Солнечные батареи для отопления частного дома

Владельцы загородных коттеджей нередко устанавливают солнечные батареи для отопления дома. Популярность такой конструкции легко объяснить: экономия на топливе и экологически чистая система жизнеобеспечения. При умелом использовании энергии солнца, ветра или воды вполне реально превратить небольшую дачную постройку в современное экожилище. Но для начала стоит разобраться, как это сделать и насколько такие батареи выгодны жильцам.

Энергию солнечного света применяют уже давно и успешно, поэтому технология не является инновацией. Но пользуются такой услугой чаще всего жители жарких стран и южных широт, так как в теплых климатических условиях добывать такой альтернативный ресурс можно круглогодично. А вот северные регионы, где существует недостаток естественного излучения, используют солнечное отопление только как дополнительный вариант.

Своеобразными посредниками между солнцем и механизмом, который образует энергию, являются солнечные батареи и специальные коллекторы. Притом эти элементы могут различаться как по назначению, так и по конструкции. Но суть их работы заключается в аккумулировании солнечной энергии для последующего использования.

Батареи представлены в виде панелей, на одной стороне которых имеются фотоэлементы, а на другой — фиксирующий механизм. Такую конструкцию вполне реально смонтировать самостоятельно, но можно приобрести уже готовые изделия, продающиеся в широком ассортименте.

Гелиосистема — прибор, который является частью системы отопления. Он представляет собой большой теплоизолированный короб, в который встроен теплоноситель. Такое устройство вместе с батареями закрепляют на приподнятом щите, обращенном к светилу. Разрешается также просто уложить обогревательные элементы на скате крыши.

Можно значительно повысить эффективность отопительной системы, если поместить батареи на специальные динамические механизмы. Эти устройства работают по принципу системы слежения, то есть поворачиваются в ту сторону, куда направлены лучи солнца.

Само преобразование осуществляется в трубах, которые расположены внутри коробки. Использовать солнечные батареи для отопления дома зимой вполне реально, но при условии, что солнечных дней в году будет не меньше двухсот.

Система, позволяющая обогреть дом солнечной энергией, имеет большое количество положительных качеств. Каждое из них довольно весомое, что позволяет жильцам экспериментировать. Главные достоинства батарей заключаются в следующем:

1. 1. Экологичность. Установка абсолютно безопасна как для жильцов, так и для окружающей среды. Это связано с тем, что для обогрева дома солнечными батареями не используется традиционное топливо.
2. 2. Автономность. Потребитель совершенно не зависит от цен на электроэнергию или экономической обстановки в стране.
3. 3. Общедоступность. Чтобы установить систему в частном доме, не требуется никакой разрешительной документации от государственных инстанций.
4. 4. Экономичность. При использовании коллекторов значительно снижаются затраты на горячее водоснабжение.

Кроме положительных аспектов существуют и отрицательные моменты. Например, чтобы определить, насколько качественно и эффективно работает система, требуется длительное время (от 3 до 5 лет). В этот период энергии должно быть в достаточно и использовать ее необходимо в активном режиме. К минусам солнечных батарей можно также отнести следующие факторы:

• высокая стоимость комплектующих деталей, необходимых для подключения и запуска конструкции;
• количество произведенного тепла полностью зависит от географического положения и погодных условий;
• жилье нуждается в резервном источнике (газовом или твердотопливном котле).

Нужно учесть, что для эффективной работы необходимо постоянно следить за чистотой установки, удалять наледь с её поверхности, ремонтировать поломки. Если температурный режим в регионе часто опускается ниже 0 °C, то придется дополнительно утеплять и сам коллектор, и дом в целом.

Стоит также учитывать, что подобные системы подходят не всем. Например, в регионах, где солнечные дни наблюдаются редко, конструкция вряд ли себя оправдает. Но, несмотря на высокую стоимость, пластины пользуются большой популярностью, поэтому все чаще их можно увидеть на дачных участках и крышах домов.

Существует два типа батарей: малые и большие фотоэлектрические системы. К первому виду относятся аккумуляторные панели, которые функционируют от напряжения 12—24 В. С их помощью можно смотреть телевизор и включить несколько осветительных приборов.

Большие установки способны обеспечить электроэнергией весь дом, а при необходимости и полностью обогреть его. Но это относится только к небольшим частным коттеджам, многоэтажные строения они отопить не смогут.

