Высокоэффективный солнечный коллектор своими руками

На поверхность земли ежедневно поступает большое количество солнечного излучения, которое преимущественно не используется. Однако это бесплатный источник тепла, который может быть преобразован в пригодную для человеческих нужд энергию. С данной задачей идеально справляются солнечные коллекторы для отопления дома. О том, каков принцип их действия, в чем заключаются различия между ними и насколько они эффективны, можно узнать из данной статьи.

История создания и перспективы использования

Идею превращения энергии Солнца в электричество человечество вынашивало давно. Первыми появились гелиотермальные установки, в которых перегретый сконцентрированными солнечными лучами пар вращал турбины генератора. Прямое преобразование стало возможным лишь в середине XIX века, после того, как француз Александр Эдмон Баккарель открыл фотоэлектрический эффект. Попытки создать на основании этого явления действующую солнечную ячейку увенчались успехом лишь полвека спустя, в лаборатории выдающегося русского учёного Александра Столетова. Полностью описать механизм фотоэлектрического эффекта удалось ещё позже — человечество обязано этим Альберту Энштейну. К слову, именно за эту работу он получил Нобелевскую премию.

Баккарель, Столетов и Энштейн — вот те учёные, которые заложили фундамент современной солнечной энергетики

История создания и перспективы использования

О создании первого солнечного фотоэлемента на основе кристаллического кремния возвестили мир сотрудники компании Bell Laboratories в далёком апреле 1954 года. Эта дата, по сути, и является отправной точкой технологии, которая в скором времени сможет стать полноценной заменой углеводородному топливу.

Поскольку ток одной фотоэлектрической ячейки составляет миллиамперы, то для получения электроэнергии достаточной мощности их приходится соединять в модульные конструкции. Защищённые от внешнего воздействия массивы солнечных фотоэлементов и являются солнечной батареей (из-за плоской формы устройство нередко называют солнечной панелью).

Преобразование солнечного излучения в электричество имеет огромные перспективы, ведь на каждый квадратный метр земной поверхности приходится в среднем 4.2 кВт/час энергии в день, а это экономия практически одного барреля нефти в год. Изначально используемая лишь для космической отрасли технология уже в 80-х годах прошлого века стала настолько обыденной, что фотоэлементы стали использовать в бытовых целях — в качестве источника питания калькуляторов, фотоаппаратов, светильников и т. д. Параллельно создавались и «серьёзные» гелиоэлектрические установки. Закреплённые на крышах домов, они позволяли полностью отказаться от проводного электричества. Сегодня можно наблюдать рождение электростанций, представляющих собой многокилометровые поля из кремниевых панелей. Вырабатываемая ими мощность позволяет питать целые города, поэтому можно с уверенностью говорить о том, что будущее — за солнечной энергетикой.

История создания и перспективы использования

Современные солнечные электростанции представляют собой многокилометровые поля фотоэлементов, способные снабжать электричеством десятки тысяч домов

Схема подключения солнечной батареи

Перед ее подключением вам обязательно необходимо определиться из чего она состоит. К основным элементам устройства относят:

Схема подключения солнечной батареи
  1. Специальные батареи, которые будут поглощать свет. Эти устройства позволяют преобразить свет в электрическую энергию.
  2. Контроллер заряда. Это устройство будет следить за уровнем заряда в аккумуляторах. Если они будут заряжены, тогда контроллер просто отключит заряд. Если заряд начнет падать, тогда контроллер возобновит свою работу.
  3. Аккумулятор. Это устройство будет наполняться сгенерированной энергией.
  4. Инвертор. Это устройство способно преобразовывать заряд. На выходе вы сможете получить 220 Вольт.

Важно знать! Между всеми устройствами вам необходимо установить предохранители. Они позволят защитить вашу систему от короткого замыкания.

