8(343) 273-19-63

г. Екатеринбург, ул. Даниловская 41

8(499) 348-16-09

г. Москва ул. Золоторожский вал, дом 32
Написать нам
СКАЧАТЬ КАТАЛОГ
ООО “Альтернативные решения”
LLS “Alternative solutions”
Уральский завод мобильных зданий
Ural factory of mobile buildings

Солнечные панели (солнечные батареи) и солнечные коллекторы

Солнечные панели (солнечные батареи)

"Солнечные панели" (солнечные батареи) - это наборы соединенных друг с другом и заключенных в раму "солнечных ячеек". "Солнечная ячейка" (солнечный элемент) - это небольшое полупроводниковые устройство, преобразующиее энергию света в электрическую. Это явление было открыто в 1839 году французским физиком Эдмондом Беккерелем и было названо
впоследствии "фотовольтаическим эффектом". Исследованиями в этой области в 19м веке занимались многие ученые в разных странах. В 1888 году русский физик Александр Столетов сформулировал основные законы преобразования света в электрический ток и создал первую "солнечную ячейку". В 1954 г. были созданы первые "солнечные ячейки" на основе кристаллов кремния. В 1963 году компанией Sharp была реализована концепция солнечной панели. В 1967 солнечные панели впервые были использованы на пилотируемом космическом аппарате - "Союз-1". Фотовольтаические технологии активно исследовались в разных странах и особенно в космических державах США и СССР. Энергетический кризис 1970х годов подтолкнул работы в этой области, но производство солнечных панелей еще долгое время оставалось довольно дорогим.
С конца 1980х годов продолжался рост производства и продаж солнечных панелей. Из экзотической космической технологии солнечные элементы стали настолько обычными, что их стали использовать для бытовых приборов - калькуляторов, часов и т.п., а также начали строить малые и средние электростанции. В 1999 году общая мощность солнечных панелей установленных в мире достигла 1 гигаватта. За последующие десять лет последовал настоящий солнечный бум. В 2009 году общая мощность фотовольтаических электростанций мира достигла 23 гигаватт, в 2010 увеличилась всего за год почти двукратно - до 40 гигаватт. На начало 2012 года общая мощность солнечной фотовольтаической энергетики оценивается в 70 гигаватт и, как ожидается, продолжит расти.

Россия - северная страна, где возможности использования солнечной энергии естественным образом ограничены. Тем не менее, стоит задуматься о том, что в соседнем Европейском Союзе в 2010 году солнечные панели обеспечили 22,5 тераватт-часов энергии, причем лидерами солнечной энергетики в ЕС являются не самые солнечные Германия, Бельгия и Чехия. Солнечные батареи можно и нужно использовать в России и, особенно в южных регионах.

Особенности использования солнечных панелей (солнечных батарей)

Использование солнечной энергии для получения электричества имеет ряд преимуществ:

