Polovodičové panely, ktoré premieňajú energiu slnka na elektrinu, sa zvyčajne inštalujú na jeden účel - na zabezpečenie prevádzky domácich spotrebičov. Títo nadšenci sa tam nezastavia a snažia sa prispôsobiť solárne panely na vykurovanie domu. Navrhujeme diskutovať o tejto myšlienke, zvážiť možné spôsoby vykurovania pomocou fotovoltaických panelov. Ziskovosť alternatívnych elektrární a iných finančných otázok nedáva zmysel, je to samostatná otázka.
Ako solárna elektráreň funguje
Nebudeme mať čas a nebudeme hovoriť o tom, ako polovodičové moduly generujú prúd. Ak však chcete zorganizovať solárne vykurovanie súkromného domu, musíte si predstaviť princíp fotovoltaickej stanice a poznať všetky nuansy, ktoré ovplyvňujú jeho výkon.
Solárna elektráreň (SES) pozostáva z nasledujúcich prvkov (znázornené na obrázku nižšie):
- jeden alebo viac panelov, ktoré prijímajú žiarenie zo slnka;
- nabíjateľné batérie (batérie), ktoré akumulujú vyrobenú elektrinu;
- ovládač monitoruje úroveň nabitia, nasmeruje prúd do požadovaného obvodu;
- menič prevádza konštantné napätie solárnych panelov na striedavý prúd 220 V.
Zaujímavý bod. Cena modulov nie je vyššia ako 30% z ceny kompletnej sady vybavenia. Zvyšných 70% tvoria batérie, invertorová jednotka a kontrolér. Príslušenstvo sú vybrané pre jeden prevádzkové napätie 12, 24 alebo 48 voltov.
Zjednodušujeme algoritmus systému:
- Počas denných hodín generujú batérie prostredníctvom ovládača prúd.
- Elektronická jednotka odhaduje úroveň nabitia batérie a potom nasmeruje energiu na požadované vedenie - na nabíjanie alebo na spotrebiteľov (do meniča).
- Invertorová jednotka prevádza jednosmerný prúd na striedavý prúd so štandardnými parametrami - 220 V / 50 Hz.
Existujú 2 typy regulátorov - PWM a MPPT. Rozdiel medzi nimi spočíva v spôsobe nabíjania výkonových prvkov a veľkosti strát napätia. Bloky MPPT sú modernejšie a hospodárnejšie. Používajú sa rôzne batérie: olovená kyselina, gél a podobne.
Ak plánujete používať niekoľko modulov, potom sú vzájomne prepojené tromi spôsobmi:
- Schéma paralelného pripojenia vám umožňuje zvýšiť prúd v obvode. „Negatívne“ kontakty všetkých batérií sú pripojené k jednej linke, „plus“ kontakty k druhej. Výstupné napätie zostáva nezmenené.
- Použitie sériového obvodu umožňuje zvýšiť výstupné napätie. Terminál „mínus“ prvého panelu sa pripája k kladnému pólu druhého a tak ďalej.
- Kombinovaná metóda sa používa, keď potrebujete zmeniť parametre - aktuálnu silu a napätie. Niekoľko modulov je zapojených do série, potom je skupina pripojená k spoločnej sieti paralelne s inými podobnými skupinami.
Koľko solárnych panelov potrebujete na vykurovanie domu
Zdá sa, že všetko je jednoduché. Na vykurovanie malej vidieckej chaty o výmere 100 m² sa použije približne 10 kW = 10 000 wattov tepelnej energie. Toto je 100 panelov s výkonom 0,1 kW alebo 34 veľkých modulov s výkonom 300 wattov. Na strechu domu nemôžete dať toľko batérií, ale o byte sa nehovorí.
Referencie. Veľkosť 1 fotovoltaického článku s výkonom 100 W vyrobeného polykryštalickou technológiou je asi 1020 x 700 mm alebo 0,71 m². Podobná 300 W batéria zaberá 1,68 m² (170 x 99 cm).
Ihneď urobíme rezerváciu, získaný výsledok je nesprávny, pretože nezohľadňuje špecifiká prevádzkovania solárnych systémov:
- Fotoelektrický modul poskytuje maximálny výkon, keď lúče dopadajú v uhle 90 ° k rovine batérie.Ak nevytvoríte sledovač - sledovací mechanizmus, ktorý po pohybe slnka otočí panel, stratíme asi 40% energie. Na druhej strane takéto zariadenie tiež spotrebúva elektrinu.
