Riscaldamento di una casa privata con pannelli solari: schemi e dispositivo
Le ragioni della popolarità delle fonti energetiche alternative sono abbastanza comprensibili: esiste l'opportunità di risparmiare carburante e realizzare i sogni di sistemi di supporto vitale rispettosi dell'ambiente. Utilizzando abilmente l'energia del sole, del vento e dell'acqua, puoi trasformare una normale casa di campagna in una moderna eco-casa.
Vi diremo come installare il riscaldamento solare in una casa privata e analizzeremo con voi quanto sia redditizio. Per coprire in modo approfondito i problemi relativi all'utilizzo dell'energia solare, abbiamo descritto in dettaglio tutte le opzioni popolari che hanno ricevuto applicazioni pratiche e recensioni positive da parte degli utenti.
Tenendo conto dei nostri consigli, puoi costruire un efficace sistema solare per una casa estiva o una casa di campagna. Per rendere il materiale difficile più facile da comprendere, abbiamo integrato le informazioni con diagrammi visivi, illustrazioni e tutorial video.
Il contenuto dell'articolo:
Modi di utilizzare l'energia solare
Modalità di applicazione energia del corpo celeste non appartengono a tecnologie innovative; il calore solare è utilizzato da molto tempo e con molto successo. Ciò vale però soprattutto per l'Australia, alcuni paesi dell'Europa, dell'America e delle regioni meridionali, dove è possibile ottenere energia alternativa durante tutto l'anno.
Alcune regioni settentrionali non dispongono di radiazioni naturali, quindi vengono utilizzate come opzione aggiuntiva o di riserva.
Gli intermediari tra i raggi del sole e il meccanismo di generazione dell'energia sono i pannelli solari o collettori, che differiscono sia per scopo che per design.
Le batterie accumulano l'energia solare e consentono di utilizzarla per alimentare gli elettrodomestici. Sono pannelli con fotocellule da un lato e meccanismo di bloccaggio dall'altro. Puoi sperimentare e assemblare la batteria da solo, ma è più semplice acquistare elementi già pronti: la scelta è piuttosto ampia.
Gli impianti solari (collettori solari) fanno parte dell'impianto di riscaldamento di una casa. Grandi scatole termicamente isolate con liquido di raffreddamento, come le batterie, sono montate su pannelli rialzati rivolti verso il sole o le pendenze del tetto.
Per aumentare l'efficienza, i pannelli sono posizionati su meccanismi dinamici che ricordano un sistema di tracciamento: ruotano seguendo il movimento del sole. Il processo di conversione dell'energia avviene in tubi situati all'interno delle scatole.
La differenza principale tra i sistemi solari e i pannelli solari è che i primi riscaldano il liquido di raffreddamento, mentre i secondi accumulano elettricità. È possibile riscaldare l'ambiente utilizzando le fotocellule, ma gli schemi di progettazione sono irrazionali e sono adatti solo per quelle zone dove ci sono almeno 200 giorni di sole all'anno.
Pro e contro di un sistema di riscaldamento alternativo
I vantaggi di un sistema di riscaldamento solare non sono molti, ma ognuno di essi è significativo e può diventare motivo di esperimenti privati:
- Benefici ambientali. Si tratta di una fonte di calore pulita, sicura per gli abitanti della casa e per l'ambiente circostante e che non richiede l'utilizzo dei tradizionali tipi di combustibile.
- Autonomia. I proprietari degli impianti sono assolutamente indipendenti dai prezzi dell'energia e dalla situazione economica del Paese.
- Economico. Mantenendo il sistema di riscaldamento tradizionale, diventa possibile ridurre i costi di pagamento per la fornitura di acqua calda.
- Disponibilità pubblica. Per installare sistemi solari non è necessaria l'autorizzazione delle autorità governative.
Ma ci sono anche momenti spiacevoli che possono rovinare il quadro generale. Ad esempio, la determinazione dell'efficienza del sistema richiederà un lungo periodo - almeno 3 anni (a condizione che ci sia abbastanza energia solare e venga utilizzata attivamente).