1. Не требует топлива. Использование энергии солнца требует затрат практически только на установку. В дальнейшем потребитель получает уже бесплатную энергию. Никаких специальных профилактических работ для солнечных панелей не требуется. Их можно разве что протирать от пыли. Расположение панелей на возвышении и под углом 70 градусов способствует тому, что на панелях не накапливается снег зимой.
2. Работает постоянно. Солнечная система регулируется автоматически.  Ее не нужно постоянно включать и выключать как дизель. В системах автономного электроснабжения на солнечных батареях электричество запасается на специальных аккумуляторах. Поэтому энергия доступна для использования и днем и ночью.
3. Бесшумность. Поскольку электричество производится путем прямого преобразования энергии света, то нет абсолютно никаких шумов. Если дизель своим гулом может мешать вам и вашим соседям, то с солнечной системой таких проблем нет.
4. Длительный срок безаварийной службы. Качественные солнечные панели рассчитаны на работу в течение не менее 25 лет. За это время происходит постепенное небольшое снижение мощности. Следующие 20 лет система будет вырабатывать примерно 80% энергии от изначальной мощности. Таким образом, общий срок службы составляет 45 лет и выше. Для сравнения ветряная система обычно рассчитана на 15-20 лет, а дизель на 5-10 лет. При этом, поскольку в солнечных панелях нет движущихся частей, то практически исключены износ и поломка.
5. Надежность. Солнечная система гарантированно вырабатывает электроэнергию каждый день от восхода до заката. Производительность снижается в пасмурную погоду, но все же солнечные панели дают электроэнергию и в этом случае. В этом смысле солнечные панели надежнее ветряных турбин, поскольку ветер значительно менее постоянен, чем дневной свет. В сравнении же с жидкотопливными системами можно предположить, что дизель более прогнозируем и надежен в плане обеспечения электроэнергии. Однако, следует помнить, что дизель может не завестись, поломаться, а также зависит от наличия топлива. С учетом этих факторов солнечные панели могут оказаться и надежнее.
6. Общедоступность. Солнечный свет есть практически везде и это в некоторых случаях критическое преимущество солнечных панелей перед ветряными и дизельными системами. Особенности рельефа, застройки, метеорологических особенностей, размера участка, могут не позволить разместить ветряк, а вот для солнечных систем ограничений гораздо меньше. Для солнечных панелей требуется лишь не затененная поверхность, желательно обращенная на южную сторону. При этом по сравнению с ветрогенератором, не требуется установка мачты, ведь панели можно просто разместить на крыше. Преимущества у солнечных панелей по доступности установки есть и по сравнению с дизелем. Ведь далеко не везде есть возможность стабильной доставки топлива. А иногда такая доставка сопряжена со значительными затратами и трудностями. Солнце же есть везде.
7. Возможность произвольного изменения мощности системы. У жидкотопливных и ветряных систем мощность фиксированная. А вот у солнечных систем это величина произвольная. Можно установить небольшую панель и использовать для малопотребляющих приборов. Это обойдется дешевле. А если выяснится, что установленной мощности не хватает, то можно всегда нарастить, доставив больше панелей нужного размера.
Конечно, идеальных систем не бывает. Хотя солнечные панели и являются оптимальным выбором для автономных систем электроснабжения, у них есть и ограничения:
- В зимнее время производительность солнечных батарей снижается в полтора-два раза. Большое число солнечных дней в зимний период в районах с континентальным климатом частично компенсирует снижение производительности солнечных систем, но тем не менее потенциал выработки энергии является минимальным в ноябре и декабре. Чем дальше на север, тем этот эффект заметнее. На юге Приморского края такой эффект минимален и при достаточной мощности установленных солнечных батарей электричества вполне достаточно и зимой. Кроме того, в Приморском крае в силу климатических особенностей январь, февраль и март являются наиболее солнечными месяцами. В этот период количество солнечной энергии больше чем летом.
- Низкая эффективность для использования в отопительных системах. Солнечные фотовольтаические панели нежелательно использовать для основанных на электронагревательных элементах отопительных системах. Для отопления и нагрева воды значительно больший эффект дают солнечные коллекторы. Солнечная панель преобразует в электричество лишь около 15% солнечной энергии. Солнечный коллектор аналогичной площади преобразует в тепло до 90% поступающей солнечной энергии. При этом солнечный коллектор дешевле. Но, тем не менее при желании можно использовать солнечные панели для нагрева воды и в отоплении в малых системах.
- Необходимость высокой энергоэффективности. Сравнительно высокая стоимость солнечных панелей делает их рентабельными лишь в случае, когда расход электроэнергии оптимально оптимизирован. Это означает необходимость использования наиболее современной энергосберегающей техники, светодиодного освещения, датчиков движения и пр. С другой стороны использование современных технологий делает жизнь комфортнее.
- Необходимость достаточной интенсивности света. Хотя солнечные батареи можно устанавливать практически везде, понятно, что эффективность будет выше там, где больше солнечного света. Например, если участок планируемой установки находится на северной стороне крутого холма или затенен близстоящими зданиями, то установка в этом месте может быть нерентабельной. Меньшая эффективность может быть в местах с высокой сезонной облачностью или туманами на побережье. В этом случае следует провести исследование интенсивности солнечного света, по результатам которого будет понятно какое количество энергии смогут вырабатывать солнечные панели в заданном месте, и является ли установка целесообразной.

Главные выгоды солнечных систем

В вопросе устанавливать или не устанавливать солнечную систему решающими являются несколько факторов. Есть группы потребителей, для которых установка солнечных батарей для получения электричества оказывается особенно выгодной:
- Объекты, не подключенные к общей электросети и где подключение является дорогим из-за удаленности объекта или недостатка мощности ближайших сетей. В этом случае установка автономной системы на солнечных батареях является выгодной просто в силу того, что капитальные затраты на установку будут равны или ниже стоимости подключения к общей сети
- Объекты, подключенные к существующим электросетям, но оплачивающие электроэнергию по высоким тарифам. Это могут быть объекты юридических лиц или физические лица с договорами частной поставки электроэнергии для коттеджных поселков или удаленных объектов. При цене за киловатт-час свыше 3 рублей установка солнечной системы оправдывает себя за срок службы 20 лет. При более высокой цене за киловатт-час солнечная система окупится быстрее. Объекты с существующим подключением к электричеству имеют преимущество в том, что есть резервный источник энергии. В этом случае можно сократить расходы на установку солнечной системы, уменьшив ее запас мощности, ведь в случае необходимости можно использовать резервное питание.
- Объекты, подключенные к существующим электросетям, но где напряжение в сетях низкое или есть проблема частых отключений и скачков напряжения. В этом случае главной выгодой будут не деньги, а качество электричества и его стабильность. Установка системы на солнечных батареях окажется довольно дорогим решением, но отсутствие необходимости оплаты растущих счетов за электричество будет постепенно компенсировать расходы на установку.
- Малые или мобильные потребители электроэнергии. Есть много случаев, когда электричество нужно для минимальных потребностей - освещения, зарядки телефона, работы телевизора, ноутбука, радио и т.п. Чаще всего это нужно на даче по выходным, на отдыхе на природе, в морской поездке или на удаленном дежурном посту. Приобретение малой солнечной системы является идеальным решением. Солнечные батареи не гудят в отличие от генераторов и не требуют топлива, а накопленное на аккумуляторе электричество доступно в любой момент и пополняется от восхода до заката.

