Дом с солнечными батареями на крыше

Обновлено: 18.04.2024

Американцы разработали «невидимые» солнечные батареи, которые внешне ничем не отличаются от фальцевой кровли.

Выбираете энергоэффективные решения?

Обратите внимание на геотермальные тепловые насосы FORUMHOUSE

Геотермальный тепловой насос EU (старт/стоп)

Геотермальный тепловой насос IQ (псевдоинвертор)

Геотермальный тепловой насос IQ (инвертор)

Многие из загородных жителей, особенно в южных регионах, не прочь поставить на крышу своего коттеджа солнечные батареяи. Традиционно солнечные батареи устанавливаются на крыше дома, но есть люди, которые считают, что фотоэлементы портят внешний вид дома, особенно, если в качестве кровельного покрытия использованы элитные материалы. Солнечная крыша - новое изобретение, которое решает эту проблему.

Как результат, даже домовладельцы, располагающие средствами для монтажа солнечных батарей, не ставят их на крышу или вынуждены отводить место на участке под установку фотоэлектрических панелей.

Решение проблемы предлагает изобретатель из Калифорнии Зак Тейлор. Он разработал систему, объединившую в себе высокоэффективные солнечные батареи и классическую фальцевую кровлю.

Однажды мне в голову пришла идея. Любому загородному дому нужна электрическая энергия и красивая крыша, надо объединить их вместе!

Система представляет собой многослойную систему (пирог изнутри наружу), состоящую из следующих компонентов:

Скрытая система крепления.
Оцинкованная металлическая подложка, имитирующая фальцевую кровлю (характерные рёбра).
Солнечные батареи.
Специальная оптическая плёнка.
Сверхпрочное закалённое стекло.

«Невидимость» солнечных батарей на крыше достигается за счёт применения плёнки, которая находится под стеклом и которая может быть окрашена в разные цвета.

Т.е. фотоэлементы работают, как обычные батареи. Лучи солнца беспрепятственно проходят сквозь стекло и пленку и попадают на фотоэлементы, но создаётся полная оптическая иллюзия, что крыша покрыта фальцевой кровлей.

Чтобы понять, что крыша «стеклянная», нужно смотреть на неё в ясный день, на расстоянии и строго сверху вниз.

Сверхпрочное стекло выполняет защитную функцию (в случае града и т.п.). Мы также предусмотрели воздушный зазор, который сделан между основанием крыши и фотоэлементами. Благодаря этому осуществляется вентиляция подкровельного пространства, а система не перегревается в жаркие дни.

По словам разработчиков «солнечной крыши», гарантия на систему составляет 40 лет. На выбор доступно 8 цветовых вариантов окрашивания панелей, это полностью готовый продукт. С монтажом солнечных панелей на крыше легко справится тот, кто разбирается в нюансах строительства крыш и укладки кровельных покрытий.

Кровля из солнечных батарей эстетично выглядит и отлично
смотрится на коттедже любого дизайна: от хай-тека до
классики. Домовладелец раз и навсегда избавлен от
«головной боли», как смонтировать солнечные панели
так, чтобы не испортить дорогое кровельное покрытие.
Вся крыша дома сделана из солнечных батарей!
Фотоэлементами покрыта вся ее площадь, за счёт чего
повышается КПД системы и количество вырабатываемой
ею электроэнергии.

Для эффективной работы панелей в зимнее время, в систему можно установить функцию подогрева кровли. В этом случае снег будет таять и не закрывать аккумуляторы.

На данном этапе устройство проходит финальные испытания. Запуск изделия в серийное производство и продажа намечены на 2018 год.

На FORUMHOUSE есть статья, где собран практический опыт пользователей портала по строительству автономного дома применительно к нашему суровому климату и условиям эксплуатации.

Также рекомендуем материалы, где описывается крыша с интегрированными солнечными коллекторами и внешне неотличимая от сланцевой кровли, и необычная отопительная система «тёплый потолок».

