Οι πίνακες ημιαγωγών που μετατρέπουν την ενέργεια του ήλιου σε ηλεκτρική ενέργεια συνήθως εγκαθίστανται για ένα σκοπό - να διασφαλιστεί η λειτουργία των οικιακών συσκευών. Αυτοί οι λάτρεις δεν σταματούν εκεί και προσπαθούν να προσαρμόσουν τα ηλιακά πάνελ για τη θέρμανση του σπιτιού. Σας προτείνουμε να συζητήσουμε αυτή την ιδέα, να εξετάσει πιθανές μεθόδους θέρμανσης με χρήση φωτοβολταϊκών πάνελ. Η κερδοφορία εναλλακτικών σταθμών παραγωγής ενέργειας και άλλων οικονομικών ζητημάτων δεν έχει νόημα, είναι ένα ξεχωριστό ζήτημα.
Πώς λειτουργεί μια μονάδα ηλιακής ενέργειας
Δεν πρόκειται να αφιερώσουμε το χρόνο σας και να μιλήσουμε για τον τρόπο δημιουργίας ρεύματος από τις μονάδες ημιαγωγών. Αλλά εάν θέλετε να οργανώσετε την ηλιακή θέρμανση μιας ιδιωτικής κατοικίας, πρέπει να φανταστείτε την αρχή του φωτοβολταϊκού σταθμού και να γνωρίζετε όλες τις αποχρώσεις που επηρεάζουν τη δύναμή του.
Ο σταθμός ηλιακής ενέργειας (SES) αποτελείται από τα ακόλουθα στοιχεία (φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα):
- ένα ή περισσότερα πάνελ που λαμβάνουν ακτινοβολία από τον ήλιο?
- επαναφορτιζόμενες μπαταρίες (μπαταρίες) που συσσωρεύουν την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια ·
- ο ελεγκτής παρακολουθεί το επίπεδο φόρτισης, κατευθύνει το ρεύμα στο επιθυμητό κύκλωμα.
- ο μετατροπέας μετατρέπει τη σταθερή τάση των ηλιακών συλλεκτών σε εναλλασσόμενο ρεύμα 220 V.
Ένα ενδιαφέρον σημείο. Η τιμή των ενοτήτων δεν υπερβαίνει το 30% του κόστους ενός πλήρους συνόλου εξοπλισμού. Το υπόλοιπο 70% είναι μπαταρίες, μία μονάδα αναστροφέα και έναν ελεγκτή. Τα αξεσουάρ επιλέγονται για μία τάση λειτουργίας 12, 24 ή 48 βολτ.
Απλοποιούμε τον αλγόριθμο του συστήματος:
- Κατά τη διάρκεια της ημέρας, οι μπαταρίες παράγουν ρεύμα μέσω του ελεγκτή.
- Η ηλεκτρονική μονάδα εκτιμά το επίπεδο φόρτισης της μπαταρίας, τότε κατευθύνει την ενέργεια προς την επιθυμητή γραμμή - για τη φόρτιση ή στους καταναλωτές (στο μετατροπέα).
- Η μονάδα μετατροπέα μετατρέπει το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο ρεύμα με τυπικές παραμέτρους - 220 V / 50 Hz.
Υπάρχουν 2 τύποι ελεγκτών - PWM και MPPT. Η διαφορά μεταξύ των δύο συνίσταται στη μέθοδο φόρτισης των στοιχείων ισχύος και στο μέγεθος των απωλειών τάσης. Τα μπλοκ MPPT είναι πιο μοντέρνα και οικονομικά. Χρησιμοποιούνται διαφορετικές μπαταρίες: μόλυβδο-οξύ, τζελ και ούτω καθεξής.
Εάν σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε διάφορες ενότητες, τότε συνδέονται με 3 τρόπους:
- Ένα παράλληλο σχήμα σύνδεσης σας επιτρέπει να αυξήσετε το ρεύμα στο κύκλωμα. Οι "αρνητικές" επαφές όλων των μπαταριών συνδέονται στη μία γραμμή, οι επαφές "συν" στην άλλη. Η τάση εξόδου παραμένει αμετάβλητη.
