Poluvodičke ploče koje sunčevu energiju pretvaraju u električnu energiju obično se postavljaju s jednom svrhom - da osiguraju rad kućanskih uređaja. Ovi entuzijasti ne staju tu i pokušavaju prilagoditi solarne panele za grijanje kuće. Predlažemo da razmotrimo ovu ideju, razmotrite moguće metode grijanja pomoću fotonaponskih ploča. Profitabilnost alternativnih elektrana i druga financijska pitanja nemaju smisla, to je zasebno pitanje.
Kako radi solarna elektrana
Nećemo vam trošiti vrijeme i razgovarati o tome kako poluvodički moduli generiraju struju. Ali ako želite organizirati solarno grijanje privatne kuće, morate zamisliti princip fotonaponske stanice i znati sve nijanse koje utječu na njegovu snagu.
Solarna elektrana (SES) sastoji se od sljedećih elemenata (prikazanih na donjem dijagramu):
- jedna ili više ploča koje primaju zračenje od sunca;
- punjive baterije (baterije) koje akumuliraju proizvedenu električnu energiju;
- kontroler nadzire razinu napunjenosti, usmjerava struju u željeni krug;
- pretvarač pretvara konstantni napon solarnih panela u izmjeničnu struju 220 V.
Zanimljiva poanta. Cijena modula nije veća od 30% troškova kompletnog kompleta opreme. Preostalih 70% čine baterije, pretvarač i regulator. Pribor se bira za jedan radni napon od 12, 24 ili 48 volti.
Pojednostavljujemo algoritam sustava:
- Tijekom dnevnog vremena, baterije stvaraju struju kroz regulator.
- Elektronička jedinica procjenjuje razinu napunjenosti baterije, a zatim usmjerava energiju na željenu liniju - za punjenje ili prema potrošaču (prema pretvaraču).
- Inverterska jedinica pretvara jednosmjernu struju u izmjeničnu struju sa standardnim parametrima - 220 V / 50 Hz.
Postoje dvije vrste kontrolera - PWM i MPPT. Razlika između ova dva sastoji se u metodi punjenja elemenata snage i veličine gubitaka napona. MPPT blokovi su moderniji i ekonomičniji. Koriste se različite baterije: olovna kiselina, gel i tako dalje.
Ako planirate koristiti nekoliko modula, oni se međusobno povezuju na 3 načina:
- Shema paralelne veze omogućuje vam povećanje struje u krugu. "Negativni" kontakti svih baterija povezani su na jednu liniju, "plus" kontakti na drugu. Izlazni napon ostaje nepromijenjen.
- Upotreba serijskog kruga omogućuje povećanje izlaznog napona. "Minus" terminal prve ploče povezuje se s "plusom" drugog i tako dalje.
- Kombinirana metoda koristi se kada morate promijeniti oba parametra - jačinu struje i napon. Nekoliko modula je povezano u seriju, a zatim je skupina povezana u zajedničku mrežu paralelno s drugim sličnim skupinama.
Koliko solarnih panela trebate za zagrijavanje kuće
Činilo bi se da je sve jednostavno. Otprilike 10 kW = 10 000 vata toplinske energije upotrijebit će se za zagrijavanje male kućice od 100 m². Ovo je 100 ploča od 0,1 kW ili 34 velika modula snage 300 vata. Na krov kuće ne možete staviti toliko baterija, ali o stanu nema govora.
Reference. Veličina 1 fotonaponske ćelije snage 100 W, proizvedene polikristalnom tehnologijom, je oko 1020 x 700 mm ili 0,71 m². Slična baterija od 300 W zauzet će 1,68 m² (170 x 99 cm).
Odmah ćemo izvršiti rezervaciju, dobiveni rezultat je netočan, jer ne uzima u obzir specifičnosti operativnih sustava solarne energije:
- Fotonaponski modul pruža maksimalnu snagu kada zrake padaju pod kutom od 90 ° prema ravnini baterije.Ako ne napravite tracker - mehanizam za praćenje koji rotira ploču nakon pomicanja sunca, gubimo oko 40% energije. S druge strane, takav uređaj također troši električnu energiju.
