Le ragioni della popolarità delle fonti energetiche alternative sono comprensibili: esiste un'opportunità per risparmiare carburante e realizzare sogni di sistemi di supporto vitale ecocompatibili. Utilizzando abilmente l'energia del sole, del vento e dell'acqua, puoi trasformare una normale casa di campagna in una moderna eco-casa.
Ti diremo come equipaggiare il riscaldamento solare in una casa privata, analizzeremo insieme a te quanto sia redditizio. Al fine di coprire a fondo le problematiche dell'utilizzo dell'energia della luce del giorno, abbiamo descritto in dettaglio tutte le opzioni popolari che hanno ricevuto applicazione pratica e feedback positivi dagli utenti.
Sulla base dei nostri consigli, puoi costruire un sistema solare efficace per una casa estiva o una casa di campagna. Per facilitare la percezione di materiale difficile, abbiamo integrato le informazioni con diagrammi visivi, illustrazioni e guide video.
Modi per utilizzare l'energia solare
I metodi per applicare l'energia del corpo celeste non sono tecnologie innovative; il calore solare è stato usato per molto tempo e con molto successo. Tuttavia, ciò vale principalmente per l'Australia, alcuni paesi dell'Europa, l'America e le regioni meridionali, dove è possibile ottenere energia alternativa durante tutto l'anno.
Alcune regioni settentrionali sono carenti di radiazioni naturali, quindi viene utilizzata come opzione aggiuntiva o di riserva.
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Pannelli solari: uno dei modi per ottenere energia quasi libera emessa da un corpo celeste
La costruzione di una centrale solare autonoma è consigliabile nelle regioni con un gran numero di giorni di sole, che non è associato alla temperatura media annuale
I sistemi solari autonomi si trovano principalmente sui tetti di edifici bassi e in aree prive di alberi
Durante le gelate, i sistemi solari forniscono energia per il riscaldamento dell'aria, del vapore o del riscaldamento dell'acqua, in estate forniscono acqua riscaldata
Le centrali solari sono tipi di generazione di energia ecologica, ecologica e continuamente rinnovabile
Finora, l'efficienza degli impianti solari dipende troppo dal numero di giorni di sole. È redditizio solo alle latitudini meridionali. Nella corsia centrale e nel nord può solo servire come fonte di riserva
I pannelli solari nel sud dei paesi della CSI saranno in grado di fornire a una casa di campagna elettricità, acqua calda e refrigerante per i circuiti di riscaldamento
I sistemi solari, anche usati come fonte di energia di riserva, producono un effetto economico piuttosto elevato, riducendo il carico sulle principali opzioni per la produzione di energia
Uso passivo dell'energia solare
Opzione di installazione del pannello solare
Layout ottimale di un sistema solare privato
La posizione del pannello solare lungo la grondaia
Sistema solare su una leggera pendenza del tetto
Centrale solare come fonte di backup
Funzionamento a batteria nelle regioni meridionali dei paesi della CSI
I reali vantaggi del sistema solare nel settore privato
Gli intermediari tra i raggi del sole e il meccanismo di generazione dell'energia sono pannelli solari o collettori, che si differenziano per scopo e design.
Le batterie accumulano l'energia del sole e ne consentono l'uso per alimentare gli elettrodomestici. Sono pannelli con fotocellule da un lato e un meccanismo di bloccaggio dall'altro. Puoi sperimentare e assemblare la batteria da solo, ma è più facile acquistare elementi già pronti: la scelta è abbastanza ampia.
I sistemi solari (collettori solari) fanno parte del sistema di riscaldamento della casa. Grandi scatole termoisolanti con refrigerante e batterie sono montate su schermi rialzati rivolti verso il sole o sui pendii del tetto.
