Бесплатные киловатты: как выбрать солнечную батарею для дома?

Современная промышленность предлагает владельцам частных домов множество вариантов отопления: от твердотопливных котлов до водородных генераторов и солнечных батарей. Однако выбор системы отопления – задача далеко не из самых лёгких, так как здесь надо руководствоваться сразу несколькими критериями, рассмотреть которые стоит более подробно.

Структура конструкции солнечных батарей

Солнечные батареи работают по следующему принципу: солнечные лучи, попадая на поверхность батареи под углом 50-90 градусов, при помощи фотоэлектрических преобразователей перерабатываются в электроэнергию, откуда потом, электричество может поступать как в дом или в общую городскую сеть, так и накапливаться при помощи специальных аккумуляторов.

Основным составляющим элементом солнечной батареи является кремниевый минерал, который наносят на специальное покрытие, что вместе зовётся фотоэлектрическим преобразователем.

Кремний является одним из самых распространённых элементов на Земле, тем не менее подобного рода конструкция стоит не дёшево. Этот элемент является полупроводником.

Существуют и другие полупроводники, помимо кремния, которые так же используют в конструкциях солнечных батарей, но они относятся уже к редкоземельным элементам и стоят на порядки дороже. Их КПД составляет до 40 %.

В зависимости от способа нанесения кремния на поверхность батареи разделяют на три большие группы. Они отличаются, в первую очередь, технологиями нанесения, а так же качеством материала, из которого они изготовлены. Все вместе, эти показатели влияют на качество работы батареи: коэффициент полезного действия «КПД», срок службы и тому подобное. Ниже, приведены характеристики трёх самых распространённых групп солнечных батарей.

Структура конструкции солнечных батарей

Тонкоплёночные или аморфные. Являются самыми недорогими, но в то же время и самыми низкопродуктивными. Их изготовляют по принципу нанесения тонкой плёнки кремния на основную панель, которая сверху покрывается защитным слоем. Средний КПД для таких батарей около 7-10%, что можно считать нормальным, учитывая цену. Покрыв такими батареями значительную площадь, можно добиться желаемого эффекта. Помимо этого, они быстрее изнашиваются, чем остальные именно из-за технологий нанесения полупроводника. Но, в таких моделях есть и свои плюсы. Тонкоплёночные солнечные батареи способны поглощать и перерабатывать солнечную энергию даже при рассеянном свете. Это означает, что даже в пасмурную погоду Вы сможете получить немного электричества. Имеют коричневую или чёрную окраску.

Поликристаллические. Их получают путём нагревания расплава кремния, нанесения его на основную панель и медленного охлаждения. Такие батареи прослужат Вам значительно дольше, их КПД также в разы выше «17-20%», соответственно и стоимость таких солнечных батарей будет выше. Хотя, в отличии от предыдущего вида, этот малоэффективен при рассеянном свете. Имеют синюю неоднородную окраску.

Монокристаллические. Являются самыми дорогими из всех кремниевых солнечных батарей. И это вполне оправдано как материалом, так и технологией нанесения. Их производят за счёт разделения минерала кремния на тонкие пластины, без переплавки и измельчения. В самородном варианте кристаллы кремния не встречаются, его добывают из кварца или песка.

Поэтому, чтобы получить пластины кристалла, сначала нужно пройти этап выращивания кристаллов в лабораторных условиях. За счёт этого, цена на монокристаллические батареи в разы возрастает. КПД таких батарей один из самых высоких и составляет 20-25 процентов. Имеют ярко-синюю однородную окраску.

Варианты отопления частного дома

Схематическое изображение отопительной системы дома

Варианты отопления частного дома

Можно выделить основные виды топлива (энергии), которое может использоваться для отопления:

  • кокс, дрова уголь (твердотопливные материалы);
  • газ;
  • бензин, дизельное топливо (жидкотопливные материалы);
  • электричество (её генерируют и солнечные батареи в том числе).
Варианты отопления частного дома

Традиционные виды топлива (кокс, уголь, дрова) считаются устаревшими морально. К тому же, их использование ограничено фактически невозможностью автоматизации процесса отопления. Обычная дровяная печь, например, требует “заправки” дровами один раз в 6-7 часов, более совершенные пиролизные котлы, работающие без остановки 10-12 часов.