Что касается комплектации, то она может различаться в зависимости от модели. Как правило, в базовый набор входят:

• вакуумный солнечный коллектор;
• специальный контроллер, следящий за эффективностью работы;
• насос, при помощи которого подается теплоноситель;
• бак объемом 500—1000 литров для горячей воды;
• электрический ТЭН либо тепловой насос.

Все эти детали необходимы для нормального функционирования системы. Как именно их монтировать и использовать, прописывается в инструкции, которая также входит в комплект.

При оборудовании мощной системы отопления дома с помощью солнечных батарей можно дополнительно обеспечить жилище горячим водоснабжением, а также смонтировать теплый пол. Большая фотоэлектрическая установка вполне справится с этими функциями.

Перед тем как устанавливать коллекторы, необходимо рассчитать, какая мощность им нужна, чтобы полностью удовлетворить все нужды. При расчете стоит учитывать площадь частного дома, количество проживающих людей, а также расход энергии. Например, для небольшой семьи из трех человек в среднем за месяц потребуется от 200 до 500 Вт/м².

Если планируется обеспечить жилище горячей водой, то затраты на энергию увеличатся. Для эффективности можно сделать комбинированный вариант системы отопления. В таком случае домочадцы будут застрахованы и не останутся без отопления при аварийных и непредвиденных ситуациях.

При выборе отопительной системы рекомендуется тщательно изучить ее особенности и возможности. Но сначала нужно рассчитать общую площадь дома и необходимое количество тепла, которое потребуется для его обогрева. Кроме этого, необходимо определиться с местоположением устройства. Но для этого лучше всего обратиться к специалистам, поскольку даже незначительное отклонение может заметно повлиять на ее эффективность. При выборе места нужно учитывать следующие нюансы:

• конструкцию, которая обеспечивает солнечное отопление, необходимо расположить на южной стороне, так как именно там сосредотачивается наибольшее количество тепла;
• крыша не должна быть в горизонтальном положении, а иметь небольшой уклон (примерно 45 градусов);
• само устройство довольно габаритное и тяжелое, поэтому ему требуется прочная стропильная система;
• деревья и здания, которые расположены вблизи коллекторов, не должны образовывать тень или закрывать солнце.

Правильная установка значительно увеличивает эксплуатационный срок солнечных батарей. Система в таком случае прослужит около 25—30 лет и окупит себя уже на третий год использования, обеспечив владельцу дома независимость от коммунальных служб.

Лучше всего выбрать для системы место, которое максимально освещается на протяжении всего дня. Если дом находится в плохом состоянии и на его крыше нельзя закрепить коллекторы, то можно выбрать другое здание.

Что касается накопителя, то его можно расположить в подвале или на чердаке. Таких элементов может быть несколько, тогда они будут более компактны, а значит, и места занимать станут гораздо меньше.

Приобретение солнечных батарей хоть и затратное мероприятие, но вполне оправданное. Ведь получаемая энергия бесплатная, а ее источник неиссякаем.

Отопление частного дома солнечными батареями

Ускоренное развитие альтернативной энергетики обычно связывают с заботой о состоянии окружающей среды. Однако у возобновляемых источников энергии – прежде всего таких, как солнечные электростанции – есть и другое важная роль. За пределами городов, особенно в местностях с нестабильной работой или отсутствием электросетей, теоретически возможно организовать даже отопление от солнечных батарей.

Насколько реально отопление частного дома солнечными батареями?

Такой способ отопления дорогой и неэффективный, для решения задачи потребуется отопительная система и автономный постоянный источник энергии для неё. В качестве первой можно использовать:

• электрокотел и набор батарей с циркулирующей по замкнутому трубному контуру жидкостью (водой или специальным составом);
• «теплые полы»;
• классические навесные обогреватели;
• инфракрасные настенные, напольные либо плинтусные керамические панели.

Важно! Следует отметить, что для максимальной экономии наиболее эффективно применять метод независимой терморегуляции для каждого помещения отдельно.

Солнечные батареи для отопления частного дома – расчет мощности потребления и сравнительная таблица.

Рассмотрим относительно небольшой трехкомнатный частный дом площадью 85м2. Отапливать понадобится:

• спальню и гостиную по 20м2 – 1,0 кВт на каждую;
• детскую 15 м2 – 0,75 кВт; • кухню 10 м2 – 0,5 кВт;
• коридор 10 м2 – 0,35 кВт;
• ванную комнату и туалет 5+5м2 – 0,35 кВт.

Итого: 1,0 + 1,0 + 0,75 + 0,5 + 0,35 + 0,35 = 3,95 кВт, или приблизительно 4 кВт.

