חימום בית פרטי באמצעות פאנלים סולאריים: דיאגרמות ומכשיר

הסיבות לפופולריות של מקורות אנרגיה חלופיים מובנות למדי: יש הזדמנות לחסוך בדלק ולהגשים חלומות על מערכות תומכות חיים ידידותיות לסביבה. על ידי שימוש מיומן באנרגיה של השמש, הרוח והמים, אתה יכול להפוך בית כפרי רגיל לבית אקולוגי מודרני.

אנו נספר לכם כיצד להתקין דודי שמש בבית פרטי, וננתח אתכם עד כמה זה משתלם. על מנת לכסות ביסודיות את סוגיות השימוש באנרגיית אור יום, תיארנו בפירוט את כל האפשרויות הפופולריות שקיבלו יישום מעשי וביקורות חיוביות של משתמשים.

בהתחשב בהמלצות שלנו, אתה יכול לבנות מערכת סולארית יעילה עבור בית קיץ או בית כפרי. כדי להקל על ההבנה של החומר הקשה, הוספנו את המידע עם דיאגרמות חזותיות, איורים והדרכות וידאו.

דרכים להשתמש באנרגיה סולארית

שיטות יישום אנרגיה של הגוף השמימי אינם שייכים לטכנולוגיות חדשניות; נעשה שימוש בחום השמש במשך זמן רב ובהצלחה רבה. עם זאת, זה חל בעיקר על אוסטרליה, כמה מדינות באירופה, אמריקה ואזורי הדרום, שם ניתן להשיג אנרגיה חלופית לאורך כל השנה.

בחלק מהאזורים הצפוניים חסרה קרינה טבעית, ולכן היא משמשת כאפשרות נוספת או גיבוי.

המתווכים בין קרני השמש למנגנון יצירת האנרגיה הם פאנלים סולאריים או קולטים, הנבדלים זה מזה במטרתם ובעיצובם.

סוללות צוברות אנרגיית שמש ומאפשרות להשתמש בה להפעלת מכשירי חשמל ביתיים. הם לוחות עם תאי פוטו בצד אחד ומנגנון נעילה בצד השני. אתה יכול להתנסות ולהרכיב את הסוללה בעצמך, אבל קל יותר לקנות אלמנטים מוכנים - המבחר הוא די רחב.

מערכות סולאריות (קולטי שמש) הן חלק ממערכת החימום של בית. קופסאות גדולות מבודדות תרמית עם נוזל קירור, כמו סוללות, מותקנות על לוחות מוגבהים מול השמש או מדרונות הגג.

זו טעות להאמין שבכלל כל אזורי הצפון מקבלים הרבה פחות חום טבעי מאשר הדרומיים. נניח שיש הרבה יותר ימי שמש בצ'וקוטקה או במרכז קנדה מאשר בבריטניה הממוקמת מדרום

כדי להגביר את היעילות, הפאנלים מונחים על מנגנונים דינמיים הדומים למערכת מעקב - הם מסתובבים בעקבות תנועת השמש. תהליך המרת האנרגיה מתרחש בצינורות הממוקמים בתוך הקופסאות.

ההבדל העיקרי בין מערכות סולאריות לפאנלים סולאריים הוא שהראשונים מחממים את נוזל הקירור, והאחרונים צוברים חשמל. אפשר לחמם את החדר באמצעות תאי פוטו, אך תוכניות העיצוב אינן רציונליות ומתאימות רק לאותם אזורים שבהם יש לפחות 200 ימי שמש בשנה.

תרשים של מערכת חימום עם קולט שמש המחובר לדוד ומקור גיבוי לחשמל (לדוגמה, דוד גז) הפועל על דלק מסורתי (+)

יתרונות וחסרונות של מערכת חימום חלופית

אין הרבה יתרונות של מערכת חימום שמש, אבל כל אחד מהם משמעותי ויכול להפוך סיבה לניסויים פרטיים:

• הטבות סביבתיות. מדובר במקור חום נקי ובטוח עבור דיירי הבית והסביבה ואינו מצריך שימוש בסוגי דלק מסורתיים.
• אוטונומיה. בעלי המערכות אינם תלויים לחלוטין במחירי האנרגיה ובמצב הכלכלי בארץ.
• חסכוני. על ידי שמירה על מערכת החימום המסורתית, ניתן להפחית את עלות התשלום עבור אספקת מים חמים.
• זמינות ציבורית. כדי להתקין מערכות סולאריות, אין צורך באישור מרשויות ממשלתיות.