Схема подключения солнечной батареи

Если вы желаете воспользоваться простым вариантом подключения, тогда схема подключения солнечных батарей к контроллеру, аккумулятору, инвертору и нагрузке будет выглядеть следующим образом:

Как видите, эта схема считается достаточно простой. Выполнить ее может практически каждый. Во время подключения конструкции вам необходимо будет соблюдать полярность. Если вы желаете использовать электроэнергию солнца и стационарную сеть дома, тогда схема подключения солнечных батарей будет выглядеть следующим образом:

Схема подключения солнечной батареи

Теперь мы расскажем, как правильно соединить панели солнечной батареи между собой. Благодаря этому ваша конструкция прослужит длительное время. Если вам будет интересно, тогда можете прочесть про схему подключения реле напряжения.

Если вы желаете подключить одну панель, тогда у вас не возникнет никаких вопросов. Если необходимо выполнить подключение нескольких солнечных батарей, тогда необходимо воспользоваться одной из следующих схем соединения солнечных панелей:

Схема подключения солнечной батареи
  • Параллельная. Если вы планируете использовать этот способ, тогда вам необходимо будет соединить одноименные клеммы друг с другом. В результате этого напряжение останется прежним.
  • Последовательная. Здесь плюс первой панели вам необходимо будет подключить к минусу второй. Этот процесс считается достаточно простым, но вам необходимо помнить, что на выходе вы сможете получить 24 Вольта.
Схема подключения солнечной батареи
  • Смешанная. Эта схема подключения солнечных панелей позволяет соединять между собою несколько групп батарей. Все устройства внутри группы вам необходимо будет подключать параллельно. Затем провести соединение можно будет последовательно. На схеме ниже вы сможете наглядно увидеть этот процесс.

При необходимости вы можете посмотреть видео, которое размещено ниже. Оно позволит наглядно увидеть весь процесс подключения.

Схема подключения солнечной батареи

Это вся информация, которую мы хотели предоставить вашему вниманию о схеме подключения солнечных батарей загородного дома к электрической сети переменного тока. Как видите, разводку проводов сможет выполнить даже начинающий электрик. Надеемся, что наша информация будет полезной.

Читайте также:  Наиболее распространенные проблемы с газовыми котлами

Рекомендуем прочесть: схема электропроводки в частном доме.

Схема подключения солнечной батареи

Принцип действия и конструкционные особенности

Чаще всего её делают алюминиевой или медной. Всё устройство находится в прочном и герметичном теплоизолированном корпусе, сверху его закрывает особое стекло.

Конструкцию направляют к югу и наклоняют так, чтобы добиться наибольшей инсоляции. Попадание холодных воздушных масс в приёмную часть происходит в естественном или принудительном порядке.

Далее они, проходя через рёбра адсорбента, оказываются в воздуховоде, идущем внутрь дома. При этом в процессе передвижения они нагреваются от солнечной энергии.

Монтаж солнечных батарей

Перед установкой системы отопления на основе энергии солнца Вы должны убедиться в том, что крыша Вашего загородного дома выдержит нагрузку от устанавливаемых панелей. Чтобы получить максимальное количество солнечной энергии, панели рекомендуют устанавливать на южной стороне крыши, для средних широт угол наклона должен составлять 45° относительно горизонта. Самый выгодный вариант – это использование батарей, которые автоматически перемещаются в зависимости от движения солнца, но их стоимость достаточно велика. Поэтому рекомендуют просто монтировать батареи под углом в 90° относительно того положения солнца, в котором количество поступающей с его лучами энергии максимально. Следует учитывать, что снег, скапливающийся на батареях, заметно снижает количество накапливаемой энергии, поэтому в зимнее время рекомендуют устанавливать панели вертикально во избежание накопления снега. Если же такой возможности нет, то не забывайте как можно чаще очищать панели от загрязнений и снега.

Немаловажным элементом системы фотоэлементов, устанавливаемых на крыше, является конструкция, на которую они крепятся. Она бывает 3-х видов: Наклонная. Позволяет устанавливать солнечные панели на крыши с любым скатом. Горизонтальная. Предназначена для плоских крыш. Свободно-стоящая. Подходит для крыш с поверхностью любого типа.