Любопытные факты о солнечных панелях

Солнечные панели приносят больше всего пользы в автономных системах, где много различных бытовых электроприборов, которые не включены постоянно. Таким образом, общее потребление небольшое, особенно если используется светодиодное освещение или энергоэффективные приборы. Мощность генерации всего 3-4 кВт обычно достаточно для обеспечения потребностей в электричестве средней семьи. Но с условием, что не используются электронагревательные приборы: электроплита, водонагреватель, электрокотел. Для этого лучше пользоваться другими источниками энергии, например газом или солнечными коллекторами. Возможно ли в принципе использовать солнечные панели для электронагревательных элементов? Возможно, но только в днем в солнечную погоду, а для большей эффективности напрямую от солнечных панелей без участия контроллера, инвертера и аккумуляторов. Единственное, что напряжение домашней системы должно быть достаточно высоким - 100В и выше. Результат можно посмотреть на видео ниже.
Так что в некоторых случаях возможно использовать солнечные панели как источник энергии для нагрева воды и отопления, используя прямой ток.
 
Различные солнечные системы и цены на солнечные батареи

Существуют различные виды солнечных панелей и большое число производителей. Лидером мирового производства солнечных панелей сейчас является Китай, занимающий около трети мирового рынка и развивший производственные мощности главным образом за счет американских инвестиций. В итоге сейчас наиболее эффективными, качественными и доступными по цене являются монокристаллические солнечные панели из крупных заводов Китая. Срок службы таких панелей составляет обычно 40-50 лет. Производительность за каждые 20-25 лет службы постепенно снижается примерно на 20%. КПД составляет 15-17%.
Качественные солнечные панели легко выдерживают любые погодные условия, даже крупный град. Единственный требуемый уход - время от времени очищать поверхность от снега и пыли, что может значительно увеличивать производительность. Есть также системы, способные поворачивать солнечную батарею вслед за солнцем в течение дня, таким образом можно увеличить выработку энергии вплоть до 50% от выработки в стационарном положении.
Солнечные батареи легче устанавливать по сравнению с ветрогенераторами. Ведь им не требуется мачта, а вес солнечной панели не более 10-20 кг. Значит не нужно использовать кран или привозить грузовиками строительные материалы. Надо лишь правильно расположить и закрепить панели на крыше. Идеальным местом расположения для частного потребителя является крыша здания, желательно обращенная на южную сторону. Размеры стандартной панели мощностью 200 Вт составляют 1,5×0,8 м. Таким образом, на участке крыши 5×5 м можно  уместить свыше 4 кВт солнечной мощности. Размещение на земле также возможно, но в этом случае нужна большая открытая площадка. На практике наземное размещение случается чаще в проектах промышленного получения энергии.
Каждая солнечная система автономного электроснабжения включает в себя: солнечные батареи, контроллер заряда, инвертер и аккумуляторы. Мощность каждого компонента рассчитывается в зависимости от нужд потребителя. Срок службы солнечных панелей 40-50 лет, контроллера и инвертера 15-20 лет, аккумуляторов в зависимости от типа и характера использования - 4-10 лет.
Системы и цены на поставку оборудования. Цена может изменяться и уточняется заранее. Стоимость установки рассчитывается отдельно для каждого случая.

Виды солнечных батарей

Монокристаллический кремний

Наиболее эффективными и распространенными для широкого потребления являются монокристаллические кремниевые элементы. Для изготовления таких элементов кремний очищается, плавится и кристаллизуется в слитках, от которых отрезают тонкие слои. Внешне монокристаллические элементы выглядят как однотонная поверхность темно-синего или почти черного цвета. Сквозь кремний проходит сетка из металлических электродов. Эффективность такого элемента составляет от 16 до 19% в стандартных условиях тестирования (прямой солнечный свет, +25 °С).

Производительность таких солнечных панелей за каждые 20-25 лет службы постепенно снижается, по некоторым данным на полпроцента в год, а общий заявляемый срок службы таких панелей у хороших производителей составляет обычно 40-50 лет.
Действительно ли монокристаллические солнечные панели служат так долго? На самом деле большинство солнечных панелей, используемых сегодня не работали 50 лет. В распоряжении нашей компании есть солнечная панель, которая работает свыше 10 лет и еще не показала видимого снижения мощности. Исследования компании Brightstar Solar (2009) показали, что произведенные 40 лет назад монокристаллические солнечные панели до сих пор работают и их мощность составляет около 80% от изначальной.

