Можно ли применить солнечные батареи для отопления дома

mozhno li primenit solnechnye batarei dlya otopleniya doma

Полупроводниковые панели, преобразующие солнечную энергию в электричество, обычно устанавливаются с одной целью — для питания бытовой техники. Настоящие энтузиасты не останавливаются на достигнутом и пытаются приспособить солнечные батареи для обогрева дома. Предлагаем обсудить эту идею, рассмотреть возможные способы обогрева с помощью фотоэлектрических панелей. Нет смысла разбирать рентабельность альтернативных электростанций и прочие финансовые вопросы, это отдельная тема.

Как работает солнечная электростанция

Мы не будем тратить ваше время и рассказывать вам, как полупроводниковые модули вырабатывают электричество. Но если вы хотите устроить солнечное отопление частного дома, нужно понимать принцип работы фотоэлектрической установки и знать все нюансы, влияющие на ее мощность.

Солнечная электростанция (СЭС) состоит из следующих компонентов (показаны на схеме ниже):

  • одна или несколько панелей, поглощающих солнечное излучение;
  • Батареи (аккумуляторы), хранящие произведенную электроэнергию;
  • контроллер следит за уровнем заряда, направляет ток в соответствующую цепь;
  • инвертор преобразует постоянное напряжение солнечных батарей в переменный ток с напряжением 220 В.

Интересное замечание. Стоимость модулей составляет не более 30% от стоимости комплекта устройств. Остальные 70% — это аккумуляторы, инвертор и контроллер. Компоненты рассчитаны на одно рабочее напряжение 12, 24 или 48 В.


Схема солнечной установки с инвертором и регулятором

Упростим алгоритм работы системы:

  1. В течение дня батареи вырабатывают электричество, которое проходит через контроллер.
  2. Электронный блок оценивает уровень заряда аккумулятора и затем направляет энергию в нужную линию — для зарядки или потребителям (инвертору).
  3. Инверторный блок преобразует постоянный ток в переменный со стандартными параметрами — 220 В / 50 Гц.

Есть 2 типа регуляторов — PWM и MPPT. Разница между ними заключается в способе зарядки силовых ячеек и величине потерь напряжения. Устройства MPPT более современные и экономичные. Используются разные типы аккумуляторов: свинцово-кислотные, гелевые и др.

SES содержит специальные аккумуляторы, которые не боятся глубокой разрядки.

Если необходимо использовать несколько модулей, их можно соединить 3 способами:

  1. Параллельное соединение позволяет увеличить ток в цепи. «Минусовые» клеммы всех батарей подключены к одной линии, а «плюсовые» клеммы — к другой. Выходное напряжение остается неизменным.
  2. Использование последовательной схемы позволяет увеличить выходное напряжение. Клемма «минус» первой панели подключается к клемме «плюс» второй панели и так далее.
  3. Комбинированный метод используется, когда необходимо изменить оба параметра — ток и напряжение. Несколько модулей подключаются последовательно, затем группа подключается к общей сети параллельно с другими аналогичными группами.

Как выглядят солнечные батареи для дома и сопутствующие устройства, мастер-электрик объяснит в видео:

Сколько нужно солнечных батарей для отопления дома

Вроде бы просто. Небольшой коттедж площадью 100 м² будет использовать для отопления примерно 10 кВт = 10 000 Вт тепловой энергии. Это 100 панелей мощностью 0,1 кВт или 34 больших модуля мощностью 300 Вт. На крыше дома нельзя разместить столько радиаторов, а в случае с квартирой об этом не может быть и речи.

Ссылка. Размер одного фотоэлемента мощностью 100 Вт, изготовленного по поликристаллической технологии, составляет примерно 1020 x 700 мм или 0,71 м². Аналогичный аккумулятор мощностью 300 Вт покрывает площадь 1,68 м² (170 х 99 см).

Этот результат неверен, так как он не учитывает эксплуатационные характеристики солнечных систем отопления:

    Фотоэлектрический модуль производит максимальную мощность, когда лучи падают под углом 90 ° к плоскости батареи. Если мы не сделаем трекер — механизм слежения, который вращает панель в соответствии с движением солнца, — мы потеряем около 40% энергии. С другой стороны, такое устройство также потребляет электроэнергию.