Также батареи могут быть вмонтированы непосредственно в крышу. С этим сможет справиться любой специалист по установке окон, но подключение самой отопительный системы следует доверить мастеру по отоплению. Выполнение всех требований к монтажу позволит вырабатывать примерно 200-300 кВт электроэнергии в месяц при 18-20 солнечных днях, что должно быть достаточно для семьи из 3-5 человек. Площадь солнечной панели, способной обеспечить Вас таким количеством энергии, составит порядка 20 кв.м. Еще одно немаловажное правило – это отсутствие поблизости высоких деревьев или строительных конструкций, которые могут мешать попаданию солнечного света на установленные панели.

Монтаж солнечных батарей

Используя солнечные батареи для отопления дома, Вы получаете не только бесплатный источник энергии, но и независимость от централизованной системы отопления. Вы сами сможете контролировать период отопительного сезона и температуру в помещении. Отапливая дом энергией солнца, Вы делаете огромный вклад в повсеместное использование «зеленой» энергии.

Статью подготовила Абдуллина Регина

В следующем видео показана система солнечного электроснабжения дома:

Принцип работы солнечной системы обогрева

yandex_partner_id = 53889;
yandex_site_bg_color = ‘ffffff’;
yandex_ad_format = ‘direct’; yandex_font_size = 1.0;
yandex_direct_type = ‘vertical’;
yandex_direct_border_type = ‘ad’;
yandex_direct_limit = 1;
yandex_direct_title_font_size = 2;
yandex_direct_links_underline = true;
yandex_direct_bg_color = ‘ffffff’;
yandex_direct_border_color = ‘ffffff’;
yandex_direct_title_color = ‘0C77EC’;
yandex_direct_url_color = ‘000000’;
yandex_direct_text_color = ‘000000’;
yandex_direct_hover_color = ‘CC0000’;
yandex_direct_favicon = true;
yandex_no_sitelinks = true;
(»);

Принцип обогрева солнечными коллекторами базируется на простейших законах физики. Один из них гласит, что жидкость с большей плотностью вытесняет естественным путём менее плотную. Именно этот принцип взаимодействия заложен в работу отопительных систем с естественной циркуляцией основного теплоносителя.

Методика обогрева такова:

Принцип работы солнечной системы обогрева
  1. Солнечные лучи нагревают трубку с теплоносителем.
  2. Тепло накапливается в тепловом аккумуляторе.
  3. От солнечных лучей поглощается достаточно большой процент тепла.

Основы обогрева солнечными батареями и коллекторами:

  1. Отопление с природной циркуляцией теплоносителя отличается от обычного солнечного коллектора способом нагрева жидкости. В последнем вода нагревается на солнце. Из этого можно понять, как должна выглядеть наиболее оптимальная конструкция нагревателя воды солнечной энергией. Он представляет собой вертикальный змеевик, в котором вода при нагреве поднимается вверх. Далее она в самой верхней точке поступает в ёмкость, из которой будет производиться забор жидкости.
  2. Чтобы добиться полноценной работы солнечного коллектора, нужно обеспечить процесс естественной циркуляции жидкости. Если вода остыла или не нагрелась до нужной температуры, то она должна из накопительного бака поступать непосредственно в коллектор для того, чтобы пройти очередной цикл подогрева. После чего снова возвращается в накопительный резервуар или емкость, которые должны иметь также хорошую теплоизоляцию.
  3. Для обеспечения жизненно важной циркуляции жидкости без использования таких вспомогательных устройств как наносы, солнечный коллектор устанавливают обычно на самом высоком месте. Например, на крыше. Резервуар для накопления жидкости при этом располагается немного ниже, например, на чердаке.
  4. Солнечный коллектор, установленный на крыше, способен не только обеспечить дом горячей водой, но и служить в качестве системы отопления. То есть такие устройства возможно использовать даже зимой. Правда, своими силами коллекторы, способные служить отоплением дома, сделать достаточно сложно. Самодельные агрегаты зачастую годятся только для нагревания воды.

Что входит в систему

Солнечные панели. О том, как их собрать, мы писали в этой статье (откроется в новом окне). Вы можете купить готовый комплект солнечных батарей для дома, но для экономии средств можно приобрести поликристаллические фотоэлементы и собрать солнечные батареи для своего дома своими руками.