Так что на сегодня монокристаллические солнечные панели - это самый надежный источник получения электроэнергии от солнца.

Поликристаллический кремний

Технология принципиально не отличается от монокристаллических элементов, но разница состоит в том, что для изготовления используется менее чистый и более дешевый кремний. Внешне это уже не однотонная поверхность, а узор из границ множества кристаллов. Эффективность такого элемента составляет от 14 до 15%. Тем не менее, эти панели пользуются примерно такой же популярностью на рынке, что и монокристаллические, поскольку пропорционально эффективности снижается цена производства.
В России перспективнее все же использовать монокристаллические панели, поскольку при неразвитости собственного производства и больших расстояниях целесообразнее ввозить и транспортировать более эффективные панели.

Ленточный кремний

Принципиально такой же, как и предыдущие типы, отличается лишь тем, что кремний не нарезается от кристалла, а наращивается тонким слоем в виде ленты. Антибликовое покрытие дает радужную окраску таким панелям. Эта технология не смогла завоевать рынок, занимая на нем лишь около 2% и постепенно снижается. В России почти не встречается.

Аморфный кремний

В этом типе используются не кристаллы, а тончайшие слои кремния, напыленные в вакууме на пластик, стекло или металл. Этот тип является наиболее дешевым в производстве, но обладает серьезным недостатком. Слои кремния выгорают на свету значительно быстрее, чем у предыдущих типов. Снижение производительности на 20% может произойти уже через два месяца у худших производителей. Очень часто в России привлеченные низкой ценой люди приобретают такие панели и потом разочаровываются, поскольку уже через год-два такой элемент перестает давать энергию. Распознать такую панель на вид можно по более блеклому сероватому или темному цвету непонятных оттенков.
Бывают ли качественные солнечные панели из аморфного кремния? Бывают. При этом стоят дороже и продавцы описывают их в восторженных тонах. Тем не менее, по эффективности и срокам службы самые качественные панели из аморфного кремния не могут сравниться с моно или поликристаллическими. Эффективность панелей из аморфного кремния - 6-9%, то есть для получения такого же количества энергии по сравнению с монокристаллическими панелями требуется в два-три раза больше площадь. Срок службы может составлять 10-15 и более лет, но за это время мощность значительно падает. Как правило производители заявляют для панелей из аморфного кремния заниженную мощность, которая ниже чем фактическая. Но за счет деградаци и падения мощности в первые несколько месяцев эти значения постепенно выравниваются.
Панели из аморфного кремния лучше всего использовать в пустынях, где много солнца и много места. Для частных проектов на ограниченной территории монокристаллические панели оказываются выгоднее, поскольку служат гораздо дольше и занимают гораздо меньше места.
 
Тонкопленочные технологии

Тонкопленочные солнечные фотоэлектрические элементы могут производиться из разных веществ. Чаще всего из аморфного кремния. Но также могут быть из медно-галлиевые, теллур-кадмиевые и другие. Тонкопленочные технологии солнечных элементов обладают следующими преимуществами:
• их можно использовать для создания гибких модулей, которые можно складывать или сворачивать, что удобно для поездок, хотя и повышает риск порчи элементов и сокращает срок их службы
• тонкие слои производящего электричество вещества можно наносить на стекло, которое будет прозрачным и в то же время производить энергию, правда количество этой энергии довольно мало и поэтому такое применение мало практично.
• изначально тонкопленочные технологии разрабатывались для удешевления производства солнечных элементов в то время как моно и поли кристаллические элементы были дорогими, но с ростом рынка стоимость производства тонкопленочных модулей оказалась незначительно ниже.
Стоит ли использовать тонкопленочные солнечные модули? Смотря, для каких целей. Например, сворачиваемую панель для зарядки ноутбука в поездке вполне. Можно поставить и стекла, генерирующие электричество, будет круто, только не надо ожидать чудес, электричества, может быть, будет достаточно для лампочки.
Для стабильного обеспечения электричеством дома использовать тонкопленочные (тонкослойные) модули (из аморфного кремния) не стоит. У тонкопленочных срок службы штатной мощности - 10-15 лет от самых лучших производителей. В то время как моно и поликристаллические служат 25-40 лет. Обратите внимание, ни в одной рекламе аморфного кремния или тонкопленочных технологий не пишут о сроке службы, потому что это их основной недостаток - постепенное падение мощности уже после первых лет работы.
 
Теллурид кадмия

Этот тип тонкослойных солнечных элементов обладает потенциально большей эффективностью и в качестве проводящего компонента использует оксид олова. Эффективность составляет 8-11%. По себестоимости эти элементы не намного дешевле моно- и поли- кристаллических кремниевых и обладают проблемой использования токсичного кадмия. Сейчас этот тип элементов занимает менее 5% общего рынка. Допуск таких панелей в Россию нежелателен в первую очередь из-за отечественного неумения обращаться с потенциально токсичной продукцией.