È un errore considerare che assolutamente tutte le regioni settentrionali ricevono molto meno calore naturale rispetto a quelle meridionali. Supponiamo che ci siano molti più giorni di sole a Chukotka o nel Canada centrale che nel sud della Gran Bretagna
Per aumentare l'efficienza, i pannelli sono posizionati su meccanismi dinamici che ricordano un sistema di tracciamento: ruotano dopo il movimento del sole. Il processo di conversione dell'energia si svolge in tubi situati all'interno delle scatole.
La principale differenza tra sistemi solari e pannelli solari è che il primo riscalda il liquido di raffreddamento, mentre il secondo accumula elettricità. È possibile riscaldare la stanza con l'aiuto di fotocellule, ma i circuiti del dispositivo sono irrazionali e adatti solo per quelle aree in cui ci sono almeno 200 giorni di sole in un anno.
Lo schema del sistema di riscaldamento con un collettore solare collegato alla caldaia e una fonte di energia elettrica di riserva (ad esempio una caldaia a gas) funzionante con combustibile tradizionale (+)
Pro e contro di un sistema di riscaldamento alternativo
Non ci sono molti vantaggi del sistema di riscaldamento solare, ma ognuno di essi è significativo e può diventare il motivo di esperimenti privati:
- Vantaggi ecologici. È sicuro per i residenti della casa e della natura circostante, una fonte pulita di calore che non richiede l'uso di combustibili tradizionali.
- Autonomia. I proprietari dei sistemi sono assolutamente indipendenti dai prezzi dell'energia e dalla situazione economica del paese.
- Redditività. Pur mantenendo il tradizionale sistema di riscaldamento, diventa possibile ridurre il costo del pagamento per l'acqua calda.
- Accessibilità generale. Per installare i sistemi solari non è necessaria l'autorizzazione delle autorità statali.
Ma ci sono momenti spiacevoli che possono rovinare il quadro generale. Ad esempio, per determinare l'efficacia del sistema richiederà un lungo periodo di almeno 3 anni (a condizione che vi sia energia solare sufficiente e che venga utilizzato attivamente).
L'installazione di soli moduli solari richiederà ingenti investimenti: i pannelli al silicio più economici costano almeno 2200 rubli. a testa ed elementi a sei diodi policristallini della prima categoria - fino a 17000 a testa. Calcolare il costo di 30 moduli è abbastanza semplice (+)
Gli utenti notano i seguenti svantaggi:
- prezzi elevati per le apparecchiature necessarie per mettere in funzione il sistema;
- dipendenza diretta della quantità di calore prodotta dalla posizione geografica e dalle condizioni meteorologiche;
- Disponibilità obbligatoria di una fonte di backup, ad esempio una caldaia a gas (in pratica, un sistema solare si rivela spesso un backup).
Per ottenere rendimenti maggiori, è necessario monitorare regolarmente la salute dei collettori, pulirli dai detriti e proteggerli dalla formazione di ghiaccio. Se la temperatura scende spesso sotto 0ºС, è necessario occuparsi dell'isolamento termico aggiuntivo non solo degli elementi del sistema solare, ma anche dell'intera casa.
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Pannelli solari sul tetto di una casa di campagna
Montaggio delle batterie del sistema solare estivo
Attrezzatura esterna di una centrale elettrica solare
Dispositivi tecnici situati all'interno della casa
Energia solare per riscaldamento
Lo scopo principale delle fotocellule a risparmio energetico è fornire elettricità alla casa. Per includerli nel circuito del sistema di riscaldamento e ottenere un funzionamento ottimale, è necessario assemblare un circuito con un serbatoio di accumulo.
È in questo che l'acqua si surriscalda e, dopo aver raggiunto una certa temperatura, riempirà tubi e radiatori in ambienti che richiedono riscaldamento (soggiorno, bagno).
Sistema a energia solare con un serbatoio a doppio circuito che organizza il riscaldamento e la fornitura di acqua calda in due direzioni: ai radiatori di riscaldamento e ai punti di analisi (+)
Proviamo ad analizzare le caratteristiche di progettazione dei pannelli solari e determinare il loro potenziale ruolo nel sistema di riscaldamento.
