Privātmājas apkure ar saules paneļiem: diagrammas un ierīce

Alternatīvo enerģijas avotu popularitātes iemesli ir diezgan saprotami: ir iespēja ietaupīt uz degvielu un īstenot sapņus par videi draudzīgām dzīvības uzturēšanas sistēmām. Prasmīgi izmantojot saules, vēja un ūdens enerģiju, parastu lauku māju var pārvērst par modernu ekomāju.

Mēs jums pateiksim, kā privātmājā uzstādīt saules apkuri, un mēs kopā ar jums analizēsim, cik tas ir izdevīgi. Lai rūpīgi aptvertu dienasgaismas enerģijas izmantošanas jautājumus, esam sīki aprakstījuši visas populārās iespējas, kas saņēmušas praktisku pielietojumu un pozitīvas lietotāju atsauksmes.

Ņemot vērā mūsu ieteikumus, varat izveidot efektīvu saules sistēmu vasarnīcai vai lauku mājai. Lai sarežģītais materiāls būtu vieglāk saprotams, esam papildinājuši informāciju ar vizuālām diagrammām, ilustrācijām un video pamācībām.

Saules enerģijas izmantošanas veidi

Pielietošanas metodes debess ķermeņa enerģija nepieder pie inovatīvām tehnoloģijām, saules siltums tiek izmantots jau sen un ļoti veiksmīgi. Tomēr tas galvenokārt attiecas uz Austrāliju, dažām Eiropas valstīm, Ameriku un dienvidu reģioniem, kur alternatīvo enerģiju var iegūt visu gadu.

Dažos ziemeļu reģionos trūkst dabiskā starojuma, tāpēc to izmanto kā papildu vai rezerves iespēju.

Starpnieki starp saules stariem un enerģijas ģenerēšanas mehānismu ir saules paneļi jeb kolektori, kas atšķiras gan pēc mērķa, gan dizaina.

Baterijas uzkrāj saules enerģiju un ļauj to izmantot sadzīves elektroierīču barošanai. Tie ir paneļi ar fotoelementiem vienā pusē un bloķēšanas mehānismu otrā pusē. Jūs varat eksperimentēt un pats salikt akumulatoru, taču vieglāk ir iegādāties gatavus elementus - izvēle ir diezgan plaša.

Saules sistēmas (saules kolektori) ir daļa no mājas apkures sistēmas. Lielas siltumizolētas kastes ar dzesēšanas šķidrumu, tāpat kā akumulatori, tiek montētas uz paceltiem paneļiem, kas vērsti pret sauli vai jumta nogāzēm.

Ir kļūdaini uzskatīt, ka absolūti visi ziemeļu reģioni saņem daudz mazāk dabiskā siltuma nekā dienvidu reģioni. Pieņemsim, ka Čukotkā vai Kanādas centrālajā daļā ir daudz vairāk saulainu dienu nekā Lielbritānijā, kas atrodas uz dienvidiem

Lai palielinātu efektivitāti, paneļi ir novietoti uz dinamiskiem mehānismiem, kas atgādina izsekošanas sistēmu - tie griežas, sekojot saules kustībai. Enerģijas pārveidošanas process notiek caurulēs, kas atrodas kastu iekšpusē.

Galvenā atšķirība starp saules sistēmām un saules paneļiem ir tāda, ka pirmie silda dzesēšanas šķidrumu, bet pēdējie uzkrāj elektrību. Ir iespējams apsildīt telpu, izmantojot fotoelementus, taču dizaina shēmas ir neracionālas un piemērotas tikai tām zonām, kurās ir vismaz 200 saulainas dienas gadā.

Apkures sistēmas diagramma ar saules kolektoru, kas savienots ar katlu un rezerves elektroenerģijas avotu (piemēram, gāzes katlu), kas darbojas ar tradicionālo kurināmo (+)

Alternatīvās apkures sistēmas plusi un mīnusi

Saules apkures sistēmai nav daudz priekšrocību, taču katra no tām ir nozīmīga un var kļūt par iemeslu privātiem eksperimentiem:

• Vides ieguvumi. Tas ir tīrs siltuma avots, kas ir drošs mājas iedzīvotājiem un apkārtējai videi un neprasa tradicionālo kurināmā veidu izmantošanu.
• Autonomija. Sistēmu īpašnieki ir absolūti neatkarīgi no enerģijas cenām un ekonomiskās situācijas valstī.
• Ekonomisks. Saglabājot tradicionālo apkures sistēmu, kļūst iespējams samazināt izmaksas par karstā ūdens piegādi.
• Publiskā pieejamība. Lai uzstādītu saules enerģijas sistēmas, jums nav nepieciešama valsts iestāžu atļauja.

