Обогреватель на солнечных батареях: плюсы системы

Качество достойное уважения!

ООО «ОПТОН ИМПЭКС» лауреат Национального Рейтинга качества товаров «Звезда качества». Почетная награда «Звезда качества» и Экспертное заключение на компанию с правом использования графического изображения «Звезда качества» для маркировки продукции и услуг.

Солнечныйводонагреватель представляет собой специальную технику, предназначенную длянагревания жидкости благодаря естественной энергии Солнца. При этом нагреваниеобеспечивают электромагнитные волны в инфракрасном и видимом частях спектра.

Принцип действия

Солнечный водонагреватель – это вид солнечного коллектора, с той лишь разницей, что вода в водонагревателе используется по прямому назначению, а не служит теплоносителем для систем теплоснабжения.

Принцип работы солнечного водонагревателя основан на поглощении энергии солнечных лучей и передачи ее воде для дальнейшего использования.

Для чего можно использовать?

С помощью таких водонагревателей можно решить вопрос не только о регулярном горячем водоснабжении, но и обеспечить теплом дом.

Водонагреватели помогут решить такие задачи:

1. Обеспечение круглый год горячей водой.
2. Поддержание отопительной системы.
3. Подогрев воды для бассейнов.
4. Нагрев воды для различных промышленных и сельскохозяйственных нужд.

Для чего можно использовать?

Солнечный нагреватель воды, как правило, используется в качестве основного или дополнительного источника энергии для подготовки теплоносителя отопительного контура. Кроме того, солнечный подогреватель воды может готовить горячую воду для бытовых нужд.

Одним из распространенных способов использования нагрева воды от солнца является подача горячей воды в летний душ или умывальник, а также подогрев воды в бассейне. Возможно использование подогретой воды для полива растений в теплицах и парниках. Чем удачнее внешние условия, тем больше способов применения солнечных панелей для нагрева воды можно найти и использовать.

Конструкции

Что предложат магазинные прилавки. Сегодня в наличии две конструкции:

1. каркасные;
2. бескаркасные.

Вдобавок приобретете фотоэлементы по отдельности. Сложность правильного использования устройств ложится на плечи покупателя.

Общие черты

Независимо от наличия каркаса каждая солнечная батарея составляется из модулей, образованных фотоэлементами, соединенными последовательно, параллельно или смешанным способом. Последнее позволит получить необходимые вольтаж и мощность. В пределах узла пристальное внимание уделяется характеристикам фотоэлементов. Суммарные свойства конструкции определяются наихудшим значением параметра. К примеру, в последовательной цепочке ток ограничен максимальным внутренним сопротивлением фотоэлемента.

Солнечные батареи на крыше дома состоят из мириадов модулей, упакованных способом из упомянутых выше. Обсудим различия.

Каркасные солнечные батареи

Подложка из закаленного стекла выступает надежной защитой для листовых солнечных батарей, нанесенных на одну сторону. Дождь, снег, град не повредят источнику автономного электроснабжения. Прозрачное стекло легко пропускает свет и препятствует механическому повреждению фотоэлементов. С внутренней стороны батареи защищены слоями ламината. Используется лавсан (полиэстер).

Для дополнительной герметизации фотоэлементы утоплены в пленку, схожую по свойствам с полиэтиленом. Торцы отделываются алюминиевым профилем, посаженным на герметик, препятствуя расслоению пирога, который — начиная с внешней поверхности — выглядит так:

1. Прочный слой закаленного стекла.
2. Фотоэлементы, утопленные в пленку.
3. Внутренние слои ламината.

Алюминиевый профиль имеет форму буквы F, поддерживает конструкцию на некотором расстоянии от поверхности кровли. Единственный элемент не обеспечит достаточного выходного напряжения, ряд штук соединяются последовательно. Каркасная конструкция дополняется элементами электрических соединений.

Бескаркасные солнечные батареи

В этом варианте исполнения каркас отсутствует. Подложкой выступит стеклотекстолит, либо подложка отсутствует окончательно. В последнем случае обе стороны покрываются лавсановой пленкой. Фотоэлементы тщательно загерметизированы.