Трекер поворачивает модули, следуя за солнцем, обеспечивая угол падения солнечного света 90 °.

  • Количество солнечной радиации на 1 м² — инсоляция — зависит от региона, в котором вы живете, высоты над уровнем моря, затененности местности. Эти факторы напрямую влияют на производительность аккумулятора.
  • Со временем полупроводниковое покрытие модулей ухудшается, что приводит к потере примерно 1% электроэнергии ежегодно.
  • Если фотоэлектрический слой перегревается солнцем, эффективность панели также падает.
  • Небольшое количество энергии теряется в сопутствующем оборудовании — инверторах, контроллерах, батареях. Это банальный нагрев деталей — трансформаторов, микропроцессоров и других элементов.
  • Дополнительные потери создаются, когда столешница загрязняется или покрывается снегом.
  • Обратите внимание, что в случае солнечного отопления зимой, произведенной электроэнергии должно быть достаточно для обогрева дома и зарядки аккумуляторов в ночное время.
  • Выводы. Не существует универсального расчета электрической емкости батарей, подходящего для всех стран и регионов. Однако указанное выше значение 10 кВт следует (как минимум) удвоить, чтобы получить достойный результат на практике. Вам потребуется не менее 200 панелей мощностью 100 Вт на площади более 140 м².

    Надежный способ получить точные данные об инсоляции и расчеты солнечной энергии — обратиться к местному установщику солнечной энергии. Или вы можете самостоятельно изучить солнечную карту местности.

    На карте видно, что центральные регионы России получают довольно небольшое количество солнечной радиации, в среднем 3–3,5 кВт на квадратный метр в сутки.

    Предлагаем пойти другим путем — воспользоваться опытом владельцев автономных солнечных электростанций, почитать их мнения на тематических форумах. Найдите там пользователей, которые живут в вашем районе, если вам нужны реальные данные бесплатно. Вот некоторые примеры:

    1. Автономная солнечная система, расположенная в Ленинградской области, РФ. Установлено 6 панелей мощностью 0,22 кВт каждая (всего 1,32 кВт), пиковая мощность в безоблачный зимний день — 1157 Вт. Эта тема обсуждается на известном русскоязычном форуме.
    2. г. Анапа, емкость АКБ — 2,2 кВт, количество не определено. В течение дня электростанция вырабатывает около 9 кВт.
    3. г. Москва, мощность СЭС 2,64 кВт. В течение июня завод произвел 304 кВт электроэнергии.

    Внимание. Здесь вы можете найти мнения и другую полезную информацию о SES.

    Примечание: мы включали только солнечную энергию для отопления, нагрева воды и других коммунальных услуг не учитывались. Как рассчитать количество панелей на практике, вы можете увидеть на видео:

    Реальные способы обогрева

    Как вы поняли из вышесказанного, реализовать полноценное электрическое отопление дома через солнечные батареи достаточно сложно (и дорого). Не каждый хозяин решается купить и установить панели на площади 100-150 квадратных метров для обогрева небольшого дома или дачи. Так что о схеме электрокотел + водопровод + радиаторное отопление речи не идет.

    Но идею отопления с помощью солнечных модулей нельзя назвать утопией. Перечислим варианты, которые домовладельцы используют на практике:

    • панели плюс инверторные кондиционеры с КПД КС 3,5-4;
    • подключение аккумуляторов напрямую к электронагревателям без инвертора;
    • Строительство полной теплоэлектростанции, продажа электроэнергии государству и выделение выручки от этого на оплату традиционного отопления.

    Добавление. Нет смысла обсуждать использование панелей в качестве дополнительных источников энергии для основного отопления — это очевидное решение.

    Начнем с третьего варианта, который интересен трейдерам. В странах, где правительство использует так называемые зеленый тариф, домовладелец может получать электроэнергию из возобновляемых источников и подавать ее в общую электрическую сеть, получая от этого прибыль. Это означает, что домовладелец покупает те же 200-300 солнечных панелей, но продает энергию по хорошей цене, а не тратит ее впустую.

