Een privéhuis verwarmen met zonnepanelen: diagrammen en apparaat

De redenen voor de populariteit van alternatieve energiebronnen zijn heel begrijpelijk: er is een mogelijkheid om brandstof te besparen en dromen van milieuvriendelijke levensondersteunende systemen waar te maken. Door vakkundig gebruik te maken van de energie van zon, wind en water, kun je van een gewoon landhuis een modern eco-huis maken.

We zullen u vertellen hoe u zonneverwarming in een privéwoning kunt installeren, en we zullen samen met u analyseren hoe winstgevend het is. Om de problemen van het gebruik van daglichtenergie grondig te behandelen, hebben we in detail alle populaire opties beschreven die praktische toepassing en positieve gebruikersrecensies hebben gekregen.

Rekening houdend met onze aanbevelingen, kunt u een effectief zonnestelsel bouwen voor een zomerhuis of landhuis. Om de moeilijke stof begrijpelijker te maken, hebben we de informatie aangevuld met visuele diagrammen, illustraties en video-tutorials.

Manieren om zonne-energie te gebruiken

Toepassingsmethoden energie van het hemellichaam behoren niet tot innovatieve technologieën; zonnewarmte wordt al lange tijd en met veel succes toegepast. Dit geldt echter vooral voor Australië, enkele landen in Europa, Amerika en de zuidelijke regio’s, waar het hele jaar door alternatieve energie kan worden verkregen.

Sommige noordelijke regio's hebben geen natuurlijke straling, dus wordt deze gebruikt als aanvullende of back-upoptie.

De tussenpersonen tussen de zonnestralen en het energieopwekkingsmechanisme zijn zonnepanelen of collectoren, die zowel qua doel als qua ontwerp verschillen.

Batterijen accumuleren zonne-energie en zorgen ervoor dat deze kan worden gebruikt om huishoudelijke elektrische apparaten van stroom te voorzien. Het zijn panelen met aan de ene kant fotocellen en aan de andere kant een vergrendelingsmechanisme. Je kunt zelf experimenteren en de batterij in elkaar zetten, maar het is gemakkelijker om kant-en-klare elementen te kopen - de keuze is vrij breed.

Zonnesystemen (zonnecollectoren) maken deel uit van het verwarmingssysteem van een huis. Grote thermisch geïsoleerde dozen met koelvloeistof worden, net als batterijen, gemonteerd op verhoogde panelen die naar de zon of dakhellingen gericht zijn.

Het is een vergissing om te geloven dat absoluut alle noordelijke regio's veel minder natuurlijke warmte ontvangen dan de zuidelijke. Stel dat er in Chukotka of centraal Canada veel meer zonnige dagen zijn dan in het zuidelijk gelegen Groot-Brittannië

Om de efficiëntie te vergroten, zijn de panelen op dynamische mechanismen geplaatst die doen denken aan een volgsysteem: ze roteren en volgen de beweging van de zon. Het energieconversieproces vindt plaats in buizen die zich in de dozen bevinden.

Het belangrijkste verschil tussen zonnesystemen en zonnepanelen is dat de eerste de koelvloeistof verwarmen en de laatste elektriciteit accumuleren. Het is mogelijk om de kamer te verwarmen met behulp van fotocellen, maar de ontwerpschema's zijn irrationeel en alleen geschikt voor die gebieden waar er minstens 200 zonnige dagen per jaar zijn.

Diagram van een verwarmingssysteem met een zonnecollector aangesloten op een ketel en een back-up elektriciteitsbron (bijvoorbeeld een gasboiler) die op traditionele brandstof werkt (+)

Voor- en nadelen van een alternatief verwarmingssysteem

Er zijn niet veel voordelen van een zonneverwarmingssysteem, maar elk ervan is aanzienlijk en kan een reden zijn voor privé-experimenten:

• Voordelen voor het milieu. Dit is een schone warmtebron die veilig is voor de bewoners van het huis en de omgeving en waarvoor geen traditionele brandstoffen nodig zijn.
• Autonomie. Systeemeigenaren zijn absoluut onafhankelijk van de energieprijzen en de economische situatie in het land.
• Economisch. Door het traditionele verwarmingssysteem te behouden, wordt het mogelijk om de kosten voor de warmwatervoorziening te verlagen.
• Publieke beschikbaarheid. Voor het plaatsen van zonnesystemen heeft u geen toestemming nodig van de overheid.

