Escalfament d'una casa particular amb plaques solars: esquemes i dispositiu
Les raons de la popularitat de les fonts d'energia alternatives són força comprensibles: hi ha una oportunitat d'estalviar combustible i fer realitat els somnis de sistemes de suport vital respectuosos amb el medi ambient. Utilitzant amb habilitat l'energia del sol, el vent i l'aigua, podeu convertir una casa de camp normal en una moderna casa ecològica.
T'explicarem com instal·lar calefacció solar en un habitatge particular, i analitzarem amb tu la rendibilitat. Per tal de cobrir a fons els problemes de l'ús de l'energia de la llum del dia, hem descrit amb detall totes les opcions populars que han rebut aplicació pràctica i ressenyes positives dels usuaris.
Tenint en compte les nostres recomanacions, podeu construir un sistema solar eficaç per a una casa d'estiu o casa de camp. Per facilitar la comprensió del material difícil, hem complementat la informació amb diagrames visuals, il·lustracions i tutorials en vídeo.
El contingut de l'article:
Maneres d'utilitzar l'energia solar
Mètodes d'aplicació energia del cos celeste No pertanyen a tecnologies innovadores; la calor solar s'ha utilitzat durant molt de temps i amb molt d'èxit. Tanmateix, això s'aplica sobretot a Austràlia, alguns països d'Europa, Amèrica i les regions del sud, on es poden obtenir energies alternatives durant tot l'any.
Algunes regions del nord no tenen radiació natural, de manera que s'utilitza com a opció addicional o de reserva.
Els intermediaris entre els raigs solars i el mecanisme de generació d'energia són les plaques solars o col·lectors, que es diferencien tant en la finalitat com en el disseny.
Les bateries acumulen energia solar i permeten utilitzar-la per alimentar els electrodomèstics. Són panells amb fotocèl·lules a un costat i un mecanisme de bloqueig a l'altre. Podeu experimentar i muntar la bateria vosaltres mateixos, però és més fàcil comprar elements ja fets: l'elecció és bastant àmplia.
Els sistemes solars (col·lectors solars) formen part del sistema de calefacció d'una casa. Les caixes grans aïllades tèrmicament amb refrigerant, com les bateries, es munten en panells elevats orientats al sol o als pendents del sostre.
Per augmentar l'eficiència, els panells es col·loquen sobre mecanismes dinàmics que recorden un sistema de seguiment: giren seguint el moviment del sol. El procés de conversió d'energia es produeix en tubs situats a l'interior de les caixes.
La principal diferència entre els sistemes solars i les plaques solars és que els primers escalfen el refrigerant i els segons acumulen electricitat. És possible escalfar l'habitació mitjançant fotocèl·lules, però els esquemes de disseny són irracionals i només són adequats per a aquelles zones on hi hagi almenys 200 dies assolellats a l'any.
Pros i contres d'un sistema de calefacció alternatiu
No hi ha molts avantatges d'un sistema de calefacció solar, però cadascun d'ells és important i pot convertir-se en motiu d'experiments privats:
- Beneficis ambientals. Es tracta d'una font de calor neta que és segura per als residents de la casa i l'entorn que l'envolta i que no requereix l'ús de combustibles tradicionals.
- Autonomia. Els propietaris del sistema són absolutament independents dels preus de l'energia i de la situació econòmica del país.
- Econòmic. Mantenint el sistema de calefacció tradicional, és possible reduir el cost de pagar el subministrament d'aigua calenta.
- Disponibilitat pública. Per instal·lar sistemes solars, no necessiteu permís de les autoritats governamentals.
Però també hi ha moments desagradables que poden fer malbé el panorama general. Per exemple, determinar l'eficiència del sistema requerirà un període llarg, almenys 3 anys (sempre que hi hagi prou energia solar i s'utilitzi activament).
Els usuaris observen els següents desavantatges:
- preus elevats dels equips necessaris per posar en funcionament el sistema;
- dependència directa de la quantitat de calor produïda de la ubicació geogràfica i el temps;
- la presència obligatòria d'una font de reserva, per exemple, una caldera de gas (a la pràctica, un sistema solar sovint és una reserva).
Per aconseguir un rendiment més gran, heu de controlar regularment la funcionalitat dels col·lectors, netejar-los de residus i protegir-los de la formació de gel durant les gelades. Si sovint la temperatura baixa dels 0ºC, cal tenir cura d'un aïllament tèrmic addicional no només dels elements del sistema solar, sinó també de la casa en el seu conjunt.
