Интерес к альтернативной энергетике постоянно растет. Причин этому большое количество, и вполне объективных. Самый мощный и стабильный источник чистой в экологическом плане энергии – Солнце. Хотя по себестоимости утилизированная энергия солнца пока уступает производимой в очень больших масштабов, ее преобразователи в тепло или электричество – фотоэлектрические батареи – приобретают или делают собственными руками многие. Дом с дающими электричество фотоэлектрическими панелями и водогрейными котлами – солнечными коллекторами – на крыше, сейчас не редкость и в местах с довольно жёстким климатом, см. рис. Тем более что такое положительное качество излучения Солнечного света, как полная независимость от техногенной среды и катаклизмов природы, сменить пока нечем.
Дом с солнечным тепло- и электроснабжением
Картинка для иллюстрации неспроста взята «зимняя»: самые новые модели солнечных коллекторов как правило дают в отопительную систему тепловой носитель с температурой +85 градусов Цельсия в пасмурный день при морозе –20 с наружной стороны. По стоимости такие гелиоустановки достаточно доступны, но просят для производства развитой производственной базы. Если же задача стоит обеспечить ГВС на дачном участке или в доме за городом в жаркий период времени, когда индивидуальное отопление выключено, то сделать пригодный для этого солнечный коллектор собственными руками вполне реально. А если есть наличие способностей домашнего умельца среднего уровня – установку, которая и в зимний период поможет котлу отопления сэкономить немалую долю топлива, а владельцам – деньги на него. Возможны и прочие использования самодельных солнечных коллекторов; хотя бы – разогрев воды в бассейне. Цены брендовых образцов данного вида откровенно несуразны если сравнивать с их возможностями, и там нет ничего, чего нельзя было бы создать своими руками.
С независимым солнечным энергоснабжением дело труднее. Необходимо сказать откровенно: электростанций работающих от солнца единого пользования, по всем показателям превосходящих обычные ТЭЦ, ГЭС и АЭС, сегодня не существует. И, пока генерация электрической энергии от солнечных лучей не будет перенесена в космос и для этого не будет применяться его спектр полноценно, навряд ли вероятна. В Евразии крайние северные точки, где срок окупаемости больших гелиоэлектростанций оказывается хоть чуть чуть меньше режима работы – острова Эгейского моря и Туркмения.
Однако личная покупная электростанция работающая от солнца может быть рентабельной и в средне-высоких широтах при условиях щепетильного технико-экономического расчета и подбора оптимальной модели; важную роль в этом играет стабильность электрического снабжения в этой местности. А понятие «солнечная батарея собственными руками» как правило имеет вполне конкретный и позитивный для хозяина финансовый смысл, если исполнены некоторые необременительные и бесплатные условия ее изготовления и эксплуатации, в таких вариантах:
На дачном участке, если батарея выставляется на солнечных лучах (засвечивается) только на определенный период времени ее посещения, об этом см. дальше.
Для зарядки сотовых телефонов или электрического питания радиоприемников, нетбуков и т.п. вдалеке от цивилизации.
В доме за городом для непрерывного жилья – для электрического питания маломощных, нетребовательных и не крайне важных, но действующих продолжительное время потребителей: ламп освещения, наружных и внутренних, ноутбуков, компьютеров с UPS и т.п. «Накручивают» на счетчике они все же много, однако, если рассчитывать исключительно на них, то трудность создания и стоимость постройки электростанции работающей от солнца падают в несколько раз.
Надувная лодка с электрическим приводом от фотоэлектрической панели
Охотникам, рыболовам, путешественникам, натуралистам, фотографам-пейзажистам и анималистам и прочим, проводящим большое количество времени на природе, как мобильный и достаточно мощный энергетический источник. Посмотрите, напр., на рис. с правой стороны; к данной лодке мы еще вернемся. Запас хода по спокойной воде в пасмурный день – от тридцати километров; в ясный день летом фактически безграничен. Ход настолько малошумен, что дает возможность подбираться на дистанцию съемки или выстрела к подобным осторожным птицам, как дикие гуси.
Как же приобрести или создать своими руками эти практичные устройства, чтобы после не кусать локти о напрасно выкинутых деньгах? Вот этому и посвящена натуральная заметка. С не очень большой добавкой о солнечных концентраторах, или гелиоконцентраторах. Данные устройства собирают излучение Солнечного света в плотный пучок, перед тем как передать его на переустройство. В большинстве случаев достигнуть требуемых технических показателей установки другим путем невозможно.
В общем материал организован в 5 разделов с подразделами:
Значительные нюансы применения энергии солнца.
Солнечные коллекторы (СК), покупные и самодельные.
Солнечные концентраторы.
Фотоэлектрические панели (СБ), в том же порядке.
Правильная установка и юстировка СК и СБ.
Вывод напоследок.
Слово к кулибиным
Любители делают солнечные батарейки из различных материалов которые всегда под рукой: полупроводниковых диодов, транзисторов, разобранных старых селеновых и купроксных выпрямителей, собственноручно окисленных на электроплитке медных пластин и др. Максимум, что получается от них запитать – приемник или плеер с током употребления до 50-70 мА на средней громкости. Больше благодаря своему принципу невозможно; почему – см. в разд. об СБ.
Однако осуждать поклонников технических экспериментов было бы совсем глупо. Томас Альва Эдисон сказал как то: «Каждый знает, что это сделать невозможно. Находится невежда, который этого не знает. Он-то и выполняет открытие». Во всяком случае касание к тонкостям новых технологий и глубинам материи (а СБ – зримый пример того и прочего) даёт знания и способность их использовать, т.е. смекалка. А они – капитал, который никогда не обесценивается и прибыльность которого выше любых фондовых активов.
Все таки, даже самые общие теоретические основы всего последующего материала такие, что самое «немного на пальцах» выливается не в публикации – в книги. Благодаря этому мы дальше ограничимся теми образцами на разнообразные жизненные случаи, которые можно сделать своими руками дома, не совсем забыв, чему в школе учили (их, кстати, много); это самое первое. Второе, из них ограничимся устройствами, по настоящему дающими тепло или ток, подходящие для бытовых и хознужд. Некоторые утверждения автора вам тогда будет необходимо принять на веру, или обратиться к фундаментальным источникам.
Чего можно ждать?
Вот пример телефонного разговора с торговым менеджером фирмы, продающей СБ: «А при каких условиях ваша батарея развивает заявленную мощность?» – «При любых!» – «И в Мурманске (за Полярным Кругом) в зимний период тоже?» – безмолвие, отбой.
Сейчас взглянем на верхнюю карту рис. ниже. Там – районирование РФ по инсоляции конкретно для потребностей гелиоэнергетики. Не для аграриев, растения за миллиарды лет эволюции жизни научились применять солнечный свет экономично. Допустим, мы живём там, где поток солнечной энергии 4 кВт/ч на 1 кв. м в течении дня. В средних широтах, от весеннего до осеннего равноденствия и с учетом изменения высоты стояния Солнечного света на протяжении дня и по сезону, длительность светового дня примем что-то около 14 час. Точнее для определенного географического пункта можно высчитать на онлайновых калькуляторах, таковые имеются.
Ресурсы солнечной энергетики в РФ
Тогда поток солнечной энергии у нас выходит на круг 4/14 = 0,286 кВт/кв. м или 286 Вт/кв. м. При КПД гелиоустановки 25% (а это хороший показатель), с квадрата удастся снять 71,5 Вт мощности, тепловой или работающей от электричества. Если средне-долгосрочной используемой мощности (см. дальше) необходимо 2 кВт (это стереотипный случай), то панель преобразователя необходима площадью 2000/71,5 = 27,97 или 28 кв. м; это 7х4 м. КПД 25% – не занижено ли? Да, из панелей можно выжать и больше. Большая часть последующего материала посвящена тому, как именно.
Примечание:для справки – солнечная неизменная, т.е. плотность потока солнечной энергии во всем спектре излучения от сверхдлинных радиоволн до сверхжесткого гамма-излучения, в космосе на земной орбите составляет 1365,7 Вт/кв. м. На экваторе в 12 часов дня в дни равноденствия (Солнце в зените) – около 1 кВт/кв. м. Торговцы часто этого не знают, но вы-то помните.
Прекрасно, а как же тогда обещания изготовителей? Панель, допустим, 1х1,5 м, и для нее говорят мощность в 1 кВт. Как бы и не против физики с астрономией, но смотрится в средних широтах под шубой атмосферы откровенно невозможно. Правильно говорят, не врут. Только измерена мощность на их испытательном стенде под особыми лампами. Если хотят быть со мной добропорядочными до конца, пускай прибывают и светят ими на мою панель, а электричество для этого берут где угодно.
Карта под первой необходима, чтобы дополнительно сформироваться с категорией цен или подбором конструкции планируемой установки. СБ и, в особенности, СК, которые способны работать в плохую погоду, труднее и дороже тех, которые работают исключительно на прямом свету. В году 365х24 = 8760 часов. Взяв во внимание то, что в высоких широтах летом длительность светового дня больше, СК или СБ могут в Якутске или Анадыре оказаться окупаемыми на протяжении расчетного эксплуатационного срока, а в Подмосковье или Рязани – нет. Т.е. имейте также ввиду, что гелиоэнергетика как интересное подспорье обыкновенной может быть не только в Сахаре или пустыне Мохаве.
Переходный итог
Из данного раздела следует существенный для всего последующего вывод: присматривая панель для приобретения или повторения, интересуйтесь в первую очередь площадью хорошо воспринимающей (или поглощающей) свет поверхности, а уж по ней подсчитывайте все другое. Причем может быть, что по маркетинго-потребительским представлениям панель как бы худшая в этом определенном случае выйдет рентабельнее «крутой».
