Нагрев атмосферы над солнечными панелями

Воздушный солнечный коллектор для отопления дома

Панельные воздушные солнечные коллекторы для отопления дома — это источник дополнительной тепловой энергии. Модули подходят для жилых домов, теплиц, дач, коттеджей, турбаз. Один блок в среднем вырабатывает около 1,5 кВт/час, чего более чем достаточно для поддержания комфортной температуры в весенне-осенний период.

Воздушные коллекторы в зимнее время года сокращают расход топлива (газа, электричества), на котором работает котёл до 52%. Летом модуль работает на поддержание влажностного микроклимата и кондиционирование помещений.

Как устроен воздушный коллектор

Принцип работы основан на простых физических законах. Солнечные лучи проникая в атмосферу земли практически не отдают тепла. Нагрев воздуха происходит после того как ультрафиолет попадает на твердые поверхности. Под действием солнечных лучей грунт и другие предметы нагреваются. Происходит теплообмен.

Устройство воздушных солнечных коллекторов использует описанное явление, аккумулируя тепло и направляя его в помещение. В конструкции присутствуют следующие детали:

корпус с теплоизоляцией;

нижний экран, абсорбер;

радиатор с аккумулирующими ребрами;

верхняя часть из обычного стекла или поликарбоната.

В конструкцию коллектора входят вентиляторы. Основное предназначение: нагнетание нагретого воздуха в жилые помещения. В процессе работы вентиляторов создается принудительная конвекция, за счет которой холодные воздушные массы поступают в блок коллектора.

Принцип обогрева и его эффективность

Абсорберы воздушных коллекторов делают черного цвета, для увеличения интенсивности нагрева под воздействием солнечного излучения. Температура воздуха в коллекторе достигает 70-80°С. Тепла с избытком хватает для полноценного обогрева помещений небольшой площади.

Принцип действия воздухонагревателя следующий:

воздух закачивается с улицы в корпус коллектора принудительным способом;

внутри блока установлены абсорберы, отражающие тепло, поднимающие температуру внутри ящика до 70-80°С;

происходит нагрев воздуха;

разогретые воздушные массы принудительно нагнетаются в отапливаемые помещения.

В заводских моделях обеспечение циркуляции воздуха осуществляется при помощи вентиляторов, подключенных к солнечным батареям. Как только ультрафиолетовое излучение становится достаточно интенсивным, чтобы выработать некоторое количество электроэнергии, турбины включаются. Коллекторы начинают работать на обогрев. Зимой интенсивность излучения Солнца снижается.

Дом не сможет полностью функционировать на солнечном воздушном отоплении. Воздухонагреватели используются как дополнительный источник тепла. При правильных расчетах одна установка (данные взяты из технических характеристик воздушных солнечных коллекторов Solar Fox) обеспечит следующую экономию, за отопительный сезон:

Система солнечного воздушного обогрева компенсирует около 30% необходимого для здания тепла. Полная окупаемость достигается в течение 2-3 лет. Если учесть, что принцип работы связан с использованием установки и для кондиционирования воздуха, а в течение года вырабатывается около 4000 кВт, целесообразность использования становится еще очевиднее.

В странах ЕС широкое распространение получило конструкторское решение «солнечная стена». Конструкция заключается в следующем:

в здании одна из стен изготавливается из аккумулирующего материала;

перед панелью устанавливается стеклянная перегородка;

в течение дня тепло аккумулируется, после чего отдается в помещение ночью.

Для усиления конвекции, солнечный коллектор делается не во всю стену. Вверху и внизу предусматривают раздвижные шторки.

Солнечный коллектор — водяной или воздушный

Каждый из нагревателей эффективен, отличается только основное предназначение и принцип работы:

Водяной коллектор — применяется для обеспечения потребностей в ГВС и низкотемпературных систем теплых полов. Эффективность работы в зимний период существенно снижается. Вакуумные и панельные коллекторы косвенного нагрева, подсоединенные к буферной емкости, продолжают аккумулировать тепло в течение всего года. Главный недостаток, высокая стоимость гелиоколлектора, монтажа и обвязки.

Воздушный вентиляционный коллектор — отличается простой конструкцией и устройством, которое при желании можно изготовить самостоятельно. Основное предназначение: обогрев помещений. Конечно, существуют схемы, позволяющие использовать полученное тепло для ГВС, но при этом эффективность воздушных коллекторов падает практически вдвое. Преимущества: низкая стоимость комплекта и установки.

