Причини популярності альтернативних джерел енергії цілком зрозумілі: існує можливість заощадити на паливі і втілити в життя мрії про екологічно чисту систему життєзабезпечення. Уміло використовуючи енергію сонця, вітру і води, можна звичайний дачний будиночок перетворити в сучасний екобудинок. Спробуємо розібратися, чи реально в приватному будинку обладнати опалення на сонячних батареях і наскільки це вигідно.
Способи використання сонячної енергії
Методи застосування енергії небесного світила не належать до інноваційних технологій, сонячне тепло використовують давно і вельми успішно. Однак це стосується, в основному, Австралії, деяких країн Європи, Америки і південних регіонів, де альтернативну енергію можна отримувати протягом всього року. Деякі північні області відчувають дефіцит природного випромінювання, тому його застосовують в якості додаткового або запасного варіанту.
Посередниками між сонячними променями і механізмом, який створює енергію, є сонячні батареї або колектори, які відрізняються і призначенням, і конструкцією. Батареї акумулюють енергію сонця і дозволяють використовувати її для живлення побутових електричних приладів. Вони являють собою панелі з фотоелементами з одного боку і фіксуючим механізмом з іншого. Можна поекспериментувати і зібрати батарею самостійно, але простіше купити готові елементи – prel.prom.ua пропонує досить широкий вибір.
Геліосистеми (сонячні колектори) є частиною опалювальної системи будинку. Великі теплоізольовані короба з теплоносієм, як і батареї, кріплять на піднятих щитах, звернених до сонця, або схилах даху.
Для підвищення ефективності панелі поміщають на динамічні механізми, що нагадують систему стеження – вони повертаються слідом за рухом сонця. Процес перетворення енергії відбувається в трубках, розташованих усередині коробів. Головна відмінність геліосистем від сонячних батарей в тому, що перші нагрівають теплоносій, а другі акумулюють електроенергію. Є можливість обігрівати приміщення і за допомогою фотоелементів, але схеми пристрою нераціональні й придатні тільки для тих районів, де сонячних днів в році не менше 200.
Плюси і мінуси альтернативної опалювальної системи
Переваг у сонячної системи обігріву не так багато, але кожна з них є досить вагомою і може стати причиною для приватних експериментів:
- Екологічні переваги. Це безпечне для мешканців будинку і навколишньої природи, чисте джерело тепла, яке не вимагає застосування традиційних видів палива.
- Автономність. Власники систем зовсім не залежать від цін на енергоносії і від економічної обстановки в країні.
- Економічність. При збереженні традиційної опалювальної системи з’являється можливість знизити витрати на оплату гарячого водопостачання.
- Загальнодоступність . Для установки сонячних систем не потрібно дозволу з державних інстанцій.
Але існують і неприємні моменти, здатні зіпсувати загальну картину. Наприклад, для того, щоб визначити ефективність роботи системи, потрібно досить багато часу – не менше 3 років (за умови, що сонячної енергії досить і вона використовується у реальному часі). Установка тільки сонячних модулів зажадає великих вкладень.
Користувачі відзначають наступні недоліки:
- високі ціни на обладнання, необхідне для запуску системи в експлуатацію;
- пряма залежність кількості виробленого тепла від географічного положення і погоди;
- обов’язкова наявність резервного джерела, наприклад, газового котла (на практиці часто резервною виявляється геліосистема).
Щоб домогтися більшої віддачі, доводиться регулярно стежити за справністю колекторів, а також очищати їх від сміття. Якщо температура часто опускається нижче позначки 0ºС, потрібно подбати про додаткову теплоізоляцію не тільки елементів геліосистеми, а й будинку в цілому.
Чи підходять сонячні батареї для опалення
Головне призначення фотоелементів, які акумулюють енергію, полягає в забезпеченні будинку електрикою. Щоб включити їх в схему пристрою опалювальної системи і домогтися оптимального функціонування, необхідно зібрати ланцюг з накопичувальним баком. Саме в ньому буде відбуватися нагрівання води, яка, досягнувши певної температури, заповнить труби і радіатори в приміщеннях, що вимагають обігріву.
Спробуємо розібрати конструктивні особливості сонячних батарей і визначити їх потенційну роль в системі обігріву.
