Uppvärmning av ett privat hus med solpaneler: system och enheter

Typer av solpaneler

Enheter är indelade i klasser beroende på graden av effekt:

• låg effekt;
• universell;
• solcellspanel.

Dessutom finns det tre batterityper med olika destination:

1. Fotoelektriska omvandlare (PVC). De omvandlar solenergi till elektrisk energi.
2. Solkraftverk (HES). De används för att säkerställa funktionen hos olika industriella installationer - turbiner, ångmotorer, etc.
3. Solfångare (SC). Servera för värmeförsörjning av lokaler.

Valet och beräkningen av solpaneler för ett privat hus kräver att ägaren känner till utrustningens designfunktioner. Det finns en uppdelning efter det fysiska och kemiska tillståndet för batterimaterialet. Denna fråga bör övervägas mer ingående.

silikonbatterier

Kiselceller är de vanligaste typerna av solcellsomvandlare.

Anledningen till detta är förekomsten och tillgängligheten av detta material. Samtidigt är produktionstekniken mycket komplex, produktionen av element kostar betydande belopp, vilket tvingar tillverkarna att leta efter alternativ för att minska kostnaderna.

Än så länge har detta bara uppnåtts på bekostnad av minskad effektivitet, men utvecklare letar ständigt efter sätt att förbättra kvaliteten och prestandan på sina produkter. Tänk på vilka typer av silikonbatterier.

Monokristallin

De mest effektiva och dyra elementen. Högrent kisel används, vars produktionsteknik har utarbetats vid tillverkning av halvledare. Elementen är tunna sektioner (300 µm) från en enda kristall som odlats specifikt för denna uppgift. Kristallstrukturen har en regelbunden form, kornen är riktade i en riktning. Kostnaden för materialet är hög, effektiviteten är 18-22%. Livslängden är mycket lång, minst 30 år.

Polykristallin

Dessa element erhålls genom gradvis kylning av smält kisel.där polykristaller bildas. Strukturen av ett sådant material har inte en regelbunden form, kornen är inte parallella och riktade i olika riktningar. Produktionen är mycket billigare, eftersom denna teknik kräver mindre elektricitet, men produkteffektiviteten är lägre - 12-18%.

amorf

Amorfa batterier är inte gjorda av kristallint kisel, utan av kiselväte (silan), som appliceras i ett tunt lager på basmaterialet. Effektiviteten hos dessa batterier är låg - endast 5-6%, men priset är också det lägsta. Samtidigt finns det några fördelar - en hög koefficient för optisk absorption, förmågan att arbeta i molnigt väder, motstånd mot paneldeformation.

hybrid

Hybridpaneler är en kombination av solceller och solfångare. Faktum är att panelerna värms upp och förlorar prestanda när de genererar energi.

Vattenkylning användes för att minska uppvärmningen. Det visade sig att mängden värme som tas emot av vatten från fotoceller kan användas för husbehov eller för uppvärmning av rum.

Sådana solpaneler är bra för både energigenerering och uppvärmning av hem. Tillverkare hävdar att effektiviteten hos sådana paneler är extremt hög (vissa säger 80%), men detta är ett vanligt marknadsföringsknep, med hänsyn till indikatorernas stabilitet som en ökning av effektiviteten.

Detta är en annan typ av fotovoltaiska omvandlare, som inte är gjorda på kiselbasis, utan av flera polymerfilmer vikta till en tät förpackning och som utför olika funktioner.. Effektiviteten hos sådana batterier är ungefär fyra gånger lägre än hos kiselbatterier, men de är lätta, relativt billiga att tillverka och som ett resultat billigare att sälja. Man tror att polymeranordningar har hög potential och kommer att utvecklas aktivt, eftersom låg kostnad och produktionshastighet är de viktigaste fördelarna med materialet.

