Panele półprzewodnikowe, które przekształcają energię słoneczną w energię elektryczną, są zwykle instalowane w jednym celu - w celu zapewnienia działania urządzeń gospodarstwa domowego. Ci entuzjaści nie kończą się na tym i próbują dostosować panele słoneczne do ogrzewania domu. Sugerujemy omówienie tego pomysłu, rozważenie możliwych metod ogrzewania za pomocą paneli fotowoltaicznych. Rentowność alternatywnych elektrowni i inne kwestie finansowe nie mają sensu, jest to osobna kwestia.
Jak działa elektrownia słoneczna
Nie zamierzamy poświęcać czasu i rozmawiać o tym, jak moduły półprzewodnikowe generują prąd. Ale jeśli chcesz zorganizować ogrzewanie słoneczne prywatnego domu, musisz wyobrazić sobie zasadę stacji fotowoltaicznej i poznać wszystkie niuanse, które wpływają na jej moc.
Elektrownia słoneczna (SES) składa się z następujących elementów (pokazanych na poniższym schemacie):
- jeden lub więcej paneli, które odbierają promieniowanie słoneczne;
- akumulatory (akumulatory), które akumulują wytworzoną energię elektryczną;
- kontroler monitoruje poziom naładowania, kieruje prąd do pożądanego obwodu;
- falownik przekształca stałe napięcie paneli słonecznych w prąd przemienny 220 V.
Ciekawy punkt. Cena modułów to nie więcej niż 30% kosztu pełnego zestawu urządzeń. Pozostałe 70% to akumulatory, falownik i sterownik. Akcesoria wybiera się dla jednego napięcia roboczego 12, 24 lub 48 woltów.
Upraszczamy algorytm systemu:
- W ciągu dnia baterie wytwarzają prąd przez kontroler.
- Jednostka elektroniczna szacuje poziom naładowania akumulatora, a następnie kieruje energię do żądanej linii - do ładowania lub do odbiorców (do falownika).
- Falownik przetwarza prąd stały na prąd przemienny o standardowych parametrach - 220 V / 50 Hz.
Istnieją 2 rodzaje kontrolerów - PWM i MPPT. Różnica między nimi polega na sposobie ładowania elementów mocy i wielkości strat napięcia. Bloki MPPT są bardziej nowoczesne i ekonomiczne. Stosowane są różne akumulatory: kwasowo-ołowiowy, żelowy i tak dalej.
Jeśli planujesz użyć kilku modułów, są one połączone na 3 sposoby:
- Schemat połączeń równoległych pozwala zwiększyć prąd w obwodzie. Styki „ujemne” wszystkich akumulatorów są podłączone do jednej linii, a styki „plus” do drugiej. Napięcie wyjściowe pozostaje niezmienione.
- Zastosowanie obwodu szeregowego umożliwia zwiększenie napięcia wyjściowego. Zacisk „minus” pierwszego panelu łączy się z „plus” drugiego i tak dalej.
- Metoda łączona jest stosowana, gdy trzeba zmienić oba parametry - siłę prądu i napięcie. Kilka modułów jest połączonych szeregowo, a następnie grupa jest podłączona do wspólnej sieci równolegle z innymi podobnymi grupami.
Ile paneli słonecznych potrzebujesz do ogrzania domu
Wydawałoby się, że wszystko jest proste. Około 10 kW = 10 000 watów energii cieplnej zostanie wykorzystanych do ogrzania małego wiejskiego domku o powierzchni 100 m². Jest to 100 paneli o mocy 0,1 kW lub 34 dużych modułów o mocy 300 watów. Nie możesz umieścić tak wielu baterii na dachu domu, ale nie ma mowy o mieszkaniu.
Odniesienie. Rozmiar 1 ogniwa fotowoltaicznego o mocy 100 W, wyprodukowanego w technologii polikrystalicznej, wynosi około 1020 x 700 mm lub 0,71 m². Podobna bateria o mocy 300 W zajmie 1,68 m² (170 x 99 cm).
Dokonamy rezerwacji od razu, uzyskany wynik jest niepoprawny, ponieważ nie uwzględnia specyfiki działania systemów energii słonecznej:
- Moduł fotowoltaiczny zapewnia maksymalną moc, gdy promienie padają pod kątem 90 ° do płaszczyzny akumulatora.Jeśli nie wykonasz trackera - mechanizmu śledzącego, który obraca panel po ruchu słońca, tracimy około 40% energii. Z drugiej strony takie urządzenie zużywa również prąd.
