家庭での太陽光発電所の運転原理
太陽光発電所は、パネル、インバーター、バッテリー、コントローラーで構成されるシステムです。ソーラーパネルは、放射エネルギーを電気に変換します（前述のとおり）。直流がコントローラーに入り、コントローラーが電流を消費者（コンピューターや照明など）に分配します。インバーターは直流を交流に変換し、ほとんどの家電製品に電力を供給します。バッテリーは夜間に使用できるエネルギーを蓄えます。
ビデオの説明
自律型電源を提供するために必要なパネルの数を示す計算の良い例については、次のビデオを参照してください。
太陽エネルギーを使用して熱を発生させる方法
ソーラーシステムは、給湯と家庭用暖房に使用されます。暖房シーズンが終わっても（オーナーの依頼で）暖房を提供し、家に無料でお湯を提供することができます。最も単純な装置は、家の屋根に取り付けられている金属パネルです。それらはエネルギーと温水を蓄積し、それらはそれらの下に隠されたパイプを通って循環します。すべての太陽系の機能は、それらが互いに構造的に異なる可能性があるという事実にもかかわらず、この原理に基づいています。
太陽集熱器は次のもので構成されています。
- 貯蔵タンク;
- ポンプ場;
- コントローラ
- パイプライン;
- 付属品。
構造のタイプに応じて、フラットコレクターと真空コレクターが区別されます。前者の場合、底部は断熱材で覆われ、液体はガラス管を循環します。熱損失が最小限に抑えられるため、真空コレクターは非常に効率的です。このタイプのコレクターは、民家の太陽熱暖房だけでなく、給湯システムやプールの暖房にも便利です。
太陽集熱器の動作原理
ソーラーパネルの人気メーカー
ほとんどの場合、YingliGreenEnergyとSuntechPowerCo.の製品が棚にあります。HiminSolarパネル（中国）も人気があります。彼らのソーラーパネルは雨天でも発電します。
太陽電池の生産も国内メーカーによって確立されています。次の会社がこれを行います：
- ノヴォチェボクサルスクのHevelLLC;
- ゼレノグラードの「テレコム-STV」。
- モスクワのSunShines（Autonomous Lighting Systems LLC）;
- JSC「金属セラミックデバイスのリャザンプラント」;
- CJSC「Termotron-zavod」他。
あなたはいつでも価格に適したオプションを見つけることができます。たとえば、モスクワの住宅用ソーラーパネルの場合、費用は21,000ルーブルから2,000,000ルーブルまでさまざまです。コストは、デバイスの構成と電力によって異なります。
ソーラーパネルは常に平らであるとは限りません-一点に光を集中させるモデルがいくつかあります
バッテリーの取り付け手順
- パネルを設置するために、最も照らされた場所が選択されます-ほとんどの場合、これらは建物の屋根と壁です。デバイスが可能な限り効率的に機能するために、パネルは地平線に対して特定の角度で取り付けられます。領土の暗さのレベルも考慮されます：影を作成する可能性のある周囲のオブジェクト（建物、木など）
- パネルは、特別な固定システムを使用して取り付けられます。
- 次に、モジュールをバッテリー、コントローラー、インバーターに接続し、システム全体を調整します。
システムの設置については、状況のすべての特徴を考慮に入れた個人的なプロジェクトが常に開発されます：家の屋根にソーラーパネルを設置する方法、価格、条件。作業の種類と範囲に応じて、すべてのプロジェクトは個別に計算されます。クライアントは作業を受け入れ、その保証を受け取ります。
ソーラーパネルの設置は、専門家が安全対策に従って実施する必要があります。
結果として-ソーラー技術の開発の見通し
地球上で太陽電池パネルの最も効率的な操作が、太陽の放射をある程度散乱させる空気によって妨げられている場合、宇宙ではそのような問題はありません。科学者たちは、24時間稼働するソーラーパネルを備えた巨大な軌道衛星のプロジェクトを開発しています。それらから、エネルギーは地上受信装置に送信されます。しかし、これは将来の問題であり、既存のバッテリーについては、エネルギー効率を改善し、デバイスのサイズを縮小することを目的としています。
3主なタイプ
大規模な設備では、家全体に電気を供給し、必要に応じて家全体を完全に加熱することができます。ただし、これは小さなプライベートコテージにのみ適用され、高層ビルを暖房することはできません。
装備は機種により異なる場合がございます。原則として、基本セットには次のものが含まれます。
- 真空太陽集熱器;