Gli utenti notano i seguenti svantaggi:
- prezzi elevati per le attrezzature necessarie per mettere in funzione il sistema;
- dipendenza diretta della quantità di calore prodotto dalla posizione geografica e dalle condizioni meteorologiche;
- la presenza obbligatoria di una fonte di riserva, ad esempio una caldaia a gas (in pratica, un sistema solare è spesso una riserva).
Per ottenere maggiori rendimenti, è necessario monitorare regolarmente la funzionalità dei collettori, pulirli dai detriti e proteggerli dalla formazione di ghiaccio durante le gelate. Se la temperatura scende spesso sotto 0ºC, è necessario occuparsi di un ulteriore isolamento termico non solo degli elementi del sistema solare, ma anche della casa nel suo complesso.
Energia solare per il riscaldamento
Lo scopo principale delle celle fotovoltaiche per l'accumulo di energia è fornire elettricità alla casa. Per includerli nel diagramma dispositivi del sistema di riscaldamento e per ottenere un funzionamento ottimale è necessario assemblare il circuito con un serbatoio di accumulo.
È in esso che verrà riscaldata l'acqua che, raggiunta una certa temperatura, riempirà i tubi e i radiatori delle stanze che necessitano di riscaldamento (soggiorno, bagno).
Proviamo ad analizzare le caratteristiche progettuali dei pannelli solari e a determinare il loro potenziale ruolo nel sistema di riscaldamento.
Il principio di funzionamento dei pannelli con fotocellule
Esistono tre tipi comuni di elementi per i pannelli solari:
- Monocristallino. Si tratta di sottili wafer di silicio purissimo, tagliati 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 del silicio fuso. La tecnologia per la loro produzione richiede meno manodopera, ma l'efficienza degli elementi fotovoltaici realizzati in materiale policristallino è significativamente inferiore, non superiore al 12%.
- Amorfo. Sono cinematografici. Prodotto con il metodo della fase di evaporazione, a seguito del quale il silicio sotto forma di film sottile viene depositato su una base polimerica flessibile. Il metodo di produzione più economico è combinato con una bassa produttività, stimata fino al 7%.
Per l'installazione di sistemi di riscaldamento autonomi nelle regioni settentrionali viene considerata l'opzione più adatta batterie fotovoltaiche, assemblato da elementi monocristallini. Tuttavia, le batterie con moduli amorfi sono più facili da installare, praticamente non richiedono una base e sono molto più economiche.
Il compito degli elementi esterni è assorbire e trasformare i raggi solari. L'energia rilasciata va oltre e si concentra nel serbatoio di accumulo. Un piccolo elemento produce circa 100-250 W, e un pannello prefabbricato di 25-30 mq fornisce elettricità ad una piccola casa. L'installazione di un sistema di riscaldamento richiederà 2-3 volte più energia.
Un inverter funge da convertitore di corrente continua dalla “produzione” solare in elettricità, poiché per il funzionamento di elettrodomestici e lampade è necessaria corrente alternata.
Se parliamo nello specifico dell'impianto di riscaldamento, anche un boiler elettrico per il riscaldamento dell'acqua funziona a corrente alternata. Per fornire luce alla tua casa durante la notte, avrai bisogno di batterie che immagazzinino le forniture diurne.
Efficienza nell'uso delle fotocellule
Più facile da acquistare collettori solari e applicare uno dei semplici schemi che sono stati dimostrati nel corso degli anni. Tuttavia, le circostanze a volte dettano le proprie condizioni. Diciamo che hai un ottimo sistema di generatore solare funzionante, ma per ora serve solo a fornire elettricità e acqua calda alla tua casa.
È chiaro che l'acquisto di nuove apparecchiature non è redditizio, quindi è più facile aumentare la potenza acquistando un certo numero di convertitori fotoelettrici. Opzione economica: pannelli in silicio con produttività fino al 23-25%.
È necessario collegare alla fonte di corrente un dispositivo di riscaldamento che funziona con l'elettricità.Un'opzione universale è una caldaia dotata di cablaggio di distribuzione.
Se la fornitura di energia elettrica è organizzata correttamente, 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: si riconosce dal tetto, quasi completamente ricoperto di pannelli.
A volte è necessario erigere speciali strutture autoportanti se la superficie 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 efficace e ben funzionante. Il fatto è che in pratica sorgono ostacoli, la cui comparsa è abbastanza difficile da prevedere.
