusid.

Inverteri moodulid on paigaldatud hoolduseks mugavasse kohta, kuigi see ei vaja pidevat juhtimist ja töötab automaatrežiimis (+)

Fotoelementide kasutamise efektiivsus

Lihtsaim osta päikesekollektorid ja rakendage ühte lihtsatest skeemidest, mida on aastate jooksul tõestatud. Kuid olud dikteerivad mõnikord oma tingimused. Oletame, et teil on suurepäraselt toimiv päikesegeneraatorisüsteem, kuid praegu teenib see ainult teie kodu elektrivarustust ja sooja vett.

On selge, et uute seadmete ostmine on kahjumlik, seega on võimsust lihtsam suurendada, ostes teatud arvu fotoelektrilisi muundureid. Eelarvevalik - silikoonpaneelid tootlikkusega kuni 23-25%.

Vooluallikaga on vaja ühendada kütteseade, mis töötab elektriga.Universaalne võimalus on jaotusjuhtmestikuga varustatud boiler.

Polümeerkileelemendid on Venemaa turul palju vähem levinud kui räni mono- ja polükristallilised analoogid. Neid on lihtne paigaldada, kuid nende efektiivsus on madal - ainult 6%.

Kui elektrivarustus on korralikult korraldatud, peaks sellest piisama nii sooja veevarustuseks kui ka kütteks. On näiteid, kui maja on täielikult soojaga varustatud - selle tunneb ära katuse järgi, mis on peaaegu täielikult paneelidega kaetud.

Mõnikord on vaja püstitada spetsiaalseid eraldiseisvaid konstruktsioone, kui katuse pindalast ei piisa. Selgub, et võimsuse suurendamiseks on vaja täiendavat vaba ruumi.

Isegi kõige hoolikamad arvutused ei aita teil potentsiaalse energia täpset hulka määrata ja kiiresti tõhusat hästi töötavat süsteemi luua. Fakt on see, et praktikas tekivad takistused, mille tekkimist on üsna raske ennustada.

Siin on mõned tegurid.

• Ilmastiku ebaühtlus. Päikeseliste päevade täpne arv pole isegi lõunapoolsetes piirkondades teada. Nende arvu põhjapoolsetes piirkondades on peaaegu võimatu usaldusväärselt ennustada.
• Elektrienergia vastuvõtu ebakorrapärasus. Näiteks põhjapoolsetes piirkondades on talvel lühike päevavalgustund, mistõttu kulub palju taaskasutatud päikeseenergiat valgustusele. Lisaks väheneb oluliselt päikesekiirguse intensiivsus talvel.
• Perioodilised rikked. Nagu kõik tehnosüsteemid, võivad ka päikesepaneelid aeg-ajalt üles öelda üksikute elementide, lepinguliste ühenduste, kaitsepindade jms kahjustuste tõttu.

Järelikult saate efektiivsusest teada alles teatud aja, vähemalt aasta pärast. Vajalikuks võib osutuda fotoelementide või akude arvu suurendamine, maja täiendava soojusisolatsiooni kaalumine, köetava pinna vähendamine. Oletame, et Saksamaa põhjapoolsetes piirkondades ei köeta raha säästmiseks magamistube sageli üldse.

Paigaldatud fotosilmade hooldus ei nõua erioskusi ja koosneb regulaarsest puhastamisest: talvel lume ja soojal ajal prahi eemaldamisest, klaasipinna pesemisest vooliku veega.

Koduelektrijaama paigaldusskeem

Lihtsaim viis päikesegeneraatorite paigaldus – pöördumine süsteemikomponente müüva ja paigaldusteenust pakkuva ettevõtte poole. Plussid - professionaalne projekt, mis võtab arvesse individuaalseid omadusi, garantii kõigile toodetele ja paigaldusele, miinus - kõrge hind.

Kui teil on vastavaid kogemusi, saate iseseisvalt kokku panna päikesepaneelidega mini-elektrijaama eramaja kütmiseks.

Kõige tõhusamaks peetakse õhk-päikesesüsteemi projekteerimise hübriidskeemi, kus energia tootmiseks kasutatakse fotoelemente, vee soojendamiseks kollektoreid ja lisaks paigaldatakse tuulegeneraator. Seda saab asendada varukütuseallikaga (+)

Kõik küttesüsteemi kokkupaneku osad müüakse spetsialiseeritud kauplustes.

Peate ostma järgmised komponendid:

• räni- või kilest päikesemoodulite komplekt;
• laetav aku, mis salvestab energiat;
• laadimiskontroller, mis reguleerib aku laadimise ja tühjenemise protsessi;
• inverter, mis muudab alalisvoolu vahelduvvooluks;
• ühenduskaablite komplekt.

