Солнечная энергия может использоваться для выполнения всех видов работ по дому, от обеспечения электричеством освещения и бытовой техники до обогрева бассейна, спа, душа или комнаты. Но насколько хорошо солнечная система работает для вас, будет зависеть от десятков факторов, в том числе от того, где вы живете, от вашего пребывания на солнце, от вашего тарифа на электроэнергию, того, что вы платите за топливо для отопления, вашего бюджета и вашего стремления использовать солнечную энергию. чем у ваших нынешних провайдеров.
Сердцем любой активной солнечной системы, независимо от того, обеспечивает ли она электричество или тепло, является коллектор (иногда называемый панелью или модулем). Работа пассивных систем зависит от естественных сил, таких как перемещение тепла от холодного к горячему и подъем горячих жидкостей. И наоборот, активная система требует другого оборудования, такого как воздуходувки, насосы и инверторы, чтобы использовать энергию, которую вы улавливаете от солнца.
ОБЩИЕ ВИДЫ КОЛЛЕКТОРОВ
По сути, существует два типа солнечных коллекторов: электрические (преобразующие солнечные лучи в электричество) и тепловые (преобразующие их в тепло). Оба обычно находятся на крышах, хотя массивы также могут быть установлены на земле или на столбах.
Солнечные электрические панели (иногда называемые фотоэлектрическими или фотоэлектрическими модулями) обычно состоят из силиконовых пластин размером с солнечную батарею, соединенных проводами и собранных в панель или модуль. Они часто имеют синий или зеленый оттенок, но могут быть и черными. Самыми распространенными видами бытовых солнечных электрических коллекторов являются:
• Кристаллические фотоэлектрические модули
составляют подавляющее большинство солнечных электрических коллекторов на рынке. Они сделаны путем разрезания искусственных слитков кристаллов кремния или буханок на пластины, каждая из которых несет положительный и отрицательный электрон. Пластины соединяются вместе, чтобы сформировать модули, а модули соединяются вместе, чтобы сформировать массивы. Когда пластины подвергаются воздействию солнечного света, электрический ток проходит от передних контактов к задним контактам, распределяя заряд от модуля к модулю.
• Тонкопленочные модули и ламинаты изготавливаются путем нанесения различных полупроводниковых материалов очень тонкими слоями на различные подложки, включая стекло и гибкие подложки. Они тоже производят электричество. Если полупроводниковый материал защищен стеклом, тонкопленочные солнечные коллекторы называют модулями. Когда полупроводниковый материал имеет гибкую защитную оболочку, они называются ламинатами.
Однако тонкопленочные модули и ламинаты составляют небольшую долю от общего объема продаж солнечных модулей, отчасти из-за того, что им требуется в четыре раза больше места на крыше для выработки той же мощности кВт-ч / год. Наибольший интерес для тонкопленочных фотоэлектрических панелей вызвали в жилых помещениях металлические крыши со стоячим фальцем (между вертикальными швами) и солнечная черепица.
Солнечные тепловые коллекторы используются для отопления, обычно более объемны и немного выступают за крышу. Впрочем, есть много исключений. Некоторые тепловые коллекторы выглядят как большие плоские коробки или к ним прикреплены цилиндрические резервуары. Другие состоят из серии больших стеклянных трубок. К наиболее распространенным типам солнечных тепловых коллекторов относятся:
• Плоские тепловые коллекторы, предназначенные для обогрева, обычно представляют собой прямоугольные корпуса толщиной от 4 до 5 дюймов со стеклянными крышками наверху. Внутри корпуса находится почерневший лист абсорбера с внутренними проходами, через которые течет жидкость, отводя солнечное тепло. Затем нагретую жидкость можно использовать для бытового водоснабжения или отопления помещений. Трубки проходят через корпус коллектора, поэтому их можно подключать к дополнительным коллекторам, а также к питающей и обратной сети. Жидкость, которая циркулирует через коллектор, обычно представляет собой воду или антифриз (гликоль) или их комбинацию.