- Količina sunčevog zračenja na 1 m² - insolacija - ovisi o regiji prebivališta, nadmorskoj visini i zasjenjenom području. Ti čimbenici izravno utječu na rad baterije.
- Tijekom vremena, poluvodički premaz modula propada, što rezultira gubitkom otprilike 1% električne energije godišnje.
- Ako se fotoelektrični sloj pregrijava od sunca, smanjuje se i izvedba panela.
- Mali dio energije gubi se u pripadajućoj opremi - pretvaračima, kontrolerima, baterijama. Ovo je banalno zagrijavanje dijelova - transformatora, mikrokontrole i drugih elemenata.
- Kada je radna površina onečišćena prašinom ili prekrivena snijegom, nastaju dodatni gubici.
- Imajte na umu da je za zagrijavanje sunca zimi proizvedena električna energija trebala biti dovoljna za zagrijavanje kuće i punjenje baterija preko noći.
Zaključak. Univerzalni izračun električne snage baterija prikladan za sve zemlje i regije ne postoji. Ali broj koji je najavljen iznad 10 kW potrebno je udvostručiti (barem) kako bi se u praksi postigao pristojan rezultat. Trebat će vam ploče od 200 stotina vata koje pokrivaju površinu veću od 140 m².
Postoji pouzdan način dobivanja točnih podataka o insolaciji i izračunavanja performansi solarnih panela kontaktiranjem vaše lokalne instalacijske tvrtke. Ili proučite kartu insolacije za to područje.
Predlažemo da krenete drugim putem - da iskoristite iskustva vlasnika solarnih autonomnih elektrana, pročitajte njihove kritike na tematskim forumima. Pronađite tamo korisnike koji žive u vašem području ako želite besplatno nabaviti stvarne brojeve. Evo nekoliko primjera:
- Autonomni sustav solarnog napajanja, smješten u Lenjingradskoj regiji, Rusija. Instalirano je 6 ploča snage 0,22 kW (ukupno 1,32 kW), a najveća snaga zimskog dana bez oblaka je 1,157 vata. O toj se temi raspravlja na poznatom forumu na ruskom jeziku.
- Anapa, performanse baterije - 2,2 kW, broj nije naveden. Tijekom dnevnog vremena, elektrana proizvodi oko 9 kW.
- Moskva, SES snaga 2,64 kW. Tijekom čitavog lipnja instalacija je proizvela 304 kW energije.
Bilješka. Na ovoj ćete adresi pronaći recenzije i ostale korisne podatke o radu SES-a.
Napominjemo: uzeli smo u obzir samo solarnu energiju za grijanje, grijanje vode i ostale potrebe kućanstava. Kako izračunati broj baterija u praksi, pogledajte video:
Pravi načini grijanja
Kao što razumijete njihovo prethodno, prilično je teško (i skupo) realizirati potpuno električno grijanje kuće sa solarnim pločama. Neće svaki vlasnik odlučiti kupiti i instalirati ploče na površini od 100-150 m² kako bi zagrijao malu kuću ili vikendicu. Dakle, shema električnog kotla + vodnog sustava + grijalice radijatora nestaje.
Ali ideju grijanja solarnim modulima još uvijek ne možemo nazvati utopijom. Navodimo opcije koje vlasnici kuća u praksi provode:
- ploče plus inverterski klima uređaji s koeficijentom učinkovitosti COP 3,5–4;
- spajanje baterija izravno na električne grijače bez pretvarača;
- izgradnja pune solarne elektrane, prodaja električne energije državi, prihod ide za plaćanje tradicionalnog grijanja.
Dodatak. O uporabi ploča kao dodatnih izvora energije za osnovno grijanje nema smisla raspravljati - ovo je očito rješenje.
