Vytápění soukromého domu pomocí solárních panelů: schéma a zařízení

Typy solárních panelů

Zařízení jsou rozdělena do tříd podle své kapacity:

• nízkou spotřebou energie;
• univerzální;
• Solární panel.

Kromě toho existují tři typy baterií s různými účel:

1. Fotovoltaické měniče (FV). Přeměňují sluneční energii na elektrickou.
2. Helioelektrické elektrárny (HEPP). Používají se k pohonu různých průmyslových zařízení - turbín, parních strojů atd.
3. Solární kolektory (SC). Slouží k zásobování objektu teplem.

Výběr a výpočet solárních panelů pro rodinný dům vyžaduje, aby majitel znal konstrukční vlastnosti zařízení. Baterie se dělí podle fyzikálního a chemického stavu materiálu. Tato otázka by měla být zvážena podrobněji.

Křemíkové baterie

Křemíkové články jsou nejběžnějším typem fotovoltaických měničů..

Důvodem je rozšířenost a dostupnost materiálu. Technologie výroby je však velmi složitá a výroba prvků stojí mnoho peněz, což nutí výrobce hledat způsoby, jak snížit náklady.

Zatím to bylo možné pouze snížením efektivity, ale vývojáři neustále hledají způsoby, jak zlepšit kvalitu a produktivitu svých produktů. Podívejme se na typy křemíkových baterií.

Monokrystalické

Nejúčinnější a nejdražší články. Používají vysoce čistý křemík, který se získává stejným postupem jako polovodiče. Buňky jsou ve skutečnosti tenké plátky (300 µm) z jednoho monokrystalu, který byl vypěstován speciálně pro tento úkol. Krystalová struktura má pravidelný tvar, zrna směřují stejným směrem. Náklady na materiál jsou vysoké, účinnost je 18-22 %. Životnost je velmi dlouhá, nejméně 30 let.

Polykrystalické

Tyto prvky vznikají postupným ochlazováním roztaveného křemíku.který vytváří polykrystaly. Struktura tohoto materiálu není pravidelná, zrna nejsou rovnoběžná a směřují různými směry. Výroba je mnohem levnější, protože pro tuto technologii je potřeba méně elektřiny, ale účinnost výrobku je nižší - 12-18 %.

Amorfní

Amorfní baterie se nevyrábějí z krystalického křemíku, ale ze silanu.který se nanáší v tenké vrstvě na základní materiál. Účinnost těchto baterií je nízká - pouze 5-6 %, ale cena je nejnižší. Existují však i výhody - vysoký koeficient optické absorpce, schopnost pracovat v oblačném počasí, odolnost proti deformaci panelu.

Hybridní

Hybridní panely jsou kombinací fotovoltaických článků a solárních kolektorů. Panely se totiž při výrobě energie zahřívají a ztrácejí výkon.

Ke snížení tepla bylo použito vodní chlazení. Ukázalo se, že množství tepla získaného vodou z fotovoltaických článků lze využít pro domácí účely nebo pro vytápění prostor.

Tyto solární panely jsou vhodné jak pro výrobu energie, tak pro vytápění domů. Výrobci tvrdí, že účinnost těchto panelů je extrémně vysoká (někteří uvádějí 80 %), ale jedná se o běžný marketingový trik, který zohledňuje stabilitu ukazatelů jako zvýšení účinnosti.

Jedná se o další typ fotovoltaického měniče, který není vyroben na bázi křemíku, ale z několika polymerních vrstev těsně vedle sebe, které plní různé funkce.. Účinnost těchto baterií je asi čtyřikrát nižší než u křemíkových baterií, ale jsou lehké, relativně levné na výrobu a v důsledku toho i levnější na prodej. Předpokládá se, že polymerní zařízení mají vysoký potenciál a budou se aktivně prosazovat, protože nejdůležitějšími výhodami tohoto materiálu jsou levnost a rychlost výroby.