Солнечные воздушные системы отопления работают только днем. Нагрев воздуха начинается даже в пасмурную погоду, при сильной облачности и во время дождя. Работа воздухонагревателей зимой не прекращается.

Как и из чего сделать воздушный коллектор

Главное достоинство солнечных воздухонагревателей, в простоте конструкции. При желании можно сделать самодельное солнечное воздушное отопление частного дома, затратив на это минимум средств.

Для начала потребуется сделать расчеты производительности, затем подобрать тип конструкции и выбрать материалы для изготовления. Корпус и абсорберы можно изготовить из подручных средств, существенно сэкономив бюджет.

Как сделать расчёты коллектора

Вычисления выполняются следующим образом:

каждый м² от площади коллектора даст 1,5 кВт/час тепловой энергии, при условии, что будет солнечная погода;

для полноценного обогрева помещения требуется 1 кВт тепловой энергии на 10 м².

Приблизительный расчет мощности покажет, что для отопления жилого дома на 100 м² необходимо установить коллекторы общей площадью 7-8 м².

Для обеспечения максимальной производительности надо определить сторону дома с максимальной интенсивностью ультрафиолетового излучения. Практика показывает, что оптимальное место для установки — это скат кровли или южная стена здания.

Типы конструкции коллектора

Классификация осуществляется по различиям корпуса коллекторов. Заводской воздухонагреватель обычно имеет надувной каркас, с двумя съемными панелями. При необходимости модуль легко демонтируется, разбирается и переносится на другое место. Сделать своими руками конструкцию надувного типа навряд ли получится.

В домашних условиях выполняют сборку неразборного корпуса. Это деревянный ящик с абсорбером, радиатором и верхним прозрачным экраном. При изготовлении используют подручные средства: профнастил, алюминиевые пивные банки, обычное стекло.

Материалы для изготовления коллектора

Для изготовления модулей для нагрева жилого или хозяйственного здания потребуются несколько комплектующих:

Внешний блок — собирается из фанеры, ДСП и деревянных брусков. По внешнему виду напоминает обыкновенный коробок.

Дно — изготавливают из профнастила. Лист металла обрабатывают специальной черной краской с высоким коэффициентом светопоглащения. Абсорбирующую поверхность можно сделать из разрезанных алюминиевых банок. Дно обшивают изоляционным материалом, чтобы избежать тепловых потерь.

Ребра радиатора — используются для лучшей абсорбции тепла. При изготовлении используют тонкие листы алюминия, меди. Можно установить уже готовый радиатор из старого холодильника.

Крышка коллектора — делается из сотового поликарбоната, отличающегося хорошей светопропускной способностью и одновременно удерживающая тепло внутри коллектора. Чтобы сэкономить, в качестве покрытия можно использовать обычное стекло. Теплоэффективность при этом будет нижем чем у коллекторов, закрытых поликарбонатом.

Теплоизоляция корпуса — по периметру каркас обшивают пенополистиролом.

Для нагнетания воздуха в отапливаемые помещения устанавливают 2-4 вентилятора. Подойдут кулеры, снятые со старого компьютера.

Установка и подключение воздушного коллектора

Для монтажа воздухонагревателей нужно подготовить поверхность стены, сделав 4 отверстия под воздуховоды. Внутри здания гофрированные трубы разводят по комнатам, направляя в сторону пола.

Самодельные воздушные солнечные коллекторы для отопления дома подключаются к электросети, через трансформатор. При наличии навыков в качестве источника питания можно установить аккумулятор на солнечных батареях.

Теплоэффективность изготовленных своими руками воздухонагревателей существенно ниже, чем у заводской продукции. При отсутствии специальных навыков лучше использовать готовые модули. Как показывают реальные отзывы о коллекторах, оптимальный вариант для покупки из представленных на отечественном рынке: Solar Fox, Солнцедар и ЯSolar-Air.

Воздухонагреватели не используются в качестве основного источника тепла и выполняют исключительно вспомогательную функцию. В домах с солнечными воздушными коллекторами изначально устанавливают котел, покрывающий потребности в отоплении на 100%.

При грамотных расчетах и интенсивной эксплуатации, вложения окупятся в течение 1-2 лет. В случае самостоятельного изготовления коллектора, затраты вернутся уже в середине первого отопительного сезона.

Пошаговая инструкция изготовления воздушного коллектора

Изготовление воздушного солнечного коллектора из алюминиевых банок:

Изготовление солнечного воздухогрейного коллектора из квадратной трубы:

Источник

Проблема перегрева солнечных панелей

Чем сильнее светит солнце, тем больше электричества дают солнечные батареи. Звучит убедительно, но в действительности это не так. В жару получать максимум генерации мешает перегрев фотоэлектрических панелей.