Инвертор. Солнечные батареи вырабатывают постоянный ток, близкий к 12 или 24 вольтам (в зависимости от подключения), инвертор преобразует его в переменный 220 В и 50 Гц, от которого можно питать все бытовые приборы.

Аккумулятор. Даже их система. Солнечная энергия вырабатывается не постоянно. В пиковые часы её может быть переизбыток, а с наступлением сумерек её выработка прекращается вовсе. Аккумуляторы накапливают электричество в течении светового дня и отдают его вечером/ночью. Как выбирать аккумулятор для солнечной электростанции написано в этой статье (откроется в новом окне).

Важно знать. Не рекомендуется использовать для этих целей обычные автомобильные аккумуляторы – они приходят в негодность за 2-3 года эксплуатации (на такой срок службы они и рассчитаны)

Контроллер. Обеспечивает полный заряд аккумуляторной батареи и защищает её от перезарядки и закипания. О том, какой контроллер выбрать мы писали в этой статье (откроется в новом окне).

Солнечные коллекторы для отопления дома: разновидности установок

По конструктивному исполнению солнечные коллекторы могут быть плоскими или вакуумными. Последний вариант является более распространенным типом, который характеризуется простотой монтажа, высокой эффективностью, способностью обеспечить необходимым количеством тепла весь дом. Вакуумный солнечный коллектор для отопления дома, цена которого превышает стоимость плоского изделия, представлен сложной конструкцией, которую можно использовать для полноценного обогрева помещения и нагрева воды в любой сезон года.

Существует особый тип установки, который называется коллектор-концентратор. Он представляет собой систему параболических отражателей, которые располагаются на одной криволинейной поверхности, где концентрируется в определенных точках солнечный свет. Для получения максимального эффекта необходимо изменять вслед за движением солнца положение устройства, которое может находиться в двух плоскостях.

В зависимости от теплоносителя различают жидкостные и воздушные конструкции. В первом случае используется дистиллированная вода или антифриз, а во втором – нагретый воздух.

Солнечные коллекторы для отопления дома: разновидности установок

Вакуумные солнечные коллекторы

По варианту применения теплоносителя различают пассивные и активные системы. В первом варианте солнечный коллектор используется совместно с баком накопителем. Такая система приемлема для горячего водоснабжения и не комплектуется дополнительными инженерными элементами. Активный вариант предполагает установку солнечного коллектора и других технических устройств, таких как насос, бак-накопитель, защитные клапаны, дополнительные приборы нагрева теплоносителя. Такая система может применяться и для горячего водоснабжения, и для отопления дома.

Активный солнечный коллектор для подогрева воды

Способ передачи тепла может быть косвенным или прямым. Первый вариант предполагает наличие аккумулирующего бака, в котором выполняется передача тепловой энергии, полученной наружным контуром от солнечного излучения, внутреннему контуру, циркулирующему в системах отопления и ГВС. В прямоточных системах, которые применяются для горячего водоснабжения, циркуляция воды в контуре коллектора происходит под воздействием разности температур и благодаря наличию дополнительных элементов в виде клапанов и кранов.

Классификация солнечных коллекторов для отопления по температуре нагрева теплоносителя

Воздушные или водяные солнечные коллекторы для отопления дома можно классифицировать по степени нагревания его рабочих органов и теплоносителя. В зависимости от этого критерия различают низко-, средне- и высокотемпературные установки. Низкотемпературные варианты способны обеспечить нагрев теплоносителя до 50 °С. Такие тепловые коллекторы используются для подогревания воды в душевых летом, в емкостях для полива, для создания комфортных условий в прохладные весенне-осенние вечера.

Солнечные коллекторы для отопления дома: разновидности установок

Среднетемпературные системы обеспечивают нагрев теплоносителя до 80 °С. Такие установки употребляются для обогрева помещений, для бассейнов. Солнечные коллекторы данной категории наиболее целесообразно устанавливать при обустройстве частного дома. Высокотемпературные системы способны нагреть теплоноситель до температуры 250-300 °С. Такие устройства рекомендуется использовать в промышленных масштабах. Их применяют для обогрева коммерческих зданий, производственных цехов и других технологических помещений.

