Строительство умного дома солнечные батареи

Солнечные батареи для умного дома: основные виды и анализ их эффективности

Солнечная энергетика на сегодня является одним из наиболее экологически чистых способов получения электричества и тепла. Интерес к этой сфере растёт с каждым годом, в том числе и с точки зрения автономного энергообеспечения «умного дома». Разберём подробнее, выгодны ли солнечные батареи в частном доме, какие их виды имеются в продаже, каковы нюансы их использования для получения электричества и отопления помещений.

Принцип работы солнечных батарей

Принцип работы солнечной энергоустановки основывается на полупроводниковом эффекте. Впервые данный эффект был открыт французским физиком Беккерелем ещё в первой половине 19 века. Реально действующий полупроводник был создан в 1873г., однако, до середины ХХ века не удавалось создать эффективно работающей солнечной батареи, способной вырабатывать значительное количество электричества.

Основу конструкции составляет кремний, как один из наиболее эффективных полупроводников. Из него изготавливаются фотоэлементы, составляющие верхний слой пластин батареи. Под воздействием солнечных лучей в блоке преобразователя начинается высвобождение из атомов кремния отрицательно заряженных частиц. Высвободившиеся электроны захватываются атомами нижерасположенной пластины. В соответствии с физическими законами они стремятся вернуться в своё первоначальное положение.

Возвращаясь в верхнюю кремниевую пластину, они перемещаются по тонким проводам, при этом частью своей энергии заряжая аккумулятор, подключённый к фотоэлементам. Работа солнечных батарей, созданных на основании монокристаллической методики нанесения кремниевого слоя, намного эффективней. Это связано с тем, что в данном случае образуемая кремнием кристаллическая решётка имеет меньшее число граней, а это даёт электронам возможность прямолинейного передвижения.

Классификация солнечных батарей

На сегодня существует большое количество преобразователей солнечной энергии, которые условно классифицируются по нескольким признакам. По количеству вырабатываемой электроэнергии солнечные панели бывают:

По своей конструкции электрогенераторы, работающие на солнечной энергии, подразделяют на:

Солнечная энергия для отопления

Принцип работы панелей с фотоэлементами

Отопление дома от солнечных батарей может производиться двумя способами:

Действуют панели с фотоэлементами при нагреве воды в отопительном контуре по следующему принципу — комплекты солнечных батарей, превращая энергию лучей солнца в электроэнергию, заряжают аккумуляторные батареи. От них ток поступает в инверторы, преобразующие его по напряжению, частоте, силе. Оттуда электричество подаётся непосредственно на нагревательные приборы, например, на электрокотел.

Эффективность использования фотоэлементов

Преимущество солнечных панелей перед гелиоколлекторами состоит в возможности аккумуляции электричества. А это, в свою очередь, позволяет интегрировать водонагревательную систему, основанную на солнечных батареях, в комплекс «умный дом». Для этого можно использовать датчики и реле, самостоятельно запускающие электроподогрев отопительной системы при снижении температуры ниже установленных показателей.

Также возможно подключение внешнего управления процессом поддержания тепла в доме при помощи интернет-соединения и любого гаджета, имеющего выход во всемирную паутину – смартфона, ноутбука, ПК. Эффективность использования фотоэлементов, по сравнению с гелиоколлекторами состоит в возможности автономной или управляемой регулировки их работы. Наличие заряжаемой аккумуляторной батареи позволяет меньше зависеть от капризов погоды, всегда поддерживать комфортную температуру во внутренних помещениях.

Виды солнечных батарей

Сегодня существует несколько видов солнечных батарей, различающихся по своей конструкции и эксплуатационно-техническим показателям.

Монокристаллические

При изготовлении монокристаллических панелей используют кремний высокой степени очистки. Получить подобный материал возможно только промышленным способом с применением специальных технологий. Такие гелиосистемы довольно дорогостоящи, но отличаются большим КПД, который составляет в среднем 15-20%, а в отдельных случаях достигая даже 20%.