Maar er zijn ook onaangename momenten die het totaalbeeld kunnen bederven. Het bepalen van de efficiëntie van het systeem zal bijvoorbeeld een lange periode vergen - minimaal 3 jaar (mits er voldoende zonne-energie is en deze actief wordt gebruikt).

Alleen al het installeren van zonnepanelen vergt grote investeringen: de goedkoopste siliciumpanelen kosten minstens 2.200 roebel. per stuk, en polykristallijne elementen met zes dioden van de eerste categorie - tot 17.000 per stuk. Het berekenen van de kosten van 30 modules is vrij eenvoudig (+)

Gebruikers merken de volgende nadelen op:

• hoge prijzen voor apparatuur die nodig is om het systeem in werking te stellen;
• directe afhankelijkheid van de hoeveelheid geproduceerde warmte van de geografische locatie en het weer;
• de verplichte aanwezigheid van een back-upbron, bijvoorbeeld een gasboiler (in de praktijk is een zonnesysteem vaak een back-up).

Om een ​​groter rendement te behalen, moet u regelmatig de bruikbaarheid van de collectoren controleren, ze ontdoen van vuil en ze beschermen tegen ijsvorming tijdens vorst. Als de temperatuur vaak onder de 0ºC daalt, moet u zorgen voor extra thermische isolatie, niet alleen van de elementen van het zonnestelsel, maar ook van het huis als geheel.

Zonne-energie voor verwarming

Het belangrijkste doel van fotovoltaïsche cellen voor energieopslag is het leveren van elektriciteit aan het huis. Om ze in het diagram op te nemen apparaten voor verwarmingssystemen en om een ​​optimale werking te bereiken is het noodzakelijk om het circuit te monteren met een opslagtank.

Daarin wordt het water verwarmd, dat, nadat het een bepaalde temperatuur heeft bereikt, de leidingen en radiatoren zal vullen in de kamers die moeten worden verwarmd (woonkamer, badkamer).

Een systeem aangedreven door zonne-energie, met een dubbelcircuittank die de verwarming en de toevoer van warm water in twee richtingen organiseert: naar verwarmingsradiatoren en naar distributiepunten (+)

Laten we proberen de ontwerpkenmerken van zonnepanelen te analyseren en hun potentiële rol in het verwarmingssysteem te bepalen.

Het werkingsprincipe van panelen met fotocellen

Er zijn drie veel voorkomende soorten elementen voor zonnepanelen:

• Monokristallijn. Dit zijn dunne wafels van het zuiverste silicium, gesneden uit een kristal dat onder kunstmatige omstandigheden is gegroeid. Het meest productieve ras met een rendement van ongeveer 17-18%. De optimale bedrijfstemperatuur is van 5 ºС tot 25 ºС.

• Polykristallijn. Gemaakt van wafels verkregen door geleidelijke afkoeling van siliciumsmelt. De technologie voor de productie ervan is minder arbeidsintensief, maar de efficiëntie van fotovoltaïsche elementen gemaakt van polykristallijn is aanzienlijk lager - niet meer dan 12%.

• Amorf. Het zijn films. Vervaardigd volgens de verdampingsfasemethode, waardoor silicium in de vorm van een dunne film wordt afgezet op een flexibele polymeerbasis. De goedkoopste productiemethode wordt gecombineerd met een lage productiviteit, geschat op maximaal 7%.

Voor de installatie van autonome verwarmingssystemen in de noordelijke regio's wordt de meest geschikte optie overwogen fotovoltaïsche batterijen, samengesteld uit monokristallijne elementen. Batterijen met amorfe modules zijn echter eenvoudiger te installeren, hebben praktisch geen basis nodig en zijn veel goedkoper.

