Солнечные батареи для дома

Сведений почерпнутых со страниц обычного учебника астрономии из курса общеобразовательной школы достаточно, чтобы масштабно оценить потенциал типовых гелиосистем, установить которые в своем хозяйстве может каждый домовладелец. Поток излучения посылаемого главной звездой нашей системы на поверхность земли не равномерен и изменяет свое значение в широких пределах от 90 до 270 Ватт на квадратный метр, достигая своего пикового предела (1000 Вт/кв.м) в момент наивысшей точки солнцестояния. Если пересчитать условные «ватты» в реальные килограммы углеводородного топлива, то получится, что каждая единица площади хорошо освещенной поверхности способна «принести» до полутора центнеров угля ежегодно.

Казалось бы, энергии море, и использовать ее способен каждый. Человеческая наука уже давно создала все необходимые технические решения позволяющие аккумулировать и трансформировать гелиолучи в греющее тепло или электрическую энергию. Однако стоимость подобных проектов по-прежнему остается немного завышенной для основной массы частных домовладельцев, поэтому случаи использования комплексов солнечных батарей индивидуально, без поддержки «поддержки» агрегатов работающих на углеводородном топливе еще редки.

Плоские и вакуумные

«Ядром» каждого гелиокомплекса является набор солнечных коллекторов. Для бытовых систем используются плоские либо вакуумные батареи. Первые поглощают тепло солнца при помощи специального материала – абсорбера, заключенного между прозрачным элементом и теплоизолирующей прокладкой. Абсорбер представляет собой покрытый специальным напылением и выкрашенный в черный цвет лист металла обладающего хорошей теплопроводностью – алюминий, медь и им подобные.

Стальной «поглотитель» соединен с системой труб, внутри которых циркулирует антифриз, или другая жидкость способная аккумулировать много тепла не изменяя своего агрегатного состояния (например, смесь гликоля и дистиллированной воды). Наружный прозрачный элемент призван оградить абсорбер от внешних агрессивных воздействий, устранить возможный парниковый эффект и свести к минимуму любые потери тепла за счет частичного отражения лучей. Задняя и боковые части «поглотителя» надежно теплоизолированы посредствам минерального волокна.

Плоская гелиобатарея идеально подходит для отопительных комплексов расположенных в южных широтах. Она обладает меньшей по сравнению с аналогами стоимостью и за ней очень легко ухаживать. Однако относительно большие энергопотери снижают эффективность использования плоских коллекторов при отрицательных температурах, а общая высокая парусность полезной площади устройства делает невозможным его применение в районах с сильными среднегодовыми ветрами.

Многих недостатков цельно плоских собратьев лишены вакуумные коллекторы. Их конструкция подразумевает обязательно применение системы двух вложенных друг в друга труб, промежуток между стенками которых заполнен вакуумом. Специалисты описывают два подвида аналогичных батарей – прямоточные и жаротрубные. Исходя из наименования, в изделиях первого типа, носитель тепла протекает через внутреннюю трубу непосредственно, забирая аккумулированную энергию солнца у «поглотителя», в качестве которого выступает металлизированное напыление. Вакуум выполняет при этом исключительно изолирующие функции, снижая отток полезного тепла вовне.

Коллектора с жаровыми трубами работают по иному принципу и обязательно монтируются под углом 10 – 20 градусов к абсолютной горизонтали. Внутренний патрубок наполняется легкокипящей субстанцией, которая уже при небольших температурах изменяет свое агрегатное состояние и поднимается в верхний наконечник вакуумного стержня. В нем летучий фреон предает накопленную энергию основному теплоносителю, конденсируется и опускается вниз по задней, холодной стенке цилиндра, чтобы замкнуть цикл.

Самым ощутимым недостатком вакуумных гелиобатарей является их цена, кроме того, домовладельцу придется потратить изрядную сумму на специальные средства по уходу за подобными комплексами. Солнечные коллектора крайне проблематично качественно очищать от снега, инея, пыли и других естественных загрязнений. Однако список их положительных качеств с лихвой перекрывает пару негативных моментов:

• сохраняют свою высокую эффективность даже при сверхнизких температурах атмосферного воздуха;
• максимальная температура основного носителя тепла достигает двух ста двадцати градусов Цельсия;
• малая парусность рабочей плоскости;
• возможность монтажа на любой поверхности;
• невосприимчивость к углу падения солнечного излучения;
• особенности конструкции практически исключают ненужные потери тепла.