Коллекторы
Рабочий принцип
В основе работы любого СК лежит эффект парника. Сущность его прекрасно известна: возьмём открытую с одной стороны камеру с поглощающей свет поверхностью. Закроем ее крышкой, светопрозрачной для видимого света (неплохо бы также – ультрафиолетового излучения, УФ), но прекрасно отражающей тепловое (инфракрасное, ИК) излучение. Данным условиям в большей мере удовлетворяют обычное стекло и акрилового стекла; практически полноценно – стекло на основе оксида кремния и др. минеральные стекла на основе плавленого кварцевого песка.
Примечание:именовать пропускающие УФ стекла минеральными вообще-то неверно, т.к. обычное стекло тоже минеральное. Лучше было бы сберечь прежнее наименование «стекло на основе оксида кремния», т.к. большую половину шихты для выплавки УФ-прозрачных стекол составляет дробленый кварцевый песок. Есть еще турмалиновые стекла, однако не для быта – в переплавку на них идут кристаллы ювелирных камней.
Солнечный свет, попав в камеру, поглотится ею, и камера нагреется. Во избежание потерь тепла, снабдим ее тепловой изоляцией. Тогда тепловая энергия превратится в ИК, но через крышку оно выйти наружу и рассеяться не сумеет. Сейчас ИК не остается ничего другого, как греть помещенный в середину трубный змеевик с тепловым носителем или продуваемый через камеру воздух. Если их нет, температура в середине будет увеличиваться до той поры, пока разница температур снаружи и внутри не «продавит» избыточное тепло сквозь тепловую изоляцию и не установится термодинамическое равновесие.
Модель полностью черного тела
Что такое АЧТ
Чтобы лучше выяснить в последующем, вам необходимо знать, как работает пирамидальная, или игольчатая, модель полностью черного тела (АЧТ); потому как иные нам не потребуются, дальше, если речь пойдёт о модели АЧТ, «пирамидально-игольчатая» сплошь и рядом опускаем. В рунете, и в инете вообще, о ней толком ничего не доищешься, однако в лабораторной практике и технике такие прекрасно используются. Как она устроена – ясно из рис. с правой стороны. А в этом случае – поглощение света в СК будет тем лучше, чем ее покрытие или сама конфигурация хорошо поглощающей поверхности (ЭПП) ближе по характеристикам к модели АЧТ.
Примечание:АЧТ зовется тело, поглощающее электромагнитное излучение любой частоты. Деревянная копоть, напр. – не АЧТ, при фотосъемке через ИК-фильтр она смотрится светло-серой. Пирамидально-игольчатая модель АЧТ способна поглощать любые, не только электромагнитные, колебания. Так, в акустике поролоновыми пирамидками оклеивают поверхности внутри звукомерных камер.
Покупные СК
Если вы пришли к выводу приобрести солнечный коллектор, вам нужно будет столкнуться с вилкой цен за 1 кв. м поглощающей площади в 2000-80 000 руб. И имейте в виду, на вид выставляется только окончательная цена, а площадь ЭПП если и прописывают, то маленьким шрифтом. Также, подбирая модель, необходимо обязательно полюбопытствовать, укомплектовывается ли она накопительным бачком и элементами обвязки, про них подробно см. дальше. Попытаемся разобраться, чем поясняется такой разнобой и всегда ли он оправдан.
Примечание:в теории служебный срок СК безграничен. Фактически – у более менее приличных моделей при правильном использовании составляет не меньше 15 лет. Благодаря этому при обоснованном подборе с окупаемостью сложностей не появляется, только бы климат позволял их применять.
Виды и назначение
В бытовых условиях лучше всего используются СК 3-х видов конструктивного выполнения, см. рис. Слева – плоский СК, в самом центре – вакуумный, с правой стороны – миниатюрный. Все их могут делать как безнапорными, на термосифонной циркуляции, так и напорными. Первые в 1,5-5 раз доступнее напорных заменителей, т.к. в них легче обеспечить надёжность и непроницаемость. Безнапорные СК греют тепловой носитель относительно потихоньку, благодаря этому предназначаются более для ГВС в жаркий период времени. Обвязка примитивная и дешевая; порой соединяется с панелью в один конструктив.
Солнечные коллекторы домашнего применения
В напорных тепловой носитель либо прокачивается циркулярным насосом (что их делает энергозависимыми), либо в трубный змеевик подается вода из под крана. Это, конечно, требует конструкции крепче и лучше, плюс непростая энергозависимая обвязка и управляющий ею контроллер. Растет исходя из этого и цена. Но исключительно напорные СК годятся для обогрева дома когда на улице холодно, т.к. греют быстро. Большое количество моделей – всесезонные; продаваемые в Российской Федерации, с учетом условий климата, очень часто рассчитаны на совместную работу с отопительным котлом, т.е. считаются вспомогательными устройствами.
Напорные СК бывают прямого и косвенного нагрева. В первом варианте СК включается конкретно в контур СО (системы обогрева). В другом – первый, воспринимающий энергию солнца, контур СК заполняется антифризом, а вторичный тепловой носитель нагревается в теплообменном аппарате 2-го контура.
Вторые, естественно, дороже, т.к. могут работать в холод в любом климате. Первые используются в основном для отапливания весною и осенью. Все таки, именно напорные СК прямого нагрева (одноконтурники) быстрее всего окажутся рентабельными для личной СО: в межсезонье, на очень небольшой мощности, КПД твердотопливного котла сильно падает. Но как раз в данное время мощности тепла СК на дом и хватит, стоят же одноконтурники сравнительно недорого. Необходимо лишь рассчитать в СО необходимую запорно-распределительную арматуру и осенью до реальных холодов СК отключать и опустошать.
Плоские
Приспособление плоского солнечного коллектора
Схема плоского СК приведена на рис. с правой стороны; рабочий принцип абсолютно отвечает вышеописанному. Работоспособны такие, в основном, только в жаркий период времени. КПД, в зависимости от конструктивного выполнения, лежит в границах 8-60% Воду предоставляют с температурой до 45-50 градусов. Напорными выпускаются очень нечасто, усложнение конструкции при этом их делает неконкурентоспособными с вакуумными. Уплотнения трубного змеевика рассчитаны на заполнение только водой, т.к. летом в антифризе нет необходимости. На стоимость (подчеркнем – за 1 кв. м ЭПП; необходимо каждый раз пересчитывать самому согласно данным спецификации) воздействуют по большей части следующие факторы:
Покрытие (светопропускающая изоляция) стекла.
Разновидность самого стекла.
Конструкция и качество поглощающей панели.
Покрытие стекла играет роль в первую очередь просветляющей пленки в оптических приборах: делает меньше преломление света на границе раздела сред и светопотери на боковое отражение. В правильно установленных летних СК (см. в конце, перед заключением) эти потери невелики или, в южных краях, совсем невидимы. Более того, покрытие истирается несомой ветром пылью и гарантия на него очень часто не распространяется. Благодаря этому покрытие – первое, на чем возможно сэкономить. Если видна ценовая разница за счёт покрытия для похожих по техданным моделей – возьмите «голую», быстрее всего не разочаруетесь.
Говоря по существу стекло – очень важный компонент и смотреть при подборе необходимо в первую очередь по нему:
Минеральное – пропускает УФ, что намного увеличивает эффект парника.
Текстурированное (структурированное) – имеет на поверхности специализированный микрорельеф, обеспечивающий фактически равную результативность на прямом и рассеянном свете, т.е. в ясную и плохую погоду.
Минеральное структурированное – совмещает оба данные качества и плюс ко всему почти не даёт бокового отражения в довольно широком диапазоне углов падения без прозрения.
Силикатное с присадками – структурированное или нет, не пропускает УФ, не имеет значение отображает ИК и даёт без прозрения внушительное боковое отражение. На КПД более 20% с ним рассчитывать не нужно.
Органическое – с самыми разными усовершенствованиями через 5-7 лет максимум помутнеет от пыли, но некоторые его виды могут обеспечить самые большие значения КПД.
Если из этого исходить, для СК непрерывного пользования подбор необходимо делать в выгоду минерального структурированного стекла. Оно дает возможность обойтись небольшой площадью СК и очень часто в конечном счете выиграть на цене всей установки. На дачном участке выходного дня важна также быстроту нагрева воды и начальная цена коллектора, благодаря этому туда более подойдёт СК с акриловым стеклом. Установка, помимо дешевизны, будет компактнее и легче; на будни и на зиму ее можно закрывать чехлом или совсем уносить в дом, так что устойчивость к износу в этом случае фактор не определяющий.
Свойства светопоглощающих покрытий
Под хорошим стеклом КПД СК от конструкции поглощающей панели (абсорбера) зависит мало. Не то – поглощающее покрытие (зачернение) ЭПП. Свойства разных покрытий солнечных абсорберов показаны на рис. с правой стороны. Закономерность – как обычно, чем эффектнее, тем и дороже. Тут снова нужно учитывать разнообразные модели, выходя до минимума стоимости 1 кв. м панели. И вообще, при любых расчетах СК, нужно не забывать, как отченаш – самая большая экономия достигается сокращением достаточной площади панели (панелей). Вместе с этим контролируются и продавцы: если, скажем, в спецификации заявлена селективная покраска и обещают КПД 75% – отправляйте их на экспериментальный стенд под лампы, там жарко, как в аду. Ясно ведь, что КПД всей установки не может быть больше, чем ее части.
О бачке
Накопительный бачок для СК нужен не только удобства ради. На карте выше даны среднегодовые значения инсоляции. Для летней установки во время расчета их можно увеличить приблизительно в 1,7 раза, а для сезонной весна-лето-осень – на 25%. Но и это будет только средним значением, сейчас по сезону. А в зависимости от погоды величина инсоляции может «скакать» день ото дня в 1,5-3 раза в зависимости от местного климата. Накопленная в бачке вода которая нагрелась, при условиях хорошей его тепловой изоляции, примет избыток тепла в ясный жаркий день и отдаст в пасмурный. В результате действительный КПД установки увеличивается на четверть-треть. А в конечном счете, правильно поколдовав над местными данными, в средней полосе РФ часто получается уменьшить требуемую площадь ЭПП в два раза и более против конкретной прикидочным расчетом, вышеприведенным. Исходя из этого – и расходы на установку.