Taču ir arī nepatīkami brīži, kas var sabojāt kopējo ainu. Piemēram, sistēmas efektivitātes noteikšanai būs nepieciešams ilgs periods - vismaz 3 gadi (ar nosacījumu, ka būs pietiekami daudz saules enerģijas un tā tiek aktīvi izmantota).

Saules moduļu uzstādīšana vien prasīs lielas investīcijas: lētākie silīcija paneļi maksās vismaz 2200 rubļu. gabalā, un pirmās kategorijas polikristāliskie sešdiožu elementi - līdz 17 000 gabalā. 30 moduļu izmaksu aprēķināšana ir diezgan vienkārša (+)

Lietotāji atzīmē šādus trūkumus:

• augstas cenas par aprīkojumu, kas nepieciešams sistēmas nodošanai ekspluatācijā;
• saražotā siltuma daudzuma tieša atkarība no ģeogrāfiskās atrašanās vietas un laikapstākļiem;
• obligāta rezerves avota klātbūtne, piemēram, gāzes katls (praksē saules sistēma bieži vien ir rezerves).

Lai panāktu lielāku atdevi, regulāri jāuzrauga kolektoru darbspēja, jātīra tie no gružiem un jāpasargā no ledus veidošanās sala laikā. Ja temperatūra bieži noslīd zem 0ºC, jārūpējas par papildus siltumizolāciju ne tikai Saules sistēmas elementiem, bet arī visai mājai kopumā.

Saules enerģija apkurei

Enerģijas uzkrāšanas fotoelementu galvenais mērķis ir nodrošināt mājokli ar elektrību. Lai tos iekļautu diagrammā apkures sistēmas ierīces un, lai panāktu optimālu darbību, ir nepieciešams montēt ķēdi ar uzglabāšanas tvertni.

Tieši tajā tiks uzsildīts ūdens, kas, sasniedzot noteiktu temperatūru, piepildīs caurules un radiatorus telpās, kurām nepieciešama apkure (dzīvojamā istaba, vannas istaba).

Ar saules enerģiju darbināma sistēma ar divkontūru tvertni, kas organizē apkuri un karstā ūdens piegādi divos virzienos: uz apkures radiatoriem un sadales punktiem (+)

Mēģināsim analizēt saules paneļu konstrukcijas īpatnības un noteikt to iespējamo lomu apkures sistēmā.

Paneļu ar fotoelementiem darbības princips

Ir trīs izplatīti saules paneļu elementu veidi:

• Monokristālisks. Tās ir plānās vafeles no tīrākā silīcija, kas izgrieztas no mākslīgos apstākļos audzēta kristāla. Ražīgākā šķirne ar efektivitāti aptuveni 17-18%. Optimālā temperatūra darbam ir no 5 ºС līdz 25 ºС.

• Polikristālisks. Izgatavots no vafelēm, kas iegūtas, pakāpeniski atdzesējot silīcija kausējumu. To ražošanas tehnoloģija ir mazāk darbietilpīga, bet no polikristāliskiem izgatavoto fotoelektrisko elementu efektivitāte ir ievērojami zemāka - ne vairāk kā 12%.

• Amorfs. Tās ir filmas. Ražots ar iztvaikošanas fāzes metodi, kā rezultātā silīcijs plānas kārtiņas veidā tiek uzklāts uz elastīgas polimēra bāzes. Lētākā ražošanas metode ir apvienota ar zemu produktivitāti, kas tiek lēsta līdz 7%.

Autonomo apkures sistēmu uzstādīšanai ziemeļu reģionos tiek apsvērta vispiemērotākā iespēja fotoelektriskās baterijas, samontēts no monokristāliskiem elementiem. Tomēr akumulatori ar amorfiem moduļiem ir vieglāk uzstādāmi, praktiski neprasa bāzi un ir daudz lētāki.