Высокотемпературные системы предполагают сложный процесс преобразования и передачи тепловой энергии. Конструкции имеют внушительные габариты, требующие много свободного пространства для их монтажа. Процесс изготовления системы является весьма трудоемким и затратным, что связано с использованием специализированного оборудования. Самостоятельно выполнить такой вариант не удастся.

Какое предназначение у этого солнечного водонагревателя?

Солнечный водонагреватель лично я использую для быстрого нагрева воды в бассейне. Так как он может работать и зимой, то его можно использовать даже для отопления в дневное время.

Плюсы нагрева воды солнечной энергией

— Все бесплатно, помогает экономить энергию. — Солнечный коллектор работает и зимой, но с меньшей эффективностью. — Не требует особых затрат на изготовление оборудования. — Насосы, прогоняющие воду можно так же питать от солнца, используя солнечные батареи.

А что с автономностью под Владимиром или Москвой?

Этот дом в Наро-Фоминском районе Подмосковья не совсем автономный, но его хозяин Виктор Борисов сделал в этом направлении всё возможное. Единственное, что связывает жилище с цивилизацией, — провода электросети. Здесь своё отопление (о нём чуть ниже), своя вода (колодец). Солнечные панели тоже есть — две штуки на 100 Вт каждая, но они дают мизерный объём электричества. Вот они, на крыше установлены.

За день они вырабатывают 1 кВт·ч. Это ничтожно, потому что мой дом летом в день потребляет примерно 15 кВт·ч, зимой — от 30 до 50. Чтобы полностью обеспечить дом, мне надо их мощность увеличить как минимум в 15 раз. Так что в моём случае это больше эксперимент, чем какая-то жизненно необходимая вещь, признался Виктор.

Увлечение солнечной энергетикой обошлось ему в общей сложности в 20 тысяч рублей: 15 стоили две панели, ещё пять — инвертор (устройство, которое преобразует идущий от батарей постоянный ток в переменный с напряжением 220 В). Аккумуляторов в системе нет, поскольку за них пришлось бы заплатить ещё тысяч 50, и это всё равно не обеспечило бы дом энергией полностью. А учитывая, что в год две эти панели дают электричества примерно рублей на 600, ни о какой окупаемости затрат, по большому счёту, говорить не приходится.

А что с автономностью под Владимиром или Москвой?

В принципе, если электричество будет дорожать, солнечные панели могут и окупиться, а вот аккумуляторы не окупятся никогда, — объясняет Виктор.

Читайте также:  Отопление для частного дома: выбираем электрический котел

Дорогая дача. Где и как выгодно продать загородный дом В этом году заметно вырос спрос на дачи. Лайф выяснил, на сколько повысились цены и как продать загородный дом максимально дорого.

До сих пор пополнять свой солнечный арсенал он считал бессмысленным ещё по одной причине: система в доме устроена таким образом, что «перепроизводство» электричества оборачивается не выгодой, а, наоборот, дополнительными расходами. Если выработка превышает потребление, счётчик начинает крутиться не в ту сторону, в которую надо, в результате за неиспользованные ватты ещё и платить придётся.

Если я поставлю себе панелей на два киловатта, а у меня днём не будут потреблены эти два киловатта, то счётчик будет считать эти два киловатта в плюс, но платить я за них буду энергосбытовой компании, мне никакой выгоды с них не будет в этом случае, посетовал владелец дома.

Так что двунаправленный счётчик и взаимовыгодное сотрудничество с энергосетевой компанией были бы весьма кстати, говорит Виктор. Он рассказал, что слышал про закон о микрогенерации и с интересом ждёт, когда он начнёт действовать на практике.

А что с автономностью под Владимиром или Москвой?

С законом о микрогенерации аккумуляторы становятся вообще не нужны. Это уже мотивировать будет людей. Если бы «Мосэнергосбыт» покупал электроэнергию у меня, я бы в принципе увеличил себе мощность солнечных панелей, но, опять же, не в погоне за экономией, а просто из любви к высоким технологиям, — заявил житель Подмосковья.