В зависимости от выбранного варианта отопительной системы суточная потребляемая мощность составит:

	Время работы в сутки (ч)	Суточный расход энергии (кВт*ч)
Электрокотел и водяной контур	14-16	56-64
«Теплый пол»	12-14	48-52
Тепловые конвекторы	12-14	48-52
Керамические ИК – панели	7-10	32-40

Отопление с помощью солнечных батарей – расчет требуемой мощности СЭС в зависимости от региона.

Рассчитывая обеспечения такого количества энергии автономной СЭС необходимо учесть, что генерация солнечных панелей минимальна именно в зимние месяцы. Для наглядности продемонстрируем помесячный график выработки станцией мощностью 1 кВт в большинстве регионов средней полосы России.

График производительности солнечных батарей:

По регионам России видим следующие данные по инсоляции— интенсивности облучения поверхностей солнечным светом (солнечной радиацией).

Таким образом, примерно на 15-20% ниже генерация будет на северо-западе, на 15-20% выше – в южных регионах. Следовательно, даже при самом оптимальном варианте для отопления загородного дома средних размеров понадобится автономная станция мощностью от 30-40 кВт.

Отопление солнечными батареями – оборудование и его стоимость.

Для полностью независимой СЭС такой производительности потребуется закупить следующий комплект оборудования:

Примерная комплектация автономной солнечной электростанции на 30 кВт, базовый вариант с качественным оборудованием.

Оборудование, тип и количество	Цена за единицу	Сумма
Солнечные панели: Delta BST 300-24M PERC (монокристаллические, Tier1) — 100 шт.	130$	13000$
Многофункциональный инвертор: Schneider Electric Conext XW+8548 — 1 шт.	3100$	3100 $
Панель управления: XW SCP — 1 шт.	350$	350$
Контроллер заряда: Schneider Electric XW MPPT 80-600 — 6шт.	1800$	10800$
Аккумуляторные батареи: DELTA GEL 12-200 — 24 шт.	460$	11040$
Кабель солнечный: «PV cable» 6 мм2 — 200 м.	1.1$	220$
Система защиты: автоматы защиты, плавкие вставки, УЗИПы, электрические щитки, кабели, периферия — 1 комплект.	800$	800$
	ОБЩАЯ СУММА:	39310$

В базовую комплектацию могут быть внесены изменения – например, выбраны более или менее мощные панели, оборудование других производителей и т.д. К стоимости комплекта солнечных батарей для отопления дома необходимо добавить расходы на монтажные и пуско-наладку, составляющие 10-15% от стоимости. Также стоит прибавить стоимость металлоконструкций для крепления солнечных батарей и стеллажи для АКБ. В итоге полностью автономная станция обойдется примерно в 45 000 долларов. Причем более трети расходов уйдет на накопители дневной генерации, для возможности обогрева частного дома и ночью.

Место под солнечную электростанцию – как и где устанавливать?

Если Вы твердо приняли решение приобрести СЭС такой мощности, необходимо будет выделить место для её установки. Для этого потребуется немалая площадь, поскольку каждая панель займет около 1,3-2м2 при установке «впритык» на кровле дома и на земле. Если приходится размещать модули в не только рядов на земле и плоской кровле (с минимальным уклоном), есть правило — при установке панелей под углом, между рядами панелей необходимо делать отступ, чтобы тень от передних рядов не падала на задние, в таком случае, необходимая площадь для установки будет больше в 2-5 раз. Длина отступа зависит от длины и угла наклона панелей.

Сколько нужно солнечных батарей для отопления?

Проведем расчет требуемого количества, а также пространства на установку СЭС на 30кВт, исходя из мощности выбранных панелей.

Мощность панели, Ватт	Количество панелей для СЭС 30кВт, шт.	Монтаж впритык, м2	Монтаж с отступом, м2
200	150	200	400-1000
250	120	200	400-1000
300	100	160	320-800
380	79	160	320-800
450	67	150	300-750

Очевидно, что даже для фотоэлектрических модулей на 450 Вт каждый, места на крыше с южной стороны, у типового дома, наверняка не хватит. Следовательно, панели можно будет установить только возле дома, на участке с минимальной площадью примерно от 150 квадратных метров.

В этом случае основная конструкция примет примерно такой вид:

Интеграция СЭС в общее электроснабжение дома и другие возможные варианты установок

Но даже если купить солнечные батареи для отопления в таком количестве хватит денег, что делать с выработкой весной, летом и осенью? Ведь генерация СЭС на 30 кВт составляет в такие месяцы 100-180 кВт*ч в сутки, тогда как для полного потребления дома в это время достаточно 25 кВт*ч.