Energia solar per a la calefacció
L'objectiu principal de les cèl·lules fotovoltaiques d'emmagatzematge d'energia és proporcionar electricitat a la llar. Per incloure-los al diagrama dispositius del sistema de calefacció i per aconseguir un funcionament òptim, cal muntar el circuit amb un dipòsit d'emmagatzematge.
És en ell on s'escalfarà l'aigua que, havent assolit una determinada temperatura, omplirà les canonades i radiadors de les habitacions que requereixen calefacció (sala d'estar, bany).
Intentem analitzar les característiques de disseny dels panells solars i determinar el seu paper potencial en el sistema de calefacció.
El principi de funcionament dels panells amb fotocèl·lules
Hi ha tres tipus d'elements comuns per als panells solars:
- Monocristal·lí. Es tracta d'hòsties fines del silici més pur, tallades d'un cristall cultivat en condicions artificials. La varietat més productiva amb una eficiència d'un 17-18%. La temperatura òptima per al funcionament és de 5 ºС a 25 ºС.
- Policristal·lí. Fet a partir d'hòsties obtingudes per refredament gradual de la massa de silici. La tecnologia per a la seva producció requereix menys mà d'obra, però l'eficiència dels elements fotovoltaics fets de policristalí és significativament menor, no més del 12%.
- Amorf. Són pel·lícules. Fabricat pel mètode de la fase d'evaporació, com a resultat del qual el silici en forma de pel·lícula fina es diposita sobre una base de polímer flexible. El mètode de producció més barat es combina amb una baixa productivitat, estimada fins a un 7%.
Per a la instal·lació de sistemes de calefacció autònoms a les regions del nord, es considera l'opció més adequada bateries fotovoltaiques, muntat a partir d'elements monocristal·lins. No obstant això, les bateries amb mòduls amorfs són més fàcils d'instal·lar, pràcticament no necessiten base i són molt més econòmiques.
La tasca dels elements externs és absorbir i transformar els raigs solars. L'energia alliberada va més enllà i es concentra al dipòsit d'emmagatzematge. Un petit element produeix uns 100-250 W, i un panell prefabricat de 25-30 m² proporciona electricitat a una casa petita. La instal·lació d'un sistema de calefacció requerirà 2-3 vegades més energia.
Un inversor actua com a convertidor de corrent continu de la "producció" solar en electricitat, ja que es requereix corrent altern per al funcionament d'electrodomèstics i llums.
Si parlem concretament del sistema de calefacció, una caldera elèctrica per escalfar aigua també funciona amb corrent altern. Per donar llum a la vostra llar a la nit, necessitareu piles que emmagatzemen els subministraments diürns.
Eficàcia de l'ús de fotocèl·lules
El més fàcil de comprar col·lectors solars i aplicar un dels esquemes senzills que s'han demostrat al llarg dels anys. Tanmateix, de vegades les circumstàncies dicten les seves pròpies condicions. Suposem que tens un sistema generador solar que funciona molt bé, però de moment només serveix per subministrar electricitat i subministrar aigua calenta a casa teva.
És evident que comprar nous equips no és rendible, per la qual cosa és més fàcil augmentar la potència comprant un cert nombre de convertidors fotoelèctrics. Opció pressupostària: panells de silici amb una productivitat de fins a un 23-25%.
Cal connectar un dispositiu de calefacció que funcioni amb electricitat a la font de corrent.Una opció universal és una caldera equipada amb cablejat de distribució.
Si el subministrament elèctric està ben organitzat, hauria de ser suficient tant per al subministrament d'aigua calenta com per a la calefacció. Hi ha exemples en què la casa està totalment proveïda de calor: es pot reconèixer pel sostre, gairebé completament cobert de panells.
De vegades, és necessari aixecar estructures autònomes especials si l'àrea del sostre no és suficient. Resulta que per augmentar la potència, es necessita espai lliure addicional.
Fins i tot els càlculs més acurats no us ajudaran a determinar la quantitat exacta d'energia potencial i crear ràpidament un sistema eficaç i que funcioni bé. El fet és que a la pràctica sorgeixen obstacles, l'aparició dels quals és força difícil de predir.