Il principio di funzionamento dei pannelli con fotocellule
Esistono tre tipi comuni di celle per i pannelli solari:
- monocristallino. Queste sono lastre sottili del più puro silicone tagliato da un cristallo cresciuto in condizioni artificiali. La varietà più produttiva con un'efficienza di circa il 17-18%. La temperatura ottimale per il funzionamento va da 5 ºС a 25 ºС.
- policristallino. Realizzato con wafer ottenuti dal raffreddamento graduale di una fusione di silicio. Le tecnologie per la loro produzione sono meno laboriose, ma l'efficienza delle celle fotovoltaiche in policarbonato è significativamente inferiore - non più del 12%.
- Amorfo. Sono film. Sono realizzati con il metodo della fase di evaporazione, a seguito del quale il silicio sotto forma di un film sottile si deposita su una base polimerica flessibile. Il metodo di produzione più economico è combinato con il tasso di produzione più basso fino al 7%.
Per l'installazione di sistemi di riscaldamento autonomi nelle regioni settentrionali, le batterie fotovoltaiche assemblate da celle monocristalline sono considerate l'opzione più adatta. Tuttavia, le batterie con moduli amorfi sono più facili da installare, praticamente non impegnative sulla base e molto più economiche.
Un modulo a cristallo singolo è costituito da elementi collegati in serie combinati in moduli. Diversi moduli formano un pannello solare. La superficie scura dei sistemi solari fotovoltaici ottimizza l'assorbimento della luce solare
Il compito degli elementi esterni è di assorbire e trasformare i raggi del sole. L'energia rilasciata continua e si concentra nell'accumulatore di accumulo. Un piccolo elemento fornisce circa 100-250 watt e un pannello prefabbricato di 25-30 m² fornisce elettricità a una piccola casa. Per l'installazione di un sistema di riscaldamento, l'energia è necessaria 2-3 volte di più.
Un inverter funge da convertitore di corrente continua della "produzione" solare in elettricità, poiché per il funzionamento di elettrodomestici e lampade è necessaria una corrente alternata.
Parlando specificamente del sistema di riscaldamento, la caldaia elettrica per il riscaldamento dell'acqua funziona anche a corrente alternata. Per fornire luce a casa durante la notte, saranno necessarie batterie che conservano le forniture diurne.
I moduli inverter sono installati in un luogo conveniente per la manutenzione, anche se non necessita di controllo costante e funziona in modalità automatica (+)
Efficienza nell'uso delle fotocellule
Il modo più semplice è acquistare collettori solari e applicare uno degli schemi semplici e comprovati negli anni. Tuttavia, le circostanze a volte dettano i loro termini. Supponiamo di avere un eccellente sistema di lavoro funzionante con un generatore solare, ma finora serve per fornire elettricità e fornire acqua calda alla casa.
È chiaro che l'acquisto di nuove attrezzature non è redditizio, quindi è più facile aumentare la potenza acquistando un certo numero di convertitori fotovoltaici. L'opzione budget è rappresentata dai pannelli in silicone con una capacità fino al 23-25%.
Un riscaldatore elettrico deve essere collegato alla fonte corrente. Un'opzione universale è una caldaia dotata di cablaggio di distribuzione.
Gli elementi a film polimerico sul mercato russo sono molto meno comuni degli analoghi a silicio singolo e policristallino. Sono convenienti per l'installazione, ma hanno una bassa efficienza - solo il 6%
Se organizzi correttamente la fornitura di elettricità, dovrebbe essere sufficiente sia per la fornitura di acqua calda che per il riscaldamento. Ci sono esempi in cui la casa è completamente fornita di calore: può essere riconosciuta dal tetto, quasi completamente coperto da pannelli.
A volte è necessario erigere speciali strutture distaccate se l'area del tetto non è sufficiente. Si scopre che per aumentare la potenza è necessario ulteriore spazio libero.