Другие солнечные элементы

Помимо вышеперечисленных есть еще много различных солнечных элементов, не получивших большого распространения. Потенциально перспективными являются медно-галлиевые, концентрирующие, композитные и некоторые другие элементы.

Чем отличаются панели Himin Solar от других?

На первый взгляд все солнечные панели выглядят одинаково. Темные с полосками проводящего ток металла, покрытые стеклом в алюминиевой раме. На самом деле кто отвечает за качество панелей? Приглядевшись внимательно к какой-то панели, можно увидеть, что где-то у рамы есть зазоры или отдельные элементы спаяны неаккуратно. Фактически, покупая солнечную панель мы часто играем в лотерею. Мы, не знаем, будет ли действительно солнечная панель давать заявленную мощность, будет ли она долго работать, заменят ли ее, если обнаружится дефект?
Чтобы избежать всего этого следует покупать солнечные панели у фирмы с высоким стандартом качества. Наша компания работала несколько лет с разными поставщиками, и мы имели возможность сравнить продукцию разных производителей. Впервые использовав солнечные панели Himin Solar мы сначала были удивлены внешним видом. Аккуратность сборки и внимательность к деталям бросается в глаза. Например, где обычная для солнечных панелей объединяющая ток элементов полоска металла внизу? Она аккуратно заклеена защитным материалом под цвет и поэтому ее не видно. Нет никаких зазоров и грубых стыков рамы. Выполнено качественно.
В эксплуатации солнечные панели Himin Solar впечатлили еще больше. Неопытный пользователь не знает какое количество энергии должна давать солнечная панель и любой ток принимает как должное. Но мы были впечатлены тем, что по сравнению с другими производителями солнечные панели Himin Solar дают на 10-20% больше энергии. Возникло ощущение, что эти панели работают как надо и действительно соответствуют заявленным характеристикам, в то время как у других производителей просто зафиксированы на лейблах максимальные значения для партии.
Изначально мы скептически отнеслись к описанию панелей Himin Solar: работоспособность в широком диапазоне температур, выдерживает град размером 2.5 см, устойчивость к давлению ветра и снега, защита от падения мощности при частичном затенении. Большой град у нас не выпадал, но все остальное оказалось верным. Эти панели действительно работают с высокой эффективностью и в ясный день и в пасмурную погоду. Если в системе 5 киловатт мощности панелей, то в ясный день они и дают 5 киловатт. Даже в дождливый день поступает почти 1 киловатт энергии. У сходных по характеристикам других солнечных панелей в дождь производительность падает в 10-15 раз, а здесь лишь в 5-6.
С 2012 года мы поставляем солнечные панели только компании Himin Solar, поскольку мы знаем, что это самые надежные и качественные солнечные панели. И мы всем рекомендуем не играть в лотерею, а приобретать качественное оборудование, которое выдает именно столько энергии, сколько заявлено.
 
Мини-системы солнечных батарей

Небольшие системы из одной или нескольких солнечных батарей. Предназначены главным образом для освещения, а также малопотребляющих приборов: зарядки телефонов, ноутбуков, радио и т. п.
• Освещение 60 Вт - 13.6 тыс. руб. (без аккумулятора)
• Дачный 200 Вт - 41 тыс. руб.
• Дачный 400 Вт - 78 тыс. руб.
 
Малые системы солнечных батарей (для дома)

Системы электроснабжения на солнечных батареях, предназначенные для нормального обеспечения электричеством отдельных объектов: жилых домов, производственных объектов и т.п. Мощность систем зависит от необходимого объема потребления электроэнергии.
• 2 кВт - 370 тыс. руб.
• 4 кВт гибридный солнечно-ветровой - 600 тыс. руб.
• 5 кВт - 812 тыс. руб.
• 7 кВт гибридный солнечно-ветровой - 914 тыс. руб.
• 10 кВт - 1,56 млн. руб.
• 20 кВт - 3,08 млн. руб.
 
Средние системы солнечных батарей

Системы электроснабжения на основе солнечных батарей такого размера, предназначены для групп домов, поселков или производственных зон. Мощность систем зависит от количества потребителей. Цена поставки оборудования и установки рассчитывается индивидуально. В среднем цена оборудования примерно составляет 140 тыс. руб. за 1 кВт мощности. Возможны солнечные и гибридные системы от 30 кВт до 5 мВт.
 
