Коллекторная система отопления
Наибольшей эффективности и отдачи можно добиться, установив вместо солнечных модулей коллекторы – наружные установки, в которых под действием солнечного излучения происходит нагрев воды. Такая система является более логичной и естественной, так как не потребует нагревания теплоносителя другими устройствами.
Рассмотрим конструкцию и принцип действия приборов двух основных видов: плоских и трубчатых.
Плоский вариант для самостоятельного изготовления
Конструкция плоских установок настолько проста, что опытные мастера-умельцы собирают кустарные аналоги своими руками, часть деталей купив в специализированном магазине, часть соорудив из подручного материала.
Внутри стального или алюминиевого утепленного короба закреплена пластина, адсорбирующая солнечное тепло. Чаще всего она покрыта слоем черного хрома. Сверху теплопоглотитель защищен герметичной прозрачной крышкой.
Нагревание воды происходит в трубках, уложенных змейкой и соединенных с пластиной. Вода или антифриз поступает внутрь короба через впускной патрубок, нагревается в трубках и перемещается на выход – к выпускному патрубку.
Светопропускная способность крышки объясняется использованием прозрачного материала – прочного закаленного стекла или пластика (например, поликарбоната). Чтобы солнечные лучи не отражались, стеклянную или пластиковую поверхность матируют (+)
Существует два вида подключения, однотрубное и двухтрубное, принципиальной разницы в выборе нет. Но существует большая разница в том, каким способом теплоноситель будет подаваться к коллекторам – самотечным или с помощью насоса. Первый вариант признан неэффективным из-за слабой скорости передвижения воды, по принципу нагрева он напоминает емкость для летнего душа.
Функционирование второго варианта происходит благодаря подключению циркуляционного насоса, который подает теплоноситель в принудительном порядке. Источником энергии для работы насосного оборудования может стать энергосистема на солнечных батареях.
Температура теплоносителя при нагреве солнечным коллектором достигает 45-60 ºС, на выходе максимальный показатель – 35-40 ºС. Для повышения эффективности работы отопительной системы наряду с радиаторами используют «теплые полы» (+)
Трубчатые коллекторы – решение для северных регионов
Общий принцип работы напоминает функционирование плоских аналогов, но с одной разницей – теплообменные трубки с теплоносителем находятся внутри стеклянных колб. Сами трубки бывают перьевыми, запаянными с одной стороны и внешним видом напоминающие перья, и коаксиальными (вакуумными), вставленными друг в друга и запаянными с обеих сторон.
Теплообменники также бывают разными:
- система преобразования солнечной энергии в тепловую Heat-pipe;
- обычная трубка для перемещения теплоносителя U-type.
Второй вид теплообменников признан более эффективным, но недостаточно популярным из-за стоимости ремонта: при выходе из строя одной трубки придется производить замену всей секции.
Трубка Heat-pipe не является частью целого сегмента, поэтому поменять ее можно за 2-3 минуты. Вышедшие из строя коаксиальные элементы ремонтируют, просто сняв заглушку и заменив поврежденный канал.
Схема, объясняющая цикличность нагревательного процесса внутри вакуумных трубок: холодная жидкость под воздействием солнечного тепла нагревается и испаряется, уступая место следующей порции холодного теплоносителя (+)
Проанализировав технические характеристики коллекторов разного типа и обобщив опыт их использования, решили, что для южных областей больше подходят плоские коллекторы, а для северных – трубчатые. Особенно хорошо зарекомендовали себя в условиях сурового климата установки с системой Heat-pipe. Они обладают нагревательной способностью даже в пасмурные дни и ночью, «питаясь» минимальным количеством солнечного света.
Образец стандартной схемы подключения солнечных коллекторов к бойлерному оборудованию: насосная станция обеспечивает циркуляцию воды, контроллер регулирует процесс нагревания
Характеристики солнечной панели
Солнечные батареи отличаются по множеству параметров. Самыми важными являются уровень КПД, тип применяемой технологии, назначение и качество изготовления солнечной батареи. Ниже мы эти особенности рассмотрим более подробно.
