Принцип работы солнечных батарей для отопления частного дома

Самая затратная статья при эксплуатации собственного дома – расходы на отопление. Возможно ли их снизить? Да, если максимально задействовать бесплатную энергию природных источников. Даже в средней полосе России с одного квадратного метра за год можно получить до 1300 кВт∙ч солнечной энергии, которая может быть использована практически для любых хозяйственных нужд.
Принцип работы и преимущества
Солнечные батареи представляют собой генератор электрической энергии, основанный на фотоэлектрических реакциях. Их КПД довольно невысок – от 15 до 30 %, а мощность одного модуля составляет 50-300 Вт. Современные батареи эффективно производят энергию даже при средней облачности. Несколько солнечных элементов соединяют в цепи для обеспечения дома необходимым количеством электроэнергии. Служит система из солнечных батарей более 25 лет, а затраты на ее сооружение окупаются уже за 3-4 года.
Чаще всего солнечные батареи устанавливаются на крыше дома, поэтому не расходуется дополнительно полезная площадь внутри дома. Суммарная площадь поверхности солнечных батарей для отопления дома площадью 100-120 кв. м в средней полосе составляет порядка 30 кв. м. Однако все равно необходимо предусмотреть изолированное место в доме, где будет установлено электрическое распределительное оборудование и аккумуляторы, электроэнергия из которых будет использоваться в темное время суток и при пасмурной погоде.
Система отопления, использующая электроэнергию солнечного света, чаще бывает электрической, хотя возможны варианты и водяной системы отопления, подключенной к электрическому котлу. Электрическая система предпочтительнее, так как использование солнечной энергии эффективнее при небольшом нагреве больших площадей, таких как теплый пол. Также она более гибкая в настройке, и менять температуру в зависимости от погоды на улице или от количества человек в помещении – проще. Монтаж электрического отопления проще и быстрее, дополнительное преимущество – отсутствие громоздких радиаторов под окнами и труб.
Недостатки и способы их устранения
Обычный дом тратит на отопление около 74% всей расходуемой энергии, в то время как энегоэфективный – 45-55%. Достигается это за счет тщательной термоизоляции и исключению мест утечки тепла. Не получится сэкономить на солнечном отоплении, если стены не утеплены, а в окнах и дверях – щели. Перед установкой отопления от солнечных батарей необходимо утеплить стены, крышу, пол, позаботиться о герметизации окон. В большинстве регионов Росси при достаточном общегодовом количестве солнечных дней распределены они крайне неравномерно. Зимой пасмурные периоды и снегопады могут длиться неделями, не говоря уже о том, что световой день значительно сокращается. Для безопасности необходимо иметь резервную отопительную систему в виде котла или возможность переключать систему отопления на получение энергии из централизованной электросети. Тем не менее, использование солнечных батарей для отопления осенью и весной вполне оправдано и позволяет снизить общие расходы на обогрев. Большинство владельцев домов от установки солнечных батарей удерживает их высокая стоимость. За систему мощностью 20-25 кВт, при помощи которой можно отапливать дом средних размеров, придется заплатить более 800 тыс. рублей. Окупит себя такая система при текущих тарифах на электроэнергию за 3 года, если же дом дополнительно в холодные месяцы придется отапливать природным газом, то срок окупаемости увеличивается. За солнечными батареями придется ухаживать. Периодически 2-3 раза в год их необходимо очищать от грязи и пыли, так как при загрязнении поверхности их эффективность резко снижается.
Проект системы
Об установке солнечных батарей лучше подумать еще на стадии проектирования дома, так как располагаться они должны на южном скате крыши, причем оптимальный угол ее наклона – от 30 до 45 градусов в зависимости от региона. Специально спроектированные под использование солнечной энергии дома имеют ассиметричную или односкатную крышу, на которой можно расположить большое количество солнечных элементов. Если ориентация дома и форма крыши не позволяют эффективно закрепить солнечные батареи, то можно смонтировать на крыше или стенах специальные каркасы для их крепежа. Солнечные батареи также могут располагаться на стойках вне дома. Помимо самих модулей солнечных батарей и конструкций для их крепежа для подключения к системе отопления понадобятся устройство отбора мощности от батарей, контроллер для солнечных батарей, первичный преобразователь, аккумуляторы и контроллер, при помощи которого отслеживается оставшийся в них заряд, автоматически происходит переключение на централизованную электросеть при падении уровня заряда ниже критического предела, преобразователь электрического тока из постоянного в переменный, комплект проводов.
Оптимально, если электрическая система обогрева дома, работающая от солнечной энергии, будет оснащена термостатом и регуляторами температуры в каждой комнате. Детальный проект и смету лучше проводить совместно с опытным электриком. Ему же стоит поручить работу по подключению солнечных батарей, чтобы не повредить их, а также вся проводку в доме. Принимать решение об установки системы отопления, работающей от солнечных батарей необходимо отталкиваясь от доступности других источников энергии в населенном пункте и их стоимости.