Солнечные коллекторы

Солнечные коллекторы уже становятся обычными в Приморье и все больше людей используют их для получения горячей воды и в отопительных системах. В соседнем Китае по состоянию на 2012 г. общая площадь солнечных коллекторов превысила 145 миллионов квадратных метров. Их общая мощность тепловой энергии превышает 100 гигаватт. Для сравнения - это в 4 раза больше чем мощность всех атомных станций России вместе взятых. Между тем еще 15 лет назад в Китае солнечных коллекторов почти не было. Инвестиции в эту сферу позволили развить производство, а государственные субсидии сделали приобретение коллекторов более доступным для населения. Ну а самым важным фактором стало то, что использование солнечных коллекторов экономически очень выгодно. За свой срок службы солнечный коллектор вырабатывает такое количество энергии, что его стоимость многократно перекрывает расходы на установку.
Солнечные коллекторы - самые эффективные на сегодня устройства по использованию энергии солнца. Если фотоэлектрические панели используют лишь 14-18% от поступающей к ним энергии солнца, то эффективность солнечных коллекторов 70-85%. Основной принцип работы заключается в том, что солнечные коллекторы захватывают тепловую энергию, концентрируют и направляют для использования человеком.

История солнечных коллекторов

Сама технология солнечных коллекторов не является чем-то особенно новым. Первая модель солнечного коллектора из стекла, деревянной коробки и внутреннего нагревающегося слоя была создана швейцарским ученым Горацием Соссюром еще в конце 18го века. Ученый тогда отметил, что конструкция "маленькая, дешевая и простая". На практике впервые такое устройство начали использовать для нагрева воды в конце 19 века в Южной Калифорнии. Различные фирмы производили простейшие солнечные коллекторы в виде черных баков для воды, установленных в деревянном ящике, одна из сторон которого была закрыта стеклом и обращена к солнцу. В этом случае за ночь вода остывала и приходилось ждать, пока она нагреется за день. В 1909 году в Калифорнии Вильям Бейли создал прототип современного плоского коллектора, который устанавливался отдельно от бака для воды и передавал тепло через теплообменный контур. Индустрия солнечных коллекторов процветала в южных штатах США - Калифорнии и Флориде до конца 1940х годов, когда цены на нагрев воды с использованием электричества и газа сильно снизились и производство солнечных коллекторов прекратилось. Второе рождение солнечных коллекторов пришлось на 1970е годы во времена нефтяного кризиса, когда цены на энергоносители сильно выросли. В результате во многих странах началось производство и массовое распространение солнечных коллекторов, в том числе в США, Японии, Австралии и средиземноморском регионе.
В Израиле в 1950х годах ощущалась сильная нехватка энергоносителей. Дефицит энергии был таков, что законодательно был введен запрет на нагрев воды в вечернее и ночное время. В то же время в стране стало развиваться производство солнечных систем нагрева воды. К 1967 году 20% жителей страны использовали солнечные коллекторы. Во время энергетического кризиса 1970х парламент издал закон, обязывающий все новые строящиеся дома иметь систему солнечного нагрева воды. В результате к настоящему времени 85% домашних хозяйств в Израиле используют солнечные коллекторы. Произведенная ими энергия составляет 3% энергопотребления страны и экономит 2 миллиона баррелей нефти в год.
С ростом цен на энергоносители в 2000х годах начался новый этап в производстве и использовании солнечных коллекторов. На начало 2010 года всего на планете было установлено свыше 150 гигаватт мощности солнечных коллекторов (без учета систем солнечного нагрева бассейнов и воздушных коллекторов). Ежегодно устанавливается свыше 30 гигаватт. Сейчас общая мощность солнечных коллекторов мира превышает 200 гигаватт тепловой энергии и продолжает расти.

Как работают солнечные коллекторы

Солнечная водонагревательная установка состоит из собственно солнечного коллектора, теплообменного контура и аккумулятора тепла (бака с водой). Через солнечный коллектор циркулирует теплоноситель (жидкость). Теплоноситель нагревается в солнечном коллекторе энергией солнца и отдает затем тепловую энергию воде через теплообменник, вмонтированный в бак-аккумулятор. В баке-аккумуляторе хранится горячая вода до момента ее использования, поэтому он должен иметь хорошую теплоизоляцию. В первом контуре, где расположен солнечный коллектор, может использоваться естественная или принудительная циркуляция теплоносителя. В бак-аккумулятор может устанавливаться электрический нагреватель-дублер. В случае понижения температуры воды в баке-аккумуляторе ниже установленной (продолжительная пасмурная погода или малое количество часов солнечного сияния зимой) нагреватель-дублер автоматически включается и догревает воду до заданной температуры.
 