Газ – на сегодняшний момент наиболее дешёвое топливо (по крайней мере, для жителей России), однако его использование в отдалённых населённых пунктах не всегда возможно из-за банального отсутствия газопровода.

Варианты отопления частного дома

Если подключиться к магистральному газопроводу нельзя, всё равно есть возможность автономно отапливать дом газом при помощи газгольдера!

Проводить отдельную ветку в малый населенный пункт – экономически нецелесообразно. Именно по этой причине Россия, лидирующая по мировым запасам газа, не входит даже в первую двадцатку стран по уровню газификации территории (и это вполне объясняется объективными причинами).

Варианты отопления частного дома

Жидкое топливо имеет два существенных недостатка:

  1. дороговизна;
  2. опасность использования.
Варианты отопления частного дома

Впрочем, если в качестве теплоносителя при использовании для нагрева жидкого топлива брать автомобильный антифриз, то можно существенно сэкономить. Дело в том, что такой теплоноситель нагревается чрезвычайно быстро, удерживая тепло несколько суток. В целом, если произвести расчёт исходя из площади дома, то использование жидкого топлива иногда даже полностью экономически целесообразно (правда, подойдёт далеко не каждый тип антифриза).

Читайте также:  Повышенное давление воды в газовом котле

Электричество – самый удобный в плане технической реализации вид теплоносителя, однако стоит оно дорого, да и подорожания происходят регулярно. Многие могут привести пример солнечных батарей. Однако тут надо учитывать такой фактор: безусловно, загородный дом в этом случае сможет отапливаться самостоятельно.

Варианты отопления частного дома

Стандартная солнечная батарея на крыше дома

Но стоимость солнечных коллекторов очень высока, причём, эксплуатационный их срок обычно не превышает 7-8 лет. Да и большая часть территории России лежит в умеренной климатической зоне с относительно небольшим количеством солнечных дней в году.

Варианты отопления частного дома

Типы солнечных водонагревателей и их характеристики

Выделяют несколько принципиальных классификаций:

По типу циркуляции

  1. Естественная – в этом случае циркуляция протекает благодаря физическим свойствам воды. Нагретая жидкость, как известно, имеет меньшую плотность, но увеличивается в объеме. На основе этого происходит ее перемещение по трубкам в самый верх. На освободившееся место поступает новая порция воды.
  2. Принудительная – для того, чтобы происходила естественная циркуляция, резервуар необходимо размещать над коллектором. Но такая схема монтажа не всегда целесообразна, и ее можно воплотить в жизнь, особенно, если резервуар большого объема.
Типы солнечных водонагревателей и их характеристики

Солнечный коллектор с принудительной циркуляцией

В случае солнечного водонагревателя при естественной циркуляции коллектор размещают на скате крыши и тут же устанавливают резервуар. Если последний имеет большой объем, то такая нагрузка для кровли может стать критической. Решением будет размещение резервуара в подвальной части здания, тогда в этом случае применяют принудительную циркуляцию специальными насосами.

При таком способе циркуляции в качестве теплоносителя можно использовать масла. Способности к естественной циркуляции у них практически нет, но с функцией теплоносителя справляются отлично.

По типу коллектора

  1. Панельный – наиболее простое исполнение. Трубки коллектора покрыты черной краской и установлены в панельном корпусе, который закрыт стеклом или прозрачным пластиком. Хотя конструкция очень простая, но и эффективность также небольшая, поскольку теплоноситель теряет часть тепла, находясь в коллекторе. Потери накопленного тепла могут быть значительными, потому что конструкция коллектора идентична радиатору. Такой тип солнечного коллектора подойдет для местности, где солнечное освещение регулярное или полученная подогретая вода будет использоваться как вспомогательная.
  2. Вакуумный – в трубке находится теплоноситель. Сама же трубка помещена во внутрь вакуумной колбы, которая способна пропускать солнечное тепло.
Типы солнечных водонагревателей и их характеристики

Панельный тип водонагревателя

Такая конструкция практически полностью исключает потерю тепла, при этом водный теплоноситель нагревается до температуры кипения, а масляный – до 200-300 градусов, что дает возможность использовать полученное тепло для отопления здания. Закономерно, что такой коллектор дороже панельного, но полученный результат оправдает затраты.