Alternativní zdroje energie jsou budoucností

Poptávka po energii roste úměrně rychlosti technologického rozvoje. Jestliže dnes jsou alternativní zdroje energie exotické a využívají se pouze v oblastech, kde není možné využít jiný způsob, v blízké budoucnosti se to zásadně změní. Závislost na dodavatelských firmách není růžovou vyhlídkou a nutí lidi hledat jiné, nezávislejší způsoby zásobování energií a teplem..

S dostupností levnějších a účinnějších zařízení se používání solárních panelů rozšíří.. Podnětem k tomu bude přelidněnost centrálních oblastí, nedostatek bydlení a pracovních míst a potřeba stěhovat se do vzdálenějších regionů. Pokud se do té doby parametry zařízení poměrně ustálí a ceny klesnou na přijatelnou úroveň, bude poptávka po solárních panelech velmi vysoká.

Princip fungování

Princip fungování solárního panelu. (Klikněte pro zvětšení)

Princip fungování solárního panelu je poměrně jednoduchý. Přeměňuje sluneční energii na elektrickou. Fotoreceptory na desce absorbují sluneční světlo, které na povrchu desky způsobí mikrovýboj.

Síla jednoho takového mikrovybíjení je poměrně malá, ale mnoho fotoreceptorů na povrchu baterie dokáže vyrobit a uložit potřebné množství elektřiny pro lidskou spotřebu.

Solární panely lze instalovat na střechy

• soukromé domy;
• výškové budovy;
• malé průmyslové prostory;
• pavilony;
• přístřešky.

Podmínkou pro umístění konstrukce je plochá střecha nebo jiná velkoplošná rovina.

Tip odborníka: Moduly solárních kolektorů se umísťují směrem ke slunci.

Proto je důležité instalovat modul na jižní nebo jihovýchodní stranu.

Výhody solárního systému

Solární panely pro vytápění domů mají několik výhod:

• Váš domov bude mít po celý rok k dispozici potřebné teplo. Můžete také regulovat teplotu ve svém domě podle svých představ.
• Úplná nezávislost na bydlení a veřejných službách. Nyní už nebudete muset platit vysoké účty za vytápění.
• Solární energie je takovou zásobou, kterou lze využít pro různé domácí potřeby.
• Tyto baterie mají velmi dobrou životnost. Málokdy se porouchají, takže se nemusíte obávat oprav nebo výměny některých součástí.

Než se rozhodnete pro tento systém, je třeba zvážit několik věcí. Koneckonců, tento systém nemusí být vhodný pro každého.

Kvalita takového topného systému do značné míry závisí na zeměpisné poloze místa bydliště. Pokud žijete v oblasti, kde slunce nesvítí každý den, nebudou tyto systémy účinné. Další nevýhodou tohoto systému je, že solární panely nejsou levné. Je však třeba mít na paměti, že takový systém se časem vyplatí.

Délka slunečního svitu v Rusku

K tomu, abyste do domu dodali potřebné množství tepla, budete potřebovat 15 až 20 metrů čtverečních solárních panelů. Jeden metr čtvereční vyzařuje v průměru 120 W.

Abyste získali přibližně 500 kW tepla za měsíc, potřebujete asi 20 slunečních dnů v měsíci.

Solární panely je nutné instalovat na jižní stranu střechy, protože odtud se odvádí nejvíce tepla. Aby byl solární ohřev co nejúčinnější, měl by být sklon střechy přibližně 45 stupňů. V okolí domu by pokud možno neměly být žádné vysoké stromy ani jiné objekty, které by mohly poskytovat stín. Krovový systém domu by měl být dostatečně pevný a odolný. Protože solární panely nejsou zrovna lehké, je třeba dbát na to, aby nepoškodily budovu a nevyvolaly destruktivní procesy. Pravděpodobnost zřícení se zvyšuje v zimě, protože v tomto období se na střeše kromě těžkých baterií hromadí sníh.

Solární panely jsou obvykle umístěny na střeše domu.

Přestože jsou solární panely poměrně drahé, jsou stále populárnější. Používají se i v místech, kde není příliš horké klima. Takový systém lze použít i jako doplňkové vytápění domu. Tyto systémy jsou nejúčinnější v letních měsících, kdy slunce svítí téměř každý den. Je však třeba mít na paměti, že dům je třeba vytápět především v zimních měsících.

