家庭太阳能发电厂的运行原理
太阳能发电厂是一个由面板、逆变器、电池和控制器组成的系统。太阳能电池板将辐射能转化为电能（如上所述）。直流电进入控制器，控制器将电流分配给消费者（例如，计算机或照明设备）。逆变器将直流电转换为交流电并为大多数家用电器供电。电池储存的能量可以在晚上使用。
视频说明
一个很好的计算示例，显示需要多少面板来提供自主电源，请参阅此视频：
太阳能如何用于产生热量
太阳能系统用于热水和家庭供暖。即使在供暖季节结束时，他们也可以提供热量（应业主的要求），并免费为房屋提供热水。最简单的设备是安装在房屋屋顶上的金属板。它们积累能量和温水，这些水通过隐藏在它们下面的管道循环。所有太阳系的运作都基于这一原理，尽管它们在结构上可能彼此不同。
太阳能集热器包括：
- 储存罐;
- 加油站;
- 控制器
- 管道；
- 配件。
根据结构类型，平板和真空收集器是有区别的。在前者中，底部覆盖有隔热材料，液体通过玻璃管循环。真空收集器非常高效，因为热损失保持在最低限度。这种类型的集热器不仅提供私人住宅的太阳能加热 - 方便将其用于热水系统和加热池。
太阳能集热器的工作原理
受欢迎的太阳能电池板制造商
大多数情况下，英利绿色能源和尚德电力公司的产品都在货架上。HiminSolar 面板（中国）也很受欢迎。他们的太阳能电池板即使在雨天也能发电。
太阳能电池的生产也已由国内制造商建立。以下公司这样做：
- 新切博克萨尔斯克的 Hevel LLC；
- 泽列诺格勒的“电信-STV”；
- 莫斯科的 Sun Shines（自主照明系统有限责任公司）；
- JSC“梁赞金属陶瓷设备厂”；
- CJSC“Termotron-zavod”等。
您总能找到价格合适的选择。例如，在莫斯科为家庭购买太阳能电池板，成本从 21,000 到 2,000,000 卢布不等。成本取决于设备的配置和功率。
太阳能电池板并不总是平坦的 - 有许多型号将光线集中在一个点上
电池安装步骤
- 要安装面板，选择照明最多的地方 - 通常是建筑物的屋顶和墙壁。为了使设备尽可能高效地运行，面板安装在与水平线成一定角度的位置。区域的黑暗程度也被考虑在内：周围可以产生阴影的物体（建筑物、树木等）
- 面板使用特殊的紧固系统安装。
- 然后将模块连接到电池、控制器和逆变器，对整个系统进行调整。
对于系统的安装，始终开发一个个人项目，该项目考虑到情况的所有特征：太阳能电池板将如何安装在房屋的屋顶上，价格和条款。根据工作类型和范围，所有项目均单独计算。客户接受工作并获得保证。
太阳能电池板的安装必须由专业人员进行并遵守安全措施。
结果 - 太阳能技术的发展前景
如果在地球上太阳能电池板最有效的运行受到空气的阻碍，空气在一定程度上会散射太阳辐射，那么在太空中就不存在这样的问题。科学家们正在开发带有太阳能电池板的巨型轨道卫星项目，这些卫星将每天 24 小时运行。从它们那里，能量将被传输到地面接收设备。但这是未来的问题，对于现有的电池，努力的方向是提高能源效率和减小设备的尺寸。
3 主要类型
大型装置能够为整个房屋供电，并在必要时将其完全加热。但这仅适用于小型私人别墅，它们无法为多层建筑供暖。
至于设备，可能会因型号而异。通常，基本套装包括：
- 真空太阳能集热器；
- 监控工作效率的专用控制器；
- 供应冷却剂的泵；
- 一个容量为 500-1000 升的热水箱；
- 电加热器或热泵。
在安装集热器之前，有必要计算它们需要多少功率才能完全满足所有需求。在计算时，值得考虑私人住宅的面积、居住人数以及能源消耗。例如，对于一个三口之家，平均每月需要 200 到 500 W/m²。
如果您计划为家庭提供热水，那么能源成本将会增加。为了提高效率，您可以制作加热系统的组合版本。在这种情况下，家庭将获得保险，并且在紧急和不可预见的情况下不会没有供暖。
在私人住宅中自己动手取暖：最佳选择
在住宅一层或两层住宅的蒸汽加热方案中，有一个加热锅炉、散热器和一个封闭的管道回路，加热到一定温度的液体（防冻剂、水）通过这些管道循环。对于单层建筑，最简单的重力系统是合适的，其工作原理基于物理定律。