- 作業効率を監視する特別なコントローラー。
- クーラントが供給されるポンプ。
- お湯のための500-1000リットルの容量を持つタンク;
- 電気ヒーターまたはヒートポンプ。
コレクターを設置する前に、すべてのニーズを完全に満たすために必要な電力量を計算する必要があります。計算するときは、民家の面積、住む人の数、エネルギー消費量を考慮する価値があります。たとえば、3人家族の場合、平均して1か月あたり200〜500W/m²が必要になります。
あなたがお湯を家に提供することを計画しているなら、エネルギーコストは増加します。効率を上げるために、暖房システムの組み合わせバージョンを作成できます。この場合、世帯は保険に加入し、緊急時や予期せぬ状況で暖房なしで放置されることはありません。
民家での自分で暖房：最良の選択肢
住宅の平屋または二階建て住宅の蒸気暖房のスキームでは、暖房ボイラー、ラジエーター、および特定の温度に加熱された液体（不凍液、水）が循環するパイプの閉回路があります。平屋建ての建物には、最も単純な重力システムが適しており、その動作原理は物理法則に基づいています。
その中で、クーラントは、次の組み合わせによって得られる油圧により、重力によって循環します。
- さまざまな直径のパイプ;
- クローズド（エクスパンソマット）またはオープンタイプの膨張タンクの回路に含める。
- リターン（リターン）パイプラインとダイレクト（供給）パイプラインの高さの差。
| 重力流システムの利点 | マイナス |
| システムが機能するために電気ネットワークは必要ありません。 | パイプラインの角度を確認する必要があるため、日曜大工の設置は困難です |
| 低材料費 | 膨張タンク内の液体の量を視覚的に評価し、必要に応じて補充する必要があります |
| 保守性 | 150m²までの家で効果的 |
任意の数の階（1〜2階）の広い面積の家の場合、強制循環を伴う暖房スキームが選択されます：
- ポンプ;
- 固形燃料ボイラー（膜タイプ）の近くまたは加熱回路の上部（開）に設置された、あらゆるタイプの膨張タンク。
| 人気のある暖房方式 | 特殊性 |
| シングルパイプ | バッテリーは直列に接続され、冷却液の速度はポンプによって設定され、対流式放熱器の加熱強度を制御し、遮断および制御バルブが取り付けられています：サーモスタットバルブ、エアベント、ラジエーターレギュレーター、バランシングコック（バルブ） |
| 2本のパイプ | 冷却液は、さまざまなパイプによって供給され、バッテリーに排出されます。設置時には、ラジエーターを接続するための並列方式が使用されます。これにより、同じ加熱強度が保証されます |
| 「蜘蛛」（重力の流れ） | ボイラーは地下室に設置され、膨張タンクは屋根裏部屋に設置されています。同時に、水位差が10m以下のルールが守られています。温水はライザーを上ってタンクに移動し、そこから垂直パイプを介してラジエーターに供給されます。熱をあきらめたクーラントは水平線に入り、ボイラーに戻ります |
| 「レニングラードカ」 | メインパイプは家の周囲に沿って床に沿って走り、高温の液体（不凍液、水）は回路に含まれる各ラジエーターを順番に通過します |
| 放射線 | お湯はマニホールドを介してラジエーターに分配されます |
コレクター暖房システム
ソーラーモジュールの代わりにコレクターを設置することで、最大の効率とリターンを達成できます。これは、太陽放射の作用下で水が加熱される屋外設置です。このようなシステムは、他のデバイスによる冷却剤の加熱を必要としないため、より論理的で自然です。
フラットとチューブラーの2つの主要なタイプのデバイスの設計と動作原理を検討してください。
DIY用フラットバージョン
フラットなインスタレーションのデザインはとてもシンプルなので、経験豊富な職人が自分の手で手工芸品の類似物を組み立て、専門店で部品を購入し、即興の材料からいくつかを構築します。
スチールやアルミの断熱ボックスの中には、太陽熱を吸収するプレートが固定されています。ほとんどの場合、それは黒いクロムの層で覆われています。ヒートシンクの上部は、密閉された透明なカバーで保護されています。
水はヘビに置かれ、プレートに接続されたチューブで加熱されます。水または不凍液は、入口パイプを通ってボックスに入り、チューブ内で加熱され、出口、つまり出口パイプに移動します。
カバーの光透過率は、透明な素材（耐久性のある強化ガラスまたはプラスチック（ポリカーボネートなど））を使用しているためです。太陽光線が反射するのを防ぐために、ガラスまたはプラスチックの表面はつや消しになっています（+）