Коэффициент полезного действия
Коэффициент полезного действия (КПД) — это показатель, который отражает эффективность выработки электроэнергии. Он показывает, какой процент солнечного света можно преобразовать в энергию при работе панели. Уровень выработки зависит в первую очередь от типа панели:
- Максимальный уровень выработки наблюдается для монокристаллов, у которых КПД находится у отметки 15-22%.
- Неплохой уровень выработки дают также поликристаллические изделия, которые дают выработку по КПД в 10-17%.
- Наименее эффективными являются тонкопленочные солнечные батареи, у которых КПД в среднем составляет 3-5%.
Уровень КПД может меняться также от угла наклона панели (оптимальный наклон — 30 градусов), а также от температуры воздуха. На холоде выработка по электроэнергии падает, поэтому зимой КПД батареи может снижаться в 3-8 раз в зависимости от температуры окружающего воздуха, а чем ниже температура воздуха, тем выше будет падение по коэффициенту полезного действия.
Тип солнечных панелей по применяемой технологии
В зависимости от применяемой технологии различают солнечные батареи трех типов:
- Монокристаллические. Отличаются наибольшей выработкой по уровню КПД (15-22%), что позволяет получить выигрыш по мощности или габаритам панели. Но стоят монокристаллические батареи достаточно дорого, что может быть серьезным недостатком в случае ограниченного бюджета. Срок службы — 15-30 лет.
- Поликристаллические. Отличаются умеренными показателями по уровню КПД (10-17%), хотя по габаритам и свойствам генерируемого тока практически не отличаются от монокристаллических изделий. Стоят немного дешевле монокристаллов, поэтому применяются в бюджетных проектах. Срок службы — 15-30 лет.
- Тонкопленочные. Дешево стоят, но обладают очень низким уровнем КПД (3-5%), поэтому такие панели делают очень крупных размеров. На практике тонкопленочные батареи используются только в узкоспециализированных проектах, когда экономия по свободному пространству не требуется. Срок службы — 5-10 лет.
Назначение и область применения батарей
Солнечные батареи выполняются по различным схемам в зависимости от их назначения:
- Сверхкомпактные панели размером с ладонь применяются для питания простых устройств (лампочек, игрушек), а также для зарядки повербанков и телефонных аккумуляторов. Панели такого типа можно объединить в небольшие блоки для увеличения мощности тока.
- Переносные легкие модели с габаритами 30-60 x 50-100 сантиметров применяются для питания бытовых приборов, а также на случай выезда человека за пределы города. Такие панели имеют боковые опоры для быстрой сборки, а используются они для питания маломощных устройств.
- Небольшие или средние модели повышенной гибкости применяются для монтажа на крыше автомобилей или катеров. С их помощью можно выработать небольшое количество энергии, однако ее будет вполне достаточно для зарядки аккумулятора или мобильных гаджетов.
- Средние, крупные и сверхкрупные панели стационарного типа устанавливаются на земле или крыше дом. На их основе можно сделать полноценную электростанцию, которая будет использовать в качестве аварийного или основного источника электроэнергии.
Качество изготовления
Различают четыре класса качества для панелей:
- Класс A. Присваивается изделиям без дефектов, которые могут негативно повлиять на выработку или срок годности батареи.
- Класс B. Присваивается моделям, у которых есть незначительные царапины и сколы. Такие дефекты не влияют на КПД и мощность устройства, но снижают их срок службы (обычно на 30-50%).
- Класс C. Присваивается моделям со значительными дефектами зарядных модулей. Такие дефекты плохо влияют на уровень КПД и мощность, а также снижают срок службы изделия (обычно на 40-70%).
- Класс D. Присваивается неработоспособным моделям со значительными дефектами и поломками. Такие модели не годятся для генерации солнечной энергии, но могут применяться для переработки батарей.