Framtiden tillhör alternativa energikällor

Efterfrågan på energi växer i proportion till den snabba teknikutvecklingen. Om idag alternativa energikällor är exotiska och endast används där inga andra metoder är lämpliga, så kommer situationen efter ett tag att förändras radikalt. Beroende av resursförsörjningsföretag är inte den mest lovande utsikten, vilket tvingar oss att leta efter andra, mer oberoende alternativ för att förse bostäder med energi och värme.

Så fort billigare och mer produktiv utrustning dyker upp kommer användningen av solpaneler att bli utbredd.. Drivkraften till detta kommer att vara överbefolkningen av de centrala regionerna, bristen på bostäder och arbete, behovet av att bosätta sig i mer avlägsna regioner. Om parametrarna för utrustningen vid den tiden blir ganska stabila och priserna faller till överkomliga nivåer, kommer efterfrågan på solpaneler att bli mycket hög.

Funktionsprincip

Principen för driften av solbatteriet. (Klicka för att förstora)

Principen för driften av ett solbatteri är ganska enkel. Det är omvandlingen av solenergi till elektrisk energi. Fotoreceptorer på plattan absorberar solljus, vilket orsakar en mikrourladdning på plattans yta.

Kraften hos en sådan mikrourladdning är ganska liten, men många fotoreceptorer som finns på batteriområdet kan generera och ackumulera den nödvändiga mängden elektricitet för mänskliga behov.

Solpaneler kan installeras på hustak:

• privata hus;
• flervåningsbyggnader;
• små industrilokaler;
• paviljonger;
• baldakiner.

Villkoret för att placera strukturen är ett platt tak eller annat plan av ett stort område.

Experttips: solfångarmoduler placeras mot solen

Därför är det viktigt att installera modulen på den södra eller sydöstra sidan under installationen.

Fördelarna med ett solvärmesystem

Det finns flera fördelar med solpaneler för uppvärmning av hem:

• Året runt förses ditt hem med nödvändig värme. Du kan även justera temperaturen i huset efter eget gottfinnande.
• Totalt oberoende av bostäder och kommunal service. Nu behöver du inte betala jättestora värmeräkningar.
• Solenergi är en reserv som kan användas för olika hushållsbehov.
• Dessa batterier har en mycket bra livslängd. De misslyckas sällan, så du behöver inte oroa dig för att reparera eller byta ut vissa komponenter.

Det finns några nyanser som du bör vara uppmärksam på innan du väljer detta system. När allt kommer omkring kanske ett sådant system inte passar alla.

På många sätt beror kvaliteten på ett sådant värmesystem på bostadens geografi. Om du bor i en region där solen inte skiner varje dag, kommer sådana system att vara ineffektiva. En annan nackdel med detta system är att solpaneler är dyra. Det är sant att vi inte bör glömma att ett sådant system kommer att betala sig helt över tiden.

Solens varaktighet i Ryssland

För att förse huset med den nödvändiga mängden värme kommer det att ta från 15 till 20 kvadratmeter. meter solpanelsyta. En kvadratmeter avger i genomsnitt upp till 120W.

För att ta emot cirka 500 kW värme per månad är det nödvändigt att det finns cirka 20 soldagar i en månad.

En förutsättning är installation av solpaneler på södra sidan av taket, eftersom det sprider mest värme. För att solvärmen ska bli så effektiv som möjligt bör takets vinkel vara ca 45 grader. Det är önskvärt att höga träd inte växer nära huset och det finns inga andra föremål som kan skapa en skugga. Husets fackverkssystem måste ha den nödvändiga styrkan och tillförlitligheten.Eftersom solpaneler inte är precis lätta måste man se till att de inte skadar byggnaden och inte framkallar destruktiva processer. Sannolikheten för kollaps ökar på vintern, eftersom vid denna tidpunkt, förutom tunga batterier, snö kommer att samlas på taket.

Solpaneler placeras vanligtvis på husets tak.