Ecco alcuni dei fattori:
- Incoerenza del tempo. Il numero esatto dei giorni soleggiati non è noto nemmeno nelle regioni meridionali. È quasi impossibile prevederne in modo affidabile il numero nelle regioni settentrionali.
- Irregolarità nella ricezione dell'elettricità. Ad esempio, nelle regioni settentrionali in inverno le ore diurne sono brevi, quindi gran parte dell'energia solare riciclata viene spesa per l'illuminazione. Inoltre, l’intensità della radiazione solare in inverno diminuisce notevolmente.
- Guasti periodici. Come tutti i sistemi tecnici, i pannelli solari possono occasionalmente guastarsi a causa di danni ai singoli elementi, collegamenti contrattuali, superfici protettive, ecc.
Di conseguenza, potrete conoscere l'efficacia solo dopo un certo periodo di tempo, almeno dopo un anno. Potrebbe essere necessario aumentare il numero di fotocellule o batterie, considerare un ulteriore isolamento termico della casa e ridurre la superficie riscaldata. Supponiamo che nelle regioni settentrionali della Germania, per risparmiare denaro, le camere da letto spesso non siano affatto riscaldate.
Schema di installazione della centrale elettrica domestica
La via più facile installazioni di generatori solari – contattare un'azienda che vende componenti di sistema e offre servizi di installazione. Pro: un progetto professionale che tiene conto delle caratteristiche individuali, una garanzia per tutti i prodotti e l'installazione, meno i costi elevati.
Se hai esperienza nel settore, puoi assemblare autonomamente una mini-centrale elettrica con pannelli solari per il riscaldamento di una casa privata.
Tutte le parti per l'assemblaggio dell'impianto di riscaldamento sono vendute in negozi specializzati.
È necessario acquistare i seguenti componenti:
- un set di moduli solari in silicio o pellicola;
- una batteria ricaricabile che immagazzina energia;
- regolatore 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 della marca, della capacità e persino del lotto) e siano in grado di immagazzinare energia per 3-4 giorni. La durata del loro funzionamento dipende dalla temperatura ambiente: in condizioni fredde si scaricano rapidamente. Se il consumo giornaliero è di 2400 Wh, sono necessarie batterie con una capacità totale di almeno 1000 Ah.
La qualità della corrente prodotta dalla sinusoidale inverter per impianti solari, superiore agli attuali indicatori della rete centralizzata. Una caratteristica speciale dell'apparecchiatura è la sincronizzazione della fase di tensione, in cui la transizione da 12 V a 220 V viene effettuata senza interruzione nel funzionamento degli elettrodomestici.
Dopo aver installato tutti gli elementi del sistema solare, è necessario collegare all'inverter un serbatoio elettrico che riscalda l'acqua e, a sua volta, una tubazione di riscaldamento al serbatoio.
Sistema di riscaldamento del collettore
La massima efficienza e rendimento possono essere raggiunti installando collettori invece di 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.
Consideriamo la progettazione e il principio di funzionamento di due tipi principali di dispositivi: piatti e tubolari.
Versione piana per autoproduzione
La progettazione di installazioni piatte è così semplice che artigiani esperti assemblano analoghi artigianali con le proprie mani, acquistando alcune parti in un negozio specializzato e costruendo alcune con materiali di scarto.
All'interno del cassonetto coibentato in acciaio o alluminio è presente una piastra che assorbe il calore solare. Molto spesso è rivestito con uno strato di cromo nero. L'assorbitore di calore è protetto superiormente da un coperchio trasparente sigillato.
L'acqua viene riscaldata in tubi disposti a serpente e collegati alla piastra. L'acqua o l'antigelo entrano nella scatola attraverso il tubo di ingresso, si riscaldano nei tubi e si spostano verso l'uscita - verso il tubo di uscita.
Esistono due tipi di collegamento, monotubo e bitubo; non vi è alcuna differenza fondamentale nella scelta. Ma c'è una grande differenza nel modo in cui il liquido di raffreddamento verrà fornito ai collettori: per gravità o tramite una pompa. La prima opzione è considerata inefficace a causa della bassa velocità del movimento dell'acqua, secondo il principio del riscaldamento ricorda un contenitore per una doccia estiva.