- Množstvo slnečného žiarenia na 1 m² - izolácia - závisí od oblasti bydliska, nadmorskej výšky a zatienenej oblasti. Tieto faktory priamo ovplyvňujú výkon batérie.
- V priebehu času sa polovodičový povlak modulov degraduje, v dôsledku čoho sa ročne stráca približne 1% elektrickej energie.
- Ak sa fotoelektrická vrstva prehrieva slnkom, zníži sa aj výkon panelu.
- Malá časť energie sa stráca v príslušnom vybavení - meniče, regulátory, batérie. Jedná sa o banálne zahrievanie častí - transformátorov, mikroobvodov a ďalších prvkov.
- Ak je pracovný povrch znečistený prachom alebo pokrytý snehom, dochádza k ďalším stratám.
- Všimnite si, že na to, aby sa slnko v zime mohlo zohriať, by vyrobená elektrina mala stačiť na to, aby sa vykurovala dom a nabíjali batérie cez noc.
Záver. Neexistuje univerzálny výpočet elektrickej energie batérií vhodný pre všetky krajiny a regióny. Aby sa však v praxi dosiahol slušný výsledok, je potrebné číslo (oznámené) nad 10 kW zdvojnásobiť. Budete potrebovať 200 stoviek wattových panelov o rozlohe viac ako 140 m².
Existuje spoľahlivý spôsob, ako získať presné údaje o izolácii a vypočítať výkon solárnych panelov kontaktovaním miestnej inštalačnej spoločnosti. Alebo si sami preštudujte mapu izolácie oblasti.
Odporúčame ísť opačným spôsobom - využiť skúsenosti majiteľov solárnych autonómnych elektrární, prečítať si ich recenzie na tematických fórach. Nájdete tam používateľov žijúcich vo vašej oblasti, ak chcete získať skutočné čísla zadarmo. Tu je niekoľko príkladov:
- Autonómny systém solárneho napájania, ktorý sa nachádza v Leningradskej oblasti v Rusku. Nainštalovalo sa 6 panelov s výkonom 0,22 kW (celkom 1,32 kW), maximálny výkon v zime bez cloudu je 1 157 wattov. Téma sa diskutuje na slávnom fóre v ruskom jazyku.
- Anapa, výkon batérie - 2,2 kW, číslo nie je uvedené. Počas denných hodín vyrába elektráreň približne 9 kW.
- Moskva, výkon SES 2,64 kW. Počas celého júna vyrobilo zariadenie 304 kW energie.
Poznámka. Na tejto adrese nájdete recenzie a ďalšie užitočné údaje o fungovaní systému SES.
Poznámka: Zohľadnili sme iba solárnu energiu na vykurovanie, ohrev vody a iné potreby domácnosti. Ako vypočítať počet batérií v praxi, pozri video:
Skutočné metódy vykurovania
Ako ste pochopili vyššie uvedené, je celkom ťažké (a drahé) realizovať úplné elektrické vykurovanie domu so solárnymi panelmi. Nie každý majiteľ sa rozhodne kúpiť a nainštalovať panely na ploche 100 - 150 m², aby zateplil malý dom alebo chalupu. Schéma elektrického systému kotla + vody + vykurovacích telies zmizne.
Myšlienku vykurovania solárnymi modulmi však stále nemožno nazvať utópiou. Uvádzame zoznam možností implementovaných vlastníkmi domov v praxi:
- panely plus invertorové klimatizátory s koeficientom účinnosti COP 3,5–4;
- pripojenie batérií priamo k elektrickým ohrievačom bez meniča;
- výstavba plnohodnotnej solárnej elektrárne, predaj elektriny štátu, výnosy sa platia za tradičné vykurovanie.
Sčítanie. Použitie panelov ako dodatočných zdrojov energie na základné vykurovanie nemá zmysel diskutovať - je to zrejmé riešenie.
Začnime treťou možnosťou, ktorá je zaujímavá pre podnikateľov. V krajinách, v ktorých štát zaviedol tzv. Ekologický tarif, môže majiteľ domu získať elektrinu z obnoviteľných zdrojov a dať ju do spoločnej energetickej siete, čím získa zisk.To znamená, že majiteľ domu kupuje rovnaké solárne panely 200 - 300, ale predáva energiu za dobrú cenu a zbytočne zbytočne neplytvá.