1. После завершения работ, надо было провести инспекцию. Это делают власти города - проверяют что электроработы выполнены правильно, и что структурные работы (присоединение к крыше) выполнено правильно. Компания-установщик назначили инспекцию на 9 мая, инспектора (три штуки) приехали. Электроинспектор выявил мелкие недочеты (что то там в электрощитке было неправильно прикручено), попросил устранить, и прислать ему фотографию с исправлением. В тот же день все было одобренно.

2. После этого, на следущий день, 10 мая, на сайте электрокомпании FPL подал заявку на подключение. Они просят описание системы, и подписать договор на подключение. Если мощность менее 10 квт то подключение бесплатно. За 5 дней они все одобрили, и поменяли электросчетчик на счетчкик который отслеживает переток энергии в обе стороны (bi-directional meter).

4. Я себе установил приложение на телефон для отслеживания производства энергии. Все панели (микроинвертеры у каждой панели) соединены с компьютером, который по Wifi подключен к сети, и я могу почти в реальном времени отслеживать работу системы. Я так понимаю что общение микроинвертеров с компьютером происходит по силовым проводам.

Сегодня 16 мая, погода у нас была в основном облачная, с небольшими дождями. За сегодня система произвела около 54 квтч. Солнечные панели занимают по площади менее трети моей крыши, и при желании я мог бы утроить производство энергии, но смысла в этом нет так как мне не платят за произвоство сверх своего потребления.

Вот потребление 16 мая с солнечными панелями. Среднее за сутки 0 (произвел больше чем потребил), пик потребления из сети был 1.9 квтч, и пик отдачи в сеть был 5.4 квтч.

6. Сколько это стоит, и имеет ли это экономический смысл? Общая стоимость составила $31,388. У нас за установку солнечных панелей дают налоговый вычет в размере 30% от стоимости, поэтому чистая стоимость для меня будет $21,971. Я конечно понимаю что $20 тысяч или $30 тысяч это много денег, но гарантия на эту систему 25 лет, да и после 25 лет она будет продолжать работать. Ведь люди покупают автомобили за $20,000 - $30,000, и срок службы этих автомобилей намного короче. Поэтому я считаю что $20-30 тысяч за практически пожизненную электроэнергию - это недорого.

Перед установкой я делал расчет окупаемости и стоимости энергии. Электричество из сети у нас стоит 12-13 центов за кВтч. При такой стоимости системы и электричества, и если предположить что инфляция на электроэнергию будет 3% и деградация панелей будет 0.7%, то я посчитал что у этого проекта окупаемость будет порядка 8 лет, чистая текущая выгода (net present value) +$16,749, и внутренняя норма прибыли (internal rate of return) 12.02%. Общая стоимость электричества от этой системы для меня будет 5.4 цента (с учетом налоговой субсидии) и 7.7 цента без учета субсидии. Конечно, это теоретические расчеты. Через год напишу и сравню ожидание с реальным производством энергии.

Помимо экономической выгоды, в этом проекте для меня есть существенные нематериальные преимущества - независимость от будущих повышений цен, снижение вредных выборосов, возможность заряжать электромобиль от своей собственной электроэнергии, ну и возможность не поддерживать своими долларами всяких кровавых диктаторов, которые держатся у власти лишь за счет высоких цен на энергоносители.

[Продолжение следует . в следущей части расскажу про установку и стоимость батарей Tesla Powerwall, которые нужны для бесперебойной работы ночью или во время отключения сетевого электричества]

Крыша — самое удобное место для установки домашней солнечной электростанции, ведь здесь лучшая освещённость в течение дня. Тем более так система не занимает место на территории и придаёт эстетичный внешний вид дому. Но как понять, что крыша подходит для установки солнечных панелей.

Идеальная крыша для солнечных батарей

Большая площадь.
Выходит на южную сторону.
Имеет угол наклона 30 градусов.

Это основные характеристики, благодаря которым вы получите максимальную выработку электроэнергии. Но даже если что-то не соответствует, ставить крест на вашей задумке не стоит.

Какой должна быть крыша для установки солнечных панелей

А теперь рассмотрим все параметры, которые необходимо учесть, пока вы не начали монтаж.

Инсоляция в вашем регионе

Крыша вашего дома может идеально подходить для солнечных батарей, но из-за недостаточной солнечной активности вы можете так и не выйти на окупаемость проекта.