    На крышу многоквартирного дома не поместится большое количество аккумуляторов; на участке придется разместить мощную установку

    Например, в Украине зеленый тариф в 3 раза выше обычного тарифа (с июня 2019 года). Необходимо выполнить одно условие: минимальная мощность СЭС — 30 кВт. Вы строите электростанцию, поставляете электричество в сеть, а сами покупаете в три раза дешевле.

    Давайте подробнее рассмотрим два других варианта.

    Отопление кондиционерами

    Этот метод основан на эффективности инверторных сплит-систем, которые снабжают внутреннюю часть дома в четыре раза больше тепла, чем потребляемой электроэнергии. Как реализовать такой обогрев:

    1. Первое, что мы делаем, это минимизируем теплопотери здания — утепляем стены, пол и крышу, устанавливаем энергоэффективные окна. Идеальное значение теплопотребления для квартиры площадью 100 м² составляет 6 кВт.
    2. Покупка двух кондиционеров с инверторными компрессорами, работающими при отрицательных температурах наружного воздуха. Суммарная мощность устройств должна равняться теплопотерям дома, в нашем случае — 6 кВт. Потребление таких «сплит» не превысит 2 кВт.
    3. Установим солнечную электростанцию, которая сможет круглосуточно обеспечивать электричеством кондиционеры.
    4. Для отопления в самые холодные дни необходимо установить любой традиционный источник тепла — котел, дровяную печь.

    Тепловые насосы Mitsubishi Zubadan потребляют даже меньше энергии, чем кондиционеры, и обеспечивают в четыре раза больше тепла (COP = 4).

    Видео в конце этой главы подтверждает, что описанная схема вполне выполнима. Один существенный недостаток: при отрицательной температуре резко падает КПД кондиционеров, без бойлера не обойтись. В умеренном и северном климате солнечные модули сами по себе не справятся.

    Внимание. Большинство инверторных сплит-систем могут работать при отрицательных температурах до -15 ° C. КПД снижен до 1,5-2 (вырабатывается вдвое больше тепла, чем потребляется электроэнергии).

    Использование местных обогревателей

    Это значительное снижение системных затрат для неприхотливых потребителей — обычных тепловентиляторов. При отсутствии инвертора для солнечных модулей ему придется подключать нагреватели на 12 вольт (он может взять машину или сделать своими руками).

    Как собрать солнечный генератор:

    1. Установите необходимое количество аккумуляторов с рабочим напряжением 12 В.
    2. Подключите их кабелями сечением 2,5 мм², как показано на схеме ниже — без инвертора.
    3. Подключите нагрузку — маломощный тепловентилятор на 12 В.

    На видео ниже показан специалист, который подробно разбирает нюансы этого подключения. Этот способ подходит для обогрева отдельных помещений радиаторами 1-1,5 кВт.Отопить весь дом сложнее — необходимо собрать несколько отдельных цепей с солнечными коллекторами, чтобы не увеличивать сечение проводов.

    Заключительный вывод

    Сделать полноценный обогрев частного дома на солнечных батареях очень сложно. Единственный более-менее реалистичный сценарий — это использование сплит-систем, а еще лучше геотермального теплового насоса, который мало зависит от температуры на улице. Установка потребляет мало электроэнергии, поэтому ее можно запитать от домашней системы СЭС.

    Мы сознательно исключили из статьи финансовые вопросы, поскольку речь шла о технических вопросах. Однако имейте в виду, что солнечное энергетическое оборудование — батареи, аккумуляторы, инверторы и блоки управления — стоит больших денег. Чтобы успешно решить эту проблему, нужно быть хорошо зарабатывающим энтузиастом.

    Схема с вакуумными коллекторами, подключенными к косвенному водонагревателю, обойдется дешевле. Однако у этого варианта есть свои сложности, такие как накопление тепла и застой коллектора в тепле. Нет простых решений кропотливой работы по освоению солнечной энергии.

    PinchProfit