אבל יש גם רגעים לא נעימים שעלולים לקלקל את התמונה הכוללת. למשל, קביעת יעילות המערכת תדרוש תקופה ארוכה - לפחות 3 שנים (בתנאי שיש מספיק אנרגיה סולארית ומשתמשים בה באופן פעיל).

התקנת מודולים סולאריים בלבד תדרוש השקעות גדולות: לוחות הסיליקון הזולים ביותר יעלו לפחות 2,200 רובל. לכל חתיכה, ואלמנטים פוליגריסטליים שש דיודות מהקטגוריה הראשונה - עד 17,000 לחתיכה. חישוב העלות של 30 מודולים הוא די פשוט (+)

משתמשים מציינים את החסרונות הבאים:

• מחירים גבוהים לציוד הדרוש להפעלת המערכת;
• תלות ישירה של כמות החום המופקת במיקום גיאוגרפי ומזג האוויר;
• נוכחות חובה של מקור גיבוי, למשל, דוד גז (בפועל, מערכת סולארית היא לרוב גיבוי).

כדי להשיג החזר גדול יותר, עליך לפקח באופן קבוע על יכולת השירות של הקולטים, לנקות אותם מפסולת ולהגן עליהם מפני היווצרות קרח במהלך הכפור. אם הטמפרטורה יורדת לעתים קרובות מתחת ל-0ºC, עליך לדאוג לבידוד תרמי נוסף לא רק של האלמנטים של מערכת השמש, אלא גם של הבית בכללותו.

אנרגיה סולארית לחימום

המטרה העיקרית של תאים פוטו-וולטאיים לאחסון אנרגיה היא לספק חשמל לבית. לכלול אותם בתרשים התקני מערכת חימום וכדי להשיג תפקוד אופטימלי, יש צורך להרכיב את המעגל עם מיכל אחסון.

בו המים יחוממו, אשר, לאחר שהגיעו לטמפרטורה מסוימת, ימלאו את הצינורות והרדיאטורים בחדרים הדורשים חימום (סלון, חדר אמבטיה).

מערכת המונעת על ידי אנרגיה סולארית, עם מיכל מעגל כפול המארגן חימום ואספקת מים חמים בשני כיוונים: לרדיאטורים לחימום ולנקודות חלוקה (+)

בואו ננסה לנתח את תכונות העיצוב של פאנלים סולאריים ולקבוע את תפקידם הפוטנציאלי במערכת החימום.

עקרון הפעולה של לוחות עם תאי פוטו

ישנם שלושה סוגים נפוצים של אלמנטים עבור פאנלים סולאריים:

• חד גבישי. אלו הם פרוסות דקות של הסיליקון הטהור ביותר, חתוכים מקריסטל שגדל בתנאים מלאכותיים. הזן היצרני ביותר עם יעילות של כ 17-18%. הטמפרטורה האופטימלית לפעולה היא מ-5 ºС עד 25 ºС.

• רב גבישי. עשוי מופלס המתקבל על ידי קירור הדרגתי של נמס סיליקון. הטכנולוגיה לייצור שלהם פחות אינטנסיבית, אבל היעילות של אלמנטים פוטו-וולטאיים העשויים מפולי-גביש נמוכה משמעותית - לא יותר מ-12%.

• גָלוּם. הם סרטים. מיוצר בשיטת שלב האידוי, כתוצאה מכך מופקד סיליקון בצורת סרט דק על בסיס פולימר גמיש. שיטת הייצור הזולה ביותר משולבת עם פרודוקטיביות נמוכה, המוערכת עד 7%.

עבור התקנת מערכות חימום אוטונומיות באזורים הצפוניים, נשקלת האפשרות המתאימה ביותר סוללות פוטו-וולטאיות, מורכב מאלמנטים חד-גבישיים. עם זאת, סוללות עם מודולים אמורפיים קלות יותר להתקנה, למעשה אינן דורשות בסיס והן הרבה יותר זולות.