Monokristālisks modulis sastāv no sērijveidā savienotiem elementiem, kas apvienoti moduļos. Vairāki moduļi veido saules bateriju.Saules fotoelektrisko sistēmu tumšā virsma optimizē saules staru absorbciju

Ārējo elementu uzdevums ir absorbēt un pārveidot saules starus. Atbrīvotā enerģija iet tālāk un tiek koncentrēta uzglabāšanas tvertnē. Neliels elements saražo apmēram 100-250 W, un saliekamais panelis 25-30 m² nodrošina elektroenerģiju mazai mājai. Apkures sistēmas uzstādīšana prasīs 2-3 reizes vairāk enerģijas.

Invertors darbojas kā līdzstrāvas pārveidotājs no saules “ražošanas” elektrībā, jo sadzīves elektroierīču un lampu darbībai ir nepieciešama maiņstrāva.

Ja mēs runājam tieši par apkures sistēmu, elektriskais katls ūdens sildīšanai darbojas arī ar maiņstrāvu. Lai nodrošinātu apgaismojumu jūsu mājām naktī, jums būs nepieciešami akumulatori, kas uzglabā dienas krājumus.

Invertora moduļi ir uzstādīti apkopei ērtā vietā, lai gan tam nav nepieciešama pastāvīga kontrole un tas darbojas automātiskajā režīmā (+)

Fotoelementu izmantošanas efektivitāte

Visvieglāk iegādāties saules kolektori un piemērot vienu no vienkāršajām shēmām, kas ir pārbaudītas gadu gaitā. Tomēr apstākļi dažreiz nosaka savus nosacījumus. Pieņemsim, ka jums ir lieliski funkcionējoša saules ģeneratoru sistēma, bet pagaidām tā kalpo tikai elektrības padevei un karstā ūdens nodrošināšanai jūsu mājām.

Skaidrs, ka jaunu iekārtu pirkšana ir neizdevīga, tāpēc jaudu ir vieglāk palielināt, iegādājoties noteiktu skaitu fotoelektrisko pārveidotāju. Budžeta iespēja - silīcija paneļi ar produktivitāti līdz 23-25%.

Ir nepieciešams pieslēgt strāvas avotam apkures ierīci, kas darbojas ar elektrību.Universāla iespēja ir katls, kas aprīkots ar sadales vadu.

Polimēru plēves elementi Krievijas tirgū ir daudz retāk sastopami nekā silīcija mono- un polikristāliski analogi. Tos ir viegli uzstādīt, bet tiem ir zema efektivitāte - tikai 6%

Ja elektrības padeve ir pareizi organizēta, ar to vajadzētu pietikt gan karstā ūdens apgādei, gan apkurei. Ir piemēri, kad māja ir pilnībā nodrošināta ar siltumu – to var atpazīt pēc jumta, gandrīz pilnībā nosegts ar paneļiem.

Dažreiz ir nepieciešams uzcelt īpašas brīvi stāvošas konstrukcijas, ja jumta platība nav pietiekama. Izrādās, ka, lai palielinātu jaudu, ir nepieciešama papildu brīva vieta.

Pat visrūpīgākie aprēķini nepalīdzēs noteikt precīzu potenciālās enerģijas daudzumu un ātri izveidot efektīvu, labi funkcionējošu sistēmu. Fakts ir tāds, ka praksē rodas šķēršļi, kuru parādīšanos ir diezgan grūti paredzēt.

Šeit ir daži no faktoriem:

• Laikapstākļu nekonsekvence. Precīzs saulaino dienu skaits nav zināms pat dienvidu reģionos. To skaitu ziemeļu reģionos ir gandrīz neiespējami droši prognozēt.
• Elektrības saņemšanas pārkāpums. Piemēram, ziemeļu reģionos ziemā ir īss diennakts gaišais laiks, tāpēc daudz otrreizējās saules enerģijas tiek tērēts apgaismojumam. Turklāt saules starojuma intensitāte ziemā ievērojami samazinās.
• Periodiski bojājumi. Tāpat kā visas tehniskās sistēmas, arī saules paneļi ik pa laikam var sabojāties atsevišķu elementu bojājumu, līgumsavienojumu, aizsargvirsmu u.c.