Описываемые ниже вакуумные СК без бака-теплоаккумулятора неработоспособны. В них он либо включен в готовый конструктив, либо входит в набор поставки. А вот с плоскими СК ситуация прямо противоположная и напоминает положение дел с фототехникой во время агонии «влажной» пленочной Фотоснимки. Тогда, напр., за хорошую зеркальную «Минолту» с зум-объективом просили аж $190. А самый дрянной фотоувеличитель стоил где нибудь $600. Т.е., взял одно, без иного обойтись не получится, так что – выворачивай карманы.
Касательно к плоским СК, расценки на опциональные или предлагаемые брендовые бачки для них смотрятся завышенными просто безобразно. Благодаря этому, если вы сможете мастерить, бачок лучше делать самому, выдержав только предписанный в спецификации на панель его объем. И не нужно верить угрозам продавцов – рукодельный бачок можно создать никак не худшим «фирмы». Как – об этом дальше, в разделе о самоделках.
Вакуумные
Вакуумные СК способны подогревать тепловой носитель до 80-85 градусов, а их КПД может достигать 74% и только у самых недорогих бывает ниже 50%. Отчасти это определяется конструкцией поглощающей панели из рядов труб; промежутки между ними работают наподобие модели АЧТ, исключительно по одной координате. Но ведущую роль для обеспечения большой эффективности тут играет то, что трубный змеевик размещается в вакуумной колбе или системе подобных колб. Дело здесь не в тепловой изоляции (для излучений вакуум ее абсолютно не даёт), а в отсутствии циркулированию воздуха в камере. Это дает возможность разделить температуру по поверхности трубного змеевика хорошим образом. В газонаполненной камере конвекционные потоки ее равняют.
На рис. показано приспособление 2-х самых употребительных видов вакуумных СК. Слева – 1-контурный летний или сезонный. Приблизительно так устроена показанная выше на рис. с типами СК отечественная «Дачница». Заправляются такие водой, ее температура на выходе – под 60 градусов. Тут в особенности ясно видна роль вакуума: если в колбу натечет воздух, его конвекция выровняет температуру внутренней трубки и никакой «термосифонки» в ней не будет.
Приспособление вакуумных солнечных коллекторов
Оболочка колбы делается из стекол различных видов, см. выше. Внутренняя трубка – приемник энергии (ПЭ) и трубный змеевик. Много споров, аж до обоюдных оскорблений и поношений на форумах, порождает вопрос: что лучше зачернять – внутреннюю трубку с наружной стороны или поверхность внутри оболочки? С точки зрения самого высокого КПД – ПЭ. При этом потери ИК минимальны, т.к. оболочка делается их прекрасно отражающего ИК стекла. Конкретно так устроены устройства чтобы провести измерения инсоляции – актинометры, только там взамен трубок сферы.
Дешевую безнапорную вакуумную СК для мест с не очень большой инсоляцией и сиянием благодаря этому лучше всего взять с зачернением ПЭ, но в южных регионах со среднегодовой инсоляцией более 4 кВт*ч/день при величине блеска более 2000 час/год она в летний разгар может вскипеть, а это практически всегда значит разгерметизацию и полный выход из строя. Тут лучше будет система с зачернением оболочки внутри.
Также с зачернением оболочки внутри делаются СК напорные (врезка слева вверху на рис.) В данном случае стоимостью некоторой утечки ИК через оболочку достигается высокая его концентрация по оси колбы, что нужно для хорошего и быстрого прогрева крепкого водного потока. Дополнительно в наиболее эффективных 1-контурных напорных СК зачерняют еще центральную (подающую) трубу, но греет она в основном обтекающий ее восходящий поток.
С правой стороны на рис. – 2-контурная СК с тепловой трубкой и двойной стеклянной колбой различных сортов. Именно такие и питают СО целый год тепловым носителем с температурой под 90 градусов: концентрация ИК на тепловой трубке обеспечивает исчезновение теплового носителя 1-го контура. Который, кстати, абсолютно не вода. Благодаря этому 2-контурные СК саморемонту не подлежат. Результативность наличных средств стоит, и в этом случае больших. Благодаря этому, копаясь в прайсах-прейскурантах, сугубое внимание обращаем на:
Создает ли поставщик расчет установки согласно данным измерений на месте.
Входит ли в набор поставки обвязка (см. ниже).
Выполняют ли брендовые профессионалы подключение установки к имеющейся СО.
Гарантируются ли в данном случае заявленные параметры.
Как долго действует гарантия.
Дается ли и сколько стоит плановое и внеочередное физико-техническое обслуживание.
Подключение и обвязка
Круглогодичные напорные СК для устранения замерзания и разрыва в зимний период заполняются антифризом. Очень простая схема их подсоединения показана слева на рис: контроллер по соотношению температур на подаче, обратке и в бачке «раскручивает», насколько требуется, насос циркуляционный.
Подключение напорных солнечных коллекторов
Напорные отопительные гелиосистемы укомплектовываются накопляющим бачком с тепловой изоляцией. В Российской Федерации лучше всего реализовываются системы, предназначающиеся для подключения к работающей СО с котлом. Нагреватель воды для системы солнечного теплоснабжения обязан иметь необходимую конструкцию, в самом центре на рис. Помимо добавочного змеевика для подсоединения котла (в бачке вверху), нижний, запитываемый от СК, разделяется на 2 части; верхняя приблизительно в два раза больше нижней и навивается конусом, внизу в бачке. Нижняя спираль возбуждает конвективный ток воды, а верхняя выполняет отдачу тепла в него.
Подобное решение нужно, чтобы температура обратки котла не упала ниже 45 градусов, иначе в нем может выпасть кислотный кондесат, быстро выводящий котел из строя. Когда Солнце не светит и СК котлу помочь ничем не может, в конусообразной спирали появится водяная пробка, не она позволяет холодной «подушке» подняться вверх к змеевику котла.
Кроме особого бачка, при включении СК в домашнюю СО нужна и обвязка для него, с правой стороны на рис. Прошлая обвязка котла (на рис. образно говоря не показана) полноценно сберегается! Котел «ощущает» работу СК лишь как потепление погоды! Говоря по существу процедура подсоединения солнечной системы к СО несложна: подачу и обратку СО отключают от котла и подсоединяют к бачку СК. А подходящие отрезки трубы котла подсоединяют к штуцерам верхнего трубного змеевика бачка СК.
О модульных СК
Вышеописанные системы собой представляют цельные конструктивы. Однако в продаже есть и модульные СК, набираемые из панелей до получения необходимых показателей, напр, российский «Гелиопласт», см. рис. с правой стороны. Подключая панели параллельно или постепенно, можно получить либо больший поток теплового носителя, либо большую его температуру. Стоимость модульных СК немала, напр. 1 панель «Гелиопласта» стоит около $300. Однако, переключая магистрали из труб трехходовыми вентилями, можно всю систему переводить из режима «весна-осень» на «лето» и обратно. Или, например, «душ/кухня – бассейн».
Примечание:модульные СК, как намного дорогие, рассчитаны на эксплуатацию при любых плюсовых температурах, или – от +(10-15), и в плохую погоду.
Небольшие
Осталось вспомнить о небольших СК. Применяются они, в основном, для подогрева воды в бассейнах, чтобы большими техногенного вида конструкциями пейзаж не портить. Цены относительно техпараметров – несусветные; Мерседес-Бенц с его «за звездочку», здесь, как говорят, отдыхает. Конструкция несложна и вполне повторяема собственными руками, см. в разделе о концентраторах света.
Самодельные СК
Для самостоятельного изготовления доступны лучше всего плоские дачно-загородные летние СК для ГВС. Сезонно-отопительные оказываются настолько непростыми и трудоемкими, что легче и рентабельнее выходит приобрести готовую панель. Зато по части самоделок из материалов которые всегда под рукой умельцы порой создают образцы, уступающие оптимальным промышленным разве что по своему виду, но обходящиеся практически в копейки. Пойдём поэтапно.
Ящик, стекло, утепление
Корпус самодельного плоского СК прекраснее всего делать из дерева, фанеры, Ориентированно-стружечные плиты и т.п. Долговечность и устойчивость ему прибавит двукратная пропитка водно-полимерной эмульсией перед покраской. Толщину днища неплохо бы брать от 20 мм (лучше – от 40), чтобы от термической деформации не образовались щели. На боковины пойдёт доска (120-150)х20. Ниже корпус делать нежелательно, т.к. усилится утечка ИК сквозь стекло. С наружной стороны красят как хотите, а в середине – как подложку «пирога», см. ниже. Размеры в плане рассчитываются исходя из величины инсоляции и необходимой мощности.
Стекло лучше взять дешевле и полегче, органическое. Прекрасно подойдёт литой пластик толщиной 4 мм: его светопропускание допустимо, 0,92, цена не большая, а сравнительно небольшой показатель преломления обеспечит небольшое боковое отражение. Плохое пропускание УФ отчасти возмещается небольшой теплопроводимостью. По верхней устойчивости к износу поликарбонатный пластик – одно из лучших стекол из органики, для недорогой самоделки его хватит.
Утепляют корпус пенополистиролом; для летнего СК достаточно 20-30 мм. Утепляют в два слоя равной толщины с прокладками из фольги на алюминевой основе, но про это ниже. Теплоизолировать ящик прочности ради необходимо внутри. Если вы читали публикации про утепление строений, имейте в виду: при разности температур, которую плоский СК обеспечивает, и при достаточно большой температуре с наружной стороны говорить о блужданиях точки росы не приходится.