Trots att solpaneler är ganska dyra, blir de mer och mer populära. De används även där klimatet inte är för varmt. Ett sådant system kan också användas som extra uppvärmning i hemmet. Sådana system är mest effektiva under sommarmånaderna, då solen skiner nästan varje dag. Glöm dock inte att huset måste värmas upp främst under vintermånaderna.

Sätt att använda solenergi

Metoderna för att använda himlakroppens energi hör inte till innovativa teknologier; solvärme har använts under lång tid och mycket framgångsrikt. Det gäller dock främst Australien, vissa länder i Europa, Amerika och de södra regionerna, där alternativ energi kan erhållas under hela året.

Vissa nordliga regioner upplever en brist på naturlig strålning, så den används som ett extra eller reservalternativ.

Bildgalleri
Foto från
Solpaneler är ett av sätten att få praktiskt taget gratis energi, utstrålad gratis av himlakroppen.

Installationen av ett autonomt solkraftverk är tillrådligt i regioner med ett stort antal soliga dagar, vilket inte är relaterat till den genomsnittliga årliga temperaturen

Ett autonomt solsystem finns huvudsakligen på taken av låga byggnader och i trädfria områden.

Under frostperioden levererar solsystem energi för uppvärmning av luft, ånga eller vatten, på sommaren ger de uppvärmt vatten

Solkraftverk är bland de "gröna", miljövänliga, kontinuerligt förnybara typerna av energiproduktion

Än så länge är solkraftverkens effektivitet alltför beroende av antalet soliga dagar. Det är lönsamt endast på sydliga breddgrader. I mittfilen och i norr kan den endast fungera som reservkälla

Solpaneler i södra OSS-länderna kommer att kunna förse ett hus på landet med el, varmvatten och kylvätska för värmekretsar

Solsystem, även använda som reservenergikälla, ger en ganska hög ekonomisk effekt, vilket minskar bördan på de viktigaste alternativen för att generera energi.

Passiv användning av solenergi

Installation av solpaneler

Optimalt läge för ett privat solsystem

Placering av solpanelen längs takfoten

Solsystem på platt tak

Solkraftverk som reservkälla

Drift av batterier i de södra regionerna i OSS-länderna

De verkliga fördelarna med ett solsystem i den privata sektorn

Mellanled mellan solens strålar och mekanismen som genererar energi är solbatterier eller solfångare, som skiljer sig åt i både syfte och design.

Batterier lagrar energi från solen och gör att den kan användas för att driva hushållsapparater. De är paneler med fotoceller på ena sidan och en låsmekanism på den andra. Du kan experimentera och montera batteriet själv, men det är lättare att köpa färdiga element - valet är ganska brett.

Solfångare (solfångare) är en del av husets värmesystem.Stora värmeisolerade lådor med kylvätska, som batterier, är monterade på upphöjda sköldar mot solen, eller taklutningar.

Det är felaktigt att anta att absolut alla nordliga regioner får mycket mindre naturlig värme än södra. Anta att det finns mycket fler soliga dagar i Chukotka eller i centrala Kanada än i Storbritannien som ligger söderut

För att öka effektiviteten placeras panelerna på dynamiska mekanismer som liknar ett spårningssystem - de roterar efter solens rörelse. Processen för energiomvandling sker i rör placerade inuti lådorna.

Den största skillnaden mellan solsystem och solpaneler är att de förra värmer kylvätskan, medan de senare ackumulerar elektricitet. Det är möjligt att värma rummet med hjälp av fotoceller, men enhetsscheman är irrationella och lämpar sig endast för de områden där det finns minst 200 soliga dagar om året.