Типы солнечных коллекторов

Есть два основных типа солнечных коллекторов, используемых в мире для нагрева воды - плоские и вакуумные. Плоские коллекторы являются традиционными, похожими на изначальную модель. Это плоская коробка, закрытая стеклом под которым находится абсорбирующий тепло слой с трубками, по которым проходит теплоноситель (обычно пропилен-гликоль).
Вакуумные коллекторы были изобретены в конце 1970х - начале 1980х годов. К моменту, когда можно было начать их массовое производство, энергетический кризис миновал, и спрос на солнечные коллекторы был низким. Основные инвестиции в эту отрасль начали производиться в Китае со второй половины 1990х годов и с тех пор наблюдается непрерывный и возрастающий рост производства вакуумных солнечных коллекторов. Сейчас примерно две трети используемых солнечных коллекторов в мире - это вакуумные и одна треть - плоские.
В вакуумном коллекторе вместо одной покрытой стеклом коробки используется ряд больших полых стеклянных трубок. Внутри каждой из них находится еще одна (или более) в которой содержится абсорбер тепла, нагревающий теплоноситель. Между внешней и внутренней трубкой находится вакуум, который служит теплоизолятором.
Какой тип коллекторов лучше? Однозначного ответа нет. У каждого вида солнечных коллекторов есть свои недостатки и преимущества.
• плоские считаются более прочными и надежными, поскольку имеют более простую конструкцию. вакуумные потенциально более хрупкие.
• в случае повреждения плоского коллектора, требуется замена целиком, при повреждении вакуумного, следует заменить лишь те трубки, которые были повреждены и модуль в это время может работать
• вакуумные коллекторы более эффективны, когда необходимо нагреть воду до высокой температуры
• вакуумные коллекторы более эффективны в зимнее время, поскольку у них ниже теплопотери от контакта с окружающей средой, а также дают больше энергии в пасмурную погоду
• нормальный срок службы солнечных коллекторов 15-30 лет, вакуумные коллекторы рассчитаны на такой же срок службы, но большинство существующих коллекторов пока еще не работали столь долго
В любом случае работа солнечного коллектора зависит от производителя, качества и технологичности сборки. Чем лучше производитель - тем эффективнее и надежнее солнечный коллектор.
Помимо деления на вакуумные (трубчатые) и плоские есть еще градация коллекторов внутри этих категорий. Плоские коллекторы обычно различаются по размеру, особенностям сборки, качеству стекла и специальных покрытий.
Вакуумные коллекторы отличаются, прежде всего, длиной и диаметром стеклянных трубок. Чем меньше и тоньше трубка - тем меньше энергии может давать такой коллектор. Длина варьирует от 1.2 до 2.1 м. Наиболее распространенный диаметр - 58 мм. Если диаметр меньше, то эффективность будет значительно ниже. Также ваккумуные коллекторы делятся по типам внутренних, передающих тепло медных трубок. Коллекторы бывают с нагревательными трубками, которые передают тепло или с U-трубками, которые образуют внутри каждой стеклянной трубки миниконтур передачи тепла. Именно коллекторы с U-трубками являются на сегодняшний день наиболее технологически продвинутыми солнечными вакуумными коллекторами с наиболее высокой эффективностью на единицу площади.
 
 
Виды солнечных систем нагрева воды

Есть два основых вида солнечных систем нагрева воды: активные и пассивные. На схеме выше представлена активная система. Она является более сложной, дорогой, но значительно более эффективной, поскольку позволяет полный контроль над системой и использование солнечных коллекторов зимой. Отличительные признаки активной системы - бак с водой находится внутри помещения, а солнечные коллекторы на крыше. Теплоноситель прокачивается через систему насосом.
В наиболее распространенных пасивных системах солнечный коллектор и бак с водой объединены в единую систему "солнечного водонагревателя". Бак с водой находится выше коллектора и соединен с ним. Теплоноситель нагревает воду за счет естественной конвекции. Холодная вода подается в бак снизу под напором. Такая система проста по своей конструкции, легко устанавливается и дешевле. Основной недостаток такой системы - низкая эффективность или невозможность использования в холодном климате зимой. В России такую систему можно использовать летом на даче, в летнем доме или турбазе. На зиму воду с такой системы нужно сливать во избежание перемерзания и повреждения.
Для нагрева воды в летнее время лучше подходят пассивные системы. Для нагрева воды круглогодично и солнечного отопления необходимо использовать активные системы.

Экономическая выгода использования солнечных коллекторов

Основное применение солнечных коллекторов в мире - для нагрева воды в системах горячего водоснабжения. Выгоды в этом случае следующие:


 
Как можно заключить из этой таблицы электронагреватели воды выгоднее для небольших хозяйств со сравнительно небольшим расходом горячей воды. Солнечные водонагреватели оказываются выгодными для хозяйств с большим расходом горячей воды, в районах с высокими ценами на электроэнергию или в местах, где электроэнергия недоступна.
Второй аспект использования солнечных коллекторов - отопление. Является ли выгодным отопление с использованием солнечных коллекторов? Ведь для отопления нужен большой объем воды и много коллекторов.
Проведем условный расчет. В приведенной ниже таблице даны расходы на установку и содержание различных отопительных систем для хорошо теплоизолированного дома площадью менее 100 кв. м. и потребностью в отоплении за сезон 25200 кВтч тепловой энергии. Система солнечных коллекторов является комбинированной с электрической и считается, что использует в среднем 70% солнечной энергии и 30% электрической. Для упрощения опустим расходы на содержание и примем срок службы 20 лет. Как видно из таблицы ниже наименьшие расходы при использовании твердого топлива. Но это подразумевает большие трудозатраты на ежедневное обслуживание печи, доставку топлива и т. п.
Наиболее экономически эффективной и в то же время бесхлопотной является комбинированная система солнечных коллекторов и электронагрева, которая за 20 лет получается в 2,5 раза дешевле дизельной и почти в два раза дешевле чисто электрической. А за весь срок жизни дома экономия будет еще выше. Расчеты приведены по сегодняшним расценкам, но очевидно, что цены на все энергоносители будут расти, а солнечная энергия так и останется бесплатной. Например, при цене 3 руб. за 1 кВтч электроэнергии система солнечных коллекторов сэкономит за 10 лет ок. 300 тыс. руб., а за 20 лет 700 тыс. руб. без учета инфляции.