Абсорбер света самодельного солнечного коллектора
Незаменимое добавление к утеплению – герметизация всех стыков и мест проводки трубопроводов силиконом. Сквозь малейшую щелочку с током воздуха «высвистит» столько тепла, что толку от СК если и будет, так только «для вида». Сначала герметизируют корпус (до покраски); после того как произошла установка трубного змеевика – трубки, а стекло кладут на «колбаску» герметика, нанесённую в подобранную по верху бортов четверть. Дополнительно фиксируют сверху рамкой, скобками и т.п.
Пирог
«Пирог» (см. рис. с правой стороны) в этом случае – прекрасно поглощающая ИК-излучение подложка и быстро, пока ИК-кванты опоздали «удрать», отдающая тепло в трубный змеевик. База «пирога» – алюминиевая пластина. Медь подходит хуже из-за высокой теплоемкости. Добавочные экраны из фольги большую половину «беглецов» возвращают обратно; дерево и вспененный полимер для ИК – материалы не совсем непрозрачные.
Вторая пикантность «пирога» – покраска. Покрывают краской вместе с этим с уже установленным на хомутах теплообменным аппаратом. Покрывать краской необходимо масляной (потихоньку сохнущей) черной краской на пигменте «Копоть газовая»; его можно выбрать в эстетических магазинах. Краски на основе искусственных пигментов в ИК-лучах будут абсолютно не черными.
После покраски необходимо обождать, пока краска не высохнет до сухого отлипа, т.е. на ней после легкого нажатия пальцем должен остаться его отпечаток, а сам палец не испачкаться. Тогда красочное покрытие пробивают поролоновым тампоном или очень мягкой торцевой кистью. Последнее лучше, но требует конкретного навыка, чтобы не проколоть еще мягкое покрытие насквозь. В итоге выйдет пленка, достаточно-таки напоминает по характеристикам модель АЧТ.
Примечание:самый идеальный вариант – старая тонкостенная штампованная отопительная батарея. Тогда не искать алюминий. Только покрывать краской нужно, как описано выше, а не оставлять как было, см. рис.
Трубный змеевик
Самый примитивный и достаточно эффектный трубный змеевик – спиральный из тонкостенного пропиленового шланга, см. рис. с правой стороны. Он сам по себе уже схож на модель АЧТ. Медный такой же будет только лучше, но намного дороже. Однако у плоского спирального трубного змеевика есть досадное свойство: в разных положениях, помимо строго горизонтального, в течении определенного времени непременно завоздушивание: при нагревании из воды выделяется растворенный в ней воздух, а восходящих дуг, где ему можно накапливаться – хоть отбавляй. Все таки, трубный змеевик в виде плоской спирали может найти использование в самодельном СК для бассейна с небольшим концентратором, см. дальше.
Солнечный коллектор из шланга
Прекрасный трубный змеевик – зигзагообразный из медной трубки с просветом диаметром 10-12 мм. Почему именно таким? Вследствие того что для быстрейшего водонагрева в бачке теплопроизводительность камеры СК обязана быть чуть выше той, которую способен принять трубный змеевик с водой и при заданной температурной разнице; для самодельных СК – 15-25 градусов. Иначе температура воды на выходе будет сначала очень низкой, и ей придется сделать много оборотов в системе, пока бачок нагреется.
Второй параметр, который обусловил подбор трубки – сопротивление току воды. При повышении просвета трубы с 5 до 10 мм оно падает быстро, а дальше – очень медленно. 3-ий фактор – минимально возможный радиус ее изгиба, 5 диаметров для тонкостенной трубки без покрытия (для кондиционеров кондиционеров). Тогда ширина петель зигзага выходит 100 мм, что как раз приемлемо с точки зрения передачи тепла. И можно пользоваться обыкновенным ручным трубогибом.
Примечание:эти соотношения справедливы для описанного «пирога» на алюминиевой подложке. Что же касается штампованных отопительных радиаторов, то там все подсчитано до нас. То, что прекрасно возвращает тепло, прекрасно его и поглощает. Это одна из теорем термодинамики.
Не зная таких обстоятельств, можно сделать распространенные ошибки, см. рис. Слева – толстая труба с широкими петлями не примет сразу все генерируемое ящиком тепло. Плохой КПД, медлительный нагрев. В самом центре наоборот, мощность камеры для этого трубного змеевика недостаточна. КПД может быть допустимым, но греться бачок будет все равно долго. Мало того – ужасная работа по сборке, обнаружению и устранению утечек («Все герметичные стыки текут» – один из законов Мерфи). С правой стороны – все как бы ОК, включая покрытие трубного змеевика (радиатор старого холодильника). Но просвет трубки – 3-4 мм, этого мало. «Не протолкнувшемуся» к воде ИК деваться некуда, помимо как напрасно наружу, а очень высокое сопротивление току жидкости (вода – не фреон) гарантирует невысокий КПД и медлительный нагрев.
Примечание: КПД сказанного выше СК при аккуратном выполнении превосходит 20%, что сравнимо с промышленными образцами этого типа.
Опять бачок
Настало время заняться баком-аккумулятором близко: без него от СК толку будет чуть. Начинаем с расчета объема – нам необходимо за один день взять от солнечных лучей все, что дает возможность СК и сберечь долго; это очень важно, если от панели использовано и теплоснабжение. Маленький бачок в скором времени прогреется и потом СК будет «кочегарить» без пользы, т.к. нагреваться очень долго он не может. В через чур большом баке вода за один день не успеет нагреться до температуры, которую может обеспечить СК, и мы снова же не применяем полноценно тепловой потенциал этой площади. Почему берем – за один день? Вследствие того что рассчитываем на сезонное применение с подогревом, а к ночи уже может потребоваться теплоснабжение. В летнее время на дачном участке – чтобы помыться, не дожидаясь вечера; неплохо бы – нескольким людям.
Пускай места у нас не очень хмурые, и 4 кВт*ч/день мы приобретаем. Тогда, см. выше, Солнышко на 1 кв. м изливает мощность 286 Вт. Размеры ЭПП возьмём 1х1,5 м (это например, сделаете большую – хуже не будет), т.е. площадь ЭПП – 1,5 кв. м; КПД СК примем 20%. Приобретаем: 286 Вт х 1,5 х 0,2 = 85,6 Вт, это теплопроизводительность нашей панели. 1 Вт = 1 Дж*с, т.е. каждую секунду СК выдаёт в трубу (подающую) 85,6 Дж. А за 12 световых часов – 85,6 х 12 х 3600 = 3 697 720 Дж или 3 697,72 кДж.
Сколько воды сумеет принять это в себя? Зависит от разности температур. Возьмём исходную в 12 градусов (незаглубленный водомерный узел весною/осенью или колодец); конечную – 45 градусов, т.е. нагрев будет на 33 градуса. Теплоемкость воды – 1 ккал/л или 4,1868 кДж/л (1 кал – 4,1868 Дж). При нагревании на 33 градуса 1 л воды примет 4,1868 х 33 = 138,1644 кДж. Емкость потребуется всего-то немножко побольше 26 л. Летом, при высоком стоянии Солнечного света и длинном световом дне – под 50 л. Или, в расчете на несколько ясных дней кряду и хорошей тепловой изоляции бачка – до 200 л. Что, в общем то и сложилось стихийно: бачков, больших, чем из бочки, любители не делают.
Погодите, но ведь люди-то под солнечным душем моются? Теплоснабжение – шут пока с ним, ясно, что здесь необходимы как минимум 4 панели. И потери тепла было бы не лишним предусмотреть, хотя бы 20% от накопленного за ночь. Правильно, на то и техника, чтобы обходить ограничения упрямой теории. Кстати: «Нет ничего функциональнее хорошей теории» – это все тот же великий практик Эдисон. Только технические выкладки и расчеты оказываются куда более тяжелыми, благодаря этому даём просто результат – схемы бачков с питанием от водомерного узла и с ручным заполнением, см. рис.
Схемы бачков для самодельных солнечных коллекторов
Идея – чтобы одному можно было помыться летом уже через 1,5-2 часа после включения СК. Т.е., отбираем верхний нагретый слой воды; на случай ручного наполнения – заборником из эластичного шланга на поплавке. Длину эластичного звена необходимо брать умеренную: при через чур коротком в полном баке шланг поднимется торчком, а очень длинный при невысоком уровне воды ляжет на стенку бачка.
Размещение патрубков рассчитано таким образом, чтобы при любом применении горячие и холодные потоки как можно меньше перемешивались, т.е. мы специально расслаиваем воду по температуре. Прекрасный сосуд для бачка – бочка, уложенная на бок. Тогда шлам (отстой) занимает малую часть его емкости. Утепление – вспененный полимер от 50 мм. И необходимо рассчитать еще 1 патрубок для слива с запорным вентилем в невысокой точке всей системы, при входе обратки в СК. Еще не забывайте – хороший отрезок трубы обратки обязан быть поднят над днищем, иначе шлам в скором времени засорит СК, а очищать его тяжело. Трубы – традиционные водопроводные, от 1/2 до 3/4 дюйма. Эластичное звено – армированный ПВХ поливной шланг; его поплавок – вспененный полимер.
Примечание:возвышение слива обратки над днищем взято в расчете на обыкновенную в Российской Федерации жесткость воды для питья до 12 нем. градусов. По нормам санитарии ее максимальное значение – 29 нем. градусов. Тогда возвышение обратки необходимо брать 80-100 мм, а отрезок трубы подачи горячей поднять над ним на те же 20-30 мм.