Эти данные помогут понять, на какой уровень солнечного воздействия вы можете рассчитывать.

Направление крыши

Выше мы говорили, что идеально — это когда крыша выходит на юг, так она будет получать максимум солнечного света в течение дня. Но вариант с западным и восточным направлением тоже приемлем, особенно если выставить правильный угол наклона панелей.

Угол наклона крыши

Практически любой наклон крыши подойдёт, т.к. оптимальный угол наклона солнечных батарей можно отрегулировать кронштейнами. Конечно, проще всю конструкцию прикрепить непосредственно к плоскости крыши и не возвращаться к этому вопросу, но здесь важно учитывать, что в течение года Солнце занимает разное положение на небосводе, а значит логично будет предусмотреть возможность корректировать наклон солнечных панелей.

Лучший вариант — это хотя бы раз в сезон менять угол панелей. Необязательно делать это вручную, т.к. можно использовать электронные трекеры — подвижные платформы, которые поворачивают фотоэлектрические модули за Солнцем и корректируют сезонный угол наклона.

Размер и форма крыши

Просторная квадратная крыша отлично подойдёт для ваших целей. Всегда будет место, чтобы развернуться во время монтажных работ, да и не исчезнет необходимость покупать дорогие модели солнечных панелей с наивысшей эффективностью. Имея достаточно полезной площади, можно приобрести качественные поликристаллические модули, которые пусть и не супермощные, но недорогие и долговечные.

Усугубляют ситуацию различные конструкции на крыше, например, дымоходы или антенны. Это фактор, который резко уменьшает полезную площадь. Спасёт только продуманная проектировка солнечной электростанции.

Затенение крыши

Любые объекты, которые отбрасывают на крышу тени, будут так или иначе влиять на эффективность работы солнечных панелей. Хуже всего, если это соседняя постройка, отбрасывающая тень на дом, который вы хотите перевести на солнечную энергию. В этом случае модули будут работать, но результативность лучше протестировать заранее: закрепите одну панель на крыше и в течение солнечного дня определите, сколько она вырабатывает электричества. Зная потребности вашего домохозяйства, вы поймёте сколько таких панелей понадобится установить и поместятся ли они на крыше.

Если тень на кровлю отбрасывают деревья, то по возможности их лучше просто спилить. Так не придётся их постоянно подрезать и сведётся к нулю вероятность того, что ветки повредят солнечные батареи.

Состояние крыши

Лучше устанавливать панели на новую кровлю, ведь в случае её замены потребуется демонтаж солнечной системы, а потом придётся всё крепить заново, что просто экономически нецелесообразно. Учитывайте, что фотоэлектрические батареи могут служить несколько десятков лет, соответственно и ремонт крыши не должен на этот период планироваться.

Понятно, что и на старую кровлю нельзя ничего устанавливать по причине того, что она может просто не выдержать дополнительной нагрузки, провалиться и повредить солнечные модули.

Материал кровли

Большинство современных кровельных материалов подойдут для монтажа солнечных панелей. С осторожностью нужно относиться к шиферу и глиняной черепице — тут велика вероятность поломки кровли во время монтажных работ.

Практически любая крыша подойдёт для установки солнечных батарей. Заблаговременно убедитесь в состоянии кровли и избавьтесь от затемнений. Хорошо, если пологий край крыши выходит на юг и имеет угол около 30 градусов, но это не главный ориентир, т.к. всё можно откорректировать правильным каркасом и кронштейнами.

Использование альтернативных источников для выработки электричества – одно из наиболее перспективных направлений в развитии энергетики. Если раньше стоимость солнечных батарей существенно ограничивала возможности для их установки, то сегодня элементы стали более доступны. Именно поэтому сейчас установка солнечных батарей на крыше становится всё более популярным и экономически оправданным решением.

Варианты крепления солнечных батарей на крыше

В большинстве случаев монтаж панелей выполняется на крыше частного дома. Ключевым параметром при выборе способа крепления становится конструкция кровли. При этом важно учитывать её способность выдерживать суммарные нагрузки.