Поликристаллические

В данных конструкциях кремний наносится на основание поликристаллическим способом, что снижает эффективность работы солнечных батарей. Дело в том, что в таких кристаллических решётках электроны не могут передвигаться прямолинейно, и отдают в единицу времени меньше заряда. Метод изготовления поликристаллических панелей состоит в нанесении расплавленного кремния на основание, с последующим медленным охлаждением.

Поверхность их отличается ярко-синим цветом. Такие модификации гелиосистем имеют меньшую себестоимость, но и эффективность их также невысока. КПД поликристаллических панелей не превышает 10-12%. Следовательно, для получения 1 Вт электроэнергии потребуется большая площадь фотоэлементов, чем при использовании монокристаллических батарей. А это нивелирует их основное преимущество – низкую стоимость.

Тонколистовые

Тонколистовые солнечные панели изготавливают из аморфного кремния, который наносится на тонкую гибкую основу. Сверху кремниевый слой покрывается защитной плёнкой, предохраняющей его от механических повреждений. Подобные конструкции имеют самую низкую цену за квадратный метр, но, вместе с тем, и самую низкую эффективность. КПД их составляет всего лишь 5-7%. Также невысок и срок их эксплуатации: со временем их технические качества ещё больше снижаются.

Установка солнечных батарей на крыше

Эффективность работы гелиопанелей во многом зависит от правильного их размещения. При установке солнечной батареи на крышу дома, следует соблюдать ряд правил. Во-первых, устанавливать их нужно с наиболее освещённой стороны, то есть с южной и восточной. Другой немаловажный фактор, это угол наклона панели по отношению к горизонту. Поскольку солнце движется под некоторым углом к земле, то и его лучи падают также под наклоном.

Как использовать солнечные батареи, чтобы максимально полно улавливать солнечное излучение? Специалисты рекомендуют выбирать угол наклона плоскости батареи в соответствии с широтным расположением населённого пункта. Например, Москва находится на широте 55 градусов, значит, и солнечную батарею на московских крышах лучше всего устанавливать под углом 55 о по отношению к плоскости земли.

Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы

Дом с солнечными батареями, несомненно, является высокотехнологичным продуктом научно-технического прогресса. Однако, системы обогрева, основанные на использовании солнечной энергии, имеют как свои неоспоримые достоинства, так и недостатки. К плюсам следует отнести:

Но имеется в этой достаточно благостной картине и своя ложка дёгтя. Это вопрос окупятся ли солнечные батареи, установленные в частном доме. Стоимость панелей высока, а для нормального автономного функционирования жилого дома требуется значительная площадь генерирующих поверхностей. Как показывают расчёты, полностью окупятся они не ранее трёх лет с начала использования. И то, это при условии активной эксплуатации и размещения в регионе с высоким уровнем солнечного излучения. В районах, где количество ясных дней невелико, сроки окупаемости будут ещё длиннее.

И все же солнечная энергетика на данный момент является одним из самых перспективных сфер развития научно-технического прогресса. Благодаря новым разработкам и научным открытиям, эффективность гелиоэнергетики будет расти, а себестоимость наоборот — снижаться. Всё это делает использование солнечных батарей в системе «умный дом» достаточно правильным решением.

Источник

Солнечные батареи в умном доме

Экономия на оплате коммунальных услуг – одно из ключевых его преимуществ: правильно выбранная система и грамотная настройка позволяет рационально использовать электроэнергию, воду, газ, тепло. Более того, его можно успешно использовать с альтернативными источниками энергии, позволяющими не зависеть от плановых отключений или форс-мажорных ситуаций.

Включив в систему Умный дом солнечные батареи, легко обеспечить бесплатной электроэнергией работу большинства осветительных приборов.

Принцип действия

Солнечные панели обычно устанавливаются на особняках, коттеджах. Такая возможность должна закладываться еще при проектировании здания. Если застройщик не учел этот момент на этапе строительства, крышу придется подготовить.