Il funzionamento della seconda opzione avviene grazie al collegamento di una pompa di circolazione, che fornisce forzatamente il liquido di raffreddamento. La fonte di energia per il funzionamento delle apparecchiature di pompaggio può essere un sistema di energia solare.
Collettori tubolari: una soluzione per le regioni settentrionali
Il principio generale di funzionamento ricorda il funzionamento degli analoghi piatti, ma con una differenza: i tubi di scambio termico con refrigerante si trovano all'interno di palloni di vetro. I tubi stessi possono essere a piuma, sigillati su un lato e somiglianti a piume nell'aspetto, e coassiali (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 energia termica Heat-pipe;
- un normale tubo di trasferimento del refrigerante di tipo U.
Il secondo tipo di scambiatore di calore è considerato più efficiente, ma non è abbastanza popolare a causa dei costi di riparazione: se un tubo si guasta, sarà necessario sostituire l'intera sezione.
L'Heat-pipe non fa parte di un intero segmento, quindi può essere modificato in 2-3 minuti. Gli elementi coassiali guasti possono essere riparati semplicemente rimuovendo la spina e sostituendo il canale danneggiato.
Dopo aver analizzato le caratteristiche tecniche dei vari tipi di collettori e aver riassunto l'esperienza del loro utilizzo, abbiamo deciso che i collettori piani sono più adatti per le regioni meridionali e quelli tubolari sono più adatti per le regioni settentrionali. Le installazioni con il sistema Heat-pipe si sono dimostrate particolarmente efficaci nei climi rigidi.Hanno capacità di riscaldamento anche nelle giornate nuvolose e di notte, “nutrendosi” di una quantità minima di luce solare.
Metodo per aumentare la produttività
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.
Cosa fare se manca spazio libero? Ecco alcuni consigli per aumentare l'efficienza di una stazione solare (con fotocellule o collettori):
- Modifica dell'orientamento dei moduli. Elementi in movimento rispetto alla posizione del sole. In poche parole, installando la maggior parte dei pannelli sul lato sud. Durante le lunghe ore diurne è ottimale anche utilizzare superfici esposte a est e ovest.
- Regolazione dell'angolo di inclinazione. Il produttore di solito indica quale angolo è preferibile (ad esempio 45º), ma a volte durante l'installazione è necessario apportare modifiche tenendo conto della latitudine geografica.
- Scelta corretta del luogo di installazione. Il tetto è adatto perché nella maggior parte dei casi è il piano più alto e non è oscurato da altri oggetti (ad esempio, alberi da giardino). Ma ci sono aree ancora più adatte: i dispositivi rotanti per l'inseguimento del sole.
Quando gli elementi sono posizionati perpendicolarmente ai raggi del sole, il sistema funziona in modo più efficiente, ma su una superficie stabile (ad esempio un tetto) ciò è possibile solo per un breve periodo di tempo. Per aumentare questo, sono stati inventati pratici dispositivi di localizzazione.
Il grande svantaggio dei dispositivi di localizzazione è il loro costo elevato. In alcuni casi non ripaga, quindi non ha senso investire in meccanismi inutili.
Si stima che 8 pannelli siano il numero minimo al quale i costi saranno giustificati nel tempo. Puoi utilizzare 3-4 moduli, ma ad una condizione: se sono collegati direttamente alla pompa dell'acqua, bypassando le batterie.
Proprio l'altro giorno, Tesla Motors ha annunciato la creazione di un nuovo tipo di tetto, con tetto integrato pannelli solari. Elon Musk ha affermato che il tetto modificato sarà più economico di un tetto convenzionale su cui sono installati collettori o moduli.
Conclusioni e video utile sull'argomento
I video tematici ti aiuteranno a immaginare meglio la progettazione delle stazioni solari domestiche e sveleranno alcuni segreti dell'installazione delle apparecchiature.
Video n.1. Informazioni tecniche disponibili sui pannelli solari e regolatori di carica:
Video n.2. Esperienza utile nell'utilizzo dei pannelli solari nella regione di Mosca:
Video n.3. Un esempio di stazione solare funzionante con successo, completamente assemblata in modo indipendente, che fornisce sia la fornitura di acqua calda che il riscaldamento della casa:
Come puoi vedere, un sistema di riscaldamento solare è un fenomeno molto reale che puoi implementare tu stesso. Il campo dei metodi alternativi per ottenere energia è in costante sviluppo, forse domani sentirai parlare di una nuova scoperta.