Aquests són alguns dels factors:
- Incoherència del temps. El nombre exacte de dies assolellats es desconeix fins i tot a les regions del sud. És gairebé impossible predir de manera fiable el seu nombre a les regions del nord.
- Irregularitat en la recepció d'electricitat. Per exemple, a les regions del nord hi ha hores de llum curtes a l'hivern, de manera que es gasta molta energia solar reciclada en il·luminació. A més, la intensitat de la radiació solar a l'hivern disminueix significativament.
- Avaries periòdiques. Com tots els sistemes tècnics, les plaques solars poden fallar de tant en tant per danys en elements individuals, connexions contractuals, superfícies protectores, etc.
En conseqüència, només podeu conèixer l'eficàcia després d'un període de temps determinat, almenys després d'un any. Pot ser necessari augmentar el nombre de fotocèl·lules o bateries, considerar un aïllament tèrmic addicional de la casa i reduir la zona d'escalfament. Suposem que a les regions del nord d'Alemanya, per estalviar diners, les habitacions sovint no s'escalfen gens.
Esquema d'instal·lació de la central elèctrica domèstica
La manera més fàcil instal·lacions de generadors solars – contactar amb una empresa que ven components del sistema i ofereix serveis d'instal·lació. Pros: un projecte professional que té en compte les característiques individuals, una garantia per a tots els productes i la instal·lació, menys un cost elevat.
Si teniu experiència rellevant, podeu muntar de manera independent una minicentral elèctrica amb plaques solars per escalfar una casa privada.
Totes les peces per al muntatge del sistema de calefacció es venen en botigues especialitzades.
Heu de comprar els components següents:
- un conjunt de mòduls solars de silici o pel·lícula;
- una bateria recarregable que emmagatzema energia;
- controlador de càrrega que regula el procés de càrrega i descàrrega de la bateria;
- un inversor que converteix el corrent continu en corrent altern;
- conjunt de cables de connexió.
És desitjable que les bateries siguin iguals (tenint en compte la marca, la capacitat i fins i tot el lot) i puguin emmagatzemar energia durant 3-4 dies. La durada del seu funcionament depèn de la temperatura ambient: en condicions de fred es descarreguen ràpidament. Si el consum diari és de 2400 Wh, calen bateries amb una capacitat total d'almenys 1000 Ah.
La qualitat del corrent produït per sinusoïdal inversors per a sistemes solars, superior als indicadors actuals de la xarxa centralitzada. Una característica especial de l'equip és la sincronització de la fase de tensió, en la qual la transició de 12 V a 220 V es realitza sense interrupció en el funcionament dels electrodomèstics.
Després d'instal·lar tots els elements del sistema solar, cal connectar un dipòsit elèctric que escalfa l'aigua a l'inversor i al dipòsit, al seu torn, una canonada de calefacció.
Sistema de calefacció del col·lector
La màxima eficiència i retorn es pot aconseguir instal·lant col·lectors en lloc de mòduls solars, instal·lacions externes en què l'aigua s'escalfa sota la influència de la radiació solar. Aquest sistema és més lògic i natural, ja que no requereix l'escalfament del refrigerant per part d'altres dispositius.
Considerem el disseny i el principi de funcionament de dos tipus principals de dispositius: plans i tubulars.
Versió plana per a autoproducció
El disseny d'instal·lacions planes és tan senzill que els artesans experimentats munten anàlegs artesanals amb les seves pròpies mans, comprant algunes de les peces en una botiga especialitzada i construint-ne algunes amb materials de ferralla.
Dins de la caixa aïllada d'acer o alumini hi ha una placa que absorbeix la calor solar. Molt sovint està recobert amb una capa de crom negre. L'absorbidor de calor està protegit a la part superior per una coberta transparent segellada.
L'escalfament de l'aigua es produeix en tubs col·locats en una serp i connectats a la placa. L'aigua o l'anticongelant entra a la caixa a través de la canonada d'entrada, s'escalfa als tubs i es desplaça cap a la sortida, cap a la canonada de sortida.
Hi ha dos tipus de connexió, d'un tub i de dos tubs; no hi ha cap diferència fonamental en l'elecció. Però hi ha una gran diferència en la manera com es subministrarà el refrigerant als col·lectors: per gravetat o amb una bomba. La primera opció es considera ineficaç a causa de la baixa velocitat del moviment de l'aigua; segons el principi de calefacció, s'assembla a un recipient per a una dutxa d'estiu.