Een monokristallijne module bestaat uit in serie geschakelde elementen gecombineerd tot modules. Verschillende modules vormen een zonnebatterij.Het donkere oppervlak van fotovoltaïsche zonne-energiesystemen optimaliseert de absorptie van zonnestralen

De taak van externe elementen is het absorberen en transformeren van de zonnestralen. De vrijkomende energie gaat verder en wordt geconcentreerd in de opslagtank. Een klein element produceert ongeveer 100-250 W, en een geprefabriceerd paneel van 25-30 m² levert elektriciteit aan een klein huis. Het installeren van een verwarmingssysteem vereist 2-3 keer meer energie.

Een omvormer fungeert als een omvormer van gelijkstroom van de “productie” van zonne-energie in elektriciteit, aangezien wisselstroom nodig is voor de werking van huishoudelijke elektrische apparaten en lampen.

Als we het specifiek over het verwarmingssysteem hebben, werkt een elektrische boiler voor het verwarmen van water ook op wisselstroom. Om uw huis 's nachts van licht te voorzien, heeft u batterijen nodig waarin de dagelijkse benodigdheden worden opgeslagen.

Omvormermodules worden geïnstalleerd op een plaats die gemakkelijk te onderhouden is, hoewel er geen constante controle nodig is en in automatische modus werkt (+)

Efficiëntie van het gebruik van fotocellen

Makkelijkst aan te schaffen zonnecollectoren en pas een van de eenvoudige schema's toe die zich door de jaren heen hebben bewezen. De omstandigheden dicteren echter soms hun eigen omstandigheden. Stel dat u een uitstekend functionerend zonnegeneratorsysteem heeft, maar dat dit op dit moment alleen dient om uw huis van elektriciteit en warm water te voorzien.

Het is duidelijk dat het kopen van nieuwe apparatuur niet rendabel is, dus het is gemakkelijker om het vermogen te vergroten door een bepaald aantal foto-elektrische omzetters aan te schaffen. Budgetoptie - siliciumpanelen met productiviteit tot 23-25%.

Het is noodzakelijk om een ​​verwarmingsapparaat dat op elektriciteit werkt op de huidige bron aan te sluiten.Een universele optie is een ketel uitgerust met distributiebedrading.

Polymeerfilmelementen zijn veel minder gebruikelijk op de Russische markt dan mono- en polykristallijne analogen van silicium. Ze zijn eenvoudig te installeren, maar hebben een laag rendement - slechts 6%

Als de elektriciteitsvoorziening goed is georganiseerd, moet deze voldoende zijn voor zowel de warmwatervoorziening als de verwarming. Er zijn voorbeelden waarbij het huis volledig van warmte is voorzien - dit is te herkennen aan het dak, dat bijna volledig bedekt is met panelen.

Soms is het nodig om speciale vrijstaande constructies op te richten als het dakoppervlak niet voldoende is. Het blijkt dat om het vermogen te vergroten extra vrije ruimte nodig is.

Zelfs de meest zorgvuldige berekeningen zullen je niet helpen de exacte hoeveelheid potentiële energie te bepalen en snel een effectief, goed functionerend systeem te creëren. Feit is dat er in de praktijk obstakels ontstaan, waarvan het uiterlijk vrij moeilijk te voorspellen is.

Hier zijn enkele van de factoren:

• Inconsequentie van het weer. Zelfs in de zuidelijke regio's is het exacte aantal zonnige dagen onbekend. Het is bijna onmogelijk om hun aantal in de noordelijke regio's betrouwbaar te voorspellen.
• Onregelmatigheid bij het ontvangen van elektriciteit. In de noordelijke regio's zijn er in de winter bijvoorbeeld korte daglichturen, waardoor veel gerecyclede zonne-energie wordt besteed aan verlichting. Bovendien neemt de intensiteit van de zonnestraling in de winter aanzienlijk af.
• Periodieke storingen. Zoals alle technische systemen kunnen zonnepanelen van tijd tot tijd uitvallen als gevolg van schade aan individuele elementen, contractverbindingen, beschermende oppervlakken, enz.