在其中，由于组合获得的液压，冷却剂通过重力循环：
- 各种直径的管道；
- 包含在封闭式（expansomat）或开放式膨胀罐的回路中；
- 返回（返回）和直接（供应）管道之间的高度差。
| 重力流系统的好处 | 缺点 |
| 该系统不需要电网即可运行。 | 自己动手安装很困难，因为需要验证管道的角度 |
| 材料成本低 | 您必须目视评估膨胀水箱中的液体量，并在必要时补充 |
| 可维护性 | 适用于最大 150 平方米的房屋 |
对于任意层数（1-2层）的大面积房屋，选择强制循环的供暖方案：
- 泵;
- 任何类型的膨胀罐，安装在固体燃料锅炉附近（膜式）或加热回路顶部（开放式）。
| 流行的供暖方案 | 特点 |
| 单管 | 电池串联，冷却液的速度由泵设定，以控制对流器的加热强度，安装截止阀和控制阀：恒温阀，通风孔，散热器调节器，平衡旋塞（阀） |
| 两管 | 冷却液由不同的管道供应、排放到电池；在安装过程中，使用并联方案连接散热器。这确保了相同的加热强度 |
| “蜘蛛”（重力流） | 锅炉放置在地下室，膨胀水箱安装在阁楼。同时遵守规则：水位差不超过10m，热水沿立管向上移动到水箱，从水箱通过垂直管道供应到散热器。释放热量的冷却液进入水平线并返回锅炉 |
| 《列宁格勒》 | 主管道沿着房屋周边的地板延伸，热液体（防冻剂、水）依次通过电路中包含的每个散热器 |
| 辐射 | 热水通过收集器分配到散热器 |
集热器加热系统
通过安装集热器而不是太阳能模块（在太阳辐射的影响下加热水的室外装置），可以实现最大的效率和回报。这样的系统更加合乎逻辑和自然，因为它不需要通过其他设备加热冷却剂。
考虑两种主要类型的设备的设计和工作原理：扁平和管状。
DIY平面版
平面装置的设计非常简单，经验丰富的工匠用自己的双手组装手工艺品，在专门的商店购买一些零件，并用即兴材料建造一些。
在钢或铝绝缘箱内，固定有一块吸收太阳热量的板。大多数情况下，它被一层黑色铬覆盖。散热器顶部由密封的透明盖保护。
水在蛇形管中加热，并连接到盘子上。水或防冻剂通过进水管进入盒子，在管中加热并移动到出口 - 到出水管。
盖子的透光性是由于使用了透明材料 - 耐用的钢化玻璃或塑料（例如聚碳酸酯）。为了不反射太阳光线，玻璃或塑料表面是无光泽的 (+)
连接方式有单管和双管两种，选择上没有根本区别。但是冷却液如何供应给收集器有很大的不同——重力或使用泵。由于水的运动速度慢，第一种选择被认为效率低下；根据加热原理，它类似于夏季淋浴的容器。
第二种选择的操作是由于循环泵的连接而发生的，该泵强制供应冷却液。太阳能系统可以成为抽水设备运行的能源。
太阳能集热器加热时冷却剂的温度达到 45-60 ºС，出口处的最大指示器为 35-40 ºС。为了提高供暖系统的效率，与散热器一起使用“温暖的地板”（+）
管状收集器 - 北部地区的解决方案
操作的一般原理类似于扁平对应物的功能，但有一个区别 - 带有冷却剂的热交换管位于玻璃烧瓶内。管子本身是羽毛状的，一侧密封，外观类似于羽毛，同轴（真空），相互插入并在两侧密封。
热交换器也不同：
- 一种将太阳能转化为热能的系统热管；
- 用于移动 U 型冷却剂的传统管。
第二种类型的热交换器被认为效率更高，但由于维修成本而不够受欢迎：如果一根管子出现故障，则必须更换整个部分。
热管不是整段的一部分，因此可以在 2-3 分钟内更换。只需卸下插头并更换损坏的通道即可修复失效的同轴元件。
解释真空管内加热过程的循环性质的图表：冷液体在太阳热的影响下升温并蒸发，让位于下一部分冷冷却剂 (+)
在分析了各类集热器的技术特点，总结了使用经验后，我们认为平板集热器更适合南方地区，管状集热器适合北方地区。热管系统的安装已经证明在恶劣的气候条件下表现得特别好。即使在阴天和晚上，它们也具有加热能力，以最少量的阳光为食。
将太阳能集热器连接到锅炉设备的标准方案示例：泵站提供水循环，控制器调节加热过程