Napríklad na Ukrajine zelený tarif prekračuje zvyčajné 3-krát (k júnu 2019). Je potrebné vydržať 1 podmienku: minimálna kapacita SES je 30 kW. Postavte elektráreň, dodajte energiu do siete a kúpite trikrát lacnejšie.
Zvyšné 2 možnosti sa budú posudzovať podrobnejšie.
Klimatizácia
Táto metóda je založená na účinnosti systémov rozdelenia striedača, ktoré dodávajú štyrikrát viac tepla do domu ako spotrebovaná energia. Ako realizovať takéto vykurovanie:
- Po prvé, sme maximalizovať tepelné straty budovy - máme izoláciu stien, podláh a strechy, inštaláciou energeticky úsporných okien. Ideálny ukazovateľ spotreby tepla pre dom s plochou 100 m² - 6 kW.
- Vykupujeme 2 klimatizácie s invertorovými kompresormi, ktoré pracujú pri negatívnej ulici. Celkový výkon jednotiek by sa mal rovnať tepelným stratám domu, v našom prípade - 6 kW. Spotreba takýchto „delení“ nepresiahne 2 kW.
- Inštalujeme solárnu stanicu schopnú zabezpečiť nepretržitú klimatizáciu.
- Na vykurovanie v najchladnejších dňoch je vhodné nainštalovať akýkoľvek tradičný zdroj tepla - kotol, kachle na drevo.
Video na konci tejto časti potvrdzuje, že opísaný obvod je plne funkčný. Jedna významná mínus: pri zápornej teplote účinnosť klimatizačných jednotiek prudko klesá, bez kotla sa nemôžete obísť. V miernom a severnom podnebí sa solárne moduly nedokážu vyrovnať.
Poznámka. Väčšina invertorových deliacich systémov môže fungovať v mraze až do -15 ° C. Účinnosť COP sa zníži na 1,5–2 (dvojnásobné množstvo tepla sa vyprodukuje pri spotrebe elektrickej energie).
Použitie miestnych ohrievačov
Hovoríme o významnom znížení nákladov na systém v prípade používania nenáročných spotrebiteľov - bežných ohrievačov ventilátorov. Kvôli nedostatku invertora bude potrebné k solárnym modulom pripojiť 12-voltové ohrievače (môžete si vziať auto alebo si to urobiť sami).
Ako zostaviť solárny generátor:
- Inštalujeme požadovaný počet batérií s prevádzkovým napätím 12 voltov.
- Spájame ich pomocou vodičov 2,5 mm² podľa schémy nižšie - bez meniča.
- Pripojíme záťaž - nízkoenergetický ohrievač ventilátora 12 V.
Nižšie vo videu špecialista podrobne popisuje všetky nuansy takéhoto spojenia. Táto metóda je vhodná na vykurovanie jednotlivých miestností s ventilátormi s radiátormi 1–1,5 kW. Je ťažšie vykurovať celý dom - je potrebné zhromaždiť niekoľko samostatných okruhov so solárnymi panelmi, aby sa nezvýšil prierez vodičov.
Konečný záver
Úplné vykurovanie súkromného domu so solárnymi panelmi je veľmi ťažké. Jediným viac-menej realistickým scenárom je použitie splitových systémov alebo lepšie geotermálne tepelné čerpadlo, ktoré je málo závislé od teploty ulíc. Inštalácia spotrebováva málo elektriny, takže môže pracovať z domáceho SES.
Z tohto článku sme konkrétne vylúčili finančné záležitosti, pretože sme hovorili o technických problémoch. Musíte však pochopiť, že vybavenie solárnej energie - batérie, batérie, invertory a riadiace jednotky - stoja veľa peňazí. Na úspešné vyriešenie problému musíte byť dobre zarobeným nadšencom.
Okruh s vákuovými rozdeľovačmi napojenými na nepriamy ohrievač vody bude lacnejší. Táto možnosť má však svoje vlastné ťažkosti, napríklad akumuláciu tepla a stagnáciu kolektora počas tepla. Neexistuje ľahké riešenie ťažkej úlohy využívania slnečnej energie.