- Ilość promieniowania słonecznego na 1 m² - nasłonecznienie - zależy od regionu zamieszkania, wysokości i zacienionego obszaru. Czynniki te mają bezpośredni wpływ na wydajność baterii.
- Z czasem powłoka półprzewodnikowa modułów zmniejsza się, w wyniku czego rocznie traci się około 1% energii elektrycznej.
- Jeśli warstwa fotoelektryczna zostanie przegrzana przez słońce, wydajność panelu również się obniży.
- Niewielka część energii jest tracona w powiązanym sprzęcie - falownikach, sterownikach, bateriach. Jest to banalne nagrzewanie części - transformatorów, mikroukładów i innych elementów.
- Gdy powierzchnia robocza jest zanieczyszczona pyłem lub pokryta śniegiem, występują dodatkowe straty.
- Pamiętaj, że aby słońce mogło ogrzewać się zimą, wytworzona energia elektryczna powinna wystarczyć do ogrzania domu i naładowania akumulatorów przez noc.
Wniosek. Uniwersalne obliczenie mocy elektrycznej akumulatorów odpowiednich dla wszystkich krajów i regionów nie istnieje. Ale wartość ogłoszona powyżej 10 kW musi zostać podwojona (przynajmniej), aby uzyskać przyzwoity wynik w praktyce. Będziesz potrzebował 200set watowych paneli o powierzchni ponad 140 m².
Istnieje niezawodny sposób na uzyskanie dokładnych danych nasłonecznienia i obliczenie wydajności paneli słonecznych, kontaktując się z lokalną firmą instalacyjną. Lub sam przestudiuj mapę nasłonecznienia tego obszaru.
Sugerujemy pójście w drugą stronę - aby skorzystać z doświadczeń właścicieli słonecznych autonomicznych elektrowni, przeczytaj ich recenzje na forach tematycznych. Znajdź tam użytkowników mieszkających w Twojej okolicy, jeśli chcesz uzyskać prawdziwe liczby za darmo. Oto kilka przykładów:
- Autonomiczny system zasilania energią słoneczną, położony w obwodzie leningradzkim, Rosja. Zainstalowano 6 paneli o mocy 0,22 kW każdy (łącznie 1,32 kW), moc szczytowa w zimowy bezchmurny dzień wynosi 1157 watów. Temat ten jest omawiany na słynnym forum w języku rosyjskim.
- Anapa, wydajność baterii - 2,2 kW, liczba nie jest podana. W ciągu dnia elektrownia wytwarza około 9 kW.
- Moskwa, moc SES 2,64 kW. Przez cały czerwiec instalacja wygenerowała 304 kW energii.
Uwaga. Pod tym adresem znajdziesz recenzje i inne przydatne dane na temat funkcjonowania SES.
Uwaga: uwzględniliśmy tylko energię słoneczną do ogrzewania, podgrzewania wody i inne potrzeby gospodarstwa domowego. Jak obliczyć liczbę akumulatorów w praktyce, zobacz wideo:
Prawdziwe metody ogrzewania
Jak rozumiesz ich powyższe, dość trudne (i drogie) jest zrealizowanie pełnego elektrycznego ogrzewania domu z panelami słonecznymi. Nie każdy właściciel zdecyduje się na zakup i instalację paneli na powierzchni 100-150 m² w celu ogrzania małego domu lub domku. Tak więc schemat kotła elektrycznego + instalacja wodna + grzejniki znikają.
Ale pomysł ogrzewania za pomocą modułów słonecznych nadal nie można nazwać utopią. Podajemy opcje wdrożone w praktyce przez właścicieli domów:
- panele plus klimatyzatory inwerterowe o współczynniku efektywności COP 3,5–4;
- podłączanie akumulatorów bezpośrednio do grzejników elektrycznych bez falownika;
- budowa pełnoprawnej elektrowni słonecznej, sprzedaż energii elektrycznej państwu, dochody przeznaczane są na tradycyjne ogrzewanie.
Dodanie. Zastosowanie paneli jako dodatkowych źródeł energii do podstawowego ogrzewania nie ma sensu omawiać - jest to oczywiste rozwiązanie.
Zacznijmy od trzeciej opcji, która jest interesująca dla przedsiębiorców. W krajach, w których państwo ustanowiło tak zwaną zieloną taryfę, właściciel domu może otrzymywać energię elektryczną ze źródeł odnawialnych i przekazywać ją do wspólnej sieci energetycznej, osiągając zysk.Oznacza to, że właściciel domu nabywa te same 200-300 paneli słonecznych, ale sprzedaje energię w dobrej cenie i nie marnuje wiele na próżno.