О воздушно-солнечных СК
Порой случается нужно греть от солнечных лучей не воду, а воздух. Не обязательно для отапливания; допустим, для сушки урожая или сбора. Вследствие небольшой теплоемкости воздуха конструкция воздушного СК обязана иметь ряд особенных характеристик. Подробно про них, а еще о применении СК для печного отопления (для сезонной дачи это очень важно), узнать можно из ролика:
Воздушный солнечный коллектор из металлических банок
Мастер-любитель не был бы им, если бы не стремился все сделать по-своему из подручного хлама. И, нужно сказать, результаты бывают поразительные. Все необычные самодельные СК обозреть в одной статье невозможно, возьмём 3 для примеров, так сказать, разного знака.
На рис. – воздушный, т.е. легче водяного, СК из пивных банок. Не станем смеяться в кулак или противиться: «Да я же столько не выпью!» Поглядим технически. Сама идея очень даже здоровая: провалы между рядами банок приближают способность панели поглощать свет к модели АЧТ. Но! Материалы – алюминий, дерево, герметик на основе силикона. Их коэффициенты теплового расширения (ТКР) значительно различны. Стыков – более 200. Простой подсчет с учетом закона огромных чисел демонстрирует, что, если к концу первого сезона эксплуатации панель не потечет сильно, это чудо.
А вот солнечный коллектор из бутылок из платика на рис. ниже смотрится не очень изящным, но вполне работоспособен. По сути, это цепочка линейных светоконцентраторов, см. дальше. Емкости собираются в «колбасы», как при строительстве теплиц, парников, альтанок и т.п. легких строений из бутылок, но нанизываются не на жёсткий стержень, а на светопрозрачный Пластиковые шланги. Обратная сторона «колбас» обклеивается алюминиевой фольгой, хотя бы рукавом для запекания. В этом случае применяется тот момент, что вода сама по себе хорошо поглощает ИК. КПД установки невысокий, зато стоимость – посудите сами. А за Солнце налога пока не берут.
Рукодельный солнечный коллектор из бутылок из платика
Еще оригинальная самоделка из бутылок – узбекский «Илдар», см. рис. ниже. Рабочий принцип тот же; в наших краях очень неплохо бы нижнюю поверхность бутылок фольгировать. Во время монтажа на южном скате крыши не потребуется рам, подпорок, переборки кровли и усиления ригеля (несущего каркаса) крыши. Стыков много, но состыковываются сходные по ТКР материалы, так что надежность достаточная. Самым крепким будет стык по поз. Б, когда бутылки напяливаются один на один. Повторяют «Илдар» мало, а напрасно. По всей видимости, тревожит то, что ток воды показан обратный термосифонному. Но термосифонный напор намного слабее гравитационного из бачка, так что «Илдар» вполне работоспособен.
Солнечный коллектор из бутылок «Илдар»
Примечание:в бутылочных СК длину 1 «колбасы» необходимо в средних широтах брать около трех метров, а в параллель объединять подобных намного больше, сколько бутылок есть или сколько место позволяет.
Концентраторы света
Светоконцентратор – система зеркал или линз, собирающая свет с освещенной площади и перенаправляющая его в конкретное место. Светоконцентраторы не делают всю гелиоустановку компактнее, как порой пишут. Плюс, точнее – минус, в том, что показатель светопропускания собирающей системы нечасто может достигать 0,8; очень часто – 0,6-0,7, а для самоделок – порядка 0,5. Солнечный концентратор, или гелиоконцентратор, дает возможность решить такие задачи:
Облегчить конструкцию приемника излучения, сделать очень сложную часть гелиосистемы компактнее и сделать меньше кол-во требующих герметизации стыков в ней.
Расширить освещенность приемника излучения и благодаря этому увеличить светопоглощение.
Увеличить температуру теплового носителя, что позволяет полнее применять накопившуюся энергию.
Облегчить процедуру ориентации приемника излучения на солнечных лучах; во многих случаях вероятна однократная юстировка по меридиану и углу места.
Пп. 1 и 3 дают возможность в промышленных установках достигнуть большего общего КПД системы. Дома сделать данные установки тяжело, т.к. требуется система непрерывной точной ориентации на солнечных лучах. А вот пп. 2 и 4 готовы помочь домашнему мастеру.
Примечание:любой гелиоконцентратор собирает только прямые лучи. Если вы рассчитываете на применение собственной установки и в плохую погоду, светоконцентраторами можно не заниматься.
Ключевые схемы солнечных концентраторов показаны на рис; там сплошь и рядом 1 – собирающая система, 2 – светоприемник. Бывают еще небольшие концентраторы, одним из них займемся ниже. А пока – схемы в) и д) просят непрерывного отслеживания Солнечного света; схема в), мало того – изготовления параболического зеркала. Можно приспособить спутниковую тарелку, но расценки на них, по всей видимости, знаете. И необходимо делать электронику, управляющую прецизионным 2-координатным приводом электромеханическим. Схема с линзой Френеля г) порой используется для увеличения эффективности маленьких фотоэлектрических панелей, однако они при этом намного быстрее деградируют, см. дальше.
Мы займемся линейными концентраторами, пп. а) и б), как самыми подходящими для самодельных гелиоустановок. Схема в виде полуцилиндрического зеркала а) в общем рассмотрена раньше, вместе с бутылками. Можно лишь добавить, что ориентировать ее (см. дальше) можно как по меридиану, так и перпендикулярно ему в зависимости от того, как требуется направить ток воды в трубе-приемнике. Этот концентратор убыстряет водонагрев, однако при ориентации по меридиану существенно уменьшает продолжительность светового дня для приемника, т.к. при углах падения с боковой стороны более приблизительно 45 градусов от нормали свет совсем не улавливает. Переотражение в нем всегда однократное. Показатель светопропускания в системе фольга из алюминия + ПЭТ 0,35 мм – около 0,7.
Концентратор из зеркал косого падения б) улавливает свет в границах углов падения от нормали в 60 градусов и более. Может делаться линейным и точечным. Видимое уменьшение светового дня летом в южных краях с ним практически неприметно. Однако вечером и утром КПД установки сильно падает, т.к. свет тогда испытует до 4-5 переотражений. Для справки: показатель отражения зрительно полированного алюминия – 0,86; стали покрытой слоем цинка – около 0,6.
Все же для жаждущих сделать такой приводим профиль зеркал, см. рис. Шаг сетки выбирают исходя из настоящих размеров установки. Имейте в виду, что юстировка необходима хотя и однократная, но точная: 22 июня или в ближайшие к нему дни в астрономический (не поясной!) полдень крылья сводят/разводят и подгибают таким образом, чтобы каустика (светлая полоса сконцентрированного света) легла точно по трубе-приемнику. Ее диаметр – около 100 мм, материал – тонкий зачерненный металл.
Профиль солнечного концентратора с зеркалами косого падения
Больший интерес для самодельщика предоставит, вероятнее, 1 из видов миниатюрных неориентируемых концентраторов, см. отпечаток. рис. Его вообще не надо наводить на солнечных лучах: Поставленный в горизонтальном положении, он собирает его лучи в границах углов падения до 75 градусов от нормали, которая в этом случае направлена в зенит. Т.е., берем вышеописанный СК из шланга, свитого в спираль, снабжаем этим концентратором, и приобретаем подогреватель воды для бассейна.
Чтобы свести солнечные лучи в точку, пояса концентратора необходимы параболического профиля (врезка слева вверху на рис.), но у нас приемник длинный круглый, благодаря этому можно обойтись конусообразными. Какие при этом размеры и соотношения необходимо выдерживать, ясно из рис. Крайний пояс (отмечен красным) эффективности устройства практически не повышает, без него лучше обойтись. Светопропускание – около 0,6, благодаря этому смысл от этого концентратора будет исключительно в ясный летний день. Но бассейн-то как раз тогда и необходим.
Батареи
Сейчас займемся фотоэлектрическими панелями (СБ). Для начала – немножко теории, без этого не осознать, что и когда в них прекрасно и плохо. И как точно подобрать СБ для приобретения или создать своими руками.
Рабочий принцип
В основе СБ лежит простой полупроводниковый фотоэлектрический преобразователь (ФЭП), см. рис. с правой стороны; если кто-то углядит там «нескладушки» со школьной электростатикой, имейте в виду: заряды получают энергию от стороннего источника – Солнечного света. Способность полупроводников пропускать переменный ток описывается зонной теорией проводимости, созданной в 30-х годах прошлого столетия трудами по большей части советских физиков. Штука это не такая простая как кажеться, ее осознание требует знания квантовой механики и ряда иных дисциплин. Очень упрощенно (да простит физик-технолог, если прочтет) рабочий принцип ФЭП выглядит так:
В кристалл кремния высокой чистоты вводятся, каждая в собственную область, донорные и акцепторные примеси из металлов, атомы которых способных встраиваться в кристаллическую решётку кремния, не нарушая ее; это т. наз. легирование. n-область (катод) легирована донорами; p-область (анод) – акцепторами.
Доноры создают в собственной области излишек электронов; акцепторы в собственной – равных им по величине позитивных зарядов – дырок, это вполне корректный физический термин. Электроны и отверстия от легирующих присадок это т. наз. неосновные носители зарядов. Отверстия – не античастицы позитроны, это просто места, где электрона не хватает. Отверстия могут плутать (дрейфовать) в границах кристалла, т.к. акцепторы все время перехватывают друг у друга электроны.
Электроны с дырками притягиваются друг к другу, стремясь взаимно нейтрализоваться (рекомбинировать).
В кристалле (вот тут-то вовсю и разыгрываются его квантовые свойства) свободно соединиться за окончательный временной промежуток они не могут, благодаря этому в пограничном слое появляются большие объемные заряды соответствующего знака; в общем пограничный слой электрически нейтрален.
Энергия солнца как бы выбрасывает электроны из пограничного слоя в катод и на негативный электрод-токосъемник.