Soovitav on, et akud oleksid ühesugused (võttes arvesse kaubamärki, mahtu ja isegi partiid) ja suudaksid energiat salvestada 3-4 päeva. Nende tööaeg sõltub toatemperatuurist - külmades tingimustes tühjenevad nad kiiresti. Kui päevane tarbimine on 2400 Wh, on vaja akusid kogumahutavusega vähemalt 1000 Ah.

Autoakude kasutamisel pidage meeles, et nende maksimaalne efektiivsus on 70-75% (kasutusiga - 3 aastat), päikesesüsteemide spetsiaalsetel seadmetel on parim jõudlus - kuni 85% (kasutusiga - 10 aastat). Säilitamise ja muundamise käigus läheb osa energiast kaotsi

Sinusoidi tekitatud voolu kvaliteet päikesesüsteemide inverterid, kõrgem kui tsentraliseeritud võrgu praegused näitajad. Seadmete eripäraks on pingefaasi sünkroniseerimine, mille käigus üleminek 12 V-lt 220 V-le toimub kodumajapidamises kasutatavate elektriseadmete töös katkestusteta.

Inverteri võimsus – 250 W kuni 6000 W ja üle selle. Väljundvõimsust saate suurendada, ühendades mitu seadet paralleelselt. Näiteks 3 x 3000 W = 9000 W (+)

Pärast kõigi päikesesüsteemi elementide paigaldamist on vaja ühendada inverteriga elektripaak, mis soojendab vett, ja paagiga omakorda küttetorustik.

Kollektorküttesüsteem

Suurima efektiivsuse ja tootluse saab saavutada päikesemoodulite asemel kollektorite paigaldamisega - välispaigaldistega, milles vett soojendatakse päikesekiirguse mõjul. Selline süsteem on loogilisem ja loomulikum, kuna see ei nõua jahutusvedeliku kuumutamist teiste seadmetega.

Vaatleme kahte peamist tüüpi seadmete konstruktsiooni ja tööpõhimõtet: lamedad ja torukujulised.

Lame versioon isetootmiseks

Lamepaigaldiste disain on nii lihtne, et kogenud käsitöölised panevad käsitööanaloogid kokku oma kätega, ostes osa detailid spetsialiseeritud kauplusest ja osa ehitades vanamaterjalist.

Terasest või alumiiniumist isolatsiooniga karbi sees on plaat, mis neelab päikesesoojust. Enamasti on see kaetud musta kroomi kihiga. Soojusneeldurit kaitseb pealt tihendatud läbipaistev kate.

Vett soojendatakse madu moodi paigutatud ja plaadiga ühendatud torudes. Vesi või antifriis siseneb kasti sisselasketoru kaudu, soojeneb torudes ja liigub väljalaskeavasse - väljalasketorusse.

Katte valguse läbilaskvus on seletatav läbipaistva materjali kasutamisega - vastupidav karastatud klaas või plastik (näiteks polükarbonaat). Päikesekiirte peegeldumise vältimiseks on klaas- või plastpind matistatud (+)

Ühendusi on kahte tüüpi, ühe- ja kahetorulised, valikus pole põhimõttelist erinevust. Kuid jahutusvedeliku kollektoritesse tarnimise viisis on suur erinevus - gravitatsioon või pumba kasutamine. Esimest võimalust peetakse vee väikese liikumiskiiruse tõttu ebaefektiivseks, küttepõhimõtte kohaselt meenutab see suvise duši anumat.

Teise võimaluse toimimine toimub tsirkulatsioonipumba ühendamise tõttu, mis sunnib jahutusvedelikku tarnib. Pumbaseadmete käitamise energiaallikaks võib olla päikeseenergial töötav elektrisüsteem.

Jahutusvedeliku temperatuur päikesekollektori kuumutamisel jõuab 45-60 ºС, väljalaskeava juures on maksimaalne väärtus 35-40 ºС. Küttesüsteemi efektiivsuse suurendamiseks kasutatakse "sooja põrandaid" koos radiaatoritega (+)

Torukujulised kollektorid - lahendus põhjapoolsetele piirkondadele

Üldine tööpõhimõte meenutab lamedate analoogide toimimist, kuid ühe erinevusega - jahutusvedelikuga soojusvahetustorud asuvad klaaskolbide sees. Torud ise võivad olla suled, ühelt poolt suletud ja välimuselt meenutavad sulgi ning koaksiaalsed (vaakum), mis on üksteise sisse sisestatud ja mõlemalt poolt suletud.

Soojusvahetid on samuti erinevad:

• süsteem päikeseenergia muundamiseks soojusenergiaks Heat-pipe;
• tavaline U-tüüpi jahutusvedeliku ülekandetoru.

Teist tüüpi soojusvahetit peetakse tõhusamaks, kuid see pole remondikulude tõttu piisavalt populaarne: kui üks toru ebaõnnestub, tuleb kogu sektsioon välja vahetada.