מודול חד-גבישי מורכב מאלמנטים המחוברים בסדרה המשולבים למודולים. מספר מודולים יוצרים סוללה סולארית.המשטח הכהה של מערכות פוטו-וולטאיות סולאריות מייעל את קליטת קרני השמש

המשימה של אלמנטים חיצוניים היא לספוג ולהמיר את קרני השמש. האנרגיה המשתחררת הולכת רחוק יותר ומתרכזת במיכל האגירה. אלמנט קטן מפיק כ-100-250 וואט, ולוח טרומי של 25-30 מ"ר מספק חשמל לבית קטן. התקנת מערכת חימום תדרוש פי 2-3 יותר אנרגיה.

מהפך פועל כממיר של זרם ישר מ"ייצור" סולארי לחשמל, שכן נדרש זרם חילופין להפעלת מכשירי חשמל ביתיים ומנורות.

אם נדבר ספציפית על מערכת החימום, דוד חשמלי לחימום מים פועל גם על זרם חילופין. כדי לספק אור לביתך בלילה, תזדקק לסוללות המאחסנות אספקה ​​בשעות היום.

מודולי אינוורטר מותקנים במקום נוח לתחזוקה, למרות שהוא אינו דורש שליטה מתמדת ופועל במצב אוטומטי (+)

יעילות השימוש בתאי פוטו

הכי קל לרכישה קולטי שמש וליישם את אחת מהסכמות הפשוטות שהוכחו לאורך השנים. עם זאת, הנסיבות לפעמים מכתיבות את התנאים שלהן. נניח שיש לך מערכת גנרטור סולארית מתפקדת נהדרת, אך לעת עתה היא משמשת רק לאספקת חשמל ולספק מים חמים לביתך.

ברור שרכישת ציוד חדש אינה משתלמת, ולכן קל יותר להגדיל את הכוח על ידי רכישת מספר מסוים של ממירים פוטואלקטריים. אפשרות תקציב - לוחות סיליקון עם פרודוקטיביות של עד 23-25%.

יש צורך לחבר מכשיר חימום הפועל על חשמל למקור הנוכחי.אפשרות אוניברסלית היא דוד המצויד בחיווט הפצה.

אלמנטים של סרט פולימרי נפוצים הרבה פחות בשוק הרוסי מאשר אנלוגים מונו-ופולי-גבישיים מסיליקון. הם קלים להתקנה, אך בעלי יעילות נמוכה - רק 6%

אם אספקת החשמל מאורגנת כראוי, היא אמורה להספיק הן לאספקת מים חמים והן לחימום. ישנן דוגמאות כאשר הבית מסופק במלואו בחום - ניתן לזהות אותו על ידי הגג, מכוסה כמעט לחלוטין בפאנלים.

לפעמים יש צורך להקים מבנים עצמאיים מיוחדים אם שטח הגג אינו מספיק. מסתבר שכדי להגדיל את הכוח, יש צורך בשטח פנוי נוסף.

אפילו החישובים הקפדניים ביותר לא יעזרו לך לקבוע את הכמות המדויקת של האנרגיה הפוטנציאלית וליצור במהירות מערכת יעילה ומתפקדת היטב. העובדה היא שבפועל נוצרים מכשולים, שאת הופעתם די קשה לחזות.

הנה כמה מהגורמים:

• חוסר עקביות של מזג האוויר. המספר המדויק של ימי שמש אינו ידוע אפילו באזורי הדרום. כמעט בלתי אפשרי לחזות באופן אמין את מספרם באזורי הצפון.
• אי סדירות בקבלת חשמל. לדוגמה, באזורי הצפון יש שעות אור קצרות בחורף, ולכן הרבה אנרגיה סולארית ממוחזרת מושקעת בתאורה. בנוסף, עוצמת קרינת השמש בחורף יורדת משמעותית.
• תקלות תקופתיות. כמו כל המערכות הטכניות, פאנלים סולאריים עלולים להיכשל מעת לעת עקב נזק לאלמנטים בודדים, חיבורי חוזים, משטחי הגנה וכו'.