Způsoby využití solární energie

Způsob využití energie ze slunce není žádnou novinkou, sluneční teplo se využívá již dlouho a poměrně úspěšně. To se však týká především Austrálie, některých zemí Evropy, Ameriky a jižních oblastí, kde je alternativní energie dostupná po celý rok.

V některých severních oblastech je přirozené záření nedostatečné, a proto se používá jako doplňková nebo záložní možnost.

Galerie obrázků
Foto z
Solární panely jsou jedním ze způsobů, jak získat prakticky bezplatnou energii vyzařovanou nebeským sluncem.

Instalace samostatné solární elektrárny je praktická v regionech s vysokým počtem slunečných dnů, což nesouvisí s průměrnou roční teplotou.

Samostatné solární systémy se umísťují převážně na střechy nízkopodlažních budov a do oblastí bez stromů.

Solární systémy dodávají energii pro ohřev vzduchu, páry nebo ohřev vody v mrazivých obdobích; v létě zajišťují ohřev vody.

Solární elektrárny patří mezi "zelené", ekologické a trvale obnovitelné formy výroby energie.

Účinnost solárních elektráren je zatím příliš závislá na počtu slunečných dnů. Jsou hospodárné pouze v jižních zeměpisných šířkách. Ve středním pásmu a na severu může sloužit pouze jako záložní zdroj.

Solární panely na jihu zemí SNS mohou venkovský dům zásobovat elektřinou, teplou vodou a topnou kapalinou pro topné okruhy.

Solární tepelné systémy, i když jsou využívány jako záložní zdroj energie, přinášejí poměrně vysoké ekonomické výhody, protože snižují zatížení hlavních energetických zdrojů.

Pasivní solární energie

Možnost instalace solárních panelů

Optimální umístění solárního tepelného systému

umístění solárních panelů podél okapu

Solární tepelný systém na šikmé střeše

Solární elektrárna jako záloha

Působí v jižních oblastech zemí SNS

Skutečné přínosy solárních tepelných systémů v soukromém sektoru

Solární panely nebo kolektory, které se liší funkcí a konstrukcí, zprostředkovávají spojení mezi slunečními paprsky a zařízením na výrobu energie.

Baterie uchovávají sluneční energii a umožňují její využití pro napájení domácích elektrických spotřebičů. Jedná se o panely s fotovoltaickými články na jedné straně a uzamykacím mechanismem na straně druhé. Je možné experimentovat a sestavit si baterii sami, ale jednodušší je koupit prefabrikované prvky - existuje široká nabídka.

Solární systémy (solární kolektory) jsou součástí systému vytápění domu. Velké izolované boxy s chladicí kapalinou se stejně jako baterie montují na vyvýšené štíty obrácené ke slunci nebo na střešní svahy.

Je nesprávné si myslet, že naprosto všechny severní oblasti mají mnohem méně přirozeného tepla než jižní oblasti. Předpokládejme, že na Čukotce nebo ve střední Kanadě je mnohem více slunečných dnů než v nejjižnější části Spojeného království.

Aby byly panely účinnější, jsou umístěny na dynamických mechanismech, které se podobají sledovacímu systému - otáčejí se podle pohybu slunce. Proces přeměny energie probíhá v trubkách uvnitř boxů.

Hlavní rozdíl mezi solárními systémy a solárními panely spočívá v tom, že první z nich ohřívají chladicí kapalinu, zatímco druhé ukládají elektřinu. Vytápění je možné i pomocí fotovoltaických článků, ale tyto systémy nejsou racionální a jsou vhodné pouze pro oblasti s nejméně 200 slunečnými dny v roce.

Schéma zařízení pro topný systém se solárním kolektorem připojeným ke kotli a záložním zdrojem energie (např. plynovým kotlem) na tradiční paliva (+)

Odrůda

V nejširším slova smyslu označuje pojem "solární panel" zařízení, které dokáže přeměnit energii vyzařovanou sluncem na využitelnou formu pro různé oblasti lidské činnosti. K vytápění domů se používají dva typy solárních panelů.