Электричество, получаемое от панелей, преобразуется с помощью специального устройства – контроллера, выдающего ток постоянной силы. Дальнейшее обуславливают цели установки панелей:

для обеспечения приборов электричеством исключительно от солнечной энергии потребуются аккумуляторы достаточной емкости и мощности – для накапливания энергии и использования ее в период отсутствия солнечного света;

эксплуатация в случае временного отключения электроэнергии – помимо солнечных батарей, потребуется подключение дополнительных устройств, которые следят за напряжением в городской сети и переключают строение на питание с батарей. Как правило, эту функцию выполняет непосредственно система Умный дом;

использования солнечной энергии одновременно с городской электросетью – необходимо добавить в сеть специальный гибридный инвертор, который выполнит функцию распределения энергии. Данный вариант использования позволяет серьезно экономить.

Рекомендуется использовать монокристаллические кремниевые панели – прочные, долговечные, эффективные. При выборе аккумуляторов рекомендуется присмотреться к моделям Power Wall, разработанные компанией Tesla Motors. Они имеют хорошие показатели мощности и емкости, способны работать при широком диапазоне температур, оснащены специальной влагозащитой. Характеристики позволяют использовать батареи на улице.

Актуальность

Эффективность работы солнечных панелей напрямую связана с солнечной активностью. Для обеспечения здания средних размеров электричеством полностью от панелей необходимо, чтобы в каждом месяце было не менее 18 ясных дней. В нашей стране так не всегда бывает даже летом, не говоря о зиме. Полностью запитывать Умный дом от солнца не получится, но можно использовать восполняемые источники энергии вместе с коммунальными услугами – экономия на счетах за электричество при грамотном подходе составляет до 40%. Даже с учетом достаточно высокой стоимости оборудования она окупится за несколько лет.

Хотите узнать больше о системе Умный дом, ее возможностях, подстройке под нужды конкретного хозяина? Позвоните или напишите специалистам компании MimiSmart.

Источник

Автономный дом: базовые принципы строительства

Постоянный рост цен на энергоносители, дороговизна или невозможность подключения к централизованным газовым и электрическим сетям заставляет загородных жителей искать способы решения этих проблем. Одним из вариантов становится строительство автономного дома. Наш портал уже неоднократно рассказал об основных компонентах такого жилища. Практика показывает, что решение задачи по возведению автономного коттеджа требует комплексного подхода.

Итак, из этой статьи вы узнаете:

Особенности возведения автономного дома

Любое строительство загородного дома следует начинать с проекта, а проекту обычно предшествует идея и желание иметь коттедж с определённым набором качеств. Одно из ключевых требований, которым должен отвечать загородный дом — это комфортные условия проживания. Тепло, свет, вода — базовые компоненты нормальной жизни на своей «земле». Исключив один из них, например, лишившись отопления зимой или электричества, мы переходим в режим экстремальных условий проживания.

Поэтому любой человек, решивший построить дом, в первую очередь должен узнать, есть ли на участке или предвидятся в будущем все необходимые коммуникации. Воду можно добыть самостоятельно – пробурив скважину или выкопав колодец, но без постоянного источника электроэнергии и тепла современный дом превращается в холодную коробку.

Не работают циркуляционные насосы, из крана не течёт вода, останавливается система отопления (оставим за рамками данной статьи т.н. гравитационную систему, с естественной циркуляцией теплоносителя), не работает TV, компьютеры, освещение и т.д.

Практика показывает, что не всегда есть возможность подключить коттедж к централизованной электросети и провести магистральный газ. Причины — высокая цена на подключение, отсутствие достаточной электрической мощности и т.д. Появляется мысль — уйти в «автономку», т.е. построить дом, не зависящий от поставщиков энергоносителей.

Однажды я понял, что не хочу жить в городе. Меня потянуло на природу, появилась некая идея с сельским хозяйством. Начал искать участок под небольшую ферму и собственный дом.

В результате поисков пользователь выяснил, что всё, что предлагается и подходит под его требования, не имеет коммуникаций. Электричество, вода, газ отсутствуют, а за подключение к электросети просили неподъёмные суммы. Kolhoz стал изучать FORUMHOUSE на предмет альтернативной энергетики. Так, со временем у него появилась солнечная электростанция для автономного проживания, о которой будет рассказано ниже. Причём, подобный случай далеко не единичный.