接続には1パイプと2パイプの2種類があり、基本的な違いはありません。しかし、クーラントがコレクターに供給される方法には大きな違いがあります-重力またはポンプの使用。最初のオプションは、水の移動速度が遅いため非効率的であると認識されています。加熱の原理によれば、これは夏のシャワー用の容器に似ています。
2番目のオプションの動作は、冷却液を強制的に供給する循環ポンプの接続により発生します。太陽エネルギーシステムは、ポンプ装置の操作のためのエネルギー源になることができます。
太陽集熱器によって加熱されたときの冷却液の温度は45〜60ºСに達し、出口での最大インジケーターは35〜40ºСです。ラジエーターと一緒に暖房システムの効率を上げるために、「暖かい床」が使用されます（+）
管状コレクター-北部地域向けのソリューション
動作の一般的な原理は、平らな対応物の機能に似ていますが、1つの違いがあります。つまり、冷却剤を備えた熱交換管がガラスフラスコの内側にあります。チューブ自体はフェザーで、片側がシールされており、外観はフェザーに似ています。同軸（真空）で、互いに挿入され、両側がシールされています。
熱交換器も異なります。
- 太陽エネルギーを熱エネルギーに変換するシステムヒートパイプ。
- U型クーラントを動かすための従来のチューブ。
2番目のタイプの熱交換器は、より効率的であると認識されていますが、修理のコストのために十分に普及していません。1つのチューブが故障した場合、セクション全体を交換する必要があります。
ヒートパイプはセグメント全体の一部ではないため、2〜3分で交換できます。故障した同軸要素は、プラグを取り外して損傷したチャネルを交換するだけで修復できます。
真空管内の加熱プロセスの周期的な性質を説明する図：冷たい液体は太陽熱の影響下で加熱および蒸発し、冷たい冷却剤の次の部分に道を譲ります（+）
さまざまなタイプのコレクターの技術的特性を分析し、それらの使用経験を要約した結果、南部地域にはフラットコレクターが、北部地域には管状コレクターが適していると判断しました。ヒートパイプシステムを使用した設置は、過酷な気候で特に優れていることが証明されています。曇りの日や夜でも暖房能力があり、最小限の日光で「餌をやる」ことができます。
太陽集熱器をボイラー設備に接続するための標準的なスキームの例：ポンプ場が水循環を提供し、コントローラーが暖房プロセスを調整します
ソーラーモジュールの効率を高める
ソーラーシステムの効率は、次のいずれかの方法を使用して改善できます。
- モジュールの場所を変更します。場合によっては、効率を上げるには、太陽光線の指向性ベクトルに対してモジュールを正しく配置するだけで十分です。これには通常、すべてのモジュールを南に配置する必要があります。この地域の日が長い場合は、東側と西側に向けられたサーフェスを使用することもできます。エネルギーに変換される十分な光もあります。
- 傾斜角度を変更します。モジュールのドキュメントには、システム効率が最大になる推奨傾斜角度が常に示されています。実際には、この値は地理的な場所やその他の個々の特性によって大幅に異なる可能性があります。
- インストールする場所の選択。ほとんどの場合、ソーラーモジュールは建物の屋根に設置されます。これは最も簡単で、最も手頃な価格で明白なオプションですが、最も効果的ではありません。最善の方法は、事前に回転台を準備し、その上にパネルを取り付けて、デバイスが移動するときに太陽光線に追従するようにすることです。
最後の点は特別な注意に値します。もちろん、屋根に取り付けられたモジュールは役に立たないわけではありません。結局のところ、この場合、太陽光線の障害物がないため、デバイスに簡単に到達し、必要な種類のエネルギーに変換されます。
問題は、太陽光線に垂直なモジュールの配置が短期間で最大の効率を発揮することです。
ビームの現在の方向を追跡する回転装置を使用すると、このような問題を取り除くことができます。確かに、そのようなデバイスにはマイナス面もあります。特に、回転システムの非常に高いコストについて話しています。さらに、場合によっては、そのような機器の取得がシステムの効率にまったく影響を与えないことがあります。たとえば、気候条件が適切に考慮されていない場合などです。この場合の費用は完全に不適切になります。
概算によると、回転要素が効果を発揮するためには、それらの数は少なくとも8つでなければなりません。もちろん、使用できるモジュールの数は少なくなりますが（約3〜4）、ウォーターポンプに直接接続した場合にのみ有益な購入になります。それ以外の場合、効率の向上はわずかです。