- Η χρήση ενός σειριακού κυκλώματος καθιστά δυνατή την αύξηση της τάσης εξόδου. Το τερματικό «μείον» του πρώτου πίνακα συνδέεται με το «συν» του δεύτερου και ούτω καθεξής.
- Η συνδυασμένη μέθοδος χρησιμοποιείται όταν πρέπει να αλλάξετε και τις δύο παραμέτρους - τρέχουσα ισχύ και τάση. Αρκετές ενότητες συνδέονται σε σειρά, και στη συνέχεια μια ομάδα συνδέεται σε ένα κοινό δίκτυο παράλληλα με άλλες παρόμοιες ομάδες.
Πόσα ηλιακά πάνελ χρειάζεστε για να θερμάνετε ένα σπίτι
Φαίνεται ότι όλα είναι απλά. Περίπου 10 kW = 10.000 watt θερμικής ενέργειας θα χρησιμοποιηθούν για τη θέρμανση ενός μικρού εξοχικού σπιτιού 100 m². Πρόκειται για 100 πάνελ 0,1 kW ή 34 μεγάλες μονάδες 300 watt. Δεν μπορείτε να βάλετε τόσες πολλές μπαταρίες στην οροφή του σπιτιού, αλλά δεν υπάρχει λόγος για το διαμέρισμα.
Αναφορά. Το μέγεθος 1 φωτοβολταϊκού στοιχείου ισχύος 100 W, κατασκευασμένο από πολυκρυσταλλική τεχνολογία, είναι περίπου 1020 x 700 mm ή 0,71 m². Μια παρόμοια μπαταρία 300 W θα καταλαμβάνει 1,68 m² (170 x 99 cm).
Θα κάνουμε κράτηση αμέσως, το αποτέλεσμα που λαμβάνεται είναι λανθασμένο, καθώς δεν λαμβάνει υπόψη τις ιδιαιτερότητες των λειτουργικών συστημάτων ηλιακής ενέργειας:
- Η φωτοβολταϊκή μονάδα παρέχει μέγιστη ισχύ όταν οι ακτίνες πέφτουν υπό γωνία 90 ° προς το επίπεδο της μπαταρίας.Εάν δεν φτιάξετε ιχνηλάτη - έναν μηχανισμό παρακολούθησης που περιστρέφει το πάνελ μετά την κίνηση του ήλιου, χάνουμε περίπου το 40% της ενέργειας. Από την άλλη πλευρά, μια τέτοια συσκευή καταναλώνει επίσης ηλεκτρικό ρεύμα.
- Η ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας ανά 1 m² - ηλιακή ακτινοβολία - εξαρτάται από την περιοχή κατοικίας, το υψόμετρο και τη σκιασμένη περιοχή. Αυτοί οι παράγοντες επηρεάζουν άμεσα την απόδοση της μπαταρίας.
- Με την πάροδο του χρόνου, η επίστρωση ημιαγωγών των μονάδων υποβαθμίζεται, με αποτέλεσμα, περίπου 1% της ηλεκτρικής ισχύος να χάνεται κάθε χρόνο.
- Εάν το φωτοηλεκτρικό στρώμα υπερθερμαίνεται από τον ήλιο, η απόδοση του πάνελ μειώνεται επίσης.
- Ένα μικρό κλάσμα της ενέργειας χάνεται σε σχετικό εξοπλισμό - μετατροπείς, ελεγκτές, μπαταρίες. Πρόκειται για μια θρησκευτική θέρμανση ανταλλακτικών - μετασχηματιστών, μικροκυκλωμάτων και άλλων στοιχείων.
- Όταν η επιφάνεια εργασίας είναι μολυσμένη με σκόνη ή καλύπτεται με χιόνι, εμφανίζονται επιπλέον απώλειες.