Daarom kunt u pas na een bepaalde periode, in ieder geval na een jaar, iets over de effectiviteit te weten komen. Het kan nodig zijn om het aantal fotocellen of batterijen te vergroten, extra thermische isolatie van het huis te overwegen en het verwarmde oppervlak te verkleinen. Stel dat in de noordelijke regio's van Duitsland, om geld te besparen, de slaapkamers vaak helemaal niet verwarmd worden.

Het onderhoud van geïnstalleerde fotocellen vereist geen speciale vaardigheden en bestaat uit regelmatige reiniging: het verwijderen van sneeuw in de winter en vuil in warme periodes, het wassen van het glasoppervlak met water uit een slang

Installatieschema voor een elektriciteitscentrale thuis

De makkelijkste manier installaties voor zonnegeneratoren – contact opnemen met een bedrijf dat systeemcomponenten verkoopt en installatiediensten aanbiedt. Voordelen - een professioneel project waarbij rekening wordt gehouden met individuele kenmerken, een garantie voor alle producten en installatie, minus - hoge kosten.

Als u relevante ervaring heeft, kunt u zelfstandig een mini-energiecentrale met zonnepanelen samenstellen voor het verwarmen van een privéwoning.

Het meest effectief wordt beschouwd als een hybride schema voor het ontwerp van een lucht-zonnesysteem, waarbij fotocellen worden gebruikt om energie op te wekken, collectoren voor het verwarmen van water en een extra windgenerator wordt geïnstalleerd. Het kan worden vervangen door een reservebrandstofbron (+)

Alle onderdelen voor het monteren van het verwarmingssysteem worden verkocht in gespecialiseerde winkels.

U moet de volgende componenten aanschaffen:

• een set silicium- of filmzonnemodules;
• een oplaadbare batterij die energie opslaat;
• laadcontroller die het proces van opladen en ontladen van de batterij regelt;
• een omvormer die gelijkstroom omzet in wisselstroom;
• set aansluitkabels.

Het is wenselijk dat de batterijen hetzelfde zijn (rekening houdend met het merk, de capaciteit en zelfs de batch) en energie gedurende 3-4 dagen kunnen opslaan. De duur van hun werking is afhankelijk van de kamertemperatuur - in koude omstandigheden ontladen ze snel. Als het dagverbruik 2400 Wh bedraagt, zijn accu's met een totale capaciteit van minimaal 1000 Ah nodig.

Houd er bij het gebruik van autobatterijen rekening mee dat hun maximale efficiëntie 70-75% is (levensduur - 3 jaar), speciale apparaten voor zonne-energiesystemen hebben de beste prestaties - tot 85% (levensduur - 10 jaar). Bij opslag en conversie gaat een deel van de energie verloren

De kwaliteit van de stroom geproduceerd door sinusoïdaal omvormers voor zonne-energiesystemen, hoger dan de huidige indicatoren van het gecentraliseerde netwerk. Een bijzonder kenmerk van de apparatuur is de synchronisatie van de spanningsfase, waarbij de overgang van 12 V naar 220 V plaatsvindt zonder onderbreking van de werking van huishoudelijke elektrische apparaten.

Omvormervermogen – van 250 W tot 6000 W en hoger. Het uitgangsvermogen kan worden verhoogd door meerdere apparaten parallel aan te sluiten. Bijvoorbeeld 3 x 3000 W = 9000 W (+)

Nadat alle elementen van het zonnestelsel zijn geïnstalleerd, is het noodzakelijk om een ​​elektrische tank aan te sluiten die het water verwarmt op de omvormer, en op de tank, op zijn beurt, een verwarmingsleiding.

Collectorverwarmingssysteem

Het grootste rendement en rendement kan worden behaald door het plaatsen van collectoren in plaats van zonnepanelen; externe installaties waarbij water wordt verwarmd onder invloed van zonnestraling. Een dergelijk systeem is logischer en natuurlijker, omdat het geen verwarming van de koelvloeistof door andere apparaten vereist.

Laten we eens kijken naar het ontwerp en het werkingsprincipe van twee hoofdtypen apparaten: plat en buisvormig.