Отверстия за электронами последовать не могут, т.к. дрейфовать способны исключительно в пределах кристалла.
Электронам ничего не остается, как пройти по электрической цепи и отдать получившуюся от солнечных лучей энергию потребителю, это и есть электрический фототок.
Очутившись в анодной области, электроны получают следующий «пинок» от квантов света солнца, который не даёт им рекомбинировать с дырками и запускает в цепь опять и опять, пока кристалл освещен.
Еще слово к кулибиным
За самодельные СБ берутся очень часто радиолюбители и электронщики. В основном, в основах теории полупроводников они разбираются. Для них, на всякий пожарный случай, объясним, чем выделяется ФЭП от идентичного на него диода, и почему выжать существенный фототок из кристаллов диодов/транзисторов не выйдет:
Степень легирования анода и катода ФЭП на порядки, и даже на много порядков больше, чем у активных электронных элемент.
Катод и анод легированы приблизительно одинаково, насколько позволяет планарно-эпитаксиальная методика.
Пограничная область широкая (назвать ее p-n переходом в этом случае можно лишь с большой натяжкой), чтобы было больше «пространства для работы» для квантов света, а объемный заряд в ней очень большой. В изготовлении элемент электронных схем стремятся к обратному, чтобы увеличить быстродействие.
Специфики структуры ФЭП исходят из того, что он не приемник электрической энергии в виде приложенного напряжения, а ее генератор. Отсюда идут выводы, важные уже для любых клиентов:
Т.к. попавших в кристалл квантов света постоянно больше, чем свободных электронов там, лишние кванты расходуют собственную энергию на возбуждение атомов кристалла, отчего он в течении определенного времени приходит в негодность, это т.наз. деградация или старение ФЭП. Говоря просто, СБ снашивается, как и любая техника, и по прошествии времени садится, как и любая электрическая батарея.
Прохождение переменного тока при подсоединении ФЭП к цепи потребителя убыстряет деградацию, т.к. принудительно дрейфующие в кристалле электроны, так сказать, бьют по атомам и поэтапно выбивают их со собственных мест.
Запас энергии в ФЭП определяется величиной объемного заряда, солнечный свет только инициирует его перераспределение.
ФЭП и которые состоят из них СБ боятся загрязнений: поэтапно проникая (диффундируя) в кристалл, они нарушают его структуру. «токсичные» примеси есть и в воздухе, а «критичная» для фотоэффекта их доза ничтожна.
П. 3 требует добавочных пояснений. Именно: СБ не способна выдавать экстраток. Например, стартерная аккумуляторная батарея (АКБ) емкостью в 90 А/ч краткосрочно выдаёт ток в 600 А. В теории – еще много более, пока не разразиться от перегревания. Однако, если в спецификации на СБ написано «Ток КЗ (короткого замыкания) 6А», то больше из нее и не выжать никакими способами.
Примечание, на всякий пожарный случай:легировать кремний очень долго нельзя, он превратится просто в загрязненный металл («высокая» степень легирования выражается десятичной дробью со многими нулями после запятой). А в металлах внутреннего фотоэффекта не бывает. Эффект Холла можно с большим трудом нащупать, но фотоэффект благодаря своему принципу невозможен: территорию проводимости металлов заполняет вырожденный электронный газ, он просто не пустит кванты в середину, оттого металлы и сверкают. Да, территория в этом случае – не область пространства, а объединение состояний частиц, описываемая системой квантовых уравнений.
Приспособление
Один ФЭП без нагрузки выполняет разница потенциалов 0,5 В. Она определяется квантовыми качествами кремния и ни от каких внешних условий не зависит. Под нагрузкой напряжение ФЭП падает, т.к. его внутреннее сопротивление велико. Квантовая механика закона Ома не отменяет. Благодаря этому напряжение батареи берут с полуторным запасом: если, например, 12 В СБ набирается из модулей на 0,5 В, то их берут по 36 на столб, что даст напряжение ХХ (хода в холостую) в 18 В. На полуторную перегрузку по напряжению питания рассчитываются все потребители непрерывного тока. Ток КЗ одного ФЭП – от нескольких до сотен мА; он зависит от площади экспонированной (освещенной) поверхности элемента.
В продажу и на сборку поступают модули (детали) из многих ФЭП, объединенных на общей подложке постепенно, параллельно или и так, и этак; их напряжение ХХ и ток КЗ указываются в спецификации на изделие. С данным связано популярное недоразумение, что, мол, СБ необходимо набирать исключительно из компонентов на 0,5 В, а иные – некондиция. Наоборот, модули от добросовестного изготовителя на, скажем, 6V 4W, т.е. на 6 В и 0,67 А, будут лучше самосборных с теми же параметрами. Хотя бы вследствие того что тут ФЭП выращены на одной пластине и их параметры точно совпадают.
В схеме фотоэлектрической панели SB (см. рис.) модули PE соединяются в столбы E, обеспечивающие необходимое напряжение; в основном – 12, 24 или 48 В. Столбы для получения требуемого рабочего тока соединяются параллельно. Т.к. модули в столбах не обязательно сделаны из одного и того же кристалла, внутренние сопротивления столбов несколько отличаются, «плывет» и напряжение под нагрузкой. Через столбы малость мощнее (с небольшим внутренним сопротивлением) потечет обратный ток, а от него деградация ФЭП происходит очень быстро. Радиолюбителям можно припомнить, что, если диод хоть немного приоткрыть «со стороны», он начинает пропускать и обратный ток, на этом основана работа тиристора. Благодаря этому столбы блокируются от «обратки» диодами VD. Очень часто применяют диоды Шоттки, т.к. падение напряжения на них невелико и добавочного охлаждения на больших токах им не потребуется. Но порой (см. дальше, о СБ-самоделках) может потребоваться и диод с p-n переходом.
Электрическая важная схема фотоэлектрической панели с обвязкой
При включении/выключении мощных потребителей непременно появляются т. наз. переходные процессы, сопровождающиеся экстратоками. Всего на несколько мс, но нежной СБ этого будет достаточно, чтобы быстро сесть. Благодаря этому к СБ для питания мощных устройств в первую очередь нужна буферная АКБ GB. Управляет распределением токов в СБ контроллер C; это управляемый источник тока, выверяющий и ограничивающий рабочий ток СБ одновременно с током заряда АКБ. В простейшем случае разряд АКБ – свободный сообразно уровню употребления. Преобразователь напряжения I видоизменяет постоянный ток от АКБ в переменный 220 В 50 Гц или остальной, какой необходим.
Примечание:обвязка с правой стороны на схеме (C, I, GB) может эксплуатировать несколько или много SB. Тогда получаем электростанцию работающую от солнца (СЭС).
Важнейшие ситуации, следующие из сказанного выше: первое, АКБ обязана быть включена в схему регулярно. Возводить СБ по схеме «глухих» UPS, в которых АКБ даёт ток лишь при пропадании сети – значит обречь СБ на быструю деградацию вследствие экстратоков. Ресурс АКБ в «проточной» схеме значительно уменьшается, но здесь уж ничего не поделаешь, разве что применить не дешёвые АКБ с гелевым электролитом. Так что не нужно и еще раз не нужно конструировать СБ с компьютерными UPS. Второе – рабочий ток необходимо брать приблизительно 80% от тока КЗ. Если, например, по расчету вышел ток первой цепи 12 В в 100 А, то СБ необходимо проектировать на 120 А.
Третье – в этой схеме при глубоком разряде АКБ возможен обратимый системный отказ, когда все исправно, а тока нет. Благодаря этому в настоящих СЭС обвязку восполняют сигнализацией переразряда АКБ (пищит еще противнее, чем UPS без сети) и автоматикой, выключающей преобразователь напряжения, если владельцы оставили без внимания сигнал. В очень дорогих СЭС преобразователь напряжения имеет пару выходов, проводка 220 В – несколько ветвей, и автоматика выключает потребителей в порядке, обратном их приоритету; холодильник, напр., заключительным.
СБ без обвязки называют фотоэлектрической батареей. Ее конструкция (см. рис.) обеспечивает в первую очередь сокращение световой деградации, потом – эффективное применение света и механическую надёжность. Первое даёт в основном специализированное стекло, отсекающее кванты, которые точно не дадут тока; чувствительность ФЭП к лучам различных зон спектра значительно неравномерна. Определенную фильтрацию света даёт и пленка ЭВА, однако она более предназначена для увеличения эффективности: делает меньше светопреломление и боковое отражение, т.е. просветляет покрытие. Стекло, ЭВА и детали под ней «слеплены» в единый пирог без воздушных щелей, так что аналогичная конструкция – не для поклонников. ПЭТ-подкладка, самое первое, механический амортизатор(кристаллический кремний – вещество непрочное, а пластины компонентов тонкие). Второе, она отделяет модули от корпуса панели электрически, но обеспечивает отдачу тепла греющихся в работе компонентов, т.к. ПЭТ предпочтительней иных пластиков пропускает тепло. О диодах уже было сказано. Весь пирог помещается в прочный корпус из металла (он же служит теплоотводом) и тщательно герметизируется.
Эластичная солнечная батарея
Примечание:в продажу поступить и эластичные СБ, см. рис. с правой стороны. Они бывают доступнее и эффектнее жёстких панелей такой же мощности, но не забывайте – эти СБ не рассчитаны на переустройство отдаваемого тока. Используются эластичные СБ по большей части для питания потребителей непрерывного тока ограниченной мощности в различного рода мобильных или удалённых необслуживаемых объектах.
Покупные СБ
Чтобы приготовиться к покупке или изготовлению СБ или СЭС, важно понять понятия пикфактора, пикового и долгосрочного потребления энергии. В бытовых условиях это легче, чем в трудных энергосистемах. Например, у вас на щитке со счетчиком стоят защитные автоматы или пробки на 25 А. Тогда от сети вы можете взять до 220х25=5500 Вт или 5,5 кВт. Это и есть ваше пиковое употребление, однако, если рассчитывать электрическая сеть на пик, то она выйдет необоснованно дорогой: мощные потребители не включаются надолго и все сразу.