Fotovoltaické články

Baterie této třídy se často nazývají konvertory, protože přeměňují energii slunečního záření na energii elektrickou. Tuto transformaci umožňují vlastnosti polovodičů. Fotovoltaický článek se skládá ze dvou materiálů, z nichž jeden má děrovou a druhý elektronickou vodivost.

Fotovoltaické články

Tok fotonů, které tvoří sluneční světlo, způsobuje, že elektrony opouštějí své dráhy a migrují přes přechod Pn, což je skutečný elektrický proud.

Podle typu použitého materiálu lze rozlišit tři typy fotovoltaických článků: křemíkové články, filmové články a koncentrační články.

Křemík

K tomuto typu patří více než tři čtvrtiny všech dnes vyráběných solárních panelů. Důvodem je převaha křemíku v zemské kůře a skutečnost, že většina technologií při výrobě polovodičové elektroniky byla orientována na práci s tímto materiálem.

Křemíkové články se dělí na dva druhy:

• monokrystalické: nejdražší varianta s účinností mezi 19 % a 24 %;
• polykrystalické: cenově dostupnější, ale s účinností mezi 14 a 18 %.

Film .

Při výrobě fotočlánků této skupiny se používají polovodiče s vyšším koeficientem absorpce světla než monokrystalický nebo polykrystalický křemík.

To umožnilo snížit tloušťku prvků o řád, což mělo pozitivní dopad na jejich cenu. Jsou použity následující materiály:

• teluridu kadmia (koeficient účinnosti 15 až 17 %);
• amorfní křemík (11-13% faktor účinnosti).

Koncentrátor

Tyto baterie mají vícevrstvou strukturu a vyznačují se nejvyšší účinností přibližně 44 %. Hlavním materiálem používaným při jejich výrobě je arsenid galia.

Zařízení topného systému

Topný systém založený na fotovoltaických bateriích se skládá z následujících komponent:

• samotné baterie;
• akumulátor;
• Řídicí jednotka: řídí proces nabíjení baterie;
• Měnič: převádí stejnosměrný proud z baterie nebo akumulátoru na střídavý proud o napětí 220 V;
• konvektor, bojler na teplou vodu nebo jiný typ elektrického ohřívače.

Síťový fotovoltaický systém

Solární kolektory

Tento typ radiátoru se skládá z několika černě natřených trubek, kterými je čerpáno teplonosné médium cirkulující v topném systému. Sluneční tepelná energie je absorbována médiem bez jakékoliv přeměny. Ve většině případů se jako médium používá směs na bázi propylenglykolu (s nemrznoucími vlastnostmi), ale existují i kolektory zaměřené na práci se vzduchem. Ten po ohřátí proudí přímo do vytápěné místnosti.

Solární kolektory

Nejjednodušší solární kolektor se nazývá plochý kolektor. Má podobu krabice ze skla s tmavým povlakem, která je v kontaktu s teplonosným médiem proudícím trubkami. Vakuové sběrače mají složitější konstrukci. V těchto bateriích jsou trubice s teplonosným médiem umístěny v utěsněném skleněném pouzdře, ze kterého je odváděn vzduch. Tímto způsobem jsou trubky s médiem obklopeny vakuem, které eliminuje tepelné ztráty způsobené kontaktem se vzduchem.

Výroba solárních kolektorů je samozřejmě založena na jednodušší technologii než výroba fotovoltaických článků. Náklady jsou proto nižší. Účinnost těchto zařízení přitom dosahuje 80 až 95 %.

Rozsah solárních zařízení

Hlavními prvky solárních systémů (solárních panelů pro domácnost) jsou:

• solární kolektor;
• Oběhové čerpadlo (systémy s přirozenou cirkulací mohou chybět, ale jsou neúčinné);
• nádrž s vodou, která slouží jako akumulátor tepla.
• Vodní topný okruh sestávající z potrubí a radiátorů.