• Вакуумные трубчатые коллекторы.Тепловой коллектор нового типа состоит из ряда вакуумированных трубок, каждая из которых имеет свою пластину-поглотитель и трубку. Жидкость отводит тепло от пластины поглотителя так же, как это происходит с обычным тепловым коллектором. Использование вакуумных коллекторов увеличилось в последние годы, но они по-прежнему составляют небольшой процент сегодняшнего рынка.
• Неглазурованные тепловые коллекторы обычно экструдируются из черного полимера и включают в себя ряд трубок, через которые можно прокачивать нагретую жидкость. Неглазурованные тепловые коллекторы подходят для низкотемпературных применений, например, для обогрева бассейнов и спа.
• Коллекторы горячего воздуха Обычно они больше, чем коллекторы, нагревающие жидкость, иногда покрывая всю внешнюю стену здания. Следовательно, они чаще используются в коммерческих приложениях. Некоторые коллекторы горячего воздуха, также называемые коллекторами с воздушным охлаждением, имеют остекление. Такие коллекторы используются для отопления помещений. С ними мало что может пойти не так, потому что замораживание и перегрев не являются проблемой.
КАК РАБОТАЮТ СОЛНЕЧНЫЕ СИСТЕМЫ
Солнечные электрические коллекторы преобразуют солнечное излучение непосредственно в электричество, которое можно сразу использовать, хранить в батареях или отправлять в электрическую сеть. В последнем случае домовладелец получает кредит на произведенную продукцию, тем самым снижая свои счета за электроэнергию. Фактически, коммунальное предприятие служит хранилищем электроэнергии, производимой в те периоды дня, когда она вам не нужна. Сеть также используется в качестве резервной копии в пасмурные периоды, когда вы не производите много солнечной электроэнергии.
Тепловые коллекторы преобразуют солнечную энергию в тепло. Излучение попадает на пластину поглотителя, а тепло отводится жидкостью или воздухом. Необходимо предусмотреть меры по предотвращению перегрева систем с жидкостным охлаждением, когда нет потребности в тепле. Если используется вода, необходимо предусмотреть возможность замораживания. Тепло можно использовать сразу или сохранить для дальнейшего использования. В солнечных системах водяного отопления резервуар хранит горячую воду. В случае плавательных бассейнов бассейн действует как резервуар для хранения.
При солнечном обогреве помещений тепло может накапливаться в больших резервуарах с водой или в каменной кладке определенного типа, включая бункеры, заполненные камнем. Нагретый воздух можно распределять по разным помещениям по воздуховодам или трубам так же, как в обычных системах отопления.
ЛУЧШАЯ ДОХОДНОСТЬ ИНВЕСТИЦИЙ
Домовладельцам, желающим установить солнечную систему, могут быть доступны различные федеральные и государственные льготы. Вы можете узнать, что доступно в вашем районе, зайдя в базу данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и повышения эффективности (DSIRE).
В целом, применение систем горячего водоснабжения и обогрева плавательных бассейнов имеет самый короткий срок окупаемости (от 5 до 7 лет) и требует минимальных вложений (от 3000 до 10 000 долларов до льгот). Установка стоит дешевле в климате, где отрицательные температуры не являются проблемой. Установки солнечной энергии, которые удовлетворят значительную часть ваших потребностей в электричестве, требуют гораздо больших вложений, хотя стоимость компонентов в последние годы снизилась. Если это делается во время строительства, затраты значительно ниже.
Программы аренды, если они доступны в вашем районе, также значительно снижают стоимость установки системы. Солнечное отопление также требует больших вложений, если только вы не хотите просто обогреть одну или две комнаты на южной стороне вашего дома.
Независимо от того, какой тип солнечной системы вы рассматриваете, начните экономить энергию сейчас. Выключить свет, принять душ и утеплить чердак и стены стоит намного дешевле, чем установка массива солнечных коллекторов!
Рассматриваете солнечную батарею для вашего дома? Найдите здесь профессионального подрядчика в вашем районе.
Примечание автора: помимо того, что Джо Прови часто пишет на BobVila.com, он вместе с Эвереттом М. Барбером является соавтором книги «Преобразуйте свой дом в солнечную энергию» (The Taunton Press, 2010).