Anche i calcoli più accurati non ti aiuteranno a determinare la quantità esatta di energia potenziale e a creare rapidamente un sistema efficiente e ottimizzato. Il fatto è che in pratica ci sono ostacoli, il cui aspetto è difficile da prevedere.
Ecco alcuni dei fattori:
- Incoerenza del tempo. Un chiaro numero di giorni di sole è sconosciuto anche nelle regioni meridionali. Prevedere in modo affidabile il loro numero nelle regioni settentrionali è quasi impossibile.
- Irregolarità nella generazione di elettricità. Ad esempio, nelle regioni settentrionali in inverno la luce del giorno è breve, quindi molta energia solare elaborata viene spesa per l'illuminazione. Inoltre, l'intensità della radiazione solare in inverno è significativamente ridotta.
- Guasti periodici. Come tutti i sistemi tecnici, di tanto in tanto i pannelli solari possono guastarsi a causa di danni a singoli elementi, connessioni contrattuali, superficie protettiva, ecc.
Pertanto, puoi conoscere l'efficacia solo dopo un certo periodo di tempo, almeno in un anno. Potrebbe essere necessario aumentare il numero di fotocellule o batterie, considerare un ulteriore isolamento termico a casa e ridurre l'area riscaldata. Supponiamo che nelle regioni settentrionali della Germania, per risparmiare denaro, le camere da letto spesso non vengano affatto riscaldate.
La manutenzione delle fotocellule installate non richiede competenze speciali e consiste nella pulizia regolare: pulizia della neve in inverno e immondizia nel periodo caldo, lavaggio della superficie del vetro con acqua da un tubo
Schema di installazione della centrale elettrica domestica
Il modo più semplice per installare un generatore solare è contattare un'azienda che implementa i componenti di sistema e offre servizi per la loro installazione. Vantaggi: un progetto professionale che tiene conto delle caratteristiche individuali, una garanzia per tutti i prodotti e l'installazione, meno - costi elevati.
Se hai l'esperienza pertinente, puoi assemblare in autonomia una mini centrale elettrica con pannelli solari per il riscaldamento di una casa privata.
Lo schema ibrido più efficace è considerato un sistema aria-solare, in cui vengono utilizzate fotocellule per generare energia, vengono installati collettori per il riscaldamento dell'acqua e un generatore eolico aggiuntivo. Può essere sostituito con una fonte di carburante di riserva (+)
Tutte le parti per il montaggio del sistema di riscaldamento sono vendute in negozi specializzati.
Devono essere acquistati i seguenti componenti:
- una serie di moduli solari in silicio o film;
- accumulatore di energia;
- controller di carica che regola il processo di carica e scarica della batteria;
- un inverter che converte la corrente continua in corrente alternata;
- set di cavi di collegamento.
È auspicabile che le batterie siano le stesse (tenendo conto del marchio, della capacità e persino del lotto) e abbiano la capacità di immagazzinare energia per 3-4 giorni. La durata del loro lavoro dipende dalla temperatura della stanza - in condizioni di freddo si scaricano rapidamente. Se il consumo giornaliero è di 2400 Wh, sono necessarie batterie con una capacità totale di almeno 1000 Ah.
Quando si utilizzano batterie per auto, ricordare che la loro massima efficienza è del 70-75% (la durata è di 3 anni), i dispositivi speciali per sistemi solari hanno le migliori prestazioni - fino all'85% (durata di servizio - 10 anni). Una certa quantità di energia viene persa durante lo stoccaggio e la conversione
La qualità della corrente generata dagli inverter sinusoidali per i sistemi solari è superiore alla corrente di una rete centralizzata. Una caratteristica dell'apparecchiatura è la sincronizzazione della fase di tensione, in cui la transizione da 12 V a 220 V viene eseguita senza interruzione nel funzionamento degli elettrodomestici.
Inverter di potenza - da 250 W a 6000 W e oltre.È possibile aumentare la potenza di uscita svuotando la connessione parallela di più dispositivi. Ad esempio, 3 x 3000 W = 9000 W (+)
Dopo aver installato tutti gli elementi del sistema solare, è necessario collegare un serbatoio elettrico che riscalda l'acqua all'inverter e, a sua volta, una tubazione di riscaldamento al serbatoio.