Platte versie voor zelfproductie

Het ontwerp van platte installaties is zo eenvoudig dat ervaren vakmensen met hun eigen handen ambachtelijke analogen assembleren, een deel van de onderdelen in een gespecialiseerde winkel kopen en sommige van schrootmaterialen construeren.

In de stalen of aluminium geïsoleerde doos bevindt zich een plaat die zonnewarmte absorbeert. Meestal is het bedekt met een laag zwart chroom. De warmteabsorber wordt bovenaan beschermd door een verzegelde transparante afdekking.

Het verwarmen van water vindt plaats in buizen die in een slang zijn gelegd en op de plaat zijn aangesloten. Water of antivries komt de doos binnen via de inlaatpijp, warmt op in de buizen en beweegt naar de uitlaat - naar de uitlaatpijp.

De lichtdoorlatendheid van de hoes wordt verklaard door het gebruik van transparant materiaal: duurzaam gehard glas of plastic (bijvoorbeeld polycarbonaat). Om te voorkomen dat de zonnestralen worden gereflecteerd, is het glas- of kunststofoppervlak gematteerd (+)

Er zijn twee soorten aansluitingen, éénpijps en tweepijps; er is geen fundamenteel verschil in de keuze. Maar er is een groot verschil in de manier waarop het koelmiddel aan de collectoren wordt geleverd: door zwaartekracht of met behulp van een pomp. De eerste optie wordt als ineffectief beschouwd vanwege de lage snelheid van de waterbeweging, volgens het verwarmingsprincipe lijkt het op een container voor een zomerse douche.

De werking van de tweede optie vindt plaats door de aansluiting van een circulatiepomp, die met geweld koelvloeistof levert. De energiebron voor het bedienen van de pompapparatuur kan een energiesysteem op zonne-energie zijn.

De temperatuur van het koelmiddel bij verwarming door de zonnecollector bereikt 45-60 ºС, bij de uitlaat is de maximale waarde 35-40 ºС. Om de efficiëntie van het verwarmingssysteem te vergroten, worden “warme vloeren” gebruikt in combinatie met radiatoren (+)

Buiscollectoren - een oplossing voor de noordelijke regio's

Het algemene werkingsprincipe doet denken aan de werking van platte analogen, maar met één verschil: warmtewisselingsbuizen met koelvloeistof bevinden zich in glazen kolven. De buizen zelf kunnen veren zijn, aan één kant afgedicht en qua uiterlijk op veren lijken, en coaxiaal (vacuüm), in elkaar gestoken en aan beide zijden afgedicht.

Warmtewisselaars zijn ook verschillend:

• systeem voor het omzetten van zonne-energie in thermische energie Heatpipe;
• een gewone U-type koelmiddeloverdrachtsbuis.

Het tweede type warmtewisselaar wordt als efficiënter beschouwd, maar is niet populair genoeg vanwege de reparatiekosten: als één buis defect raakt, moet het hele gedeelte worden vervangen.

De Heat-pipe maakt geen deel uit van een heel segment en kan dus binnen 2-3 minuten worden vervangen. Defecte coaxiale elementen kunnen worden gerepareerd door eenvoudigweg de plug te verwijderen en het beschadigde kanaal te vervangen.

Een diagram dat het cyclische verwarmingsproces in vacuümbuizen uitlegt: koude vloeistof, onder invloed van zonnewarmte, warmt op en verdampt, en maakt plaats voor de volgende portie koude koelvloeistof (+)

Na het analyseren van de technische kenmerken van verschillende soorten collectoren en het samenvatten van de ervaring met hun gebruik, hebben we besloten dat vlakke plaatcollectoren meer geschikt zijn voor de zuidelijke regio's, en buisvormige collectoren meer geschikt voor de noordelijke regio's. Installaties met het Heatpipe-systeem hebben zich vooral goed bewezen in barre klimaten.Ze hebben zelfs op bewolkte dagen en 's nachts een verwarmingsvermogen en 'voeden' zich met een minimale hoeveelheid zonlicht.