В результате Nickd55 собрал себе систему автономного электроснабжения. В неё вошли — солнечные батареи, 2 ветрогенератора, аккумуляторы и автоматика. Обошлось всё это примерно в 5 раз меньше, чем хотели получить сети-монополисты.

С тех пор, как я сделал себе «автономку», я забыл, что такое бензогенератор и аварии на подстанции, когда весь поселок погружается во тьму. Теперь я спокойно жду, когда ко мне подведут электричество. Моя система станет аварийной и будет просто экономить мои затраты на сетевое электричество.

Зачастую при словосочетании «автономный дом» воображение рисует дорогой коттедж в стиле хай-тек, увешанный солнечными батареями, гелиоколлекторами и с ветряком на участке.

Поэтому многих останавливает цена на подобные системы. Тем не менее, за последние годы произошли перемены, а оборудование для построения «автономки» стало более доступным для массового потребителя.

FORUMHOUSE уже подробно рассказывал об особенностях выбора источника альтернативной энергии для автономного дома. Посмотрим на эту задачу под другим углом и сформулируем основные требования к такому жилищу.

Конструктив автономного дома

Климат в нашей стране суровый, холодный, а отопительный сезон, в зависимости от региона проживания, может длиться 6-7 месяцев. Т.е., надёжная и бесперебойная работа системы отопления в автономном доме выходит на первое место. Для работы современной системы отопления (если мы не используем печное отопление) необходимо электричество.

Электричество также необходимо для работы насосной станции, погружных насосов и всего бытового оборудования в доме. От количества потребляемой электроэнергии зависит мощность автономной электростанции. При этом из вида упускается важный момент — недостаточно просто рассчитать энергопотребление в доме, надо свести его к минимуму.

Если этого не сделать и просто наращивать мощность электростанции, мы придём к неоправданному увеличению стоимости всей системы. Сроки окупаемости системы (экономическая выгода от строительства автономного дома) в этом случае превысят все разумные пределы.

Поэтому дом должен быть с самого начала предназначен для автономной эксплуатации. Навесив на неутеплённый брусовый коттедж солнечные батареи и гелиоколлектор, мы получаем несбалансированную систему. Т.е. часть энергии, получаемой от альтернативных источников, просто вылетит на улицу.

Кроме этого, батареи должны быть установлены так, чтобы на них максимально попадали солнечные лучи (например, на южном скате крыши). Если дом уже построен, но при его возведении не сделали правильное ориентирование по сторонам света (южная и северная сторона), придётся ломать голову, где и как разместить солнечные батареи, городить специальные крепежи, выделять под батареи место на участке и т.д.

Также существует и другой подход, когда конструкция дома и его дизайн полностью «затачивается» под установку солнечных батарей и гелиоколлекторов. Угол наклона ската крыши под установку фотоэлементов доводится до 70 градусов. Отсутствует «декоративка», эркеры, арки и т.д. Дом больше напоминает коробку.

Т.е. в угоду инженерии и автономии в жертву приносится красота дома и его архитектура. Подобный (промышленный, кубический) дизайн коттеджа нравится далеко не всем, а строение может просто не вписаться в участок.

Отсюда — оптимальная «посадка» дома на участке, размеры окон, конфигурация коттеджа, форма крыши, места под гелиосистему и солнечные батареи и т.д. — всё это продумывается заранее, а не оставляется «на потом».

Необходимость утепления и набор инженерки

Автономный дом — это в первую очередь экономичный дом, со сниженным потреблением электроэнергии и минимальными теплопотерями.

Снизить расходы энергии можно, зная пути ее потерь. Система вентиляция, окна, стены, пол, крыша — это основные «дорожки», по которым ускользает тепло из дома. Автономный дом, в идеале, должен быть по строен по стандартам пассивного домостроения, для чего возводится замкнутый герметичный теплоизоляционный контур, отсекающий все «мостики холода».