Sistema di riscaldamento del collettore
È possibile ottenere la massima efficienza e rendimento installando collettori anziché moduli solari: installazioni esterne in cui l'acqua viene riscaldata sotto l'influenza della radiazione solare. Un tale sistema è più logico e naturale, poiché non richiede il riscaldamento del liquido di raffreddamento da parte di altri dispositivi.
Considerare il design e il principio di funzionamento dei dispositivi di due tipi principali: piatto e tubolare.
Opzione piatta autoportante
La progettazione di piante piane è così semplice che artigiani esperti assemblano controparti artigianali con le proprie mani, dopo aver acquistato alcune parti in un negozio specializzato e costruite alcune con materiale improvvisato.
Una piastra che assorbe il calore solare è fissata all'interno di una scatola isolata in acciaio o alluminio. Molto spesso è ricoperto da uno strato di cromo nero. Il dissipatore di calore è protetto dall'alto da una copertura trasparente sigillata.
L'acqua viene riscaldata in tubi posati da un serpente e collegati a una piastra. L'acqua o l'antigelo entra nella scatola attraverso il tubo di ingresso, si riscalda nei tubi e si sposta verso l'uscita - verso il tubo di uscita.
La trasmissione della luce del coperchio è spiegata dall'uso di un materiale trasparente - vetro temperato resistente o plastica (ad esempio, policarbonato). Per evitare che la luce del sole rifletta, la superficie di vetro o plastica è glassata (+)
Esistono due tipi di connessione, un tubo e due tubi, non esiste alcuna differenza fondamentale nella scelta. Ma c'è una grande differenza nel modo in cui il refrigerante verrà fornito ai collettori: gravità o utilizzo di una pompa. La prima opzione è riconosciuta inefficace a causa della bassa velocità di movimento dell'acqua; dal principio del riscaldamento, assomiglia alla capacità di una doccia estiva.
Il funzionamento della seconda opzione è dovuto al collegamento di una pompa di circolazione, che alimenta forzatamente il liquido di raffreddamento. Una fonte di energia per il funzionamento delle apparecchiature di pompaggio può essere un sistema di energia solare.
La temperatura del liquido di raffreddamento quando riscaldata da un collettore solare raggiunge 45-60 ºС, all'uscita l'indicatore massimo è 35-40 ºС. Per aumentare l'efficienza del sistema di riscaldamento, insieme ai radiatori utilizzare "pavimenti caldi" (+)
Collettori tubolari: una soluzione per le regioni settentrionali
Il principio generale di funzionamento ricorda il funzionamento di analoghi piatti, ma con una differenza: i tubi di scambio termico con un refrigerante si trovano all'interno delle boccette di vetro. I tubi stessi sono in piuma, sigillati su un lato e simili a piume in apparenza, e coassiali (sotto vuoto) inseriti l'uno nell'altro e sigillati su entrambi i lati.
Anche gli scambiatori di calore sono diversi:
- sistema per convertire l'energia solare in Heat-pipe termico;
- tubo ordinario per lo spostamento del refrigerante di tipo U.
Il secondo tipo di scambiatori di calore è riconosciuto come più efficace, ma non abbastanza popolare a causa del costo della riparazione: se un tubo si guasta, l'intera sezione dovrà essere sostituita.
Il tubo di calore non fa parte di un intero segmento, quindi puoi cambiarlo in 2-3 minuti. Gli elementi coassiali guasti vengono riparati semplicemente rimuovendo la spina e sostituendo il canale danneggiato.