Крыши со скатами.
- Если угол наклона не превышает 30⁰, можно монтировать батареи без использования кронштейнов.
- При скате до 40⁰ обязательно использование специальных несущих конструкций.
- Плоские крыши. Рекомендуется использование металлического каркаса (панели при этом располагаются под углом).
В любом случае крепления должны быть неподвижными и достаточно надёжными, чтобы они выдерживали ветровые нагрузки, воздействие погодных факторов (высокой влажности, экстремальных температур).

Основные этапы установки

Весь процесс состоит из 2-х этапов:
1. Изготовление и крепление каркаса на крышу.
2. Установка панелей на каркас.
Монтаж профильного каркаса

Установка солнечных батарей на крыше начинается со сборки каркаса или рамы из металлического профиля.

Все необходимые отверстия в профилях просверливаются заранее, чтобы упростить сборочные работы на высоте.

Рекомендуемый размер профиля под стандартные панели — 25×25 мм. Болты для соединения элементов конструкции 6-8 мм.

Зафиксировать направляющие на кровле можно с помощью металлических уголков 50×50 мм или шпилек диаметром 12 мм. В любом случае между крышей и панелями должен быть зазор 50-100 мм, чтобы снизить вероятность перегрева элементов.

Итоговая конструкция зависит от необходимого угла уклона.

Важно учитывать!

Недопустимы перекосы конструкции. В этом случае возникает поверхностное напряжение, из-за которого на фотоэлементах со временем появляются микротрещины.

Крепление панелей

На готовый каркас болтами 6-8 мм устанавливаются солнечные панели.

Позаботитесь о предварительном выводе и надёжной изоляции проводов от батарей.

Убедитесь, что итоговая конструкция устойчива и не издаёт скрипов при воздействии ветра.

Что важно учитывать при монтаже солнечных панелей

Грамотная установка солнечных панелей на крыше – обязательное условие для их эффективной работы. Только в этом случае можно гарантировать корректную работу, а также соответствие параметров генерируемой электроэнергии заявленным производителем параметрам. В частности на производительность батарей влияют расположение элементов: они должны быть направлены строго в южном направлении (предельно допустимое отклонение составляет 20⁰).

В ситуации, когда скаты располагаются с восточной и западной стороны, система должна быть более мощной. Не менее важно выдерживать рекомендации по углу наклона панелей, месту их размещения. Необходимо учитывать, что потребуется удобный доступ для обслуживания батарей (для этих целей стоит спроектировать площадку для перемещения).

При этом место установки не должно находиться в зоне, куда отбрасывают тень соседние здания или растущие рядом деревья. Если других вариантов нет, можно использовать для монтажа поворотные крепления или отдельные фермы.

Будущее именно за экологически чистыми технологиями и альтернативной энергетикой. С солнечными батареями вы будете готовы к нему уже сейчас!

Солнечные батареи на крыше крепятся в первую очередь с учетом материалов покрытий, типа обрешетки, соответственно им выбирают способ фиксации, вариант крепежных элементов. Для монтажа фотоэлектрических солнечных элементов надо произвести расчет количества панелей. Важно также учесть, как размещен дом, затенение, интенсивность освещения солнцем, оптимальный угол.

Характеристики солнечных панелей, влияющие на их установку
- размер фотогальванических элементов, который определяет их количество, возможности размещения под особенности крыши;
- материал покрытия: черепица, металл, каучук, ТПО, ПВХ, шифер, ондулин.
- форма листов покрытия: волнообразные, плитками, находящие друг на друга элементы, со стыковыми швами в виде фальцев.
Именно для процесса закрепления к крыше вид и технология фотогальванических элементов — моно, поли, тонкая пленка — малозначимы. Но мощность и эффективность все-таки может повлиять на монтаж солнечных панелей. Например, если дом имеет север крыши с ограниченной поверхностью, то туда можно поставить более эффективные изделия, остальные — на южную часть, лучше прогреваемую солнцем.

Если по каким-то причинам пользователь посчитает уместным комбинировать продукцию разных фирм или типы панелей, то это также возможно при подходящих параметрах для выбранной архитектуры системы.