Započnimo s trećom opcijom, koja je zanimljiva poduzetnicima. U zemljama u kojima je država uspostavila tzv zelenu tarifu, vlasnik kuće može dobiti električnu energiju iz obnovljivih izvora i dati je u zajedničku energetsku mrežu, stvarajući dobit.Odnosno, vlasnik kuće nabavlja iste 200-300 solarnih panela, ali prodaje energiju po povoljnoj cijeni i ne troši puno uzalud.
Na primjer, u Ukrajini, zelena tarifa premašuje uobičajene 3 puta (od lipnja 2019.). Potrebno je izdržati 1 uvjet: minimalni kapacitet SES-a je 30 kW. Izgradite elektranu, opskrbite se energijom i kupujete tri puta jeftinije.
Preostale dvije opcije razmotrit će se detaljnije.
Klimatizacija
Metoda se temelji na učinkovitosti inverterskih split sustava koji dovode četiri puta više topline u unutrašnjost kuće nego što se troši struja. Kako realizirati takvo grijanje:
- Prije svega, minimiziramo gubitak topline zgrade - izoliramo zidove, podove i krov, ugrađujemo energetski učinkovite prozore. Idealan pokazatelj potrošnje topline za kuću od 100 m² - 6 kW.
- Kupimo 2 klima uređaja s inverterskim kompresorima koji rade na negativnoj temperaturi ulice. Ukupna izvedba jedinica trebala bi biti jednaka gubitku topline kuće, u našem slučaju - 6 kW. Potrošnja takvih "dijelova" neće prelaziti 2 kW.
- Instaliramo solarnu stanicu koja može opskrbljivati klima uređaj non-stop.
- Za grijanje u najhladnijim danima vrijedi instalirati bilo koji tradicionalni izvor topline - bojler, peć na drva.
Videozapis na kraju ovog odjeljka potvrđuje da je opisani krug u potpunosti operativan. Jedan značajan minus: pri negativnoj temperaturi učinkovitost klima uređaja naglo se smanjuje, ne možete bez kotla. U umjerenim i sjevernim klimama, solarni se moduli sami ne mogu nositi.
Bilješka. Većina inverterskih split sustava može funkcionirati u mrazima do -15 ° C. Učinkovitost COP-a smanjuje se na 1,5–2 (stvara se dvostruko više topline od potrošnje električne energije).
Korištenje lokalnih grijača
Govorimo o značajnom smanjenju troškova sustava u slučaju upotrebe nepretencioznih potrošača - običnih grijača ventilatora. Zbog nedostatka pretvarača, 12-voltni grijači će se morati spojiti na solarne module (možete uzeti automobil ili to učiniti sami).
Kako sastaviti solarni generator:
- Instaliramo potrebni broj baterija radnog napona od 12 volti.
- Povezujemo ih pomoću žica veličine 2,5 mm² prema donjem dijagramu - bez pretvarača.
- Povezujemo teret - grijač ventilatora male snage 12 V.
Ispod u videu, stručnjak detaljno opisuje sve nijanse takve veze. Metoda je pogodna za grijanje pojedinačnih prostorija s ventilatorima 1–1,5 kW. Teže je zagrijati cijelu kuću - trebate sastaviti nekoliko zasebnih krugova sa solarnim pločama kako ne biste povećali presjek žica.
Konačni zaključak
Potpuno grijanje privatne kuće sa solarnim pločama vrlo je teško. Jedini više ili manje realan scenarij je uporaba split sustava, ili bolje, geotermalna toplinska pumpa, malo ovisna o temperaturi na ulici. Instalacija troši malo električne energije, tako da može raditi od kućnog SES-a.
Iz članka smo posebno izuzeli financijska pitanja jer smo govorili o tehničkim problemima. Ali morate shvatiti da oprema solarne energije - baterije, baterije, pretvarači i upravljačke jedinice - košta puno novca. Da biste uspješno riješili problem, morate biti dobro zarađeni entuzijast.
Krug s vakuumskim razdjelnicima spojen na neizravni bojler bit će jeftiniji. Ali ova opcija ima svojih poteškoća, na primjer, akumulacija topline i stagnacija kolektora tijekom topline. Ne postoji lako rješenje teškog zadatka korištenja solarne energije.