- Σημειώστε ότι για να ζεσταθεί ο ήλιος το χειμώνα, η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια θα πρέπει να είναι αρκετή για να θερμαίνει το σπίτι και να φορτίζει τις μπαταρίες όλη τη νύχτα.
Συμπέρασμα. Δεν υπάρχει καθολικός υπολογισμός της ηλεκτρικής ισχύος των μπαταριών κατάλληλων για όλες τις χώρες και περιοχές. Όμως, ο αριθμός που ανακοινώθηκε πάνω από 10 kW πρέπει να διπλασιαστεί (τουλάχιστον) προκειμένου να επιτευχθεί αξιοπρεπές αποτέλεσμα στην πράξη. Θα χρειαστείτε πάνελ 200 εκατοστών, που καλύπτουν μια επιφάνεια άνω των 140 m².
Υπάρχει ένας αξιόπιστος τρόπος για να λάβετε ακριβή δεδομένα ηλιακής ακτινοβολίας και να υπολογίσετε την απόδοση των ηλιακών συλλεκτών επικοινωνώντας με την τοπική εταιρεία εγκατάστασης. Εναλλακτικά, μελετήστε τον χάρτη ηλιακής ακτινοβολίας της περιοχής.
Σας προτείνουμε να κάνετε το αντίθετο - για να χρησιμοποιήσετε την εμπειρία των κατόχων ηλιακών αυτόνομων σταθμών παραγωγής ενέργειας, διαβάστε τις κριτικές τους σε θεματικά φόρουμ. Βρείτε εκεί χρήστες που ζουν στην περιοχή σας εάν θέλετε να λάβετε πραγματικούς αριθμούς δωρεάν. Ορίστε μερικά παραδείγματα:
- Αυτόνομο σύστημα παροχής ηλιακής ενέργειας, που βρίσκεται στην περιοχή του Λένινγκραντ της Ρωσίας. Εγκαταστάθηκαν 6 πάνελ 0,22 kW το καθένα (συνολικά 1,32 kW), η μέγιστη ισχύς σε μια χειμερινή ημέρα χωρίς σύννεφα είναι 1.157 watt. Το θέμα συζητείται στο διάσημο ρωσικό φόρουμ.
- Anapa, απόδοση μπαταρίας - 2,2 kW, ο αριθμός δεν αναφέρεται. Κατά τη διάρκεια Daylight ώρες, η μονάδα παραγωγής ενέργειας παράγει περίπου 9 kW.
- Μόσχα, SES ισχύος 2,64 kW. Καθ 'όλη τη διάρκεια του Ιουνίου, η εγκατάσταση παρήγαγε 304 kW ενέργειας.
Σημείωση. Σε αυτήν τη διεύθυνση θα βρείτε κριτικές και άλλα χρήσιμα δεδομένα σχετικά με τη λειτουργία του SES.
Λάβετε υπόψη: δεν λάβαμε υπόψη μόνο την ηλιακή ενέργεια για θέρμανση, θέρμανση νερού και άλλες οικιακές ανάγκες. Πώς να υπολογίσετε τον αριθμό των μπαταριών στην πράξη, δείτε το βίντεο:
Πραγματικές μέθοδοι θέρμανσης
Όπως καταλαβαίνετε τα προηγούμενα, είναι αρκετά δύσκολο (και ακριβό) να πραγματοποιηθεί πλήρης ηλεκτρική θέρμανση ενός σπιτιού με ηλιακούς συλλέκτες. Δεν θα αποφασίσει κάθε ιδιοκτήτης να αγοράσει και να εγκαταστήσει πάνελ σε έκταση 100-150 m² για να ζεσταθεί ένα μικρό σπίτι ή εξοχικό σπίτι. Έτσι, το σχήμα του ηλεκτρικού λέβητα + συστήματος νερού + θερμαντικών σωμάτων εξαφανίζεται.