Электрики во время расчета электрических сетей берут пикфатор = 5; исходя из этого, долгосрочная мощность потребления будет 0,2 от высокой. В нашем случае – 1,1 кВт. Но, если высчитать СЭС на подобной пик, то емкость АКБ выйдет очень большой, сама батарея – дорогой, а ее ресурс – намного меньше нормального. Для минимизации стоимости СЭС ее пикфактор необходимо брать в два раза меньше, 2,5. В СЭС СБ «тянут» долгосрочную нагрузку, а пики на себя берет АКБ, т.е. нам в этом случае необходима СБ на 2,2 кВт и АКБ, способная отдавать 5,5 кВт на протяжении часа или 1,1 кВт на протяжении 12 час (темное время суток).
Экономика
Цена СБ на рынке удерживается в границах 50-55 руб. за 1 Вт мощности для поликристаллических кремниевых батарей (см. ниже) и 80-85 руб./Вт для монокремниевых. Но здесь вмешиваются добавочные ситуации:
КПД монокремниевых СБ более чем в два раза выше чем поликристаллических кремниевых (22-38% против 9-18%) и они долговечнее.
Мощность поликристаллических кремниевых СБ в плохую погоду падает меньше, и по окончании служебного срока они полноценно деградируют очень медленно.
Показатель применения энергии (КПД по энергии) буферной кислотной АКБ составляет 74%, а остальные их типы, помимо плохо дорогих литиевых, для буферизации СБ подойдут плохо.
С учетом данных факторов и условий климата РФ цена 1 Вт ровняется и оказывается около 130-140 руб./Вт. СБ на 1,1 кВт, подобным образом, обойдется где-нибудь в 140-150 тыс. руб. Надолго ли ее хватит? Служебные сроки СБ совсем не регламентированы; производственники дают в большинстве случаев 5, 10, 15 и 25 лет. Что согласно данным выходного контроля 5 лет не протянет, идет в продажу поэлементно для самосборки. Имейте в виду, самодельщики!
Цена готовой СБ, конечно, растет сообразно служебному сроку. По изучении брендовых объявлений и подсчетов намного более окупаемыми оказываются СБ на 15 лет. Тут есть хитрая тонкость: СБ выпускаются кондиций Grade A, Grade B, Grade C и Ungrade (некондиция). Исходя из этого, мощность СБ к концу служебного срока падает на величину до 5%, 5-30% и более 30%. Но, если вы приобретете СБ Grade A на 5 лет, то рассчитывать, что она после протянет еще 25, пока не зачахнет на 30%, нельзя. Вследствие возрастания нагрузки на оставшиеся исправными ФЭП в элементе процесс деградации развивается лавинообразно: поли- держатся еще полгода-год, а моно- 2-4 месяца.
Итак, считаем дальше. При правильном подборе первичного непрерывного напряжения (см. дальше) за 15 лет потребуется 1 замена АКБ стоимостью около 70 тыс. руб. Плюс обвязка, провода, шины, коммутационные детали, конструкции из металла или работы на крыше, это еще приблизительно 150 тыс. руб. Около 30 тыс. обойдется аккумуляторная; устанавливать АКБ в помещениях для жилья решительно нельзя. Имеем:
СБ – 150 000 руб.
АКБ – 140 000 руб.
Обвязка – 150 000 руб.
Аккумуляторная – 30 000 руб.
В итоге 470 000 руб. СЭС под ключ такой же мощности обойдется приблизительно в 1,2-1,5 млн. руб. Но насколько оправдано то или другое?
В 15 годах 15х24х365=131 400 часов. Мы по прошествии этого времени потребим 131 400х1,1=144 540 кВт/ч. 1 кВт/ч от собственной СЭС обойдется в 470 000/144 540 = 3,25 руб. Действующие расценки (от 3,15 до более чем 6 руб.) вы знаете. Выгода вроде не очень, если учесть, что эти «пол-лимона» необходимо еще где нибудь взять, не влезая в долги по теперешним ставкам по кредиту. Все таки, возводить себе СЭС уже оправдано в подобных вариантах:
В удалённых сложнодоступных местах с неустойчивым энергоснабжением. Жизнь дороже любых тарифов. Хотя бы тепличных растений и домашних четвероногих, дающих пропитание и доход.
В товарных хозяйствах, требующих непрерывного энергообеспечения, тех же теплицах или, допустим, птичниках. Можно строиться на недорогой земле без сферы услуг, а расходы на СЭС, возможно, тут же окажутся ниже цены прокладки фидера электрического питания.
В больших домовладениях, систематично перебирающих базисный лимит употребления.
В коллективном использовании. Пример: СЭС на 15 кВт пиковых (3 средних дома) обойдется где-нибудь в 1,5 млн. руб. самостроем или 2,5 млн. руб. под ключ. «Сбросившись» с соседями/близкими людьми, получаем те же 500 000 руб. и 5 кВт на дом, но стабильно и безо всяких сношений с энергокомпаниями.
У кого брать?
Однако бежать «за батарейками» рано. На рынке СБ ситуация не такая простая как кажеться: большой и неупорядоченный, на грани ажиотажного, интерес по всему миру порождает жёсткую и очень часто недобросовестную конкуренцию. Мировой лидер в этом сегменте – КНР, и благодаря не «китайским» ценам (они абсолютно не демпинговые), а действительному качеству. Но КНР – страна очень спорная; шанхайско-уханьских оффшорных подвальчиков, маскирующиеся под хорошие госпредприятия, там хватает. С другой стороны, западные «киты» отрасли в панике под угрозой банкротства пускаются во все тяжкие, только бы товар вперить, не щадя собственного доброго имени.
Инженерный калькулятор с фотоэлектрической панелью
В РФ по части подбора изготовителя есть хорошая отдушина. Электроника и промышленность изготавливающая полупроводниковые устройства СССР и РФ по научному уровню постоянно были на высоте; первые ЦП Intel, кстати, делались из советского кремния, Силиконовая долина тогда еще разворачивалась. Однако по валу советско-российская электроника видна в мире никогда не была; работали по большей части «на войну». В перестройку в продаже замелькали изделия лучше тогдашних мировых, но конкурировать с «акулами» было уже поздно. Например – см. рис. Работает безотказно даже в наше время, расчеты к публикации на нем делались. А у его очень дорогих и с меньшими возможностями ровесников Casio и Texas Instruments клавиши стерлись и СБ сели уже давно.
Сейчас в Российской Федерации работают несколько фирм, располагающих чистыми помещениями, обученным персоналом, инженерно-техническими кадрами и опытом работы в этой области. На плаву они держатся благодаря правильной рыночной тактике: приобретают у проверенных китайских поставщиков элементы СБ, пропускают через своих входной контроль и собирают в панели правильно технологии. Оговоренным показателям их продукции можно доверять несомненно. К несчастью, подобных после прошедших пертурбаций осталось немножко:
Телеком-СТВ в Зеленограде, торговая марка ТСМ.
РЗМКП, Рязань, ТМ RZMP.
НПП «Квант», Москва, складывающиеся переносимые СБ.
Сейчас на рынке СБ охотно продвигается МикроАРТ (ТМ «Преобразователь напряжения»), и как бы не напрасно. Но фальстартов в этом сегменте было и было, так что к «Преобразователю напряжения» необходимо еще приглядеться. Есть еще одно обстоятельство: пленка ЭВА. Она обязана быть морозоустойчивой, иначе при низкой температуре грубеет, поэтапно отслаивается и СБ выходит из строя. Благодаря этому при подборе необходимо обязательно смотреть диапазон рабочих температур и допустимое время влияния небольшой. Или, в конечном счете – гарантийный срок в данных условиях климата.
Какие брать?
То, что утверждения вроде «моно – круто, поли – отстой» скорее эмоциональны, чем обоснованы, вам, наверняка, уже ясно. Разница между ними, к слову, не очень уж принципиальна. Кремниевые болванки высшей кондиции, намного более однородно перекристаллизовавшиеся, идут на большие чипы. 1 кондиция – на среднюю степень интеграции, 2-я – на дискретные элементы, и только 3-я – на СБ. «Моно» выделяются от «поли» тем, что в первых на срезе одного кристалла в болванке (кристаллита) выращивается несколько ФЭП или 1 большой; в поликристаллических кремниевых СБ мелкие ФЭП занимают каждый приблизительно по 1-му также мелкому кристаллиту.
Поликристаллический и монокристаллические модули фотоэлектрических панелей
Однако производственники и торговцы-жулики пытаются выдать совсем негодные поли- за моно-, заменяя обозначение сходным по смыслу, однако с буквой «м» в начале: мультикристаллические, микроструктурные и т.п. Благодаря этому напоминаем: поликристаллические модули СБ синего цвета, очень часто с заметной иризацией (переливами цветов), слева на рис. Монокристаллические довольно темные, до совсем черных; иризация если и есть, то видна мало, с правой стороны там же. А вообще-то на глаз или работающими от электричества измерениями определить качество модуля невозможно, необходим лабораторный химический, кристаллографический и микроструктурный анализ. Чем торговцы-прощелыги вовсю и пользуются.
О первичном напряжении
Очень часто предлагают брать СБ на 12 В. Мол, можно включать 12-вольтовые лампочки-экономки и не требуется спецконтроллер. Самое первое, оборудование непрерывного тока на 24, 36 и 48 В абсолютно не «спец», это типовые значения ряда стрессов. Второе, доля экономок в потреблении энергии – немного, а отдельная проводка для них необходима. Но основное не в этом.