Виды солнечных батарей и их особенности
Разновидностей батарей не так уж и много:
- Солнечные батареи на фотоэлементах.
- Тонкопленочные батареи на кремниевой пленке с фотоколлекторами.
- Монокристаллические и поликристаллические батареи.
При использовании первого варианта можно выполнить снабжение элементов током от нагревательного прибора или электрического котла. Второй вариант солнечных элементов предусматривает нагрев воды при помощи солнечной энергии, которая потом поступает по трубам. Каждая из систем отопления от солнечной энергии отличается друг от друга и имеет недостатки и преимущества.
Солнечные батареи на фотоэлементах
Солнечные батареи для отопления дома бывают двух типов: большие и малые. Малые фотоэлектрические системы позволяют обеспечить энергией помещение для освещения и максимум работы телевизора. Такие батареи дают напряжение от двенадцати до двадцати четырех вольт.
Большие фотоэлементы обеспечат электроэнергией и отоплением небольшой дом.
В комплект такой батареи входят:
- солнечный вакуумный коллектор;
- контроллер (прибор, позволяющий отслеживать работу системы);
- насос (подает тепло от коллектора к накопительному баку);
- емкость для горячей воды (объем от пятисот до тысячи литров);
- тепловой насос.
Если вы оборудуете дом солнечными батареями высокой мощности, это позволит вам не только получать тепло и электроэнергию, но и пользоваться горячей водой, а также оборудовать систему «теплый пол».
Перед тем как определиться с количеством нагревательных коллекторов, необходимо произвести расчет солнечных батарей для дома. Следует учитывать количество проживающих человек в доме, площадь дома и расход потребляемой энергии. Так, семья из трех человек может расходовать энергию на бытовые приборы от двухсот до пятисот киловатт в месяц. К этой цифре необходимо добавить расход электроэнергии на подогрев воды. Но лучше всего рассчитать количество необходимой энергии, исходя из учета одного квадратного метра площади батареи на человека.
Мощные коллекторы, работающие от солнечной энергии, способны обеспечить семью как отоплением, так и горячей водой. Но следует учитывать, что в зимнее время солнечные батареи могут не справляться с поставленными задачами. Поэтому желательно не отказываться полностью от других видов отопления.
Тонкопленочные солнечные батареи
Такие коллекторы внешне похожи на солнечные батареи, но их отличие в том, что они имеют тонкопленочные пластины, способные улавливать как прямые солнечные лучи, так и рассеянный свет.
Вакуумная модель коллектора позволяет иметь горячую воду на протяжении всей зимы, даже когда на улице облачно. Это происходит за счет вакуума, который сохраняет тепло.
При покупке вакуумного коллектора необходимо определиться с методом нагрева воды. Существуют две модели солнечных батарей для отопления дома зимой, обеспечивающие прямой или косвенный нагрев. В первом случае можно говорить о сезонном использовании энергии, потому что накопительный бак расположен внутри корпуса коллектора и использовать его в морозы нельзя. Во втором случае — при косвенном нагреве можно обустроить систему отопления на коллекторных батареях всесезонного типа. Система будет работать всегда, потому что бак располагается внутри дома, а энергия от солнечной батареи передается через незамерзающий носитель.
Монокристаллические и поликристаллические батареи
Первые часто называют кремниевыми. Такие батареи считаются эффективными. Благодаря тому, что элементы небольшого размера, они будут занимать меньшее пространство на крыше. Имеют высокую стоимость, но если выбирать по соотношению цена и качество, то стоит купить солнечные монокристаллические батареи для дома.
Поликристаллические батареи изготовлены из кремния в виде ячеек. Считаются эффективными батареями, пользуются популярностью. Благодаря улучшенной технологии производства этот вид батарей максимально приблизился по качеству к монокристаллическим панелям, и имеет такие же параметры и показатели продуктивности.