По типу контура циркуляции

  1. Разомкнутый – применяется для обеспечения горячей водой жилого помещения. Теплоносителем в этом случае выступает вода, которую используют для различных бытовых нужд и, соответственно, она уже не попадает обратно в контур.
  2. Система с одним контуром – используют для отопления дома. Нагретый таким способом теплоноситель используют как добавку к теплоносителю, который подогрели традиционным методом. В этом случае нагретый теплоноситель переходит в отопительную систему, после которой опять переносится в приемный резервуар и в коллектор.
  3. Двухконтурная нагревательная система – самая универсальная. Есть возможность использования таковой для отопления зимой или для водоснабжения.

Двухконтурная система водоснабжения и отопления

Типы солнечных водонагревателей и их характеристики

Также можно выбрать один из возможных теплоносителей – вода, масло или антифриз. После коллектора теплоноситель проходит теплообменник, в котором происходит теплоотдача на второй контур. Второй используемый теплоноситель уже идет по назначению – для отопления или водоснабжения.

Виды селективных покрытий

Существует три варианта абсорберов – краски, химически обработанный металл и готовые пленки. Они отличаются тремя показателями:

  • Поглощательная способность
  • Излучательная способность
  • Общая эффективность

Поглощательная способность определяется тем, какое количество солнечного излучения материал может преобразовать в тепловую энергию. Она играет большую роль, но не главную.

Излучательная способность характеризует количество тепла, которое отдает абсорбер в окружающую среду в виде излучения. Чем она выше, тем больше теплопотери и ниже эффективность работы солнечного коллектора.

Читайте также:  Как законно установить индивидуальное отопление в квартире

Общая эффективность – отношение первых двух показателей. Это относительный коэффициент, он не характеризует реальную тепловую производительность, но показывает эффективность селективного покрытия.

Таблица эффективности селективных покрытий для солнечных коллекторов

Преимущества солнечных коллекторов для отопления дома

Экономия газа

Летом солнечные коллектора способны полностью закрыть потребность здания в горячей воде. В межсезонье – весной и осенью, коллектора снижают нагрузку на газовый котел, что в конечном итоге сокращает потребление газа. В зимнее время коллектора работают с очень низкой эффективностью.

Энергонезависимость

Используя солнечный коллектор для отопления вы снижаете собственную зависимость от газа. Коллектор является дополнительным источником тепла. Как минимум в летнее время вы сможете бесплатно получать горячую воду не используя для этого газ. Аналогичный результат вы можете получить при отоплении тепловым насосом.

Доступность

Для установки солнечного коллектора не требуется разрешение. Все что нужно – сантехник с прямыми руками и компетентный продавец, знающий все особенности и тонкости монтажа.

Долгий срок службы

Срок службы коллектора – более 15 лет. А значит, вы очень долго сможете пользоваться бесплатным солнечным теплом. 

Типы солнечных коллекторов

Конструкция солнечного коллектора может соответствовать одному из классов, описанных ниже.

Типы солнечных коллекторов

Плоский светопоглощающий

Типы солнечных коллекторов

Представляет собой темный алюминиевый ящик с медными трубками внутри. Снизу ограничен слоем теплоизоляции. Сверху закрыт закаленным стеклом и пропилен-гликолем, выполняющим работу поглотителя солнечных лучей. Функционален в любое время года, популярен ввиду доступной себестоимости.

Типы солнечных коллекторов

Вакуумный

Типы солнечных коллекторов

Вакуумные коллекторы состоят из многочисленных медных трубок. Элементы уложены ровными рядами. Каждая трубка с поглощающим и отражающим веществами расположена внутри еще одной стеклянной колбы аналогичной формы, но большего диаметра. Между стенками емкостей образуется вакуум, выступающий теплоизолятором и проводником. Главным достоинством класса является большая принимающая площадь, а значит, высокий КПД.