Schema för ett värmesystem med en solfångare ansluten till en panna och en extra elkälla (till exempel en gaspanna) som drivs på traditionellt bränsle (+)

Olika sorter

I vidaste bemärkelsen betyder termen "solbatteri" en enhet som låter dig omvandla den energi som solen utstrålar till en lämplig form för efterföljande användning inom olika områden av mänskligt liv. Två typer av solpaneler används för att värma hus.

fotovoltaiska celler

Batterier av denna klass kallas ofta omvandlare, eftersom energin från solstrålning med deras hjälp omvandlas till elektrisk energi. Denna omvandling blev möjlig på grund av halvledarnas egenskaper.Cellen i en fotoelektrisk cell består av två material, varav ett har hålledningsförmåga och det andra - elektroniskt.

fotovoltaiska celler

Flödet av fotoner som utgör solljus får elektronerna att lämna sina banor och migrera genom Pn-övergången, som i själva verket är en elektrisk ström.

Beroende på vilken typ av material som används finns det tre typer av solcellsbatterier: kisel, film och koncentrator.

Kisel

Mer än tre fjärdedelar av de solpaneler som produceras idag är av denna typ. Detta beror på förekomsten av kisel i jordskorpan, såväl som det faktum att de flesta teknologier för produktion av halvledarelektronik var fokuserade på att arbeta med detta material.

I sin tur är kiselbaserade element indelade i två typer:

• monokristallin: det dyraste alternativet, effektiviteten är 19% - 24%;
• polykristallin: mer prisvärd, men har en effektivitet i intervallet 14% - 18%.

Filma

Vid tillverkning av fotoceller i denna grupp används halvledare som har en högre ljusabsorptionskoefficient än för mono- och polykristallint kisel.

Detta gjorde det möjligt att minska tjockleken på elementen med en storleksordning, vilket hade en positiv effekt på deras kostnad. Följande material används:

• kadmiumtellurid (effektivitet - 15% - 17%);
• amorft kisel (effektivitet - 11% - 13%).

koncentrator

Dessa batterier har en flerskiktsstruktur och kännetecknas av den högsta effektiviteten - cirka 44%. Huvudmaterialet i deras produktion är galliumarsenid.

Värmesystem komplett set

Värmesystemet baserat på solcellsbatterier består av följande komponenter:

• själva batterierna;
• batteri;
• styrenhet: styr batteriladdningsprocessen;
• växelriktare: omvandlar likström från ett batteri eller en ackumulator till växelström med en spänning på 220 V;
• konvektor, varmvattenpanna eller någon annan typ av elvärmare.

Nätmonterat solcellssystem

Solfångare

Batterier av denna sort består av flera svartmålade rör genom vilka kylvätskan som cirkulerar i värmesystemet pumpas. Samtidigt absorberas solstrålningens termiska energi av arbetsmiljön utan någon omvandling. I de flesta fall använder den en propylenglykol-baserad blandning (den har frostskyddsegenskaper), men det finns också samlare som är orienterade för att arbeta med luft. Den senare, efter uppvärmning, matas direkt in i det uppvärmda rummet.

Solfångare

I sin enklaste form kallas en solfångare för en plattfångare. Den är gjord i form av en låda av glas med en mörk beläggning, som är i kontakt med kylvätskan som passerar genom rören. Vakuumsamlare har en mer komplex enhet. I sådana batterier placeras rör med kylvätska i en förseglad glaslåda, från vilken luft pumpas ut. Således är rören som innehåller arbetsmediet omgivna av ett vakuum, vilket eliminerar värmeförlust från kontakt med luft.

Uppenbarligen bygger tillverkningen av solfångare på enklare teknologier än produktionen av solceller. Som ett resultat är de också billigare. Samtidigt når effektiviteten hos sådana installationer 80% - 95%.

Komplett uppsättning av solsystem

Huvudelementen i solsystemet (solbatterisystem för hemmet) är:

• solfångare;
• cirkulationspump (i system med naturlig cirkulation av kylvätskan kan den vara frånvarande, men de är ineffektiva);
• en behållare med vatten, som spelar rollen som en värmeackumulator;
• vattenvärmekrets, bestående av rör och radiatorer.