Schéma solárního tepelného systému s denním ukládáním energie

Výhody solárních panelů

Nejdůležitější výhodou fotovoltaických měničů je jejich nezávislost na organizaci zdrojů.. Elektřina se vyrábí zcela nezávisle, bez připojení k síti. Stačí zdroj slunečního světla a systém nemůže fungovat v noci. Existují i další výhody:

• Šetrnost k životnímu prostředí. Systém nijak neovlivňuje životní prostředí, nevypouští žádné škodlivé látky.
• Dlouhá životnost. Zařízení může pracovat téměř neomezeně dlouho, pokud je pravidelně servisováno odborníky.
• Úplná bezhlučnost provozu.
• Kapacitu systému je možné zvýšit přidáním nových modulů.
• Návratnost zařízení. Cena soupravy se majiteli postupně vrací v podobě úspory nákladů na energii. Po několika letech již zařízení začíná přinášet zisk.
• Náklady na stavebnice neustále klesají. Objem výroby těchto zařízení je vysoký, což způsobuje pokles cen. Systém solárních panelů pro dům zakoupený za několik let bude levnější než ten, který se kupuje dnes, a to dává důvěru ve vývoj technologií a dostupnost zařízení.

Trubkové solární kolektory

Trubkové solární kolektory se skládají z jednotlivých trubek, kterými proudí voda, plyn nebo pára. Jedná se o jeden z typů systému s otevřeným kolektorem. Teplonosné médium je však již mnohem lépe chráněno před vnějšími negativními vlivy. Zejména ve vakuových systémech, které jsou založeny na principu termosky.

Každá trubice je k systému připojena samostatně, paralelně k sobě. Pokud se jedna trubice porouchá, lze ji snadno vyměnit za novou. Celou konstrukci lze montovat přímo na střechu budovy, což výrazně usnadňuje instalaci.

Trubkový sběrač má modulární konstrukci. Základním prvkem je vakuová trubice a počet trubic se pohybuje od 18 do 30, což umožňuje přesně přizpůsobit kapacitu systému.

Velkou výhodou trubkových solárních kolektorů je válcový tvar základních prvků, který umožňuje zachycovat sluneční paprsky po celý den bez nutnosti nákladných systémů pro sledování denního světla.

Speciální vícevrstvý povlak vytváří optickou past pro sluneční paprsky. Na obrázku je částečně znázorněna vnější stěna vakuové baňky, která odráží paprsky na stěnách vnitřní baňky.

Rozlišujeme mezi trubicovými a koaxiálními solárními kolektory.

Koaxiální trubice je nádoba Diayoor nebo známá termoska. Jsou vyrobeny ze dvou baněk, mezi kterými je vypumpován vzduch. Vnitřní povrch žárovky je opatřen vysoce selektivním povlakem, který účinně pohlcuje sluneční energii.

Díky válcovému tvaru trubice dopadají sluneční paprsky vždy kolmo k povrchu.

Tepelná energie z vnitřní selektivní vrstvy se přenáší do tepelné trubky nebo vnitřního výměníku tepla z hliníkových desek. V této fázi dochází k nežádoucím tepelným ztrátám.

Pírková trubice je skleněný válec s pírkovým absorbérem vloženým dovnitř.

Název systému je odvozen od pérového absorbéru, který těsně obklopuje tepelný kanál z teplovodivého kovu.

Vzduch je z trubky odváděn kvůli dobré tepelné izolaci. Přenos tepla z absorbéru je beze ztrát, a proto je účinnost pérových trubic vyšší.

Termální trubice je uzavřená nádoba se snadno odpařitelnou kapalinou.

Vzhledem k tomu, že snadno se odpařující kapalina přirozeně stéká ke dnu jímky, je minimální úhel sklonu 20°.

Uvnitř termosky se nachází těkavá kapalina, která absorbuje teplo z vnitřní stěny baňky nebo pérového absorbéru. Vlivem teploty se kapalina vaří a stoupá vzhůru jako pára. Po odevzdání tepla do topného tělesa nebo teplovodního média páry zkondenzují na kapalinu a stékají dolů.

Voda při nízkém tlaku se často používá jako snadno odpařující se kapalina.

Systém s přímým průtokem využívá U-trubku, ve které cirkuluje voda nebo topná kapalina.