Типы солнечных коллекторов

Воздушный

Типы солнечных коллекторов

Основан на принципе «парникового эффекта». Лучи попадают на поглощающее покрытие и полностью впитываются им. Заряженный приемник обогревает воздушные массы внутри себя. Горячий воздух заполняет помещения, поступая в дом с помощью естественной конвекции или вентилятора.

Типы солнечных коллекторов

Все классы подходят для отопления частных домов в равном соотношении. Конкретный тип выбирается исходя из собственных нужд, платежеспособности, площади крыши (или иной поверхности) для установки.

Разновидности труб для отопления

Современные системы отопления частных домов зачастую имеют в своих конструкциях один из двух наиболее распространенных вариантов труб:

  1. Трубы, изготовленные из полипропилена. Их укрепление достигается посредством армирования фольгой на основе алюминия либо, как вариант, стекловолокном. Такие изделия отличаются высокими показателями прочности, они удобны в эксплуатации и просты в установке. Прочность соединений полипропиленовых труб объясняется специальной сваркой по технологии низкой температуры.
  2. Трубы из такого инновационного материала, как сшитый полиэтилен. Как правило, такие модели используются исключительно для монтажа современной конструкции, именуемой «теплым полом». Эти изделия отличаются высокой прочностью и вместе с тем довольно неожиданной гибкостью, что делает возможным их монтаж со сгибом.

Некоторые специалисты в качестве альтернативного варианта рекомендуют воспользоваться трубами, произведенными с помощью гофрированной нержавеющей стали. Крепежными элементами структурных частей таких труб в данном случае должны выступать особые фитинги, работа которых основана на применении силикона, обработанного высокой температурой. Но вариант с трубами из нержавейки все же больше подойдет для городской квартиры, нежели для частного дома, так как их монтаж в условиях города потребует значительно меньших расходов, нежели в сооружении частного типа.

Какой мощности взять солнечную батарею?

Здесь также все зависит от потребностей пользователя. Для автономного снабжения электроэнергией целого дома нет смысла брать меньше 1000 Вт. А если нужно запитать систему отопления на даче, теоретически нужен комплект мощностью до 10 кВт. Однако стоит помнить, что такая солнечная панель будет стоить немалых денег. Только одни солнечные модули (даже самые недорогие без контроллера, инвертора и других комплектующих) мощностью 10 кВт будут стоить не менее 300 000 рублей. Поэтому такие батареи можно рассматривать как дополнительный источник энергии, но не основной.

Если вам нужна солнечная батарея для дачи, чтоб работал холодильник и телевизор, тогда хватит панели мощностью 500 Вт. Например, можно взять два солнечных поликристаллических модуля One-Sun 250P, которые обойдутся вам всего в 16 500 рублей.

Если же вы никогда не пользовались солнечными батареями, то рекомендуем купить небольшую складную панель небольшой мощности для телефона или планшета.

Читайте также:  Декоративный портал для камина из гипсокартона

Самый простой вид нагревателя своими руками

Самые простые работы – взять один или два черных бака и установить их на крышу дома, присоединить их к водопроводной магистрали дома. В жару вода нагреется в них быстро, прямиком потечет к месту для принятия душа.

Как самому и дешево сделать садовый гамак для дачи и пошаговая инструкция

Самый простой вид нагревателя своими руками

Другой простой способ создания солнечного бойлера: мелкое, наполненное водой корыто, закрывают прозрачной крышкой. В конструкцию входят трубы для подхода воды и ее слива, вентиль. В обоих вариантах есть свои недочеты. Придется постоянно наполнять, плюс при облачной погоде горячей воды не будет

Суть энергосбережения

Для начала хотим открыть один небольшой секрет. Возможно, вы удивитесь, но любые электрические нагреватели являются энергосберегающими. Ведь что этот термин означает для аппарата, выделяющего тепловую энергию? Он значит, что энергия, содержащаяся в топливе или электричестве, преобразуется котлом или нагревателем в тепловую максимально эффективно, а степень этой эффективности характеризуется КПД агрегата.