Количество элементов и напряжение
Количество элементов в солнечной панели должно быть:
для 12V – не менее 36шт
для 24V – 72шт или 60шт (PERC модули)
Одна “клетка” панели под нагрузкой вырабатывает в среднем 0,45-0,5В.
Ошибка №3
При этом общее напряжение вовсе не равняется 12В или 24В как некоторые думают, оно гораздо больше.
Объясняется это необходимостью компенсировать потери. Во-первых, из-за нагрева.
Ошибка №4
Чем жарче летний денек, тем больше энергии выработают панели.
На самом деле солнечные панели обожают свет, но при этом люто ненавидят жару. На черной крыше в середине июля панели могут нагреваться до +85 градусов. 
Ячейки в этом случае уже не будут вырабатывать свои 0,45-0,5В. Потери напряжения могут доходить до 30%.
Наглядный график зависимости: 
А вот результаты коротенького эксперимента. Температура панели и ее напряжение до охлаждения и спустя всего пару минут после. Солнце то же самое, просто панельку сверху полили холодной водичкой.
Не все знают, что технические характеристики, указанные на шильдике, рассчитаны на идеальную температуру в 25С. При отклонении на каждый градус потери изменяются примерно на 0,5%. 
Поэтому точку максимальной мощности для солнечной панели 12V рассчитывают при напряжении 18В, а не 12В. 
Прибавьте сюда потери в проводах и сопутствующем оборудовании.
Что касается напряжения холостого хода (это когда панель вообще ни к чему не подключена), то его величина превышает 20В (для 12V) и 30В (для 24V) соответственно. Зимой еще больше! 
Из-за того, что инверторы очень не любят повышенного напряжения, его подключение напрямую без АКБ и нагрузки является самой частой причиной выхода из строя девайса.
Ошибка №5
Поэтому никогда не отсоединяйте аккумуляторы и не убирайте провода, оставляя панельку подключенной к инвертору без нагрузки.
Принцип работы солнечной батареи
В результате перетечки зарядов на границе p- и n- слоев, в n-слое образуется зона нескомпенсированного положительного заряда, а в p-слое – отрицательного заряда, т.е. известный всем из школьного курса физики p-n-переход. Разность потенциалов, возникающая на переходе контактная разность потенциалов (потенциальный барьер) препятствует прохождению электронов с p-слоя, но беспрепятственно пропускает неосновные носители в направлении противоположном, что позволяет получить фото-ЭДС при попадании на ФЭП солнечного света.
При облучении солнечным светом, поглощенные фотоны начинают генерировать неравновесные электронно-дырочные пары. Генерируемые же вблизи перехода электроны, из p-слоя переходят в n-область.
Аналогичным образом попадают в p-слой избыточные дырки и слоя n (рисунок а). Получается, что в p-слое накапливается положительный заряд, а в n- слое – отрицательный, вызывая напряжение во внешней цепи (рисунок б). У источника тока есть два полюса: положительный — p-слой и отрицательный — n-слой.
Это основной принцип работы солнечный элементов. Электроны, таким образом, будто бегают по кругу, т.е. выходят из p-слоя и возвращаются в n-слой, проходя нагрузку (аккумулятор).
Фотоэлектрический отток в однопереходном элементе обеспечивают лишь те электроны, которые обладают энергией выше, чем ширина некой запрещенной зоны. Те же, которые обладают меньшей энергией, в этом процессе не участвуют. Это ограничение снять позволяют структуры многослойные, состоящие из более чем один СЭ, у которых ширина запрещенной зоны различная. Их называют каскадными, многопереходными или тандемными. Фотоэлектрическое преобразование у них выше за счет того, что работают такие СЭ с более широким солнечным спектром. В них фотоэлементы располагаются по мере уменьшения ширины запрещенной зоны. Солнечные лучи вначале попадают на фотоэлемент с самой широкой зоной, при этом происходит поглощение фотонов с наибольшей энергией.