Voorbeeld van een standaarddiagram voor het aansluiten van zonnecollectoren op ketelapparatuur: het pompstation circuleert water, de controller regelt het verwarmingsproces

Methode voor het verhogen van de productiviteit

Meestal gaan particuliere huiseigenaren, na te hebben geëxperimenteerd met een klein aantal zonnepanelen, verder en verbeteren ze het systeem op verschillende manieren.

De eenvoudigste manier is om het aantal betrokken modules te vergroten, dienovereenkomstig extra ruimte aan te trekken om ze te huisvesten en krachtigere gerelateerde apparatuur aan te schaffen

Wat te doen als er een tekort aan vrije ruimte is? Hier volgen enkele aanbevelingen om het rendement van een zonnestation te verhogen (met fotocellen of collectoren):

• De oriëntatie van modules wijzigen. Bewegende elementen ten opzichte van de stand van de zon. Simpel gezegd: het grootste deel van de panelen aan de zuidkant plaatsen. Tijdens lange daglichturen is het ook optimaal om oppervlakken te gebruiken die op het oosten en het westen gericht zijn.

• Kantelhoekverstelling. De fabrikant geeft meestal aan welke hoek de meeste voorkeur heeft (bijvoorbeeld 45º), maar soms is het tijdens de installatie nodig om aanpassingen aan te brengen, rekening houdend met de geografische breedtegraad.

• Juiste keuze van de installatielocatie. Het dak is geschikt omdat het meestal het hoogste vlak is en niet wordt bedekt door andere objecten (bijvoorbeeld tuinbomen). Maar er zijn nog meer geschikte gebieden: roterende zonvolgapparatuur.

Wanneer de elementen loodrecht op de zonnestralen staan, werkt het systeem efficiënter, maar op een stabiele ondergrond (bijvoorbeeld een dak) is dit slechts voor een korte periode mogelijk. Om dit te vergroten zijn er praktische volgapparatuur uitgevonden.

Volgmechanismen zijn dynamische platforms die roteren terwijl hun vliegtuigen de zon volgen. Dankzij hen neemt de productiviteit van de generatoren in de zomer met ongeveer 35-40% toe, en in de winter met 10-12%.

Het grote nadeel van volgapparatuur zijn de hoge kosten. In sommige gevallen loont het niet, dus het heeft geen zin om in nutteloze mechanismen te investeren.

Geschat wordt dat 8 panelen het minimumaantal is waarbij de kosten in de loop van de tijd gerechtvaardigd zullen zijn. U kunt 3-4 modules gebruiken, maar onder één voorwaarde: als ze rechtstreeks op de waterpomp zijn aangesloten, waarbij de batterijen worden omzeild.

Onlangs kondigde Tesla Motors de creatie aan van een nieuw type dak - met geïntegreerd zonnepanelen. Elon Musk zei dat het aangepaste dak goedkoper zal zijn dan een conventioneel dak waarop collectoren of modules zijn geïnstalleerd.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Thematische video's helpen u het ontwerp van zonnestations voor thuis beter voor te stellen en onthullen enkele geheimen van het installeren van apparatuur.

Video #1. Beschikbare technische informatie over zonnepanelen en laadregelaars:

Video #2. Nuttige ervaring met het gebruik van zonnepanelen in de regio Moskou:

Video #3. Een voorbeeld van een succesvol werkend zonnestation, volledig onafhankelijk gemonteerd, dat zowel de warmwatervoorziening als de verwarming van het huis verzorgt:

Zoals u kunt zien, is een zonneverwarmingssysteem een ​​heel reëel fenomeen dat u zelf kunt implementeren. Het gebied van alternatieve methoden om energie te verkrijgen ontwikkelt zich voortdurend, misschien hoor je morgen over een nieuwe ontdekking.

Wij nodigen u uit om actief commentaar te geven op het materiaal. U kunt uw houding ten opzichte van “groene energie” uiten, uw ervaringen delen met het installeren van een systeem van zonnepanelen en alleen u de bekende subtiliteiten vertellen in het onderstaande blok.