כתוצאה מכך, אתה יכול לגלות את היעילות רק לאחר פרק זמן מסוים, לפחות לאחר שנה. ייתכן שיהיה צורך להגדיל את מספר תאי הפוטו או הסוללות, לשקול בידוד תרמי נוסף של הבית ולהקטין את השטח המחומם. נניח שבאזורים הצפוניים של גרמניה, על מנת לחסוך כסף, חדרי שינה לרוב אינם מחוממים כלל.

תחזוקה של תאי פוטו מותקנים אינה דורשת מיומנויות מיוחדות וכוללת ניקוי קבוע: פינוי שלג בחורף ופסולת בתקופות חמות, שטיפת משטח הזכוכית במים מצינור

דיאגרמת התקנת תחנת כוח ביתית

הדרך הקלה ביותר התקנות גנרטור סולארי – פנייה לחברה המוכרת רכיבי מערכת ומציעה שירותי התקנה. יתרונות - פרויקט מקצועי תוך התחשבות במאפיינים אישיים, ערבות לכל המוצרים וההתקנה, מינוס - עלות גבוהה.

אם יש לכם ניסיון רלוונטי, תוכלו להרכיב באופן עצמאי מיני תחנת כוח עם פאנלים סולאריים לחימום בית פרטי.

היעילה ביותר נחשבת לתכנית היברידית לתכנון מערכת אוויר-סולרית, שבה משתמשים בפוטו-תאים לייצור אנרגיה, קולטים לחימום מים ומותקן מחולל רוח נוסף. ניתן להחליף אותו במקור דלק גיבוי (+)

כל החלקים להרכבת מערכת החימום נמכרים בחנויות מיוחדות.

עליך לרכוש את הרכיבים הבאים:

• סט של מודולים סולאריים מסיליקון או סרט;
• סוללה נטענת האוגרת אנרגיה;
• בקר טעינה המווסת את תהליך הטעינה והפריקה של הסוללה;
• מהפך הממיר זרם ישר לזרם חילופין;
• סט כבלי חיבור.

רצוי שהסוללות יהיו זהות (בהתחשב במותג, קיבולת ואפילו אצווה) ויוכלו לאגור אנרגיה למשך 3-4 ימים. משך פעולתם תלוי בטמפרטורת החדר - בתנאים קרים הם מתפרקים במהירות. אם הצריכה היומית היא 2400 וואט, נדרשות סוללות בקיבולת כוללת של לפחות 1000 Ah.

בעת שימוש במצברים לרכב, זכור כי היעילות המקסימלית שלהם היא 70-75% (חיי שירות - 3 שנים), מכשירים מיוחדים למערכות סולאריות הם בעלי הביצועים הטובים ביותר - עד 85% (חיי שירות - 10 שנים). אנרגיה מסוימת אובדת במהלך האחסון וההמרה

איכות הזרם המיוצר על ידי סינוסואיד ממירים למערכות סולאריות, גבוה מהאינדיקטורים הנוכחיים מהרשת הריכוזית. תכונה מיוחדת של הציוד היא סנכרון שלב המתח, שבו המעבר מ-12 וולט ל-220 וולט מתבצע ללא הפרעה בתפקודם של מכשירי חשמל ביתיים.

הספק אינוורטר – מ-250 W עד 6000 W ומעלה. ניתן להגדיל את כוח המוצא על ידי חיבור מספר מכשירים במקביל. לדוגמה, 3 x 3000 W = 9000 W (+)

לאחר התקנת כל האלמנטים של המערכת הסולארית, יש צורך לחבר מיכל חשמלי המחמם את המים למהפך, ולמיכל, בתורו, צינור חימום.

מערכת חימום קולט

את היעילות והתשואה הגדולים ביותר ניתן להשיג על ידי התקנת קולטים במקום מודולים סולאריים - מתקנים חיצוניים בהם מתחממים מים בהשפעת קרינת השמש. מערכת כזו היא הגיונית וטבעית יותר, שכן היא אינה דורשת חימום של נוזל הקירור על ידי מכשירים אחרים.

הבה נבחן את העיצוב ואת עקרון הפעולה של שני סוגים עיקריים של מכשירים: שטוח וצינורי.