Heat-pipe ei ole osa tervest segmendist, seega saab seda vahetada 2-3 minutiga. Ebaõnnestunud koaksiaalelemente saab parandada, eemaldades lihtsalt pistiku ja asendades kahjustatud kanali.

Diagramm, mis selgitab vaakumtorude tsüklilist kuumutamisprotsessi: külm vedelik soojeneb päikesesoojuse mõjul ja aurustub, andes teed järgmisele külma jahutusvedeliku kogusele (+)

Pärast eri tüüpi kollektorite tehniliste omaduste analüüsimist ja nende kasutuskogemuste kokkuvõtmist otsustasime, et lõunapoolsetesse piirkondadesse sobivad rohkem lamekollektorid ja põhjapoolsetesse piirkondadesse torukujulised. Heat-pipe süsteemiga paigaldised on end eriti hästi tõestanud karmis kliimas.Neil on küttevõime isegi pilvistel päevadel ja öösel, "toitudes" minimaalsest päikesevalgusest.

Päikesekollektorite katlaseadmetega ühendamise standardskeemi näidis: pumbajaam tsirkuleerib vett, kontroller reguleerib kütteprotsessi

Tootlikkuse suurendamise meetod

Tavaliselt lähevad eramajade omanikud pärast väikese arvu päikesemoodulitega katsetamist kaugemale ja täiustavad süsteemi mitmel viisil.

Lihtsaim viis on suurendada kaasatud moodulite arvu, meelitada nende mahutamiseks lisaruumi ja osta võimsamaid seotud seadmeid.

Mida teha, kui vaba ruumi napib? Siin on mõned soovitused päikesejaama (fotoelementide või kollektoritega) efektiivsuse suurendamiseks:

• Moodulite orientatsiooni muutmine. Liikuvad elemendid päikese asukoha suhtes. Lihtsamalt öeldes paigaldatakse suurem osa paneelidest lõunaküljele. Pika päevavalguse ajal on optimaalne kasutada ka ida- ja läänesuunalisi pindu.

• Kaldenurga reguleerimine. Tootja näitab tavaliselt, milline nurk on kõige eelistatavam (näiteks 45º), kuid mõnikord on paigaldamise ajal vaja geograafilist laiust arvesse võttes kohandada.

• Paigalduskoha õige valik. Katus sobib, kuna see on enamasti kõrgeim tasapind ja seda ei varja muud objektid (näiteks aiapuud). Kuid on veelgi sobivamaid kohti - pöörlevad päikesejälgimisseadmed.

Kui elemendid on paigutatud risti päikesekiirtega, töötab süsteem tõhusamalt, kuid stabiilsel pinnal (näiteks katusel) on see võimalik vaid lühikest aega. Selle suurendamiseks on leiutatud praktilised jälgimisseadmed.

Jälgimismehhanismid on dünaamilised platvormid, mis pöörlevad koos oma tasapindadega, järgides päikest. Tänu neile suureneb generaatori tootlikkus suvel umbes 35-40% ja talvel 10-12%.

Jälgimisseadmete suur puudus on nende kõrge hind. Mõnel juhul ei tasu see end ära, seega pole mõtet investeerida kasututesse mehhanismidesse.

Arvatakse, et 8 paneeli on minimaalne arv, mille puhul on kulud aja jooksul õigustatud. Võite kasutada 3-4 moodulit, kuid ühel tingimusel: kui need on otse veepumbaga ühendatud, minnes akudest mööda.

Just eelmisel päeval teatas Tesla Motors uut tüüpi katuse loomisest - integreeritud päikesepaneelid. Elon Musk ütles, et muudetud katus tuleb odavam kui tavaline katus, millele on paigaldatud kollektorid või moodulid.

Järeldused ja kasulik video sellel teemal

Temaatilised videod aitavad teil paremini ette kujutada koduste päikesejaamade disaini ja paljastavad mõned seadmete paigaldamise saladused.

Video nr 1. Saadaval tehniline teave päikesepaneelide ja laadimiskontrollerite kohta:

Video nr 2. Kasulik kogemus päikesepaneelide kasutamisest Moskva piirkonnas:

Video nr 3. Näide edukalt töötavast päikesejaamast, mis on täielikult iseseisvalt kokku pandud, pakkudes nii sooja veevarustust kui ka maja kütmist:

Nagu näete, on päikeseküttesüsteem väga reaalne nähtus, mida saate ise rakendada. Energia hankimise alternatiivsete meetodite valdkond areneb pidevalt, võib-olla kuulete homme uuest avastusest.

Kutsume teid üles materjali aktiivselt kommenteerima. Allpool asuvas plokis saate väljendada oma suhtumist "rohelise energiasse", jagada oma kogemusi päikesepaneelide süsteemi paigaldamisel ja rääkida ainult teile teadaolevatest nüanssidest.