Jedna polovina U-trubice je určena pro studené médium, druhá polovina pro ohřívané médium. Při zahřátí se chladicí kapalina rozpíná a proudí do zásobní nádrže, což umožňuje přirozenou cirkulaci. Stejně jako u systémů s tepelnou trubicí musí být minimální úhel sklonu alespoň 20⁰.

U systémů s přímým průtokem nemůže být tlak v systému vysoký, protože uvnitř baňky je technické vakuum.

Přímé systémy jsou účinnější, protože okamžitě ohřívají teplonosné médium.

Pokud jsou solární kolektory určeny k celoročnímu použití, čerpají se do nich speciální nemrznoucí kapaliny.

Výhody a nevýhody trubkových kolektorů

Použití trubicových solárních kolektorů má řadu výhod i nevýhod. Konstrukce trubkového solárního kolektoru se skládá ze stejných prvků, které lze poměrně snadno vyměnit.

Výhody:

• nízké tepelné ztráty;
• schopnost pracovat při teplotách do -30⁰C;
• efektivní výkon po celou dobu denního světla;
• dobrý výkon v oblastech s mírným a chladným klimatem;
• nízká plovoucí schopnost, která je odůvodněna schopností trubkových systémů propouštět vzduchové masy;
• Možnost dosažení vysoké teploty teplonosného média.

Konstrukčně má trubková konstrukce omezenou plochu otvoru. Má následující nevýhody:

• neschopné samočištění od sněhu, ledu a mrazu;
• vysoké náklady.

I přes počáteční vysoké náklady mají trubkové kolektory rychlejší dobu návratnosti. Mají dlouhou životnost.

Trubkové kolektory patří mezi solární zařízení otevřeného typu, proto nejsou vhodné pro celoroční použití v otopných systémech.

Typy solárních panelů

Existují různé typy fotovoltaických měničů. Liší se jak materiálem, ze kterého jsou vyrobeny, tak technologií. Všechny tyto faktory přímo ovlivňují výkon těchto měničů. Některé fotovoltaické články mají účinnost 5-7 % a nejúspěšnější vývojové projekty z poslední doby vykazují účinnost 44 % a více. Je zřejmé, že vzdálenost od vývoje k domácímu využití je obrovská, a to jak z hlediska času, tak i peněz. Můžeme si však představit, co nás čeká v blízké budoucnosti. K získání lepších vlastností se používají jiné kovy vzácných zemin, ale se zlepšením vlastností dochází ke slušnému nárůstu ceny. Průměrný výkon relativně levných solárních měničů je 20-25 %.

Křemíkové solární moduly jsou nejběžnější

Nejběžnější jsou křemíkové solární články. Tento polovodič je levný a jeho výroba byla zvládnuta již dávno. Nemají však nejvyšší účinnost - těch 20-25 %. Proto se dnes používají převážně tři typy solárních měničů:

• Nejlevnější jsou tenkovrstvé baterie. Představují tenkou vrstvu křemíku na nosném materiálu. Křemíková vrstva je pokryta ochrannou fólií. Výhodou těchto prvků je, že fungují i v rozptýleném světle, a proto je možné je instalovat i na stěny budov. Nevýhodou je nízká účinnost 7-10 % a navzdory ochranné vrstvě postupná degradace křemíkové vrstvy. Nicméně díky tomu, že zabírají velkou plochu, je možné získávat elektřinu i za oblačného počasí.
• Polykrystalické solární články se vyrábějí z roztaveného křemíku pomalým ochlazováním. Tyto buňky lze rozeznat podle jasně modré barvy. Tyto solární články mají lepší výtěžnost: účinnost 17-20 %, ale jsou neúčinné v rozptýleném světle.
• Nejdražší z celé trojice, ale také poměrně rozšířené, jsou monokrystalické solární články. Vyrábějí se rozdělením jednoho krystalu křemíku na destičky a mají charakteristickou geometrii se zkosenými rohy. Účinnost těchto článků se pohybuje mezi 20 a 25 %.

Když uvidíte označení "solární panel mono" nebo "polykrystalický solární panel", pochopíte, že jde o způsob výroby křemíkových krystalů. Budete také vědět, jakou efektivitu od nich můžete očekávat.

Baterie s monokrystalickými měniči