Як працюють панелі з фотоелементами
Існує три найпоширеніші види елементів для пристрою сонячних батарей:
- Монокристалічні. Це тонкі пластини з найбільш чистого кремнію, нарізані з вирощеного в штучних умовах кристала. Найпродуктивніший різновид з ККД близько 17-18%. Оптимальна температура для експлуатації – від 5 ºС до 25 ºС.
- Полікристалічні. Виготовлені з пластин, отриманих при поступовому охолодженні кремнієвого розплаву. Технологія їх виробництва менш трудомістка, але і ККД фотоелектричних елементів з полікристала істотно нижче – не більше 12%.
- Аморфні. Вони ж плівкові. Виготовлені методом випаровувальної фази, в результаті якого кремній у вигляді тонкої плівки осідає на полімерній гнучкій основі. Найдешевший виробничий спосіб поєднується з найбільш низькою продуктивністю, яку можна обчислити до 7%.
Для установки автономних опалювальних систем в північних регіонах найбільш підходящим варіантом вважають фотоелектричні батареї, зібрані з монокристалічних елементів. Однак батареї з аморфними модулями простіші в установці, практично не вимогливі до основи і набагато дешевші.
Завдання зовнішніх елементів – поглинати і перетворювати сонячні промені. Вивільнена енергія надходить далі і концентрується в накопичувачі. Невеликий елемент дає близько 100-250 Вт, а збірна панель площею 25-30 м² забезпечує електрикою невеликий будиночок. Для пристрою системи обігріву буде потрібно енергії в 2-3 рази більше.
У ролі перетворювача постійного струму сонячного «виробництва» в електрику виступає інвертор, так як для роботи побутових електроприладів і світильників необхідний змінний струм. Якщо говорити конкретно про опалювальну систему, то електричний котел для нагрівання води також працює на змінному струмі. Для забезпечення житла світлом вночі будуть потрібні акумулятори, що зберігають денні запаси.
Ефективність використання фотоелементів
Найпростіше придбати сонячні колектори і застосувати одну з простих, перевірених роками схем. Однак обставини часом диктують свої умови. Припустимо, у вас є відмінна функціонуюча робоча система з сонячним генератором, але поки вона служить для подачі електрики і забезпечення будинку гарячою водою.
Зрозуміло, що купувати нове обладнання невигідно, тому легше збільшити потужності, прикупивши кілька фотоелектричних перетворювачів. Бюджетний варіант – кремнієві панелі з продуктивністю до 23-25%. До джерела струму необхідно підключити опалювальний прилад, що працює на електриці. Універсальний варіант – котел, оснащений розподільної розводкою.
Якщо правильно організувати подачу електроенергії, її має вистачити і для гарячого водопостачання, і для опалення. Існують приклади, коли будинок повністю забезпечений теплом – його можна впізнати по даху, практично повністю покритому панелями. Іноді необхідним є зведення спеціальних, окремо розташованих конструкцій, якщо площі покрівлі не вистачає. Виходить, що для збільшення потужності необхідна додаткова вільна площа.
Навіть найбільш ретельні підрахунки не допоможуть вам визначити точну кількість потенційної енергії і оперативно створити ефективну, злагоджену систему. Справа в тому, що на практиці виникають перешкоди, появу яких передбачити досить складно. Ось деякі з факторів:
- Мінливість погоди. Кількість сонячних днів невідома навіть в південних областях. Достовірно передбачити їх число в північних районах практично неможливо.
- Нерегулярність отримання електрики. Наприклад, в північних регіонах взимку короткий світловий день, тому багато переробленої сонячної енергії йде на освітлення. До того ж інтенсивність сонячного випромінювання в зимовий період істотно зменшується.
- Періодичні поломки.Як і всі технічні системи сонячні панелі можуть час від часу виходити з ладу через пошкодження окремих елементів, контрактних з’єднань, захисної поверхні і т.д.
Отже, про ефективність ви можете дізнатися лише через певний проміжок часу, мінімум – через рік. Можливо, доведеться збільшити кількість фотоелементів або акумуляторів, продумати додаткову теплоізоляцію будинку, зменшити опалювальну територію.