Солнечная водонагревательная установка

Практика применения гелиосистем для частных домовладений показывает, что наиболее выгодно использовать солнечные лучи для нагрева больших водяных объемов. Элементарный нагревательный комплекс состоит из набора гелиобатарей и бака аккумулятора. Получая теплоту в солнечном коллекторе, специальный антифриз поступает во встроенный в емкость с водой теплообменник, где охлаждается и отправляется вновь на «заправку» гелиоэнергией. То есть, для систем с вакуумными цилиндрами, фактически формируется три независимых контура тепловой циркуляции:

• легкокипящей субстанции внутри запаянного патрубка;
• антифриза, через баковые теплообменник и наконечники коллекторов;
• нагретой воды в отопительном контуре или ГВС.

Если циркуляция внутри вакуумированной трубки носит исключительно естественный характер, то движение сред во внешних контурах могут быть спровоцировано насосными установками. Дело в том, что если домовладелец предпочтет сэкономить, а перекачивающее оборудование стоит немалых денег, аккумулирующую емкость придется разместить не только в непосредственной близости (три – пять метров) от гелиоколлекторов, но и выше солнечных поглотителей.

Указанные условия выполнить проблематично, даже во вновь строящихся современных коттеджах. Поэтому максимальное распространение среди собственников получили двухконтурные отопительные гелиосистемы с принудительной циркуляцией субстанции во внешнем цикле. Они применимы как в крупных частных домах, так и в многоквартирных строениях высотой пять и более этажей. Их главный недостаток сопряжен с непостоянством солнечной активности. Поддержка температуры основного носителя за счет гелиоэнергии осуществляется только в светлое время, а создавать внутренний комфортный микроклимат в здании нужно ежечасно. Обеспечить бесперебойность отопительной нагрузки помогает компенсационный электрический нагреватель, который поддерживает температуры среды в аккумулирующем баке на необходимой отметке ночью, когда теплота от солнечных коллекторов не поступает.

Не только водоснабжение

Полезное тепло, генерируемое солнцем, человечество научилось преобразовывать и в электрическую энергию, посредствам фотоэлектрических модулей. Принцип действия их таков: когда в зону действия гелиолучей попадают два соприкасающихся проводника положительных (р-типа) и отрицательных (n-типа) зарядов, они образуют небольшую батарейку способную создавать поток электронов во внешней цепи. Несколько сотен, электрически объединенных фотоэлектрических модулей, выдают потребителю десятки ампер постоянного тока, который посредствам инвертора преобразуется в переменный род и транспортируется ко всем приборам жилого дома.

Гелиогенераторы крайне долговечны, при соблюдении всех эксплуатационных условий солнечные модули смогут прослужить почти три десятка лет без замены и плановых ремонтов. Вот только габариты электроснабжающего комплекса на солнечных модулях будут велики. Помимо упомянутых выше гелиоколлекторов, чья полезная площадь исчисляется десятками квадратных метров, в его состав обязательно войдут инвертор и аккумуляторный блок. Для мощных генерирующих устройств каждый компонент будет не только крупногабаритен, но и «тяжел» финансово. Однако значительные капитальные вложения нивелируются малыми эксплуатационными затратами, и уже через шестнадцать месяцев электроэнергия в доме, оснащенном солнечными модулями будет совершенно бесплатна.

Рекомендации по проектированию и монтажу солнечных коллекторов

• оптимально сориентировать рабочую плоскость коллектора на юг, причем отклонение от наилучшего направления на сорок градусов в любую сторону не принесет фатального падения коэффициента полезного действия;
• для южных широт, с большим числом часов высокой солнечной активности достаточно использовать плоские коллектора, для мест с преобладанием отрицательных температур окружающего воздуха – вакуумные жаротрубные системы;
• наружный коллекторный контур заполняется химически очищенной водой, а при прокладке открытым способом антифризами на основе пропиленгликоля и его аналогов;
• любая прямоточная установка будет менее долговечна, чем ее аналог с косвенным теплообменом, по причине внутренних коррозионных процессов;
• при установке гелиобатарей на крыше здания необходимо совмещать тепловой расчет со строительным для определения увеличивающейся нагрузки на строение, в том числе от дополнительного ветрового и снегового давления;
• коллекторные трубы рекомендуется выполнять из металлических сплавов и покрывать тепловой изоляцией из вспененного каучука, использование полимерных конструкций ограничивается высокими пиковыми температурами транспортируемой среды;
• для изолирования также возможно использовать ячеистый полиэтилен, предварительно покрыв трубы температуроподавляющим слоем.

Онлайн-видео о солнечных батареях для дома

 

 

Поделиться в соц. сетях