גרסה שטוחה לייצור עצמי

העיצוב של מתקנים שטוחים הוא כל כך פשוט עד שבעלי מלאכה מנוסים מרכיבים אנלוגים למלאכת יד במו ידיהם, רוכשים חלק מהחלקים בחנות מתמחה ויוצרים חלק מחומרי גרוטאות.

בתוך הקופסה המבודדת מפלדה או אלומיניום ישנה פלטה שסופגת את חום השמש. לרוב הוא מצופה בשכבת כרום שחור. בולם החום מוגן מלמעלה על ידי כיסוי שקוף אטום.

המים מחוממים בצינורות המסודרים כמו נחש ומחוברים לצלחת. מים או נוזל לרדיאטור נכנסים לקופסה דרך צינור הכניסה, מתחממים בצינורות ועוברים לשקע - לצינור היציאה.

העברת האור של הכיסוי מוסברת על ידי שימוש בחומר שקוף - זכוכית מחוסמת עמידה או פלסטיק (לדוגמה, פוליקרבונט). כדי למנוע מקרני השמש להיות מוחזרות, משטח הזכוכית או הפלסטיק מטושטש (+)

ישנם שני סוגי חיבור, צינור אחד ושני צינור, אין הבדל מהותי בבחירה. אבל יש הבדל גדול באופן שבו נוזל הקירור יסופק לקולטים - כוח המשיכה או באמצעות משאבה. האפשרות הראשונה נחשבת לא יעילה בגלל המהירות הנמוכה של תנועת המים; על פי עקרון החימום, היא דומה למיכל למקלחת קיץ.

התפקוד של האפשרות השנייה מתרחש עקב חיבור משאבת מחזור, המספקת בכוח נוזל קירור. מקור האנרגיה להפעלת ציוד השאיבה יכול להיות מערכת חשמל המופעלת על ידי שמש.

הטמפרטורה של נוזל הקירור כאשר הוא מחומם על ידי קולט השמש מגיעה ל-45-60 ºС, ביציאה הערך המרבי הוא 35-40 ºС. כדי להגביר את היעילות של מערכת החימום, "רצפות חמות" משמשות יחד עם רדיאטורים (+)

קולטים צינוריים - פתרון לאזורי הצפון

העיקרון הכללי של הפעולה מזכיר את תפקודם של אנלוגים שטוחים, אך בהבדל אחד - צינורות חילופי חום עם נוזל קירור ממוקמים בתוך צלוחיות זכוכית. הצינורות עצמם יכולים להיות נוצה, אטומים בצד אחד ודומים לנוצות במראה, וקואקסיאליים (ואקום), מוכנסים זה לזה ואטומים משני הצדדים.

מחליפי חום שונים גם הם:

• מערכת להמרת אנרגיה סולארית לאנרגיה תרמית Heat-pipe;
• צינור העברת נוזל קירור רגיל מסוג U.

הסוג השני של מחליף חום נחשב ליעיל יותר, אך אינו פופולרי מספיק בגלל עלות התיקונים: אם צינור אחד נכשל, יהיה צורך להחליף את כל החלק.

ה-Heat-pipe אינו חלק מקטע שלם, כך שניתן לשנות אותו תוך 2-3 דקות. ניתן לתקן אלמנטים קואקסיאליים שנכשלו פשוט על ידי הסרת התקע והחלפת התעלה הפגומה.

תרשים המסביר את תהליך החימום המחזורי בתוך צינורות ואקום: נוזל קר, בהשפעת חום השמש, מתחמם ומתאדה, ומפנה את מקומו לחלק הבא של נוזל קירור קר (+)

לאחר ניתוח המאפיינים הטכניים של אספנים מסוגים שונים וסיכום חווית השימוש בהם, החלטנו שקולטים שטוחים מתאימים יותר לאזורי הדרום וצינורות מתאימים יותר לאזורי הצפון. התקנות עם מערכת Heat-pipe הוכיחו את עצמם היטב באקלים קשה.יש להם יכולת חימום גם בימים מעוננים ובלילה, "ניזונים" מכמות מינימלית של אור שמש.