Принципдействия

Солнечныйводонагреватель является своеобразным аккумулятором излучения дневногосветила. Лучи, падая на специально обработанную поверхность, передают своюэнергию нагреваемой воде. При этом происходит предельно быстрое повышениетемпературы подогреваемой жидкости. Весь секрет нашего оборудования состоит вприменении особых теплоёмких составов, которые применяются в процессепроизводства приборов.

Использование силы ветра

Еще в середине прошлого века люди научились использовать энергию ветра для получения электричества. В основе рассматриваемых систем лежат ветрогенераторы.Типичный ветряк состоит из нескольких лопастей и подключается к генератору напрямую либо через редуктор.

Ветрогенераторы

Существуют роторные, быстроходные и тихоходные модели ветрогенераторов.

1. Тихоходные ветряки оснащаются большим количеством лопастей, практически не издают шума во время работы, но являются сравнительно малоэффективными.
2. Конструкция быстроходного ветрогенератора обычно включает в себя 3-4 лопасти. Такая установка предназначена для скоростей ветра на уровне 10-15 м/с. Быстроходные ветряки являются довольно шумными, но отличаются высоким коэффициентом полезного действия, за что и получили наибольшее распространение в мире.
3. Роторный ветряк выглядит как своего рода бочка. Лопасти устанавливаются вертикально. Преимуществом такого ветрогенератора является отсутствие необходимости ориентирования по направлению ветра.Роторные модели отличаются самым низким шумом и одновременно с этим наиболее скромным КПД. Обогреть частный дом при помощи роторного ветряка крайне проблематично.

Учет окружающих факторов

Солнечные обогреватели для дома оптимально работают при следующих условиях:

• при температуре +25С;
• при световом потоке 1000 Вт/м2;
• в спектре АМ 1,5.

Аббревиатура АМ обозначает спектр Солнца, который наблюдают в средних континентальных широтах США. Именно исходя из них, принято испытывать параметры всех солнечных систем. Широта АМ находится в южном направлении от Москвы и в российских регионах ее принято обозначать там, где расположены Ростов-на-Дону или Волгоград.

Обзор рынка: производители и модели

Наибольшее развитие и распространение технология получила в южных странах, где поток энергии находится в постоянном доступе. Покупателей, которые решили приобрести и установить солнечные батареи для нагрева воды, цена нередко интересует даже больше, чем технические и эксплуатационные характеристики.

Рассмотрим наиболее известные фирмы, занимающиеся производством этого оборудования:

• Sunrain Solar Energy Co., Ltd. Это китайская фирма, полностью изготавливающая водонагревательные системы на собственных предприятиях.
• Buderus, Vaillant, Viessmann — три фирмы из Германии. Европейское оборудование славится своим качеством и возможностями, но немецкие установки являются эталоном среди всех альтернативных вариантов.
• Ariston, Ferroli. Итальянские компании, обеспечивающие высокое качество и сравнительно низкие цены на отопительное оборудование.

Приобретая солнечные нагреватели воды, цена которых кажется весьма приемлемой, необходимо внимательно изучить паспорт и технические характеристики установки. Встречаются недобросовестные производители и продавцы, предлагающие поддельные устройства. Если есть сомнения, следует попросить сертификаты на оборудование. Если их не имеется в наличии, нужные устройства следует поискать в других магазинах.

Необходимо учесть, что данное оборудование может быть очень дорогим не столько из-за высокого качества, сколько в зависимости от страны-изготовителя. Так, российские установки могут стоить 20 тыс. руб., а европейские аналоги того же уровня будут стоить в 3-4 раза больше.

Теплотехнический расчет

Стоит отметить: самым сложным, важным этапом является процесс теплотехнического расчета. Перед тем как приступить к выбору материала, сборке конструкции следует определить требуемую производительность, выполнить вычисления. Проще всего разобраться с расчетом на простом примере. Пусть на 1 квадратный метр коллектора в солнечный день вырабатывается 850 – 1000 Вт тепла.