Schema för implementering av solcellssystem med värmestöd med daglig energilagring

Fördelarna med solpaneler

Den viktigaste fördelen med solcellskonverterare är oberoende av resursorganisationer. El genereras helt autonomt, utan att vara ansluten till nätet. Det är bara nödvändigt att ha en källa - solljus, på natten kan systemet inte fungera. Det finns andra fördelar också:

• Miljövänlighet. Systemet påverkar inte miljön på något sätt, släpper inte ut några skadliga ämnen.
• Lång livslängd. Utrustningen kan fungera nästan oändligt, med förbehåll för periodiskt underhåll av specialister.
• Helt tyst drift.
• Möjlighet att öka kraften i systemet genom att lägga till nya moduler.
• Återbetalning av utrustning. Priset på satsen återförs gradvis till ägaren i form av energikostnadsbesparingar. Redan efter några år börjar utrustningen gå med vinst.
• Ständig minskning av kostnaden för kit. Volymen av produktion av sådan utrustning är stor, och detta orsakar en minskning av priserna. Ett solsystem för ett hem som köpts om några år kommer att vara billigare än ett som köps idag, och detta inger förtroende för utvecklingen av teknik och tillgången på utrustning.

Rörformade solfångare

Rörformade solfångare är sammansatta av separata rör genom vilka vatten, gas eller ånga rinner. Detta är ett av de öppna solsystemen. Men kylvätskan är redan mycket bättre skyddad från extern negativitet. Speciellt i vakuuminstallationer, arrangerade enligt principen om termosar.

Varje rör är anslutet till systemet separat, parallellt med varandra. Om ett rör går sönder är det lätt att byta ut det mot ett nytt. Hela strukturen kan monteras direkt på byggnadens tak, vilket i hög grad underlättar installationen.

Den rörformade uppsamlaren har en modulär struktur. Huvudelementet är ett vakuumrör, antalet rör varierar från 18 till 30, vilket gör att du kan välja systemets kraft exakt

Ett betydande plus med rörformiga solfångare ligger i den cylindriska formen på huvudelementen, tack vare vilken solstrålning fångas hela dagen utan användning av dyra system för att spåra armaturens rörelse.

En speciell flerskiktsbeläggning skapar en slags optisk fälla för solens strålar. Diagrammet visar delvis den yttre väggen av vakuumkolven som reflekterar strålarna på den inre kolvens väggar

Beroende på utformningen av rören särskiljs penna och koaxialsolfångare.

Koaxialröret är ett Diyur-kärl eller en bekant termos. De är gjorda av två flaskor mellan vilka luften pumpas ut. Den inre ytan av den inre kolven är belagd med en mycket selektiv beläggning som effektivt absorberar solenergi.

Med en cylindrisk form av röret faller solens strålar alltid vinkelrätt mot ytan

Termisk energi från det inre selektiva lagret överförs till ett värmerör eller en intern värmeväxlare gjord av aluminiumplåtar. I detta skede uppstår oönskade värmeförluster.

Fjäderröret är en glascylinder med en fjäderabsorbent insatt inuti.

Systemet har fått sitt namn från en fjäderabsorbent, som tätt virar runt en värmekanal gjord av värmeledande metall.

För bra värmeisolering pumpas luft ut ur röret. Värmeöverföring från absorbatorn sker utan förlust, så effektiviteten hos fjäderrör är högre.

Termotuben är en förseglad behållare med en flyktig vätska.

Eftersom den flyktiga vätskan naturligt flödar till botten av termoröret är den minsta lutningsvinkeln 20°

Inuti termoröret finns en flyktig vätska som absorberar värme från kolvens innervägg eller från fjäderabsorbatorn. Under inverkan av temperaturen kokar vätskan och stiger i form av ånga. Efter att värmen avges till värme- eller varmvattenkylvätskan kondenserar ångan till en vätska och rinner ner.

Vatten under lågt tryck används ofta som en flyktig vätska.

Ett direktflödessystem använder ett U-format rör genom vilket vatten eller kylvätska i värmesystemet cirkulerar.