Ti invitiamo a commentare attivamente il materiale. Puoi esprimere il tuo atteggiamento nei confronti dell '"energia verde", condividere la tua esperienza nell'installazione di un sistema di pannelli solari e raccontare solo a te le sottigliezze conosciute nel blocco situato sotto.
Recentemente ho avuto l'idea di come rendere energeticamente indipendente la mia casa. Nelle realtà moderne, i prezzi dell’elettricità sono in aumento e un sistema di elettricità solare in questo senso può essere un’ottima soluzione. In futuro, quando la tecnologia si svilupperà, voglio realizzare una casa energeticamente indipendente, perché più la tecnologia si sviluppa, più basso sarà il suo costo. Nel frattempo, seguiamo le novità nello sviluppo della tecnologia delle celle solari :)
Avendo esperienza personale nell'utilizzo dei pannelli solari, posso esprimere la mia opinione, confermata dalla pratica. Per le condizioni climatiche della Russia centrale, l'uso di tali dispositivi non è in alcun modo giustificato. I pannelli solari funzionano normalmente solo da aprile a fine settembre. In questo momento sono più efficienti e producono dal 70 al 95% dell'energia. E quando il riscaldamento è veramente necessario, ovvero nel periodo novembre-marzo, producono dal 10 al 50% della potenza dichiarata. I pannelli solari sono più adatti per il riscaldamento dell'acqua in estate (nelle nostre condizioni climatiche).
Finora ho solo una mini-stazione sul balcone. Pannello da 100 W.Adesso non dà molto, basta servire lampade e un computer funzionante, d'estate l'assortimento, per così dire, si amplia un po', ma ancora non basta. La cosa in sé è interessante, ma è necessario tenere conto delle condizioni meteorologiche, delle specifiche del consumo di energia e di molte altre cose. Per utilizzarlo effettivamente è necessario investire molto.
Che dire dell'impatto su una persona? I pannelli solari generano campi nocivi lì?
Olesya, i pannelli non creano alcuna radiazione, la assorbono solo. Da questo punto di vista non c’è assolutamente nulla di cui preoccuparsi.
Ragazzi, esistono sistemi solari che restituiscono tensione alla rete cittadina se non si utilizza l'energia solare estratta negli elettrodomestici? Dicono che il contatore può tornare indietro...
Capisco l'essenza della tua domanda, ma per trasferire l'energia rimanente inutilizzata alla rete elettrica cittadina non sono necessari pannelli solari speciali. Per fare ciò, è necessario disporre di un inverter speciale che verrà collegato alla rete elettrica cittadina e reindirizzerà l'energia in eccesso.
Dal punto di vista tecnico, tutto è abbastanza semplice, un collegamento del genere è possibile, il che non si può dire della componente legislativa. Ad esempio, in Russia è vietata l'immissione in rete, semplicemente non esiste una "tariffa verde", il progetto di legge è allo studio da più di cinque anni.
In Ucraina, ad esempio, i prezzi della “tariffa verde” sono ora inferiori ai prezzi di vendita, quindi è diventato più redditizio utilizzare l’eccedenza piuttosto che venderla alla rete.In questi casi, si limita semplicemente la produzione quando la potenza dell'inverter è impostata solo sul consumo di corrente.
Caro esperto, ti sbagli di grosso riguardo alla “tariffa verde” in Ucraina. Il costo di vendita delle eccedenze in rete è 10 volte superiore al costo dell'elettricità in rete!! Quindi le centrali elettriche con la “tariffa verde” sono ora l’attività che paga più velocemente!
Ho visto un programma televisivo sulla Germania. Lì, un tedesco in una casa privata ha un tale sistema. Sta saldando una parte del prestito contratto per l'acquisto di un impianto solare.
Quando verranno create le batterie elettrotermiche?
La pompa del pozzo da 15 kW è ora alimentata dalla rete elettrica. Voglio creare energia solare senza batterie. Potere?
E se installi una stazione solare da 30 kW, metti in casa batterie elettriche, un boiler elettrico e accumulatori, basterà in inverno? Posizione Ucraina centrale