Этапы установки солнечных батарей

После того, как вы заготовили все необходимое для домашней электростанции, подобрали место и составили схему расположения панелей, переходите непосредственно к установке. Для этого:

  • Соберите каркас – для этого подойдут любые прочные материалы (сталь, алюминий или дерево). Желательно использовать долговечные варианты, так как электростанция прослужит вам не один год. Рис. 9: Соберите каркас
Этапы установки солнечных батарей

В зависимости от места установки их можно изготавливать и собирать отдельно от монтажной площадки, но размеры должны учитывать габариты панелей заранее. Между крышей и батареей обязательно оставляйте воздушный зазор для вентиляции.

  • Если модули в панелях не спаяны между собой, обязательно произведите данную процедуру. Выполняйте ее крайне аккуратно, так как хрупкие детали можно легко повредить. Рис. 10: спаяйте модули

Если вы приобрели готовые панели, в которых ничего спаивать не нужно, сразу переходите к монтажу.

Этапы установки солнечных батарей
  • Установка готовых солнечных батарей не требует дополнительных манипуляций – главное надежно зафиксировать их на каркасе. Рис. 11: установите панели

Если вы собираете их из модулей, изготовьте основание из диэлектрического материала с отверстиями для вентиляции, установите клеевую основу и закройте герметичной прозрачной крышкой.

  • Припаяйте соединительные провода – панели между собой могут соединяться как последовательно, так и параллельно, но главное, не забудьте установить запирающий диод в цепь питания каждой из них. Это предотвратит обратный разряд аккумулятора в цепь модуля после захода солнца.
  • Подключите солнечную батарею к остальным элементам домашней электростанции.
Этапы установки солнечных батарей

Следует отметить, что положение солнца летом и зимой кардинально отличается, поэтому весьма эффективно выполнять регулировку угла наклона. Для этого можно предусмотреть соответствующий подвижный механизм в каркасе или опорном кронштейне.

Солнечные батареи для дома: принцип работы

В России и других странах с холодной зимой многие сомневаются в эффективности работы подобных установок, поскольку много дней в году солнца не бывает, поэтому накопленная за теплое время солнечная энергия при сильных морозах быстро растратится.

Солнечные батареи для дома: принцип работы

Однако подобные установки обладают достаточно большой мощностью, которая составляет от 200 Вт для одного модуля, они способны производить энергию в течение всего светового дня и способны ловить свет даже при осадках или густых облаках. Единственный минус – это снижение мощности в непогоду примерно в два раза. Но, с другой стороны, солнечные батареи обладают способностью накапливать энергию, которая будет отдаваться при недостаточном солнечном свете.

Новое поколение установок на основе аморфного кремния отличается от предыдущего тем, что такие батареи не нужно направлять на солнце, для их нормальной работы будет достаточно и средней области. Но они имеют существенный недостаток – под их размещение нужно выделять большую площадь. И производительность на севере России будет значительно ниже, чем в Крыму или Краснодарском крае. Но при этом в том же Санкт-Петербурге их все равно можно использовать с успехом целый год.

Солнечные батареи для дома: принцип работы

Солнечные батареи для дома: принцип работы

Солнечные батареи для дома: принцип работы

Принцип работы установок следующий:

  • генераторами электричества в солнечных батареях выступают модели, которые ловят солнечную энергию. Они работают на основе фотоэлектрических реакций и вырабатывают ток по принципу эмиссии нагретых тел;
  • панели сделаны на основе кремния. Коэффициент полезного действия одной панели составляет примерно 30 процентов при мощности в 300 Вт. А чтобы получить лучший результат, несколько десятков элементов объединены в цепи, благодаря чему установки способны работать при средней облачности;
  • чтобы температура в доме площадью в 30 квадратных метров в течение года была комфортной, общая площадь модулей должна быть как минимум 100 квадратных метров, а в самом доме нужно ставить аккумуляторы и распределительное оборудование. Судя по отзывам владельцев частных домов, это одно из труднейших условий для установки солнечных батарей.
Солнечные батареи для дома: принцип работы