ソーラーパネルのエネルギー効率の計算
ソーラーパネルの必要な面積を計算するときは、そのような機器の1平方メートルがネットワークに約120ワットを与えることを考慮に入れる必要があります。次に、家の中を歩き回って、家庭用電化製品や機器の電力量を見積もります。また、一部のデバイスをエネルギー効率の高いデバイスに交換することで、どれだけのエネルギー節約が得られるかを見積もることも合理的です。その後、あなたはあなたの地域の太陽活動の時間を考慮に入れて、ソーラーパネルの必要な数と面積の計算を開始することができます。
太陽エネルギーから民家を暖房する
太陽エネルギーから発電することに加えて、私たちの照明器具はあなたの家を暖めるかもしれません。もちろん、最も簡単な方法を使用して、電気暖房システムをソーラーパネルに接続することができます。しかし、特に私たちの緯度で年間の晴れた日数がそれほど多くないことを考えると、それはかなり非効率的である可能性が高いです。
ソーラーパネルを使用して発電するシステムと、液体を太陽熱で加熱し、それが家の暖房ラジエーターに入る自律暖房システムを組み合わせるのが最善です。
太陽熱暖房のしくみ
暖房コレクターは、そのような自律型太陽熱暖房システムの重要な要素になります。これらは、最小限の損失で、太陽放射エネルギーを冷却剤に伝達する特殊なデバイスです。冷却剤は、水または特殊な不凍液です。
ソーラーヒーター回路
このようなハイテクアプローチの重要な利点は、このようなシステムが最も厳しい気候条件でも効果的に機能し、低い負の屋外温度でも効率が低下しないことです。
太陽集熱器とも呼ばれるこのようなシステムは、たとえば中国の北部地域、つまり非常に厳しい気候の地域で実証されています。さらに、それらの地域では、アパートの建物にも設置されています。
コレクターで加熱した後、クーラントは通常、優れた断熱性を備えた貯蔵タンクに入ります。このようなタンク内の液体の温度は、かなり長い間維持されます。通常の水道水を熱媒体として使用する場合、そのような液体は、加熱に加えて、家庭用、例えば、食器の洗浄または洗浄にも使用することができる。
自律暖房の基準と要件
暖房構造を設計する前に、パイプ、ヒーター、バルブの基本要件を定めたSNiP2.04.05-91を調べる必要があります。
一般的な基準は、家に住む人々にとって快適な微気候を確保し、以前にプロジェクトを作成して承認した暖房システムを適切に装備することです。
多くの要件は、一戸建て住宅の建設とその通信の提供に関する規則を規制するSNiP31-02の推奨事項の形で策定されています。
これとは別に、温度に関する規定が規定されています。
- パイプ内のクーラントのパラメータは+90ºСを超えてはなりません。
- 最適な指標は+60-80ºС以内です。
- 直接アクセスゾーンにある加熱装置の外面の温度は70ºСを超えてはなりません。
暖房システムのパイプラインは、真ちゅう、銅、鋼のパイプで作ることをお勧めします。民間部門では、建設での使用が承認されたポリマーおよび金属プラスチック管状製品が主に使用されています。
給湯回路のパイプラインは、ほとんどの場合、オープンな方法で敷設されています。 「暖かい床」を設置する場合は、隠し敷設が許可されます
加熱パイプラインを敷設する方法は次のとおりです。
- 開いた。これには、クリップとクランプで固定して建物の構造物を敷設することが含まれます。金属パイプから回路を構築する場合に許可されます。熱的または機械的衝撃による損傷が除外されている場合、ポリマー類似体の使用が許可されます。
- 隠れた。これには、建物の構造物、幅木、または保護用および装飾用のスクリーンの後ろで選択されたストロボまたはチャネルにパイプラインを敷設することが含まれます。モノリシックコンターは、少なくとも20年間の運用が可能で、パイプの耐用年数が少なくとも40年の建物で許可されています。
パイプラインルートの設計では、修理または交換のためにシステムの任意の要素に自由にアクセスできるようにする必要があるため、優先順位はオープンな敷設方法です。
まれに、コンクリートスクリードに「暖かい床」を設置する場合など、技術的、衛生的、または建設的な必要性によってそのような解決策が指示された場合にのみ、パイプが隠されます。
クーラントが自然に動くシステムのパイプラインを敷設する場合、0.002〜0.003の勾配を観察する必要があります。クーラントが少なくとも0.25m/ sの速度で移動するポンプシステムのパイプラインは、勾配を設ける必要はありません。