Schema che spiega la natura ciclica del processo di riscaldamento all'interno dei tubi del vuoto: il liquido freddo sotto l'influenza del calore solare si riscalda ed evapora, lasciando il posto alla porzione successiva del liquido di raffreddamento (+)
Dopo aver analizzato le caratteristiche tecniche dei diversi tipi di collettori e sintetizzato l'esperienza del loro utilizzo, abbiamo deciso che i collettori piani sono più adatti per le regioni meridionali e quelli tubolari per quelli settentrionali. Particolarmente ben consolidato nel clima rigido dell'installazione con il sistema Heat-pipe. Hanno capacità di riscaldamento anche nei giorni nuvolosi e di notte, "mangiando" una minima quantità di luce solare.
Un esempio di uno schema standard per il collegamento di collettori solari alle apparecchiature della caldaia: una stazione di pompaggio fornisce la circolazione dell'acqua, il controller regola il processo di riscaldamento
Metodo di aumento delle prestazioni
Di solito, dopo aver sperimentato un piccolo numero di moduli solari, i proprietari di case private vanno oltre e migliorano il sistema in vari modi.
Il modo più semplice è aumentare il numero di moduli coinvolti, rispettivamente, attirare ulteriore spazio per il loro posizionamento e acquistare apparecchiature correlate più potenti
Cosa succede se c'è una carenza di spazio libero? Ecco alcune linee guida per migliorare l'efficienza di una stazione solare (con fotocellule o collettori):
- Cambia l'orientamento dei moduli. Elementi in movimento relativi alla posizione del sole. In poche parole, l'installazione della parte principale dei pannelli sul lato sud. Con una lunga luce del giorno, è anche ottimale utilizzare le superfici esposte a est e ovest.
- Regolazione dell'inclinazione. Il produttore di solito indica quale angolo è il più preferibile (ad esempio, 45 °), ma a volte durante l'installazione è necessario apportare modifiche tenendo conto della latitudine geografica.
- La giusta scelta del luogo di installazione. Il tetto è adatto, perché molto spesso è il piano più alto e non è oscurato da altri oggetti (ad esempio, alberi da giardino). Ma ci sono aree ancora più adatte: dispositivi di localizzazione rotanti per il sole.
Con gli elementi perpendicolari ai raggi del sole, il sistema funziona in modo più efficiente, ma su una superficie stabilmente fissa (ad esempio un tetto) ciò è possibile solo per un breve periodo di tempo. Per aumentarlo, hanno ideato dei pratici dispositivi di localizzazione.
I meccanismi di localizzazione sono piattaforme dinamiche che ruotano con il loro piano dopo il sole. Grazie a loro, le prestazioni del generatore aumentano in estate di circa il 35-40%, in inverno - del 10-12%
Un grande svantaggio dei dispositivi di localizzazione è il loro costo elevato. In alcuni casi, non paga, quindi non ha senso investire in meccanismi inutili.
Si stima che 8 pannelli sia l'importo minimo a cui i costi si giustificheranno nel tempo. È possibile utilizzare 3-4 moduli, ma a una condizione: se sono collegati direttamente, bypassando le batterie, alla pompa dell'acqua.
Proprio l'altro giorno, Tesla Motors ha annunciato la creazione di un nuovo tipo di tetto - con pannelli solari integrati. Elon Musk ha detto che un tetto modificato sarà più economico di un tetto convenzionale con collettori o moduli installati su di esso.
I video a tema ti aiuteranno a immaginare meglio il dispositivo delle stazioni solari domestiche e a rivelare alcuni segreti dell'installazione delle apparecchiature.
Video n. 1. Le informazioni tecniche su pannelli solari e regolatori di carica sono disponibili:
Video n. 2. Esperienza utile nell'uso dei pannelli solari in periferia:
Video n. 3. Un esempio di stazione solare funzionante con successo, completamente assemblata in modo indipendente, che fornisce sia acqua calda sanitaria che riscaldamento domestico:
Come puoi vedere, un sistema di riscaldamento a energia solare è un fenomeno molto reale che puoi realizzare in modo indipendente. Il campo dei modi alternativi di generare energia è in continua evoluzione, forse domani sentirai parlare di una nuova scoperta.
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