Līdz ar to par efektivitāti var uzzināt tikai pēc noteikta laika, vismaz pēc gada. Var būt nepieciešams palielināt fotoelementu vai bateriju skaitu, apsvērt mājas papildu siltumizolāciju un samazināt apsildāmo platību. Pieņemsim, ka Vācijas ziemeļu reģionos, lai ietaupītu naudu, guļamistabas bieži netiek apsildītas.

Uzstādīto fotoelementu apkope neprasa īpašas iemaņas un sastāv no regulāras tīrīšanas: sniega un gružu noņemšana ziemā, siltajos periodos, stikla virsmas mazgāšana ar ūdeni no šļūtenes.

Mājas elektrostacijas uzstādīšanas shēma

Vieglākais veids saules ģeneratoru iekārtas – sazināties ar uzņēmumu, kas pārdod sistēmas komponentus un piedāvā uzstādīšanas pakalpojumus. Plusi - profesionāls projekts, ņemot vērā individuālās īpašības, garantija visiem produktiem un uzstādīšanai, mīnus - augstās izmaksas.

Ja jums ir atbilstoša pieredze, varat patstāvīgi salikt mini elektrostaciju ar saules paneļiem privātmājas apkurei.

Par visefektīvāko tiek uzskatīta hibrīdshēma gaisa-saules sistēmas projektēšanai, kurā enerģijas ražošanai tiek izmantoti fotoelementi, kolektori ūdens sildīšanai un papildus uzstādīts vēja ģenerators. To var aizstāt ar rezerves degvielas avotu (+)

Visas detaļas apkures sistēmas montāžai tiek pārdotas specializētajos veikalos.

Jums jāiegādājas šādas sastāvdaļas:

• silīcija vai plēves saules moduļu komplekts;
• uzlādējams akumulators, kas uzglabā enerģiju;
• uzlādes kontrolieris, kas regulē akumulatora uzlādes un izlādes procesu;
• invertors, kas pārvērš līdzstrāvu maiņstrāvā;
• savienojošo kabeļu komplekts.

Vēlams, lai baterijas būtu vienādas (ņemot vērā zīmolu, jaudu un pat partiju) un spētu uzkrāt enerģiju 3-4 dienas. To darbības ilgums ir atkarīgs no telpas temperatūras - aukstos apstākļos tie ātri izlādējas. Ja dienas patēriņš ir 2400 Wh, ir nepieciešami akumulatori ar kopējo jaudu vismaz 1000 Ah.

Lietojot automašīnu akumulatorus, atcerieties, ka to maksimālā efektivitāte ir 70-75% (kalpošanas laiks - 3 gadi), speciālajām ierīcēm saules sistēmām ir vislabākā veiktspēja - līdz 85% (kalpošanas laiks - 10 gadi). Uzglabāšanas un pārveidošanas laikā tiek zaudēta daļa enerģijas

Sinusoidālās radītās strāvas kvalitāte invertori saules sistēmām, augstāki nekā pašreizējie rādītāji no centralizētā tīkla. Iekārtas īpatnība ir sprieguma fāzes sinhronizācija, kurā pāreja no 12 V uz 220 V tiek veikta bez pārtraukuma sadzīves elektroierīču darbībā.

Invertora jauda – no 250 W līdz 6000 W un vairāk. Izejas jaudu var palielināt, paralēli pieslēdzot vairākas ierīces. Piemēram, 3 x 3000 W = 9000 W (+)

Pēc visu saules sistēmas elementu uzstādīšanas ir nepieciešams pieslēgt elektrisko tvertni, kas silda ūdeni invertoram, un tvertnei, savukārt, apkures cauruļvadu.

Kolektora apkures sistēma

Vislielāko efektivitāti un atdevi var panākt, saules moduļu vietā uzstādot kolektorus – ārējās instalācijas, kurās ūdens tiek uzsildīts saules starojuma ietekmē. Šāda sistēma ir loģiskāka un dabiskāka, jo tai nav nepieciešama dzesēšanas šķidruma sildīšana ar citām ierīcēm.