メインのオープンレイイングの場合、非加熱の敷地を横切るセクションには、建設地域の気候データに対応する断熱材を提供する必要があります。
自然循環型の自律暖房パイプラインは、冷却水の移動方向に設置する必要があります。これにより、加熱された水は重力によってバッテリーに到達し、冷却後、同じようにボイラーへの戻りラインに沿って移動します。ポンプシステムのメインは、傾斜なしで構築されています。それは必要ない。
さまざまなタイプの膨張タンクの使用が規定されています。
- ポンプと自然強制の両方を備えたシステムに使用されるオープンは、メインライザーの上に設置する必要があります。
- 強制システムでのみ使用される閉鎖膜装置は、ボイラーの前の戻りラインに設置されます。
膨張タンクは、加熱されたときの液体の熱膨張を補償するように設計されています。最も単純なオープンオプションの場合のように、それらは下水道または通りに余分なものを排出するために必要です。密閉カプセルは、システムの圧力を調整する際に人間の介入を必要としないため、より実用的ですが、より高価です。
オープンタイプの膨張タンクは、システムの最高点に設置されています。液体を膨張させるための予備を提供することに加えて、それはまた空気を取り除く仕事を任されています。密閉タンクはボイラーの前に配置され、通気孔とセパレーターは空気を除去するために使用されます
シャットオフバルブを選択するときは、ボールバルブが優先されます。ポンプユニットを選択するときは、圧力が最大30 kPa、容量が最大3.0 m3/hの機器です。
液体の標準的な風化のため、予算の開始品種は定期的に補充する必要があります。それらの設置の下で、屋根裏部屋の床を大幅に強化し、屋根裏部屋を断熱する必要があります。
ラジエーターと対流式放熱器は、窓の下のメンテナンスに便利な場所に取り付けることをお勧めします。バスルームまたはバスルームの発熱体の役割は、暖房通信に接続されたタオルウォーマーによって果たすことができます
熱い岩、コンクリート、小石などの熱の蓄積。
水は最も高い熱容量の1つである4.2J/ cm3 * Kですが、コンクリートはこの値の3分の1しかありません。一方、コンクリートは、例えば電気加熱によって1200℃というはるかに高い温度に加熱することができ、したがって、はるかに高い全体容量を有する。以下の例に従えば、直径約2.8 mの断熱された立方体は、暖房需要の50％を満たすのに十分な蓄熱を1つの家に提供できる可能性があります。原則として、これは、電気加熱が高温に達する能力があるため、過剰な風または光起電熱エネルギーを貯蔵するために使用できます。
郡レベルでは、ドイツのフリードリヒスハーフェン市でのWiggenhausen-Südプロジェクトが国際的な注目を集めました。これは、12,000 m3（420,000 cu.ft.）の鉄筋コンクリート蓄熱ユニットで、4,300 m2（46,000 sq。ft。）の太陽集熱器複合施設に接続されています。
シーメンスはハンブルク近郊に、600℃に加熱され1.5MWの電力を生成する玄武岩からなる36MWhの容量の蓄熱施設を建設しています。同様のシステムがデンマークのソロ市で建設される予定であり、18 MWhの容量で蓄えられた熱の41〜58％が都市の地域暖房に転送され、30〜41％が電力として転送されます。
ft。）、570世帯の温水と暖房の必要量の半分をカバーします。シーメンスはハンブルク近郊に、600℃に加熱され1.5MWの電力を生成する玄武岩からなる36MWhの容量の蓄熱施設を建設しています。同様のシステムがデンマークのソロ市で建設される予定であり、18 MWhの容量で蓄えられた熱の41〜58％が都市の地域暖房に転送され、30〜41％が電力として転送されます。
自家製太陽集熱器に関する基本情報
プロフェッショナルユニットの効率は約80〜85％ですが、非常に高価であり、ほとんどの人が自家製のコレクターを組み立てるための材料を購入する余裕があるという事実を考慮する必要があります。
この点で、すべては個別に決定および計算される設計上の特徴に依存します。
ユニットの組み立てには、使いにくく手が届きにくい工具や高価な材料は必要ありません。
ソーラーコレクター
ソーラーコレクターDIYツール
- 穴あけ器。
- 電気ドリル。
- ハンマー。
- 弓のこ。
考慮される設計にはいくつかの種類があります。それらは、効率と最終的なコストが互いに異なります。どんな状況でも、自家製のユニットは、同様の特性を持つ工場モデルよりも桁違いに安くなります。
最良の選択肢の1つは、真空太陽集熱器です。これは、その実行において最も予算が多く、最も簡単なオプションです。