Затем, фотоны, пропущенные верхним слоем, попадают на следующий элемент и т.д. В области каскадных элементов основным направлением исследования является использование в качестве одного компонента или нескольких арсенида галлия. У таких элементов эффективность преобразования составляет 35%. Элементы соединяют в батарею, поскольку изготовить отдельный элемент большого размера (следовательно, и мощности) не позволяют технические возможности.
Солнечные элементы способны работать длительное время. Они себя зарекомендовали как стабильный и надежный источник энергии, пройдя испытания в космосе, где главной опасностью для них является метеорная пыль и радиация, которые приводят к эрозии кремниевых элементов. Но, поскольку, на Земле эти факторы не оказывают на них столь негативного действия, можно предположить, что срок службы элементов будет еще более продолжительным.
Солнечные батареи уже находятся на службе человека, являясь источником питания для различных устройств, начиная от мобильных телефонов и заканчивая электромобилями.
И это уже вторая попытка человека обуздать безграничную солнечную энергию, заставив работать ее себе во благо. Первой попыткой было создание солнечных коллекторов, электричество в которых вырабатывалось за счет нагрева сконцентрированными лучами солнца воды до температуры кипения.
Термальная солнечная электростанция в Испании (город Севилья)
Преимущество солнечных батарей в том, что они непосредственно производят электричество, теряя энергии намного меньше, чем солнечные многоступенчатые коллекторы, в которых процесс ее получения связан с концентраций лучей Солнца, нагревом воды, выделением пара, вращающего паровую турбину и только после этого выработке генератором электричества. Основные параметры солнечных батарей – в первую очередь, мощность
Затем важно, каким запасом энергии они обладают
Зависит этот параметр от емкости аккумуляторов и их числа. Третьим параметром является пиковая мощность потребления, означающая количество одновременно возможных подключений приборов. Еще одним важным параметров является номинальное напряжение, от которого зависит выбор дополнительного оборудования: инвертора, солнечной панели, контроллера, аккумулятора.
Правила выбора
Установка фотоэлектрических панелей позволяет снизить счета за электроэнергию. Они преобразуют накопленную солнечную энергию в электричество, которое необходимо, например, для питания устройств, используемых каждый день. Если вы собираетесь купить самые эффективные солнечные панели и создать собственную солнечную установку, обязательно прочтите это руководство. Мы расскажем, что вам нужно учесть, чтобы купить правильный продукт.
Место установки. Чаще всего на крыше монтируется фотоэлектрическая установка. Она должна быть наклонена под углом 30, максимум 35 градусов. Тогда панели будут работать достаточно эффективно. В случае дома с плоской крышей необходимо использовать специальную конструкцию, которая увеличит расстояние между панелями и исключит риск потемнения.
Пиковая мощность – это электрическая мощность, полученная в условиях испытаний (сокращенно STC) при солнечной освещенности 1000 Вт / м2. Стандартная пиковая мощность составляет несколько сотен Вт (например, солнечная панель 500 Вт). При этом следует учитывать, что среднее значение этого параметра с учетом всего года эксплуатации панелей составит около 10% от общей пиковой мощности, указанной производителем.
Допуск мощности. Из допуска мощности мы можем определить, насколько велика разница между реальной мощностью и номинальной пиковой мощностью. Если его значение положительное, это означает, что реальная мощность панели не ниже пиковой мощности, а иногда даже может быть выше.
Эффективность выражается в процентах. Это отношение максимальной электрической мощности к мощности солнечного излучения, попадающего на поверхность ячеек. Рекомендуется выбирать панели с наивысшим КПД, поскольку указанная мощность может быть получена при установке меньшего размера. Лучшая фотоэлектрическая панель имеет КПД не менее 13%.
Габаритные размеры и вес. В среднем высота фотоэлектрических панелей, имеющихся на рынке, составляет около 166 см, а ширина – 99 см. Их толщина в свою очередь составляет 3,5 см, иногда чуть больше или меньше. Модели, адаптированные для создания домашней установки, состоят из 60 ячеек, а предназначенные для промышленных целей – 72 ячейки. Расстояние между ними от 4 до 5 мм. В среднем фотоэлектрическая панель весит 19 кг.