Apsvērsim divu galveno ierīču veidu dizainu un darbības principu: plakanu un cauruļveida.

Plakanā versija pašražošanai

Plakano instalāciju dizains ir tik vienkāršs, ka pieredzējuši meistari savām rokām montē rokdarbu analogus, daļu no detaļām iegādājoties specializētā veikalā, bet daļu izgatavojot no metāllūžņiem.

Tērauda vai alumīnija izolētās kastes iekšpusē ir plāksne, kas absorbē saules siltumu. Visbiežāk tas ir pārklāts ar melna hroma slāni. Siltuma absorbētājs no augšas ir aizsargāts ar noslēgtu caurspīdīgu vāku.

Ūdens tiek uzkarsēts caurulēs, kas sakārtotas kā čūska un savienotas ar plāksni. Ūdens vai antifrīzs iekļūst kastē pa ieplūdes cauruli, uzsilst caurulēs un virzās uz izeju - uz izplūdes cauruli.

Pārsega gaismas caurlaidība skaidrojama ar caurspīdīga materiāla – izturīga rūdīta stikla vai plastmasas (piemēram, polikarbonāta) izmantošanu. Lai novērstu saules staru atstarošanos, stikla vai plastmasas virsma ir matēta (+)

Ir divu veidu pieslēgumi, viencaurules un divu cauruļu; izvēlei nav būtiskas atšķirības. Bet ir liela atšķirība veidā, kādā dzesēšanas šķidrums tiks piegādāts kolektoriem - gravitācija vai izmantojot sūkni. Pirmais variants tiek uzskatīts par neefektīvu zemā ūdens kustības ātruma dēļ, pēc sildīšanas principa tas atgādina trauku vasaras dušai.

Otrā opcija darbojas, pateicoties cirkulācijas sūkņa pieslēgšanai, kas piespiedu kārtā piegādā dzesēšanas šķidrumu. Enerģijas avots sūknēšanas iekārtu darbināšanai var būt ar saules enerģiju darbināma energosistēma.

Dzesēšanas šķidruma temperatūra, sildot ar saules kolektoru, sasniedz 45-60 ºС, izejā maksimālā vērtība ir 35-40 ºС. Lai palielinātu apkures sistēmas efektivitāti, kopā ar radiatoriem tiek izmantotas “siltās grīdas” (+)

Cauruļveida kolektori - risinājums ziemeļu reģioniem

Vispārējais darbības princips atgādina plakano analogu darbību, taču ar vienu atšķirību - siltuma apmaiņas caurules ar dzesēšanas šķidrumu atrodas stikla kolbās. Caurules pašas var būt spalvu, aizzīmogotas no vienas puses un pēc izskata atgādina spalvas, un koaksiālas (vakuuma), ievietotas viena otrā un noslēgtas no abām pusēm.

Siltummaiņi ir arī dažādi:

• sistēma saules enerģijas pārvēršanai siltumenerģijā Siltuma caurule;
• parastā U veida dzesēšanas šķidruma pārvades caurule.

Otra veida siltummainis tiek uzskatīts par efektīvāku, taču tas nav pietiekami populārs remonta izmaksu dēļ: ja viena caurule neizdodas, būs jānomaina visa sekcija.

Heat-pipe neietilpst veselā segmentā, tāpēc to var nomainīt 2-3 minūšu laikā. Neizdevušos koaksiālos elementus var salabot, vienkārši noņemot kontaktdakšu un nomainot bojāto kanālu.

Diagramma, kas izskaidro ciklisko sildīšanas procesu vakuuma caurulēs: auksts šķidrums saules siltuma ietekmē uzsilst un iztvaiko, dodot vietu nākamajai aukstā dzesēšanas šķidruma porcijai (+)

Izanalizējot dažādu veidu kolektoru tehniskos parametrus un apkopojot to lietošanas pieredzi, nolēmām, ka dienvidu reģioniem piemērotāki ir plakanie kolektori, bet ziemeļu reģioniem – cauruļveida kolektori. Instalācijas ar Heat-pipe sistēmu ir sevi pierādījušas īpaši labi skarbos klimatiskajos apstākļos.Viņiem ir sildīšanas spēja pat mākoņainās dienās un naktī, "barojot" ar minimālu saules gaismas daudzumu.