Нормальной для работы PV модулей является температура 25°C. Когда столбик термометра переваливает за эту отметку, эффективность фотопанелей снижается. Уменьшение продуктивности зависит от температуры окружающей среды, типа и размещения модулей. В среднем оно составляет 10%. Почему перегрев негативно сказывается на выходной мощности электрогенерирующего устройства? И можно ли как-то с ним бороться?

Крышная солнечная электростанция мощностью 31 кВт, Измаил (Одесская обл.)

Причины перегрева, и что такое «температурный коэффициент мощности»

Солнечная панель состоит из фотоэлементов, в которых протекают электрические процессы. По мере нагревания в ячейках возрастает поток электронов, что приводит к падению напряжения и росту силы тока. Как следствие, снижается мощность отдельно взятых фотоэлементов и модуля в целом. Узнать, сколько именно ватт теряется в процессе перегрева, можно из спецификаций. Данная характеристика значится там, как «температурный коэффициент мощности».

Объем энергопотерь модуля от перегрева определяется в ходе тестовых испытаний на производстве. У разных моделей кремниевых кристаллических батарей он в среднем в пределах 0,45–0,5%/°C. Более стойки к высоким температурам тонкопленочные (аморфные) солнечные панели. Их коэффициент – около 0,2%/°C. Это означает, что с каждым повышением на градус от нормы выход мощности снижается на 0,2%. Например, в 40-градусную жару производительность такой фотопанели уменьшится на 3%. Соответственно у модели с тепловым коэффициентом 0,5%/°C снижение выработки при тех же условиях составит 7,5%.

Температура воздуха не единственный фактор, способствующий нагреву панелей. Значительную роль играет также тепловая эмиссия кровельной поверхности. Так, темная крыша нагревается сильнее светлой – до 70–80°C. И это не в самый жаркий день! Температура расположенных на ней фотопанелей может достигать 60–70°C. Теплопроводность зависит от кровельного материала. Быстро нагревается шифер, металлочерепица, мягкая кровля с битумной составляющей.

Способы уменьшить нагрев солнечных панелей

Ученые пока лишь ищут пути решения проблемы с перегревом батарей. Считается, что повышение стойкости к высоким температурам позволит не только увеличить генерацию электричества летом, но и продлить срок службы модулей. Заметных успехов в этом направлении достигла научная группа профессора Шаньхуэ Фаня. В стенах Стэнфордского университета в 2014 году была создана фотопанель с дополнительным тончайшим рельефным слоем кварцевого стекла. Такая поверхность пропускает видимый свет для генерации электричества, и отражает греющие инфракрасные лучи. В итоге происходит пассивное охлаждение.

Еще одним вариантом борьбы с перегревом стала WindRail. Гибридную ветросолнечную электрогенерирующую установку, в которой ветряки выполняют функцию вентиляторов для солнечных панелей, разработал шведский инженер Свен Колер. Пилотный проект появился год назад, а продвигать его взялась компания Anerdgy. Первую систему WindRail установили на крыше 12-этажного жилого дома в Берлине. Благодаря компактности, синергичности и продуманности конструкции такая установка имеет все шансы стать востребованной в городских условиях.

WindRail — гибридный электрогенератор с самоохлаждающимися солнечными модулями

Впрочем, на проверку жизнеспособности и массовое внедрение опытных образцов уходят годы. А что делать владельцам фотоэлектростанций сейчас для снижения нагрева панелей? При выборе солнечных батарей нужно обращать внимание на заявленный производителем температурный коэффициент мощности: чем он меньше, тем лучше будет работать модель в жаркий день.

Второй важный нюанс – размещение. Благодаря хорошей естественной обдуваемости, солнечные панели на трекерах или наземных фермах нагреваются меньше, чем крышные системы. Если же решено устанавливать модули на доме, следует побеспокоиться о вентиляционной системе кровли. Кроме того, между фотопанелями и поверхностью крыши должен быть существенный зазор для свободной циркуляции воздуха.

Итак, температурный коэффициент мощности – один из важнейших параметров в спецификациях батарей. Он показывает, насколько продуктивны панели в жару. Для снижения потерь выработки в результате перегрева фотомодули нужно устанавливать на расстоянии от поверхности крыши. Дополнительно можно улучшить вентиляцию подкровельного пространства.

Источник