提高太阳能组件的效率
使用以下方法之一可以提高太阳能系统的效率：
- 更改模块的位置。有时，为了提高效率，将模块相对于太阳光线的方向性矢量正确定位就足够了。这通常需要将所有模块部署到南部。如果该地区的白天很长，您还可以使用指向东侧和西侧的表面 - 也有足够的光可以转化为能量。
- 改变倾斜角度。模块的文档总是指出系统效率最大的推荐倾斜角度。在实践中，此值可能会因地理位置和其他个人特征而有很大差异。
- 选择安装位置。大多数情况下，太阳能模块安装在建筑物的屋顶上——这是最简单、最实惠和最明显的选择，但不是最有效的。最好的办法是提前准备一个旋转底座并将面板安装在上面，以便设备在移动时跟随太阳光线。
最后一点值得特别注意。当然，安装在屋顶上的模块也不是没用的——毕竟在这种情况下，太阳光线没有障碍物，因此它们很容易到达设备并被转换成所需的能量类型。
问题在于垂直于太阳光线的模块布置在短时间内具有最大效率。
跟踪光束当前方向的旋转装置可让您摆脱此类问题。诚然，此类设备也有不利的一面 - 特别是，我们正在谈论旋转系统的极高成本。此外，在某些情况下，购买此类设备不会以任何方式影响系统的效率 - 例如，如果没有适当考虑气候条件。这种情况下的费用将是完全不合适的。
根据近似计算，为了使旋转元件还清，它们的数量必须至少为八个。当然，您可以使用较少数量的模块（大约 3-4 个），但只有将它们直接连接到水泵，它们才会是有利可图的购买，在其他情况下，效率的提高将是微不足道的。
计算太阳能电池板的能源效率
在计算太阳能电池板所需面积时，必须考虑到一平方米的此类设备将为您的网络提供大约 120 瓦的功率。现在在你的房子周围走走，估计你的家用电器和设备有多少电量。估计通过用节能设备替换某些设备可以节省多少能源也是合理的。之后，您就可以开始计算所需的太阳能电池板数量和面积，尽量考虑您所在地区的太阳活动时间。
用太阳能加热私人住宅
除了利用太阳能发电外，我们的灯具还可以为您的家供暖。当然，您可以使用最简单的方法，将电加热系统连接到太阳能电池板。但它很可能效率很低，尤其是考虑到我们所在纬度地区每年的晴天数量并不多。
最好将使用太阳能电池板发电的系统和基于用太阳能加热液体的自主加热系统结合起来，然后进入您家的加热散热器。
太阳能加热的工作原理
加热收集器将是这种自主太阳能加热系统的关键要素。这些是专门的设备，以最小的损失将太阳辐射能转移到冷却剂中，冷却剂可以是水或特殊的防冻剂。
太阳能热水器电路
这种高科技方法的一个重要优势是，即使在最恶劣的气候条件下，这种系统也能有效工作，即使在室外负温度较低的情况下，其效率也不会降低。
这种系统，也称为太阳能集热器，已经证明了自己，例如，在中国北部地区——气候非常恶劣的地区。此外，在这些地区，它们甚至安装在公寓楼中。
在集热器中加热后，冷却液通常进入具有优良隔热性能的储罐。这种罐中液体的温度保持相当长的时间。如果使用普通自来水作为热载体，那么除了加热之外，这种液体还可以用于家庭用途，例如用于洗涤或洗碗。
自主供暖的规范和要求
在设计加热结构之前，有必要查看 SNiP 2.04.05-91，它规定了管道、加热器和阀门的基本要求。
一般规范归结为确保房屋为居住在其中的人们提供舒适的小气候，以适当地装备供暖系统，此前已制定并批准了该项目。
许多要求以 SNiP 31-02 中的建议形式制定，该标准规定了单户住宅的建造规则及其通信规定。
另外，规定了与温度有关的规定：
- 管道中冷却剂的参数不应超过+ 90ºС；
- 最佳指标在 + 60-80ºС 内；
- 位于直接进入区域的加热装置的外表面温度不应超过 70ºС。
供暖系统的管道建议使用黄铜、铜、钢管制成。在私营部门，主要使用批准用于建筑的聚合物和金属塑料管状产品。
水加热回路的管道通常以开放方式铺设。安装“暖地板”时允许隐藏铺设
铺设供暖管道的方法可以是：
- 打开。它涉及用夹子和夹子固定在建筑结构上。用金属管构建电路时是允许的。如果排除热或机械冲击造成的损坏，则允许使用聚合物类似物。