Standarta shēmas paraugs saules kolektoru savienošanai ar katlu aprīkojumu: sūkņu stacija cirkulē ūdeni, regulators regulē apkures procesu

Metode produktivitātes paaugstināšanai

Parasti, eksperimentējot ar nelielu skaitu saules moduļu, privātmāju īpašnieki iet tālāk un dažādos veidos uzlabo sistēmu.

Vienkāršākais veids ir palielināt iesaistīto moduļu skaitu, attiecīgi piesaistīt papildu vietu to izvietošanai un iegādāties jaudīgāku saistīto aprīkojumu

Ko darīt, ja trūkst brīvas vietas? Šeit ir daži ieteikumi saules stacijas (ar fotoelementiem vai kolektoriem) efektivitātes palielināšanai:

• Moduļu orientācijas maiņa. Kustīgi elementi attiecībā pret saules stāvokli. Vienkārši sakot, lielākās daļas paneļu uzstādīšana dienvidu pusē. Garās dienas gaismas stundās ir arī optimāli izmantot virsmas, kas vērstas uz austrumiem un rietumiem.

• Slīpuma leņķa regulēšana. Ražotājs parasti norāda, kurš leņķis ir vispiemērotākais (piemēram, 45º), bet dažreiz uzstādīšanas laikā ir nepieciešams veikt pielāgojumus, ņemot vērā ģeogrāfisko platumu.

• Pareiza uzstādīšanas vietas izvēle. Jumts ir piemērots, jo tas visbiežāk ir augstākā plakne un to neaizsedz citi objekti (piemēram, dārza koki). Taču ir vēl piemērotākas zonas – rotējošas saules izsekošanas ierīces.

Kad elementi ir novietoti perpendikulāri saules stariem, sistēma darbojas efektīvāk, bet uz stabilas virsmas (piemēram, jumta) tas iespējams tikai īsu laiku. Lai to palielinātu, ir izgudrotas praktiskas izsekošanas ierīces.

Izsekošanas mehānismi ir dinamiskas platformas, kas rotē ar savām plaknēm, sekojot saulei. Pateicoties tiem, ģeneratora produktivitāte palielinās par aptuveni 35-40% vasarā un par 10-12% ziemā.

Lielais izsekošanas ierīču trūkums ir to augstās izmaksas. Dažos gadījumos tas neatmaksājas, tāpēc nav jēgas ieguldīt bezjēdzīgos mehānismos.

Tiek lēsts, ka 8 paneļi ir minimālais skaits, par kuru izmaksas laika gaitā attaisnosies. Varat izmantot 3-4 moduļus, bet ar vienu nosacījumu: ja tie ir tieši savienoti ar ūdens sūkni, apejot baterijas.

Tikai otro dienu Tesla Motors paziņoja par jauna veida jumta izveidi - ar integrētu saules paneļi. Īlons Masks sacīja, ka pārveidotais jumts būs lētāks nekā parasts jumts ar uz tā uzstādītiem kolektoriem vai moduļiem.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Tematiskie video palīdzēs labāk iztēloties mājas saules staciju dizainu un atklās dažus aprīkojuma uzstādīšanas noslēpumus.

1. video. Pieejamā tehniskā informācija par saules paneļiem un uzlādes kontrolieriem:

2. video. Noderīga saules paneļu izmantošanas pieredze Maskavas reģionā:

Video #3. Veiksmīgi strādājošas saules stacijas piemērs, kas pilnībā samontēts neatkarīgi, nodrošinot gan karstā ūdens piegādi, gan mājas apkuri:

Kā redzat, saules apkures sistēma ir ļoti reāla parādība, kuru varat īstenot pats. Enerģijas iegūšanas alternatīvo metožu joma pastāvīgi attīstās, iespējams, rīt jūs dzirdēsiet par jaunu atklājumu.

Aicinām aktīvi komentēt materiālu. Zemāk esošajā blokā varat paust savu attieksmi pret “zaļo enerģiju”, dalīties pieredzē par saules paneļu sistēmas uzstādīšanu un pastāstīt tikai sev zināmos smalkumus.