Так вот, все электрические приборы для нагрева помещений имеют КПД 98—99%, таким показателем не может похвастаться ни один источник тепла, сжигающий разные виды топлива. Даже на практике так называемые энергосберегающие электрические системы отопления выделяют 98—99 Вт теплоты, израсходовав 100 Вт электроэнергии. Повторяем, это утверждение верно для любых электронагревателей – от дешевых тепловентиляторов до самых дорогих инфракрасных систем и котлов.

Суть энергосбережения

Сравнительный пример. 1 кг сухих дров в среднем выделяет при сгорании 4.8 Квт теплоты, но реально мы можем получить только 3.6 кВт, поскольку КПД котла составляет 75%. Электрический отопитель куда эффективнее, потребив из сети 4.8 кВт, он отдаст в дом кВт.

Поистине энергосберегающая система отопления – это тепловой насос или солнечная батарея. Но и здесь никаких чудес нет, эти устройства просто берут энергию из окружающей среды и переносят в дом, практически не затрачивая электричества из сети, за которое нужно платить. Другое дело, что подобные установки очень дорогие, а наша цель – в качестве примера рассмотреть доступные новинки рынка, декларируемые как энергосберегающие. К ним относятся:

  • инфракрасные системы отопления;
  • индукционные энергосберегающие электрокотлы для отопления.
Суть энергосбережения

Плоские закрытые солнечные коллекторы

Плоский коллектор состоит из алюминиевого каркаса, специального поглощающего слоя – абсорбера, прозрачного покрытия, трубопровода и утеплителя.

В качестве абсорбера применяют зачерненную листовую медь, отличающуюся идеальной для создания гелиосистем теплопроводностью. При поглощении солнечной энергии абсорбером происходит передача полученной им солнечной энергии теплоносителю, циркулирующему по примыкающей к абсорберу системе трубок.

С наружной стороны закрытая панель защищена прозрачным покрытием. Оно изготовлено из противоударного закаленного стекла, имеющего полосу пропускания 0,4-1,8мкм. На такой диапазон приходится максимум солнечного излучения. Противоударное стекло служит хорошей защитой от града. С тыльной стороны вся панель надежно утеплена.

Плоские солнечные коллекторы отличаются максимальной производительностью и простой конструкцией. КПД их увеличен за счет применения абсорбера. Они способны улавливать рассеянное и прямое солнечное излучение

В перечне преимуществ закрытых плоских панелей числятся:

  • простота конструкции;
  • хорошая производительность в регионах с теплым климатом;
  • возможность установки под любым углом при наличии приспособлений для изменения угла наклона;
  • способность самоочищаться от снега и инея;
  • низкая цена.

Плоские солнечные коллекторы особенно выгодны, если их применение запланировано еще на стадии проектирования. Срок службы у качественных изделий составляет 50 лет.

К недостаткам можно отнести:

  • высокие теплопотери;
  • большой вес;
  • высокая парусность при расположении панелей под углом к горизонту;
  • ограничения в производительности при перепадах температуры более 40°С.

Сфера применения закрытых коллекторов значительно шире, чем гелиоустановок открытого типа. Летом они способны полностью удовлетворить потребность в горячей воде. В прохладные дни, не включенные коммунальщиками в отопительный период, они могут поработать вместо газовых и электрообогревателей.

Кондиционер

Подобное устройство, если оно находится в режиме обогрева, также может быть отнесено к приборам для поддержания комфортной температуры, работающим от розетки. Специалисты считают такое электрическое отопление частного дома экономичным. Дело в том, что затраты, понесенные при работе кондиционера, вполне соответствуют выделяемому им теплу. При этом расходы всегда могут быть снижены за счет регулировки прибора.

Однако кондиционеры обладают и целым рядом недостатков. Самым главным из них является сложность их технического обслуживания. Кроме того, подобный агрегат обладает высокой первоначальной стоимостью. Вложение значительных финансовых затрат требует и его ремонт в случае поломки.