При вычислениях обязательно учитываются тепловые потери – на обеих сторонах. Следует учесть показатель теплоизоляции утеплителя. Наиболее доступный, дешевый материал – пенополистирол. Величина коэффициента тепловых потерь составляет 0,05 Вт/м* 1 градус Цельсия. Даны следующие исходные данные:

· толщина материала – 10 см;

· разница температур между окружающей средой и теплоносителем – 50 градусов Цельсия.

Тепловые потери рассчитываются следующим образом:

0,05/0,1 * 50 = 25 Вт.

Следует удвоить данную величину – требуется обязательно учесть наличие боковых стенок, труб. В результате мы получаем приблизительную величину – 50 Вт с каждого 1 квадратного метра коллектора. Чтобы прогреть 1 л жидкости на 1 градус Цельсия понадобится приблизительно 1.1 Вт. Производительность составит: 850/1,1 = 772,72 кг * 1 градусов Цельсия.

Обозначенная выше величина означает, что рассчитываемая установка на каждый квадратный метр своей площади сможет прогреть 20 литров воды до температуры 35 градусов Цельсия.

Производительность водонагревателя вычисляется по специальной формуле:

W = Q * V * δT, где

· Q – величина тепловой емкости жидкости (воды либо другой);

· V – объем;

· δT – показатель разности температур (рассчитывается на входе, выходе из установки).

Необходимо учитывать, что тепловая емкость различается – это табличное значение. Например, для обычной воды показатель составляет 1.1 Вт * 1 градус Цельсия. Согласно среднестатистическим показателем человек тратит 50 л воды в сутки. Для организации нормального горячего водоснабжения требуется нагреть воду до 40 градусов Цельсия. Воспользовавшись обозначенной выше формулой, рассчитываем затраты энергии:

W = 1.1 * 50 * 40 = 2 300 Вт.

Чтобы получить нужную нам площадь гелиоколлектора полученный результат следует разделить на суммарное количество солнечной энергии, выделяемой на 1 квадратный метр поверхности земли. Эти данные уже рассчитаны, представлены в справочной документации. Достаточно подставить нужный параметр.

Типичная схема автономной электрической сети

Солнечные батареи с номиналом 12 В работают на аккумуляторы и приборы, для которых вольтаж достаточен. Контроллер заряда чутко следит, чтобы оборудование эксплуатировалось согласно техническим нормам. При необходимости цепь между солнечной батареей и аккумуляторами размыкается.

Домашние приборы не работают напрямую с постоянного напряжения 12 В, используется специальный преобразователь — инвертор. Переменный ток частотой 50 Гц и номиналом 230 В уже поступает в дом. Питание обогревателя солнечными батареями ведется по опосредованной схеме — через инвертор.

А как же сетевое электроснабжение. Солнечные батареи во дворе позволят не платить государству, даже подзаработать.

Программы по развитию солнечной индустрии существуют в развитых государствах, даже в Монголии.

Обогрев фотоэлементами

Классическая гелиосистема работает немного иначе. Фотоэлементы накапливают солнечную энергию, которая преобразуется в электрическую. Попадая на клеммы кремниевых панелей, постоянный электрический ток проходит к инвертору, преобразующему его в переменный. Таким образом получается ток, соответствующий принятым стандартам бытовой электросети. Далее он следует на элементы нагрева, расположенные в котле или тепловом баке.

Для контроля температуры нагрева воды устанавливают термостаты, работающие в автоматическом режиме. При снижении температуры воды термостаты сразу срабатывают, что позволяет поддерживать стабильные показатели температуры.

В отличие от коллекторов, такие «обогреватели на солнечных батареях» нагревают воду не прямо, а косвенно, с учётом выработки электрической энергии. Она и используется для прогрева жидкости. Такие системы отличаются высокой стабильностью и позволяют не только накапливать энергию, но и применять ее гораздо равномернее, чем при прямом нагреве.

Недостатки ипреимущества

Недостатков у описанных систем практически нет. Можно толькоотметить, что для монтажа системы требуется небольшое пространство, котороеможно легко найти на промышленной площадки или территории загородного дома.

Среди преимуществ поставляемого нами оборудования можноотметить хорошую ёмкость нагревателей, максимальную скорость нагрева воды иэкологическую безопасность продукции.