Όμως, η ιδέα της θέρμανσης με ηλιακές μονάδες δεν μπορεί ακόμα να ονομαστεί ουτοπία. Παραθέτουμε τις επιλογές που εφαρμόζουν οι ιδιοκτήτες σπιτιού στην πράξη:
- πάνελ συν κλιματιστικά inverter με συντελεστή απόδοσης COP 3,5-4;
- συνδέοντας μπαταρίες άμεσα με ηλεκτρικούς θερμαντήρες χωρίς έναν αναστροφέα?
- η κατασκευή ενός πλήρους SES, η πώληση ηλεκτρικής ενέργειας στο κράτος, τα έσοδα πηγαίνουν για την πληρωμή της παραδοσιακής θέρμανσης.
Πρόσθεση. Η χρήση των πάνελ ως πρόσθετων πηγών ενέργειας για βασική θέρμανση δεν έχει νόημα να συζητηθεί - αυτή είναι μια προφανής λύση.
Ας ξεκινήσουμε με την τρίτη επιλογή, η οποία είναι ενδιαφέρουσα για τους επιχειρηματίες. Σε χώρες όπου το κράτος έχει θεσπίσει το λεγόμενο πράσινο τιμολόγιο, ο ιδιοκτήτης σπιτιού μπορεί να λάβει ηλεκτρική ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές και να το δώσει στο κοινό ενεργειακό δίκτυο, κερδίζοντας κέρδος.Δηλαδή, ο ιδιοκτήτης σπιτιού αποκτά τα ίδια ηλιακά πάνελ 200-300, αλλά πωλεί ενέργεια σε καλή τιμή, και δεν σπαταλά πολύ μάταια.
Για παράδειγμα, στην Ουκρανία, το πράσινο τιμολόγιο υπερβαίνει το συνηθισμένο 3 φορές (από τον Ιούνιο του 2019). Είναι απαραίτητο να αντέξετε 1 συνθήκη: η ελάχιστη χωρητικότητα του SES είναι 30 kW. Κατασκευάστε μια μονάδα παραγωγής ενέργειας, προμηθεύστε ενέργεια στο δίκτυο και αγοράζετε τρεις φορές φθηνότερα.
Οι υπόλοιπες 2 επιλογές θα εξεταστούν λεπτομερέστερα.
Κλιματισμός
Η μέθοδος βασίζεται στην αποτελεσματικότητα των συστημάτων διάσπασης μετατροπέα που παρέχουν τέσσερις φορές περισσότερη θερμότητα στο εσωτερικό του σπιτιού από την κατανάλωση ενέργειας. Πώς να πραγματοποιήσετε τέτοια θέρμανση:
- Πρώτα απ 'όλα, μεγιστοποιούμε την απώλεια θερμότητας του κτιρίου - μονώνουμε τους τοίχους, τα δάπεδα και τη στέγη, εγκαθιστούμε παράθυρα εξοικονόμησης ενέργειας. Η ιδανική κατανάλωση θερμότητας για κατοικία 100 m² - 6 kW.
- Αγοράζουμε 2 κλιματιστικά με συμπιεστές μετατροπέα που λειτουργούν σε αρνητική θερμοκρασία δρόμου. Η συνολική απόδοση των μονάδων πρέπει να είναι ίση με την απώλεια θερμότητας του σπιτιού, στην περίπτωσή μας - 6 kW. Η κατανάλωση τέτοιων «χωρισμάτων» δεν θα υπερβαίνει τα 2 kW.
- Εγκαθιστούμε έναν ηλιακό σταθμό ικανό να παρέχει κλιματισμό όλο το 24ωρο.
- Για θέρμανση τις πιο κρύες μέρες, αξίζει να εγκαταστήσετε οποιαδήποτε παραδοσιακή πηγή θερμότητας - λέβητα, ξυλόσομπα.