Гарантия
При комплектовании элементов для строительства фотоэлектрической установки также следует обращать внимание на срок гарантии. Чаще всего это 10, максимум 12 лет. Чем дольше период защиты, тем больше мы можем быть уверены, что для производства панелей использовались компоненты хорошего качества
Также не стоит забывать проверить гарантию мощности. Обычно производители гарантируют, что в первые 10 лет эксплуатации установки мощность не упадет ниже 90% от начального значения, а через 15 лет – ниже 80%
Чем дольше период защиты, тем больше мы можем быть уверены, что для производства панелей использовались компоненты хорошего качества. Также не стоит забывать проверить гарантию мощности. Обычно производители гарантируют, что в первые 10 лет эксплуатации установки мощность не упадет ниже 90% от начального значения, а через 15 лет – ниже 80%.
Диапазон рабочих температур. Установленная фотоэлектрическая панель должна быть устойчивой к неблагоприятным погодным условиям. Ее рабочая температура должна охватывать широкий диапазон – от -40 ºC до +85 ºC.
Фотоэлектрическая установка имеет не только преимущества, но и несколько недостатков. Однако вложение в нее практически всегда окупается. Кстати, по оценкам экспертов, панели, обращенные на юг под углом 40 градусов, могут производить от 900 до 1300 кВтч электроэнергии в год. В рейтинге лучших солнечных панелей мы собрали только лучшие и проверенные варианты, как для кемпинга, рыбалки, так и для домашней установки, поэтому каждый сможет выбрать модель для себя.
Общие правила
Подводя итог всему вышесказанному можно кратко сформулировать основные правила при подборе солнечной электростанции для вашего дома:
выбираем стандартные унифицированные модели, не гонимся за мощностями и размерами
при нагрузке до 1кВт выбираем систему на 12V, свыше 1кВт – 24V
MPPT лучше PWM контроллера
моно или поли – без разницы
число панелей и АКБ к ним считаем по калькуляторам с учетом всех вводных данных
панели и их количество всегда выбираем в привязке с контроллером и инвертором, а не по отдельности
Сегодняшние цены на панели, контроллеры, инверторы и уже готовые сборки солнечных электростанций мощностью от 0,5кВт до 7кВт, где все уже рассчитали за вас – ТЫЦ
Стоимость ФСЭ для дома
Решать задачу экономии средств ежемесячно выделяемых на оплату электроэнергии благодаря внедрению электростанций солнечного принципа действия необходимо с полным пониманием и подробным изучением комплекса информационных материалов касающихся как технической тик и финансовой стороны вопроса. Универсального ответа на вопрос касающийся ценообразования на солнечные батареи сегодня не существует.
Солнечные панели для дома стоимость комплекта
Для справки можем заявить, что цена на минимальный комплект батарей для частного домовладения составляет порядка 125000 рублей.
Устоявшаяся стоимость на основной элемент известный под аббревиатурой ФСЭ (солнечных панелей) в общем, по минимальному исчислению (но также по минимальному уровню качества). Около 50-60 руб. за производимый 1Вт эквивалента мощности. Исходя из данного обстоятельства, ценообразования на солнечные батареи для частных домовладений с вырабатываемой мощностью 100 и 200 Вт варьируется в пределах от 6000 и 12000 руб.
Комплектация станции зависит, прежде всего, от уровня вырабатываемой мощности и категории. В комплектацию могут войти контроллер, аккумулятор, инвертор и аппаратура для соединения рабочих систем. При подборе, к примеру, комплекта категории №1 и мощности в номинальном исчислении на 2 кВт (2000 Вт), стоимость комплекта батарей будет равняться от 120 тыс. руб.
Читайте так же: Как подключить проходной выключатель, крыльцо в частном доме.
Как вычислить какой мощности вам необходима солнечная система…