El funcionament de la segona opció es produeix a causa de la connexió d'una bomba de circulació, que subministra refrigerant per força. La font d'energia per operar l'equip de bombeig pot ser un sistema d'energia solar.
Col·lectors tubulars: una solució per a les regions del nord
El principi general de funcionament recorda el funcionament dels anàlegs plans, però amb una diferència: els tubs d'intercanvi de calor amb refrigerant es troben dins de matrassos de vidre. Els mateixos tubs poden ser de plomes, segellats per un costat i semblants a plomes en aparença, i coaxials (buit), inserits entre si i segellats per ambdós costats.
Els intercanviadors de calor també són diferents:
- sistema de conversió d'energia solar en energia tèrmica Heat-pipe;
- un tub de transferència de refrigerant tipus U normal.
El segon tipus d'intercanviador de calor es considera més eficient, però no és prou popular a causa del cost de les reparacions: si falla un tub, s'haurà de substituir tota la secció.
El Heatpipe no forma part d'un segment sencer, de manera que es pot canviar en 2-3 minuts. Els elements coaxials fallits es poden reparar simplement traient l'endoll i substituint el canal danyat.
Després d'analitzar les característiques tècniques de diversos tipus de col·lectors i resumir l'experiència del seu ús, vam decidir que els col·lectors de placa plana són més adequats per a les regions del sud i els tubulars són més adequats per a les regions del nord. Les instal·lacions amb el sistema Heat-pipe s'han demostrat especialment bé en climes durs.Tenen capacitat d'escalfament fins i tot en dies ennuvolats i a la nit, "s'alimenten" amb una quantitat mínima de llum solar.
Mètode per augmentar la productivitat
Normalment, després d'experimentar amb un nombre reduït de mòduls solars, els propietaris particulars van més enllà i milloren el sistema de diverses maneres.
Què fer si hi ha escassetat d'espai lliure? Aquestes són algunes de les recomanacions per augmentar l'eficiència d'una estació solar (amb fotocèl·lules o col·lectors):
- Canvi de l'orientació dels mòduls. Elements en moviment relatius a la posició del sol. En poques paraules, instal·lant la major part dels panells al costat sud. Durant les llargues hores de llum, també és òptim utilitzar superfícies orientades a l'est i a l'oest.
- Ajust de l'angle d'inclinació. El fabricant sol indicar quin angle és el més preferible (per exemple, 45º), però de vegades durant la instal·lació cal fer ajustos tenint en compte la latitud geogràfica.
- Elecció correcta de la ubicació d'instal·lació. El sostre és adequat perquè sovint és el pla més alt i no està enfosquit per altres objectes (per exemple, arbres del jardí). Però hi ha zones encara més adequades: dispositius rotatius de seguiment del sol.
Quan els elements es col·loquen perpendicularment als raigs del sol, el sistema funciona de manera més eficient, però en una superfície estable (per exemple, un sostre) això només és possible durant un curt període de temps. Per augmentar-ho, s'han inventat dispositius pràctics de seguiment.
El gran desavantatge dels dispositius de seguiment és el seu alt cost. En alguns casos, no dóna els seus fruits, així que no té sentit invertir en mecanismes inútils.
Es calcula que 8 panells és el nombre mínim en què es justificaran els costos al llarg del temps. Podeu utilitzar 3-4 mòduls, però amb una condició: si estan connectats directament a la bomba d'aigua, evitant les bateries.
L'altre dia, Tesla Motors va anunciar la creació d'un nou tipus de sostre - amb integrat panells solars. Elon Musk va dir que el sostre modificat serà més barat que un sostre convencional amb col·lectors o mòduls instal·lats.
Conclusions i vídeo útil sobre el tema
Els vídeos temàtics us ajudaran a imaginar millor el disseny de les estacions solars domèstiques i us revelaran alguns dels secrets de la instal·lació d'equips.
Vídeo #1. Informació tècnica disponible sobre panells solars i controladors de càrrega:
Vídeo #2. Experiència útil de l'ús de plaques solars a la regió de Moscou:
Vídeo #3. Un exemple d'una estació solar que funciona amb èxit, completament muntada de forma independent, proporcionant tant el subministrament d'aigua calenta com la calefacció de la casa:
Com podeu veure, un sistema de calefacció solar és un fenomen molt real que podeu implementar vosaltres mateixos. El camp dels mètodes alternatius d'obtenció d'energia està en constant desenvolupament, potser demà sentireu parlar d'un nou descobriment.