- 隐。它涉及在建筑结构中选择的闪光灯或通道中、踢脚板或保护和装饰屏风后面铺设管道。在设计为至少运行 20 年且管道使用寿命至少为 40 年的建筑物中，允许使用整体轮廓。
优先考虑的是开放式铺设方法，因为管道路线的设计应提供对系统任何元件的免费访问以进行维修或更换。
管道在极少数情况下是隐藏的，只有当这种解决方案是由技术、卫生或建设需要决定时，例如，在混凝土熨平板中安装“暖地板”时。
在铺设冷却剂自然运动的系统管道时，必须观察 0.002 - 0.003 的斜率。冷却剂在其中以至少 0.25 m/s 的速度移动的泵送系统的管道不需要提供坡度
在露天铺设主干管的情况下，必须为穿过未供暖房屋的部分提供与施工区域气候数据相对应的隔热材料。
自然循环式的自主供暖管道必须安装在冷却剂运动的方向上，使热水靠重力到达电池，冷却后沿回水管以同样的方式流向锅炉。抽水系统的主干管没有坡度，因为。没有必要。
各类膨胀罐的使用规定：
- 开放式，用于泵送和自然强迫的系统，应安装在主立管上方；
- 封闭式膜装置，专门用于强制系统，安装在锅炉前的回油管路上。
膨胀罐设计用于补偿加热时液体的热膨胀。他们需要将多余的排放到下水道或街道上，就像最简单的开放式选择一样。封闭的胶囊更实用，因为它们不需要人为干预来调节系统的压力，但更昂贵。
开放式膨胀水箱安装在系统的最高点。除了为液体膨胀提供储备外，它还担负着排除空气的任务。封闭式水箱放置在锅炉前面，通风孔和分离器用于去除空气
在选择截止阀时，在选择抽油机时优先考虑球阀 - 压力高达 30 kPa 和容量高达 3.0 m3 / h 的设备。
由于流体的标准风化，预算开放品种需要定期补充。在他们的安装下，有必要显着加强阁楼地板并使阁楼绝缘。
建议将散热器和对流器安装在窗户下方，便于维护的地方。加热元件在浴室或浴室中的作用可以通过连接加热通信的加热毛巾架来发挥
热岩、混凝土、鹅卵石等中的热量积聚。
水具有最高的热容量之一 - 4.2 J / cm3 * K，而混凝土只有该值的三分之一。另一方面，混凝土可以通过例如电加热加热到 1200 摄氏度的更高温度，因此具有更高的总容量。从下面的例子来看，一个大约 2.8 m 宽的隔热立方体可能能够为一个家庭提供足够的储存热量，以满足 50% 的供暖需求。原则上，由于电加热能够达到高温，这可用于储存多余的风能或光伏热能。
在县级层面，德国腓特烈港市的 Wiggenhausen-Süd 项目引起了国际关注。这是一个 12,000 立方米（420,000 立方英尺）的钢筋混凝土蓄热单元，连接到一个 4,300 平方米（46,000 平方英尺）的太阳能集热器综合体，可提供 570 户家庭一半的热水和供暖需求。
西门子正在汉堡附近建造一个蓄热设施，容量为 36 兆瓦时，由加热到 600 摄氏度的玄武岩组成，发电量为 1.5 兆瓦。丹麦索罗市计划建设一个类似的系统，其中 41-58% 的容量为 18 兆瓦时的储热将转移到该市的区域供热系统，30-41% 作为电力。
英尺），满足 570 户家庭一半的热水和供暖需求。西门子正在汉堡附近建造一个蓄热设施，容量为 36 兆瓦时，由加热到 600 摄氏度的玄武岩组成，发电量为 1.5 兆瓦。丹麦索罗市计划建设一个类似的系统，其中 41-58% 的容量为 18 兆瓦时的储热将转移到该市的区域供热系统，30-41% 作为电力。
自制太阳能集热器基本信息
专业单位的效率在80-85%左右，但你需要考虑到它们相当昂贵，而且几乎每个人都买得起组装自制集热器的材料。
在这方面，一切都取决于设计特征，这些特征是单独确定和计算的。
该装置的组装不需要难以使用和难以触及的工具和昂贵的材料。
太阳能集热器
太阳能集热器 DIY 工具
- 穿孔器。
- 电钻。
- 一个锤子。
- 钢锯。
考虑的设计有多种。它们在效率和最终成本方面彼此不同。在任何情况下，自制单元的成本都会比具有类似特性的工厂模型便宜一个数量级。
最好的选择之一是真空太阳能集热器。这是执行过程中最预算和最简单的选择。