Даже такой объем позволит снабжать энергией следующий примерный набор устройств:

Электроприборы	Мощность, Вт	Количество	Время применения (часов в сутки)	Потребление (кВт*ч в сутки)
Внутреннее и внешнее освещение	10	20	5	1
Зарядки для телефонов	5	2	1	0,01
Телевизоры	80	2	3	0,48
Компьютеры и ноутбуки	150	2	12	3,6
Фен	1000	1	0,5	0,5
Холодильник	50	1	24	1,2
Электрочайник	2000	1	0,2	0,4
Микроволновая печка	800	1	0,3	0,24
Электроплита	2000	1	3	6
Электрокотел для подогрева воды	2500	1	2	5
Кондиционер	800	1	3	2,4
Стиральная машина	1500	1	2	3
ИТОГО:	23,83

Куда использовать остальные 40-100 кВт? И существует ли вариант «сброса» излишков в централизованную сеть? Рассмотрим эти вопросы подробно.

Основным недостатком солнечной станции, установленной исключительно для автономного отопления дома солнечными батареями в зимний период, является её неэффективное использование. Ведь в остальное время года, когда ежемесячная генерация намного выше, будет много излишек электроэнергии. В этом нет ничего критичного для оборудования, оно само снизит генерацию и ничего с этим делать не нужно. Вопрос в другом, куда можно потратить эту лишнюю энергию во благо?

Ситуацию могла бы исправить установка не полностью автономной, а гибридной или сетевой версии, при условии наличия стабильной центральной электросети. Но и это не панацея, ведь, при ныне действующем российском законодательстве, такие варианты не дадут быструю окупаемость.

Более того мы рассчитали станцию на 30кВт, а продавать энергию в централизованную сеть на договорных условиях для частных станций мощностью более 15 кВт запрещено, нужно будет ограничивать продажу (в настройках системы) до 15кВт. Сетевая или гибридная модификация меньшей мощности может помочь решить вопрос, но излишки пришлось бы реализовывать по оптовой цене для региона – т.е. в среднем по 2 руб. за 1 кВт*ч. Учитывая стоимость оборудования, затраченную на СЭС для отопления солнечными батареями, подобный выход (при наличии стабильной центральной сети), финансово абсолютно нецелесообразен.

Интеграция СЭС в существующие системы отопления

Последний, вполне приемлемый вариант – использовать солнечные панели для обеспечения электроэнергией отдельных элементов уже существующих отопительных систем дома.

1. Газовый и твердотопливный котлы. В таких отопительных системах необходимо снабжать электроэнергией только двухконтурный котел (или насос, если он технически не интегрирован в котел). Его потребление – не более 60-100 Вт/час, или 0,1 х 24 = 2,4 кВт*ч/сутки. В этом случае достаточно будет электростанции на 2,5-3 кВт, стоимостью не более $2500-3000 из 8-10 панелей, которые поместятся на любой крыше. А в летнее время года, такой системы будет достаточно чтобы снабжать электричеством весь дом. 2.
2. Тепловые насосы. Следующий способ отопления солнечными батареями – обеспечить э/э тепловые насосы. Для частного дома площадью 80м2 расчет потребления электроэнергии при таком виде отопления довольно сложный и зависит от многих субъективных факторов. Для тепловых насосов необходимой мощности может понадобится СЭС мощнее, чем для газового отопления той же площади – на 5-8 кВт.

Заключение

Приведенные расчеты и соображения позволяют сделать следующие выводы.

1. Установка для отопления в частном доме полностью автономной солнечной электростанции вполне возможна. Однако стоимость её составит около $ 45 000, а для размещения оборудования понадобится от 150 квадратных метров площади.
2. Наиболее выгодным вариантом представляется интеграция «солнечного» отопления в общее энергоснабжение дома и/или вспомогательное снабжение энергией отдельных элементов уже существующие системы обогрева. Это позволит использовать станцию для отопления дома солнечными батареями максимально рационально. А заодно на порядок уменьшить её стоимость, мощность и площадь для монтажа.
3. Главным преимуществом монтажа фотоэлектрической системы является е абсолютная независимость от внешних источников. Именно поэтому в отдаленных регионах России (например, Якутии) такие СЭС представляют собой не только выгодный, но и наиболее надежный способ получения электроэнергии.