Na przykład na Ukrainie zielona taryfa przekracza zwykle 3 razy (od czerwca 2019 r.). Konieczne jest spełnienie 1 warunku: minimalna wydajność SES wynosi 30 kW. Zbuduj elektrownię, dostarcz energię do sieci, a kupisz trzy razy taniej.
Pozostałe 2 opcje zostaną rozważone bardziej szczegółowo.
Klimatyzacja
Metoda ta opiera się na skuteczności systemów podziału falownika, które dostarczają czterokrotnie więcej ciepła do wnętrza domu niż zużyta energia. Jak zrealizować takie ogrzewanie:
- Przede wszystkim maksymalizujemy straty ciepła w budynku - izolujemy ściany, podłogi i dach, montujemy energooszczędne okna. Idealny wskaźnik zużycia ciepła dla domu o powierzchni 100 m² - 6 kW.
- Kupujemy 2 klimatyzatory ze sprężarkami inwerterowymi działającymi w ujemnej temperaturze ulicy. Całkowita wydajność urządzeń powinna być równa stracie ciepła domu, w naszym przypadku - 6 kW. Zużycie takich „podziałów” nie przekroczy 2 kW.
- Instalujemy stację słoneczną, która może zapewnić klimatyzację przez całą dobę.
- Do ogrzewania w najzimniejsze dni warto zainstalować dowolne tradycyjne źródło ciepła - kocioł, piec na drewno.
Film na końcu tego rozdziału potwierdza, że opisany obwód jest w pełni sprawny. Jeden znaczący minus: w ujemnej temperaturze wydajność klimatyzatorów gwałtownie spada, nie można obejść się bez pomocy kotła. W klimacie umiarkowanym i północnym same moduły słoneczne nie są w stanie sobie z tym poradzić.
Uwaga. Większość układów z inwerterem może działać przy mrozie do -15 ° C. Efektywność COP jest zmniejszona do 1,5–2 (wytwarzane jest dwukrotnie więcej ciepła niż zużywana energia elektryczna).
Korzystanie z lokalnych grzejników
Mówimy o znacznej redukcji kosztów systemu w przypadku korzystania z bezpretensjonalnych odbiorców - zwykłych wentylatorów. Z powodu braku falownika do modułów słonecznych należy podłączyć grzejniki 12 V (możesz wziąć samochód lub zrobić to sam).
Jak zmontować generator energii słonecznej:
- Instalujemy wymaganą liczbę akumulatorów o napięciu roboczym 12 woltów.
- Łączymy je przewodami 2,5 mm² zgodnie z poniższym schematem - bez falownika.
- Łączymy obciążenie - wentylator o niskiej mocy 12 V.
Poniżej w filmie specjalista szczegółowo opisuje wszystkie niuanse takiego połączenia. Metoda jest odpowiednia do ogrzewania pojedynczych pomieszczeń za pomocą wentylatorów 1–1,5 kW. Trudniej jest ogrzać cały dom - musisz złożyć kilka oddzielnych obwodów z panelami słonecznymi, aby nie zwiększyć przekroju przewodów.
Ostateczna konkluzja
Wykonanie pełnego ogrzewania prywatnego domu z panelami słonecznymi jest bardzo trudne. Jedynym bardziej lub mniej realistycznym scenariuszem jest zastosowanie systemów rozdzielonych, lub lepiej, geotermalnej pompy ciepła, mało zależnej od temperatury ulicy. Instalacja zużywa niewiele prądu, dzięki czemu może pracować z domowego SES.
Wyklucziliśmy w szczególności kwestie finansowe z tego artykułu, ponieważ rozmawialiśmy o problemach technicznych. Ale musisz zrozumieć, że wyposażenie w energię słoneczną - baterie, akumulatory, falowniki i jednostki sterujące - kosztuje dużo pieniędzy. Aby skutecznie rozwiązać problem, musisz być zasłużonym entuzjastą.
Obwód z kolektorami próżniowymi podłączonymi do pośredniego podgrzewacza wody będzie tańszy. Ale ta opcja ma swoje własne trudności, na przykład akumulację ciepła i stagnację kolektora podczas ciepła. Nie ma łatwego rozwiązania trudnego zadania wykorzystania energii słonecznej.