Энергоэффективность коттеджа можно было определить по коэффициенту сезонного использования тепловой энергии – Е.

В 2013 году у меня началась стройка. Для автономии я установил:

Также установили инвертор на 300 Вт для «мелочовки» типа зарядок и лампочек, чтобы не гонять большой инвертор.

Это – базовая система, которая затем будет наращиваться. Kolhoz планирует поставить ещё СБ на 4 кВт и контроллер заряда.

Финальную версию этой части автономки я вижу еще с 2–мя зарядками по 40 А и 500 Вт СБ к каждой. От 12 В системы будет питаться глубинный насос на 2400 Вт, насос отопления и насосы на СК (солнечный коллектор). Плюс дополнение в виде автономки 48 В с солнечными батареями 24 кВт, аккумуляторами 1200 Ач, несколькими инверторами и генератором.

Генератор необходим для подстраховки, когда из-за пасмурных дней СБ не смогут покрыть потребности в электроэнергии. По словам пользователя, круглогодичную автономку нужно считать, исходя из зимы, а не лета. На потребление дома пользователя примерно нужно 24 кВт*ч в день. Сюда входит потребление глубинного насоса, насоса отопления, TV и т.д. Зная потребление дома, можно рассчитать мощность необходимой нам системы и всех ее компонентов.

Я, чтобы разместить солнечные батареи и ветряк, построил башню на металлокаркасе, высотой в 3 этажа, а на первом этаже сделал сарай.

В период с мая по середину сентября я спокойно каждый день грею воду в системе ГВС. В пасмурные дни для воды в душе используется бойлер косвенного нагрева от котла, а маленький бойлер продолжаю греть электричеством. Также работает стиральная машина, утюг, холодильник, насосы, TV, компьютер.

Помимо солнечных батарей, ещё одним компонентом «автономки» становятся солнечные коллекторы.

Я смонтировал гелиосистему в Подмосковье для отопления и ГВС площадью 18 кв. м. Веду наблюдения и записываю данные.

По мнению пользователя, в пасмурный день СК не дают ничего. Зимой, когда световой день короткий, гелиосистема работает только в солнечную погоду. И это не самостоятельная система отопления, а дополнение к существующей, например, в такие месяцы, как февраль, март, апрель. В самые малосолнечные месяцы — ноябрь, декабрь, январь, СК становится приятным бонусом. Но то, что гелиосистема эффективна 9 месяцев в году, уже хорошо для «автономки». Причём, ставить СК большой площади вовсе не обязательно. Для нагрева 200 л воды в сутки (на 4-5 человек) можно обойтись и гелиосистемой в 4 кв. м.

200 л воды 2 коллектора нагревают до 65-70 °C, дальше гелиосистема принудительно отключается, т.к. более высокую температуру не выдержат смесители, и можно случайно ошпариться.

Подведение итогов

При строительстве автономного дома надо учесть множество нюансов. Система базируется на нескольких компонентах, которые, в зависимости от ситуации, климатических условий и энергопотребностей конкретного дома, дополняют друг друга. Только комплексный подход позволяет смонтировать по-настоящему полноценную систему, способную обеспечить теплом и электричеством коттедж круглый год, позволяя жить с комфортом, независимо от наличия поставщиков энергоносителей.

Кроме этого, все компоненты системы должны быть долговечными и надежными, со сроком службы, сопоставимым сроку службы здания до его капитального ремонта. Также заметим, что прежде чем приступать к строительству полностью автономного дома, следует сделать экономический расчёт. На основании расчета можно сделать вывод, что окажется выгоднее — вкладывать деньги в дополнительное утепление и монтаж дорогостоящих компонентов автономной электростанции или лучше потратиться на подведение к дому всех необходимых коммуникаций. В этом случае можно смонтировать бюджетный вариант «автономки», которая станет резервной на случай перебоев с электричеством и как дополнение к системе отопления.

В нашем видеосюжете рассказывается, что такое энергопассивный дом. Также представлен комплекс из нескольких систем для построения альтернативной системы отопления.

Источник