 
Нужно подчеркнуть, что такую выгоду для отопления могут обеспечить только качественные вакуумные коллекторы. Такой коллектор при правильной установке (на южную сторону под углом 50-60 градусов, без затенения) за отопительный сезон обеспечивает около 2200 киловатт-часов тепловой энергии, что соответствует теплу от примерно 400 кг каменного угля или 200 л. дизельного топлива (в зависимости от КПД печи или котла количество может быть больше или меньше). Но уголь и дрова надо постоянно закидывать в печь, а топливо привозить и заливать. В то время как солнечная энергия поступает сама и распределяется в систему отопления дома автоматически.

Особенности использования солнечных коллекторов

Главное достоинство солнечных коллекторов - возможность максимально эффективно использовать повсеместно доступную энергию солнца. Люди часто полагают, что установив солнечные панели для получения электричества, можно использовать это электричество для отопления. Это непрактично. Электрообогреватели расходуют большое количество электроэнергии и поэтому необходима установка большого числа солнечных панелей для получения электроэнергии. Также при использовании электрообогревателей в автономных системах возникает большая нагрузка на аккумуляторы, которая сокращает срок их службы. При этом чтобы получить эквивалент энергии равный одному коллектору нужно использовать примерно 5 солнечных панелей, что обойдется соответственно, по меньшей мере, в три раза дороже. В качестве аккумулятора тепла в солнечных системах используется бак с водой, которые служит значительно дольше электрических аккумуляторов.
Вместе с тем использование солнечных коллекторов имеет ряд особенностей и ограничений. Основная особенность использования солнечных коллекторов для отопления: необходимость использования дополнительного источника энергии. Системы солнечного отопления всегда являются комбинированными: их можно совмещать с дизельными, пеллетными, дровяными, печными или электрическими системами. При этом солнечные коллекторы обеспечивают основное и бесплатное по содержанию отопление в период с сентября по начало декабря и с февраля по май. В декабре и январе необходим другой источник тепла, поскольку в это время за счет укороченного светового дня количество солнечной энергии значительно меньше.
Вторая особенность: необходимость использования системы теплых полов. В этом случае эффективность работы солнечных коллекторов в наиболее холодные месяцы повышается в два раза. В системах с использованием радиаторов доля энергии солнечных коллекторов в декабре-январе составляет 25-30%, а в системах с использованием теплых полов доля энергии солнечных коллекторов в декабре-январе составляет 60-70%. Так что в зданиях, где не планируется замена радиаторов на "теплые полы" чаще всего установка солнечных коллекторов оказывается малоэффективной.
Также в зданиях, где устанавливается система солнечного отопления, необходимо проводить энергоаудит и оптимизацию теплоэффективности. Повышение теплоизоляции здания радикально снижает расходы на отопление и необходимость использования дополнительных источников энергии.
Во Владивостоке практика использования солнечных коллекторов для отопления в случаях грамотной установки показывает, что расходы на отопление снижаются в среднем в два раза.

Мини-системы

Небольшие пассивные системы для использования в теплый период года (с апреля по октябрь). Объем накопительного бака: 150-300 л. Цены: 12-50 тыс. руб.

Системы круглогодичного нагрева воды до 500л.

Активные системы солнечного нагрева воды: коллекторы, бак, расширительный бак, контроллер, соединения. Объем накопительного бака: 200-500 л. Цены 100-220 тыс. руб. в зависимости от компонентов.

Системы солнечного отопления и горячего водоснабжения до 1000л.

Системы различаются по числу коллекторов и предназначены для отопления зданий любого размера, максимальная эффективность с использованием систем теплых полов, комбинируются с другими источниками тепла. Объем накопительного бака: 300-1000 л и более. Цена поставки оборудования и установки рассчитывается индивидуально. Базовый вариант 245 тыс. руб. 

Контакты
+7 (343) 273-19-63
г. Екатеринбург, 
ул. Даниловская 41
+7 (343) 321-18-44
+7 (343) 290-22-11
© Copyright 2016. Альтернативные решения
Яндекс.Метрика