Us convidem a comentar activament el material. Pots expressar la teva actitud cap a l'"energia verda", compartir la teva experiència en la instal·lació d'un sistema de plaques solars i explicar-te només les subtileses conegudes al bloc situat a continuació.
Fa poc vaig tenir la idea de com fer que la meva llar sigui independent energèticament. En realitats modernes, els preus de l'electricitat estan augmentant, i un sistema d'electricitat solar en aquest sentit pot ser una solució excel·lent. En el futur, quan es desenvolupi la tecnologia, vull fer una casa energèticament independent, perquè com més tecnologia es desenvolupi, més barat és el seu cost. Mentrestant, seguim les novetats en el desenvolupament de la tecnologia de cèl·lules solars :)
Tenint experiència personal en el funcionament de plaques solars, puc expressar la meva opinió, confirmada per la pràctica. Per a les condicions climàtiques del centre de Rússia, l'ús d'aquests dispositius no es justifica de cap manera. Els panells solars funcionen normalment només des d'abril fins a finals de setembre. En aquest moment són els més eficients, produint entre el 70 i el 95% de l'energia. I quan realment es necessita calefacció, això és en el període novembre-març, produeixen entre el 10 i el 50% de la potència declarada. Els panells solars són més adequats per escalfar aigua a l'estiu (en les nostres condicions climàtiques).
De moment només tinc una miniestació al balcó. Panell de 100 W.Ara no dóna gaire, n'hi ha prou amb el servei de llums i un ordinador que funcioni; a l'estiu, la gamma, per dir-ho així, s'amplia una mica, però encara no és suficient. La cosa en si és interessant, però cal tenir en compte les condicions meteorològiques, les especificitats del consum d'energia i un munt de coses més. Per utilitzar-lo realment, cal invertir molt.
Què passa amb l'impacte en una persona? Els panells solars generen camps nocius allà?
Olesya, els panells no creen cap radiació, només l'absorbeixen. Des d'aquest punt de vista, no hi ha absolutament res de què preocupar-se.
Nois, hi ha sistemes solars que enviïn voltatge a la xarxa de la ciutat si no feu servir l'energia solar extreta als electrodomèstics? Diuen que el comptador pot tornar enrere...
Entenc l'essència de la teva pregunta, però per transferir l'energia restant no utilitzada a la xarxa elèctrica de la ciutat, no calen panells solars especials. Per fer-ho, heu de disposar d'un inversor especial que es connectarà a la xarxa elèctrica de la ciutat, que redirigeix l'excés d'energia.
Des del punt tècnic, tot és bastant senzill, aquesta connexió és possible, cosa que no es pot dir sobre el component legislatiu. Per exemple, a Rússia, l'alimentació a la xarxa està prohibida, simplement no hi ha una "tarifa verda", l'esborrany legislatiu s'està considerant durant més de cinc anys.
A Ucraïna, per exemple, els preus de la "tarifa verda" són ara més baixos que els preus de venda, de manera que s'ha tornat més rendible utilitzar l'excedent que vendre-lo a la xarxa.En aquests casos, simplement limiteu la producció quan la potència de l'inversor només s'ajusta al consum de corrent.
Benvolgut expert, esteu molt equivocats sobre la "tarifa verda" a Ucraïna. El cost de vendre l'excedent a la xarxa és 10 vegades superior al cost de l'electricitat a la xarxa!! Així que les centrals elèctriques sota la "tarifa verda" són ara l'activitat que paga més ràpidament!
Vaig veure un programa de televisió sobre Alemanya. Allà, un alemany en una casa particular té aquest sistema. Està pagant part del préstec que va contractar per comprar un sistema solar.
Quan es crearan les bateries electrotèrmiques?
La bomba de pou de 15 kW ara s'alimenta de la xarxa elèctrica. Vull crear energia solar sense piles. Llauna?
I si instal·leu una central solar de 30 kW, poseu piles elèctriques, una caldera elèctrica i acumuladors a casa, n'hi haurà prou a l'hivern? Ubicació al centre d'Ucraïna