Ena halvan av det U-formade röret är utformat för kall kylvätska, den andra tar det uppvärmda. Vid uppvärmning expanderar kylvätskan och går in i lagringstanken, vilket ger naturlig cirkulation. Som med termorörsystem måste den minsta lutningsvinkeln vara minst 20⁰.

Med en direktflödesanslutning kan trycket i systemet inte vara högt, eftersom det finns ett tekniskt vakuum inuti kolven

Direktflödessystem är mer effektiva eftersom de omedelbart värmer upp kylvätskan.

Om solfångarsystem är planerade för användning året runt, pumpas speciella frostskyddsmedel in i dem.

För- och nackdelar med rörformade samlare

Användningen av rörformiga solfångare har en rad fördelar och nackdelar. Konstruktionen av en rörformad solfångare består av samma element, som är relativt lätta att byta ut.

Fördelar:

• låg värmeförlust;
• förmåga att arbeta vid temperaturer upp till -30⁰С;
• effektiv prestanda under hela dagsljuset;
• bra prestanda i områden med ett tempererat och kallt klimat;
• låg vindstyrka, motiverad av rörformiga systems förmåga att passera luftmassor genom dem;
• möjligheten att producera en hög temperatur på kylvätskan.

Strukturellt har den rörformiga strukturen en begränsad öppningsyta. Det har följande nackdelar:

• inte kan självrengöra från snö, is, frost;
• högt pris.

Trots den initialt höga kostnaden betalar rörformiga samlare för sig själva snabbare. De har en lång livslängd.

Rörfångare är solvärmesystem av öppen typ, därför är de inte lämpliga för användning året runt i värmesystem.

Typer av solpaneler

Det finns olika typer av solceller. Dessutom skiljer sig materialet från vilket de är gjorda och tekniken. Alla dessa faktorer påverkar direkt prestandan hos dessa omvandlare. Vissa solceller har en verkningsgrad på 5-7 %, och den mest framgångsrika senaste utvecklingen visar 44 % eller mer. Det är tydligt att avståndet från utveckling till hushållsbruk är enormt, både i tid och pengar. Men ni kan föreställa er vad som väntar oss inom en snar framtid. Andra sällsynta jordartsmetaller används för att få bättre prestanda, men med förbättrad prestanda har vi en hygglig prisökning. Den genomsnittliga prestandan för relativt billiga solomvandlare är 20-25%.

Silikon solcellsmoduler är de mest använda

De vanligaste kiselsolcellerna. Denna halvledare är billig, dess produktion har behärskats under lång tid. Men de har inte den högsta effektiviteten - samma 20-25%.Därför, med all mångfald, används huvudsakligen tre typer av solomvandlare idag:

• Det billigaste är tunnfilmsbatterier. De är en tunn beläggning av kisel på bärarmaterialet. Kiselskiktet är täckt med en skyddsfilm. Fördelen med dessa element är att de fungerar även i diffust ljus, och därför är det möjligt att installera dem även på väggarna i byggnader. Nackdelar - låg effektivitet på 7-10%, och, trots skyddsskiktet, den gradvisa nedbrytningen av kiselskiktet. Men genom att ockupera ett stort område kan du få el även i molnigt väder.
• Polykristallina solceller är gjorda av smält kisel och kyler det långsamt. Dessa element kan särskiljas genom deras ljusblå färg. Dessa solpaneler har den bästa produktiviteten: effektiviteten är 17-20%, men de är ineffektiva i diffust ljus.
• Den dyraste av hela treenigheten, men samtidigt ganska utbredd, är enkristallsolpaneler. De erhålls genom att dela en enda kiselkristall i wafers och har en karakteristisk geometri med fasade hörn. Dessa element har en verkningsgrad på 20% till 25%.

Nu, när du ser inskriptionerna "mono solpanel" eller "polykristallin solpanel", kommer du att förstå att vi pratar om en metod för produktion av kiselkristaller. Du kommer också att veta hur effektivt du kan förvänta dig av dem.

Batteri med monokristallina omvandlare