דוגמה לתרשים סטנדרטי לחיבור קולטי שמש לציוד דוודים: תחנת השאיבה מזרימה מים, הבקר מווסת את תהליך החימום

שיטה להגברת התפוקה

בדרך כלל, לאחר ניסויים במספר קטן של מודולים סולאריים, בעלי בתים פרטיים הולכים רחוק יותר ומשפרים את המערכת בדרכים שונות.

הדרך הקלה ביותר היא להגדיל את מספר המודולים המעורבים, בהתאם, למשוך מקום נוסף כדי להכיל אותם ולרכוש ציוד קשור חזק יותר

מה לעשות אם יש מחסור בשטח פנוי? להלן מספר המלצות להגברת היעילות של תחנה סולארית (עם תאי פוטו או קולטים):

• שינוי הכיוון של מודולים. אלמנטים נעים ביחס למיקום השמש. במילים פשוטות, התקנת עיקר הלוחות בצד הדרומי. בשעות היום הארוכות, עדיף גם להשתמש במשטחים הפונים מזרחה ומערבה.

• התאמת זווית הטיה. היצרן מציין בדרך כלל איזו זווית עדיפה ביותר (לדוגמה, 45º), אך לפעמים במהלך ההתקנה יש צורך לבצע התאמות תוך התחשבות בקו רוחב גיאוגרפי.

• בחירה נכונה של מיקום ההתקנה. הגג מתאים מכיוון שהוא לרוב המישור הגבוה ביותר ואינו מוסתר על ידי חפצים אחרים (למשל, עצי גינה). אבל יש אזורים מתאימים אפילו יותר - מכשירי מעקב אחר שמש מסתובבים.

כאשר האלמנטים ממוקמים בניצב לקרני השמש, המערכת פועלת בצורה יעילה יותר, אך על משטח יציב (למשל גג) הדבר אפשרי רק לפרק זמן קצר. כדי להגביר זאת, הומצאו מכשירי מעקב מעשיים.

מנגנוני מעקב הם פלטפורמות דינמיות המסתובבות כשהמטוסים שלהן עוקבים אחרי השמש. הודות להם, תפוקת הגנרטור עולה בכ-35-40% בקיץ, וב-10-12% בחורף.

החיסרון הגדול של מכשירי מעקב הוא העלות הגבוהה שלהם. בחלק מהמקרים זה לא משתלם ולכן אין טעם להשקיע במנגנונים חסרי תועלת.

ההערכה היא כי 8 פאנלים הם המספר המינימלי בו יוצדקו העלויות לאורך זמן. אתה יכול להשתמש 3-4 מודולים, אבל בתנאי אחד: אם הם מחוברים ישירות למשאבת המים, עוקף את הסוללות.

רק לפני כמה ימים, טסלה מוטורס הכריזה על יצירת סוג חדש של גג - עם משולב פנלים סולאריים. אילון מאסק אמר כי הגג המותאם יהיה זול יותר מגג קונבנציונלי עם אספנים או מודולים מותקנים עליו.

מסקנות וסרטון שימושי בנושא

סרטונים נושאיים יעזרו לכם לדמיין טוב יותר את העיצוב של תחנות סולאריות ביתיות ויחשפו כמה מסודות התקנת הציוד.

סרטון מס' 1. מידע טכני זמין על פאנלים סולאריים ובקרי טעינה:

סרטון מס' 2. ניסיון שימושי בשימוש בפאנלים סולאריים באזור מוסקבה:

סרטון מס' 3. דוגמה לתחנה סולארית הפועלת בהצלחה, מורכבת לחלוטין באופן עצמאי, המספקת גם אספקת מים חמים וגם חימום של הבית:

כפי שניתן לראות, מערכת חימום סולארית היא תופעה מאוד אמיתית שתוכלו ליישם בעצמכם. תחום השיטות החלופיות להשגת אנרגיה מתפתח כל הזמן, אולי מחר תשמעו על תגלית חדשה.

אנו מזמינים אותך להגיב באופן פעיל על החומר. אתה יכול להביע את הגישה שלך ל"אנרגיה ירוקה", לשתף את הניסיון שלך בהתקנת מערכת של פאנלים סולאריים, ולספר רק לך את הדקויות הידועות בבלוק שנמצא למטה.