Το βίντεο στο τέλος αυτής της ενότητας επιβεβαιώνει ότι το περιγραφόμενο κύκλωμα είναι πλήρως λειτουργικό. Ένα σημαντικό μείον: σε αρνητική θερμοκρασία, η απόδοση των κλιματιστικών μειώνεται απότομα, δεν μπορείτε να το κάνετε χωρίς τη βοήθεια ενός λέβητα. Σε εύκρατα και βόρεια κλίματα, οι ηλιακές μονάδες από μόνες τους δεν μπορούν να αντεπεξέλθουν.
Σημείωση. Τα περισσότερα συστήματα split inverter μπορούν να λειτουργήσουν σε παγετούς έως -15 ° C. Η απόδοση COP μειώνεται σε 1,5-2 (παράγεται διπλάσια θερμότητα από την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας).
Χρήση τοπικών θερμαντήρων
Μιλάμε για σημαντική μείωση του κόστους του συστήματος σε περίπτωση χρήσης ανεπιτήδευτων καταναλωτών - απλών θερμαντήρων ανεμιστήρων. Λόγω της έλλειψης μετατροπέα, οι θερμαντήρες 12 volt θα πρέπει να συνδεθούν με τις ηλιακές μονάδες (μπορείτε να πάρετε ένα αυτοκίνητο ή να το κάνετε μόνοι σας).
Πώς να συναρμολογήσετε μια γεννήτρια ηλιακής ενέργειας:
- Εγκαθιστούμε τον απαιτούμενο αριθμό μπαταριών με τάση λειτουργίας 12 βολτ.
- Τους συνδέουν με 2,5 σύρματα mm² σύμφωνα με το διάγραμμα παρακάτω - χωρίς έναν αναστροφέα.
- Συνδέουμε το φορτίο - θερμαντήρα ανεμιστήρα χαμηλής ισχύος 12 V.
Παρακάτω στο βίντεο, ο ειδικός περιγράφει λεπτομερώς όλες τις αποχρώσεις αυτής της σύνδεσης. Η μέθοδος είναι κατάλληλη για θέρμανση μεμονωμένων δωματίων με θερμαντήρες ανεμιστήρα 1,5 kW. Είναι πιο δύσκολο να θερμάνετε ολόκληρο το σπίτι - πρέπει να συλλέξετε πολλά ξεχωριστά κυκλώματα με ηλιακούς συλλέκτες, ώστε να μην αυξάνεται η διατομή των καλωδίων.
Τελικό συμπέρασμα
Η πλήρης θέρμανση μιας ιδιωτικής κατοικίας με ηλιακούς συλλέκτες είναι πολύ δύσκολη. Το μόνο περισσότερο ή λιγότερο ρεαλιστικό σενάριο είναι η χρήση συστημάτων split, ή καλύτερα, μιας γεωθερμικής αντλίας θερμότητας, που εξαρτάται ελάχιστα από τη θερμοκρασία του δρόμου. Η εγκατάσταση καταναλώνει ελάχιστη ηλεκτρική ενέργεια, έτσι ώστε να μπορεί να λειτουργήσει από ένα σπίτι SES.
Αποκλείσαμε συγκεκριμένα οικονομικά ζητήματα από το άρθρο, καθώς μιλούσαμε για τεχνικά θέματα. Αλλά πρέπει να καταλάβετε ότι ο εξοπλισμός της ηλιακής ενέργειας - μπαταρίες, μπαταρίες, μετατροπείς και μονάδες ελέγχου - κοστίζει πολλά χρήματα. Για να επιλύσετε με επιτυχία το πρόβλημα, πρέπει να είστε ενθουσιώδεις ενθουσιώδεις.
Ένα κύκλωμα με πολλαπλές κενού συνδεδεμένο σε έναν έμμεσο θερμοσίφωνα θα είναι φθηνότερο. Αλλά αυτή η επιλογή έχει τις δικές της δυσκολίες, για παράδειγμα, τη συσσώρευση θερμότητας και τη στασιμότητα του συλλέκτη κατά τη διάρκεια της θερμότητας. Δεν υπάρχει εύκολη λύση στη σκληρή δουλειά της ηλιακής ενέργειας.