Крыша из солнечных батарей кровельные технологии должна учитывать всегда. Например, если каркас состоит из ОСБ плит, это дает более широкие возможности для размещения креплений.

В продаже есть стандартные унифицированные наборы для фиксации солнечных батарей со всеми необходимыми элементами. У производителей можно также заказать нужное количество и параметры набора под индивидуальные потребности.

После того как вы разберетесь с установкой, рекомендуем узнать: как подключить солнечные панели к аккумулятору и источнику потребления.

Какие потребуются элементы крепления

Для фиксации есть такие типы крепежных элементов со своими вариантами форм под особенности крыш:
- направляющие, опорные рейки. Это S-образные профили, рельсы с вырезами под прижимы. Именно непосредственно к ним крепят фотоэлектрические плиты. Направляющие унифицированы, поэтому подобрать их не составит труда;
- зажимы, прижимы — это элементы, фиксирующиеся напрямую к кровле, ее обрешетке, фальцам, а второй их конец закрепляет направляющие. Виды:
  - концевые — для крайних солнечных панелей;
  - центральные — фиксируют две фотогальванические плиты к опорным профилям.
  Установка на разные материалы, модификации крепежей
  
  Установка крепежа солнечных батарей на крыше учитывает, что эти детали намного разнообразнее, в отличие от направляющих, так как они фиксируют каркас системы к крышам из разных материалов. Есть изделия для металла, черепицы, шифера и других кровель.
  
  Все модификации креплений можно отнести к двум типам:
  - не нарушающие целостности покрытий (зажимы или крепящиеся только к обрешетке, когда можно поднять элемент настила);
  - протыкающие покрытие, требующие создания отверстий, ячеек.
  Если дом имеет крышу с уклоном, то оптимальный ее угол от 30 до 40°, в северных широтах может быть больше. Для самоочистки солнечных панелей дождем угол должен быть не меньше 15°. Наклон можно создать более сложным каркасом из опорных профилей.
  
  Металлические крыши
  
  Самый удобный и простой для установки реек вариант соединений металлических листов крыши — когда они соединены стыковыми швами в форме рубцов, фальцами. Высоты и ширины выступов обычно всегда достаточно, чтобы установить на нем зажим.
  
  Целостность покрытия с креплениями-зажимами не нарушается. Делать отверстия и крепить через них кронштейны болтами, саморезами не надо вообще — достаточно установить изделие и затянуть его болты. Это удобно не только при монтаже, но и при демонтаже. Дополнительный плюс: соединение не надо герметизировать, риск коррозии в его месте намного ниже.
  
  Другой вариант. Если дом с крышей из волнистых, имитирующих черепицу, меандр металлических листов, применяют способ, нарушающий их целостность. Используют специальные саморезы, болты, а чаще винтошурупы с уплотняющими прокладками, пробивающими покрытие насквозь и фиксирующиеся на лагах или плитах обрешетки.
  
  Кровля черепичная, из каучука, ПВХ, ТПО
  
  Кровля с черепицей или подобными элементами, надвигающимися друг на друга (испанская) — отличный вариант, так как солнечная батарея крепится без нарушения целостности покрытия. Надо всего лишь приподнять черепицу и установить огибающий ее край кронштейн с основой (широкой ножкой), крепящейся болтами к обрешетке, плитам каркаса.
  
  Аналогичные преимущества у полимеризованного этилен-пропилен-диен-мономера (ЭПДМ), проще говоря, штучного каучука, а также из термопластичного полиолефина (ТПО), ПВХ.
  
  Когда метод, не влияющий на целостность нельзя применить, в черепице создают пилой отверстия, в которые вставляют кронштейны. Ножки крепежей фиксируются болтами к каркасу крыши. Затем отверстия заливают монтажной пеной и цементом.
  
  Шифер, ондулин
  
  Шифер, ондулин самые ненадежные материалы для установки фотоэлектрических батарей. В данном случае отсутствует возможность приподнять сегмент и закрепить кронштейн к лагам, не нарушая целостности покрытия. Обычно первый материал волнистый: листы накладываются друг на друга со значительной шириной наложения. Дрелью в местах прохождения лаг (обычно на горбе шифера) делают отверстия под винтошурупы, через которые и крепят сегменты к обрешетке. Аналогичный способ применяют для волнистых металлических материалов.
  