Выше подсчитано – для среднего дома необходима буферная АКБ на 5,5 кВт пиковых. Ток от нее при часовом разряде будет 5500/12 = 458,(3) или приближенно 460 А. В торговой сети есть банки для АКБ емкостью до 210-240 А/ч, из них набирают стартерные АКБ тяжёлой специальной техники. Не говоря о стоимости, без запараллеливания АКБ вряд ли можно обойтись, а работать в параллель АКБ любят не более компонентов СБ и по той же причине; это одинаковое свойство всех источников непрерывного тока. В итоге – АКБ за 100-120 тыс. руб. отслужит от силы 5-6 лет, и за 15 лет потребуется 2-3 ее замены.
А сейчас возьмём «первичку» DC в 48 В. Лучше бы 60-72, постоянный ток до 100 В менее опасен, только СБ подобных не делают. В смысле влияния на человеческий организм 50/60 Гц – наиболее опасные частоты, только деваться уже некуда, их значения успели сложиться исторически. Тогда получаем при часовом разряде 5500/48 = 114,58(6) Но и емкость АКБ 120 А/ч. Это простая автомобильная батарея, плюс можно применять долговечные герметизированные AGM, GEL, OpzS, если наличных средств на них не жалко. И будет служить худшая изо всех (автостартерная) не меньше 8 лет, а то и все 15. А обойдется в два раза доступнее большой.
Схема электростанции работающей от солнца с буферной батареей на 48 В
Существует еще один невидимый момент. Посмотрите на рис. – схему СЭС с первичкой 48 В. С правой стороны внизу – главный автомат на 175 А. Для 12 В потребуется на 700 А. Видели ли вы такие в продаже? Непрерывного тока? Сколько стоят? Плюс прочая сильноточная коммутация, автоматика, провода и шины. В общем, если выбросить торговые накрутки, то первичная цепь на 48 В уменьшает стоимость СЭС в два раза и более.
Примечание: и упаси вас боже включать СЭС к уличному вводу! Понадобиться платить дядям по счетчику за собственные затраты и труды. Необходимо после счетчика поставить пакетник (это уже абонентская проводка и тут вы полный владелец, исключительно о ТБ не забудьте) и переключаться обратно с Солнечного света на общую сеть, ни с того ни с сего потребуется. Скажем, при замене АКБ или длительном непогода.
СБ и самоделки
Первое, что нужно знать гелиоэнергетику-любителю – в продажу вразброс идут модули бракованные, которые 5 точно не будут служить. если вы даже организуете дома чистое производство, они уже «отравлены» ядом медленного действия – вредными примесями. Плюс ко всему, чтобы выполнить брендовый «пирог», необходима камера с глубоким вакуумом, благодаря этому собрать СБ придется в вентилируемом ящике, а это означает – детали подпадают под влияния атмосфер. Без отвода омического тепла модули СБ деградируют практически на глазах. Так что на период службы более 2-3 лет лучше не рассчитывать.
Все таки, самоделки могут быть полезными, т.к. 100 Вт их мощности обойдется менее чем в 3000 руб. Какие собственно – посмотрим немного ниже, а пока задержимся на технологии сборки. Достаточно полно она показана тут:
Конструкторы для самостоятельной сборки фотоэлектрических панелей
Добавить можно немногое. Первое, не нужно брать в работу заметный брак, рассылаемый навалом, слева на рис. Лучше приобрести конструктор, см. рис. с правой стороны. Они укомплектовываются флюсовыми карандашами и особыми проводниками, что намного делает меньше паечный брак.
Ошибочная сборка фотоэлектрических панелей
Паять обыкновенным паяльником с канифольным флюсом (с правой стороны на рис. слева) тоже не надо. Контактные площадки модулей серебрёные (кремний не паяется), слой серебра тоненький и удерживается еле-еле. Дома он точно выдержит только 1-кратную пайку (на производстве автоматами – 3-кратную), причем паяльником с бронзовым никелированным жалом. Не стоит пытаться залудить его, таким паяльником паяют всухую.
Тем не менее, умельцы СБ паяют и традиционными паяльниками со всякими предосторожностями; как – можно взглянуть тут:
Видео: лужение и пайка контактов
3-ий момент – до сборки модули необходимо откалибровать и столбы собирать из пластин с приблизительно схожими характеристиками (см.видео ниже). Набрать из некондиции модулей на 48-вольтовые столбы почти никогда не получается, так что самодельные СБ делают 12-вольтовыми или 6-вольтовыми.
Видео: калибровка компонентов
Сейчас о случаях, когда сделать фотоэлектрическую панель самому имеет полный смысл. Первый – вышеописанная лодка-«резинка». Схема ее энергоустановки – на рис. ниже. Аналогичная подойдёт и для дачного участка, исключительно в качестве мотора необходимо включить преобразователь напряжения 12VDC/220VAC 50 Hz на 200-300 Вт. Для телевизора, маленького холодильника и музыкального центра этого будет достаточно. Выключатель S2 рабочий, S1 – ремонтно-аварийный и для зимнего хранения.
Электросхема маломощной мобильной электростанции работающей от солнца
Штука тут в том, что падение напряжения на самом обыкновенном диоде при повышении тока через него увеличивается. Не очень много, однако в комбинировании с ограничительным резистором Rp (то и другое рассчитано под свинцово-кислотную АКБ 12В 60А/ч!) перегрузка СБ по току продолжается даже при полноценно «пустой» АКБ не больше 2-3 мин. Если данная ситуация появляется раз в течении дня, то СБ отслужит от 4 лет, т.е. больше, чем самосбор из некондиции. А бензиновый движок по прошествии этого времени съел бы топлива на сумму, много большую стоимости установки.
Второй вариант – зарядка для мобильного телефона. Для нее лучше приобрести готовый модуль на 6V 5W; схема к нему – на рис:
Схема зарядки мобильника от фотоэлектрической панели
Выключатель S1 и светлый белый светоизлучающий диод D3 – тестовые. Если же вы желаете повозиться собственно с солнечными модулями, то рекомендуем ролики (см. ниже). В этом случае на СБ пойдёт и заметный брак поштучно, цена копеечная. К слову, это хорошая практика работы с солнечными элементами перед тем как приниматься за большую СБ, и нужное устройство будет.
Видео: мини солнечная батарея для зарядки телефона — сборка и испытание
Установка и юстировка
Установка фотоэлектрических панелей и коллекторов стационарной конструкции выполняется очень часто на крыше. Здесь возможны 2 решения: либо разобрать часть кровли и включить корпус СК/СБ в силовую схему ригеля крыши (ее каркаса без пирога кровли), а потом загерметизировать просвет, либо установить панель на подставках из металлических штырей, идущие сквозь кровлю. А стропильные системы, на которые пришелся крепеж, увеличить поперечинами.
Первый метод, конечно, сложнее и требует довольно трудных строительных работ. Однако при его помощи решается не только проблема ветроустойчивости панели. Очень маленький разогрев корпуса со стороны чердачного этажа намного делает меньше вероятность отслоения пленки ЭВА и повышает надежность всей установки. Благодаря этому в местах с крепкими морозами/ветрами он несомненно предпочтителен.
Что же касается мобильных (мобильных) или отдельно стоящих наземных панелей, то их устанавливают на объемный каркас либо подставку (опору) из металла, дерева и др. Если панель будет на каркасе, его необходимо чем-то обшить, чтобы задувший сзади ветер не заставил панель показать собственные качества аэродинамики, достаточно-таки неплохие.
Ориентировать на максимум среднегодовой (среднесезонной) инсоляции (юстировать) недвижымые панели необходимо если есть возможность точнее. Курочка по зернышку клюет, а копейка рубль бережет – в этом случае эти поговорки сказываются полностью касательно к сроку окупаемости установки. Азимут выставляют точно по меридиану. Если вы для этого пользуетесь компасом, необходимо принимать во внимание магнитное склонение места; в GPS или ГЛОНАСС устройствах – включить необходимую поправку. Можно и отбить полуденную линию (это и есть меридиан), как описано в школьных учебниках по природоведению, географии, астрономии или, скажем, в руководствах по постройке солнечных часов.
Наклон панели по углу места ? в зависимости от его географической широты ? вычисляют для самых разнообразных случаев с поправкой на Наклон земной оси ?=23,26 градуса, вследствие которого высота стояния Солнечного света в средних широтах меняется по сезонам года:
Для летних установок ? = ?-?; если ?=<0, панель ложится в горизонтальном положении.
Для сезонных весна-лето-осень ? = ?
Для круглогодичных ? = ?+?
Если в последнем варианте выйдет ?>90 градусов – вы за Полярным Кругом, и зимняя панель вам не требуется. Дальше для простоты и точности по углу ? вычисляют величину подъема северного края панели в единицах длины как h = Lsin?, где L – протяженность панели с юга на север. Скажем, панель длиной 2 м поставлена вдоль по меридиану. ? вышел в 30 градусов. Тогда северный край (sin 30 градусов = 0,5) необходимо поднять на 1 м. При sin? = 1 или около того панель вставляется вертикально.
Напоследок
Россию, что ни говорите, не назовешь страной, образцовой для формирования солнечной энергетики. Но невелика честь взять, что плохо лежит. А вот прийти к поставленной цели несмотря ни на что и когда все против тебя – это большой успех надолго, если только цель достойная и нужная. Примеров в истории много: Голландия, Чили (окультуривание бесплодных земель), Япония – заводской великан, практически начисто лишенный источников сырья, в мире как в общем – освоение КВ-радиоволн радиолюбителями (профессионалы во всеоружии тогдашних теорий считали их никуда не годными), а в РФ – хотя бы постройка Транссибирской магистрали, даже в наше время заменителей себе не имеющей. Здесь самодельшикам есть где разгуляться и, если случится «российское солнечное чудо», точно в этом будет и большая их заслуга.