  Установка солнечных фотоэлектрических панелей на крышу поэтапно
  
  Материалы кровли, крепление солнечных панелей должны правильно соотноситься. Установка на разные покрытия отличается именно типами крепежей, фиксирующих опорные рельсы (профили с S-образным сечением). Рассмотрим более подробно и полностью работу по установке солнечных коллекторов.
  
  План, чертеж
  
  На первом этапе измеряют рулеткой крышу и составляют чертеж с размерами и геометрией крыши, под которые подбираются панели. На плане обозначают расположение направляющих и креплений.
  
  На чертеже рисуют оптимальное расположение фотогальванических плит с учетом отступов для прохода, снегоуловителей, от иных элементов. Обозначают затененные сегменты (около труб, деталей конструкций и прочего), проемы.
  
  Опорные рельсы фиксируются кронштейнами с зазорами между ними в 1200–1500 мм. Плиты помещают на две S-рельсы, размещаемые параллельно, для направляющих от кромки плит отступают 200–400 мм.
  
  Монтаж крепежей
  
  Металлопрофиль со стыковыми соединениями в виде фланцев. Применяют крепления в виде зажимов, стягивающихся болтами, не нарушая целостности покрытия.
  
  Металлочерепица и металлопрофиль. Используют Г (L)-образный кронштейн для S-реек. Перед его установкой к концу, фиксируемого к крыше, наклеивают кусок битума. Уголок закрепляется к обрешетке саморезами (чем больше отверстий для них, тем лучше) с герметиком.
  
  Битумная черепица. Используют кронштейн с широкой площадкой, так как дом с такой крышей часто имеет обрешетку для данного материала из ОСБ плит. Соединение уплотняется как описано выше.
  
  Керамическая (натуральная) черепица. Плитка кровли подвигается под верхний ряд, открывается путь к обрешетке, туда вставляют кронштейн, закрепляют его к лагу (плите). Крепежи должны быть с одинаковыми промежутками. Если при оснащении такой поверхности солнечными батареями, место крепления не совпало с положением лага, берут изделие с более длинной площадкой и/или ножкой. В завершение монтажа неповрежденная черепица задвигается на прежнее место — это самый аккуратный вариант установки.
  
  Шифер и ондулин. Применяют особые винтошурупы из нержавейки. Крепеж ставят в месте прохождения лагов — на горбах, затем на него надевают кронштейн, используемый для металлочерепицы и металлопрофиля. Винт снабжен толстой резиновой прокладкой для герметизации отверстия.
  
  Монтаж направляющих
  
  После фиксации кронштейнов к ним присоединяют опорные S-рельсы. Стандартно применяют захваты и болты (с гроверами, внутренними шестигранниками). Первый элемент вставляется в паз рельсы, вторым осуществляется зажим.
  
  Рейки обычно поставляются в комплекте к панелям, их форма стандартная и их можно докупить не только у конкретного производителя, но и в магазинах стройматериалов, на металлобазах. Длина может быть разной, направляющую можно обрезать обычной ножовкой по металлу или наращивать.
  
  Ламели опорных S-профилей наращиваются и стыкуются соединителями — металлическими планками с болтами.
  
  Установка панелей
  
  После закрепления реек устанавливают сами фотоэлектрические элементы. Фиксацию осуществляют двумя вариантами прижимов с четырех сторон. Длину этих деталей подбирают под тип панелей. Стандартно есть два типа изделий — на 35 и 40 мм. Крайняя плита с внешнего края фиксируется концевыми прижимами, а для внутренних торцов панелей применяют центральные универсальные типоразмеры. Для присоединения этих элементов к направляющим используют болты (M8×25, M8×50) и захваты.
  
  Когда солнечные батареи установлены на крышу надо проверить отсутствие перепадов высоты, уровня реек. Все сегменты должны выстроиться в одну ровную плоскость. Мониторинг также делают постоянно в процессе монтажа на профиль: перед началом работ натягивают нить и по ней проверяют их положение.
  
  Читайте также: