Pusvadītāju paneļi, kas pārvērš saules enerģiju elektrībā, parasti tiek uzstādīti vienam mērķim - lai nodrošinātu sadzīves tehnikas darbību. Šie entuziasti neapstājas un mēģina pielāgot saules paneļus mājas sildīšanai. Mēs iesakām apspriest šo ideju, apsvērt iespējamās apkures metodes, izmantojot fotoelektriskos paneļus. Alternatīvo elektrostaciju rentabilitātei un citiem finanšu jautājumiem nav jēgas, tas ir atsevišķs jautājums.
Kā darbojas saules elektrostacija
Mēs negaidīsim jūsu laiku un runāsim par to, kā pusvadītāju moduļi ģenerē strāvu. Bet, ja vēlaties organizēt privātmājas saules apkuri, jums ir jāiedomājas fotoelektriskās stacijas princips un jāzina visas nianses, kas ietekmē tās jaudu.
Saules elektrostacija (SES) sastāv no šādiem elementiem (parādīts diagrammā zemāk):
- viens vai vairāki paneļi, kas saņem saules starojumu;
- uzlādējamās baterijas (baterijas), kas uzkrāj saražoto elektrību;
- kontrolieris uzrauga uzlādes līmeni, novirza strāvu uz vēlamo ķēdi;
- invertors pārveido pastāvīgu saules paneļu spriegumu maiņstrāvā 220 V.
Interesants punkts. Moduļu cena nepārsniedz 30% no visa aprīkojuma komplekta izmaksām. Atlikušie 70% ir baterijas, invertora bloks un kontrolieris. Piederumi tiek izvēlēti vienam darba spriegumam 12, 24 vai 48 voltiem.
Mēs vienkāršojam sistēmas algoritmu:
- Gaismas stundās baterijas rada strāvu caur kontrolieri.
- Elektroniskais bloks novērtē akumulatora uzlādes līmeni, pēc tam enerģiju novirza uz vēlamo līniju - uzlādēšanai vai patērētājiem (uz invertoru).
- Invertora vienība līdzstrāvu pārveido maiņstrāvā ar standarta parametriem - 220 V / 50 Hz.
Ir 2 kontrolieru veidi - PWM un MPPT. Atšķirība starp abiem sastāv no jaudas elementu uzlādēšanas metodes un sprieguma zudumu lieluma. MPPT bloki ir modernāki un ekonomiskāki. Tiek izmantotas dažādas baterijas: svina-skābe, želeja utt.
Ja plānojat izmantot vairākus moduļus, tie ir savstarpēji savienoti 3 veidos:
- Paralēla savienojuma shēma ļauj palielināt strāvu ķēdē. Visu bateriju "negatīvie" kontakti ir savienoti vienā līnijā, "plus" kontakti - otrā. Izejas spriegums paliek nemainīgs.
- Sērijas shēmas izmantošana ļauj palielināt izejas spriegumu. Pirmā paneļa “mīnus” spaile savienojas ar otrā paneļa “plus” un tā tālāk.
- Kombinēto metodi izmanto, ja jāmaina abi parametri - strāvas stiprums un spriegums. Vairāki moduļi ir savienoti virknē, pēc tam grupa tiek savienota kopējā tīklā paralēli citām līdzīgām grupām.
Cik daudz saules paneļu nepieciešams mājas apsildīšanai
Šķiet, ka viss ir vienkārši. Apmēram 10 kW = 10 000 vatu siltumenerģijas tiks izmantots nelielas lauku mājas 100 m² apsildīšanai. Tas ir 100 paneļi ar jaudu 0,1 kW vai 34 lieli moduļi ar 300 vatu jaudu. Jūs nevarat ievietot tik daudz bateriju uz mājas jumta, bet par dzīvokli nav runas.
Atsauce. Ar polikristālu tehnoloģiju izgatavotas fotoelektriskās šūnas ar jaudu 100 W izmērs ir aptuveni 1020 x 700 mm vai 0,71 m². Līdzīgs 300 W akumulators aizņem 1,68 m² (170 x 99 cm).
Mēs veiksim rezervāciju uzreiz, iegūtais rezultāts nav pareizs, jo tajā nav ņemta vērā saules enerģijas sistēmu darbības specifika:
- Fotoelektriskais modulis nodrošina maksimālu jaudu, kad stari nokrīt 90 ° leņķī pret akumulatora plakni.Ja neveicat izsekotāju - izsekošanas mehānismu, kas pagriež paneli pēc saules kustības, mēs zaudējam aptuveni 40% enerģijas. No otras puses, šāda ierīce patērē arī elektrību.
- Saules starojuma daudzums uz 1 m² - insolācija - ir atkarīgs no dzīvesvietas reģiona, augstuma un apēnotās zonas. Šie faktori tieši ietekmē akumulatora darbību.
- Laika gaitā moduļu pusvadītāju pārklājums pasliktinās, kā rezultātā katru gadu tiek zaudēts aptuveni 1% no elektroenerģijas.
- Ja fotoelektrisko slāni pārkarst saule, samazinās arī paneļa veiktspēja.
- Neliela enerģijas daļa tiek zaudēta saistītajās iekārtās - invertoros, kontrolieros, akumulatoros. Šī ir detaļu - transformatoru, mikroshēmu un citu elementu - banāla sildīšana.
- Ja darba virsma ir piesārņota ar putekļiem vai pārklāta ar sniegu, rodas papildu zaudējumi.
- Ņemiet vērā - lai saule varētu sildīties ziemā, saražotajai elektrībai vajadzētu būt pietiekamai, lai sildītu māju un uzlādētu baterijas nakti.
Secinājums. Universāls akumulatoru elektriskās jaudas aprēķins, kas piemērots visām valstīm un reģioniem, neeksistē. Bet skaitlis, kas paziņots virs 10 kW, ir divkāršots (vismaz), lai praksē iegūtu pienācīgu rezultātu. Jums būs nepieciešami 200 simtu vatu paneļi, kuru platība pārsniedz 140 m².
Ir uzticams veids, kā iegūt precīzus insolācijas datus un aprēķināt saules paneļu veiktspēju, sazinoties ar vietējo instalācijas uzņēmumu. Vai arī pats izpētiet teritorijas insolācijas karti.
Mēs iesakām iet citu ceļu - izmantot saules autonomo elektrostaciju īpašnieku pieredzi, lasīt viņu pārskatus tematiskajos forumos. Atrodiet turpat jūsu apkārtnē dzīvojošus lietotājus, ja vēlaties iegūt reālos numurus bez maksas. Šeit ir daži piemēri:
- Autonoma saules enerģijas padeves sistēma, kas atrodas Ļeņingradas apgabalā, Krievijā. Tika uzstādīti 6 paneļi ar katru jaudu 0,22 kW (kopā 1,32 kW), maksimālā jauda ziemā bez mākoņiem ir 1 157 vati. Tēma tiek apspriesta slavenajā krievu valodas forumā.
- Anapa, akumulatora jauda - 2,2 kW, numurs nav norādīts. Gaismas stundās elektrostacija ģenerē aptuveni 9 kW.
- Maskava, SES jauda 2,64 kW. Visa jūnija laikā šī iekārta ģenerēja 304 kW enerģijas.
Piezīme. Šajā adresē atradīsit pārskatus un citu noderīgu informāciju par SES darbību.
Lūdzu, ņemiet vērā: apkures, ūdens sildīšanas un citas mājsaimniecības vajadzības mēs ņēmām vērā tikai saules enerģiju. Kā praktiski aprēķināt bateriju skaitu, skatiet videoklipu:
Īstas sildīšanas metodes
Kā jūs saprotat viņu iepriekšminēto, ir diezgan grūti (un dārgi) pilnībā realizēt mājas sildīšanu ar saules paneļiem. Ne katrs īpašnieks nolems iegādāties un uzstādīt paneļus 100–150 m² platībā, lai sildītu nelielu māju vai vasarnīcu. Tātad pazūd elektriskā katla + ūdens sistēmas + apkures radiatoru shēma.
Bet ideju par apkuri ar saules moduļiem joprojām nevar saukt par utopiju. Mēs uzskaitām iespējas, kuras māju īpašnieki īsteno praksē:
- paneļi plus invertora gaisa kondicionieri ar COP efektivitātes koeficientu 3,5–4;
- akumulatoru pievienošana tieši elektriskiem sildītājiem bez invertora;
- pilnvērtīgas saules elektrostacijas celtniecība, elektroenerģijas pārdošana valstij, ieņēmumi tiek novirzīti tradicionālās apkures apmaksai.
Papildinājums. Paneļu kā papildu enerģijas avotu izmantošanu pamatapkurei nav jēgas diskutēt - tas ir acīmredzams risinājums.
Sāksim ar trešo variantu, kas ir interesants uzņēmējiem. Valstīs, kurās valsts ir noteikusi tā saukto zaļo tarifu, māju īpašnieks var saņemt elektrību no atjaunojamiem avotiem un nodot to kopējam enerģijas tīklam, gūstot peļņu.Tas ir, mājas īpašnieks iegādājas tos pašus 200-300 saules paneļus, bet pārdod enerģiju par labu cenu un velti netērē daudz naudas.
Piemēram, Ukrainā zaļais tarifs pārsniedz parasto 3 reizes (no 2019. gada jūnija). Ir nepieciešams izturēt 1 nosacījumu: SES minimālā jauda ir 30 kW. Uzceliet elektrostaciju, piegādājiet enerģiju tīklam, un jūs pērkat trīs reizes lētāk.
Atlikušās 2 iespējas tiks apskatītas sīkāk.
Gaisa kondicionēšana
Metodes pamatā ir invertoru sadalīšanas sistēmu efektivitāte, kas mājas iekšienē piegādā četras reizes vairāk siltuma nekā patērētā enerģija. Kā realizēt šādu sildīšanu:
- Pirmkārt, mēs minimizējam ēkas siltuma zudumus - siltinām sienas, grīdas un jumtu, uzstādām energoefektīvus logus. Ideāls siltuma patēriņa indikators 100 m² mājai - 6 kW.
- Mēs iegādājamies 2 gaisa kondicionierus ar invertora kompresoriem, kas darbojas negatīvā ielas temperatūrā. Vienību kopējai veiktspējai jābūt vienādai ar mājas siltuma zudumiem, mūsu gadījumā - 6 kW. Šādu “sadalījumu” patēriņš nepārsniegs 2 kW.
- Mēs uzstādām saules staciju, kas visu diennakti var nodrošināt gaisa kondicionēšanu.
- Apkurei aukstākajās dienās ir vērts uzstādīt jebkuru tradicionālu siltuma avotu - katlu, malkas krāsni.
Video šīs sadaļas beigās apstiprina, ka aprakstītā shēma darbojas pilnībā. Viens būtisks mīnuss: pie negatīvas temperatūras gaisa kondicionētāju efektivitāte strauji pazeminās, jūs nevarat iztikt bez katla palīdzības. Mērenā un ziemeļu klimatā saules moduļi vieni paši nevar tikt galā.
Piezīme. Lielākā daļa invertora sadalīšanas sistēmu var darboties salnās līdz -15 ° C. COP efektivitāte tiek samazināta līdz 1,5–2 (tiek saražots divreiz vairāk siltuma, nekā patērē elektrību).
Vietējo sildītāju izmantošana
Mēs runājam par ievērojamu sistēmas izmaksu samazinājumu, ja tiek izmantoti nepretenciozi patērētāji - parastie ventilatoru sildītāji. Tā kā trūkst invertora, 12 voltu sildītājiem būs jābūt savienotiem ar saules moduļiem (jūs varat ņemt automašīnu vai to izdarīt pats).
Kā uzstādīt saules enerģijas ģeneratoru:
- Mēs uzstādām nepieciešamo bateriju skaitu ar darba spriegumu 12 volti.
- Mēs savienojam tos ar 2,5 mm² vadiem saskaņā ar zemāk redzamo diagrammu - bez invertora.
- Mēs savienojam slodzi - mazjaudas ventilatora sildītāju 12 V.
Zemāk videoklipā speciālists sīki apraksta visas šāda savienojuma nianses. Metode ir piemērota atsevišķu telpu apsildīšanai ar 1–1,5 kW ventilatora sildītājiem. Sildīt visu māju ir grūtāk - jums nav jāsamontē vairākas atsevišķas shēmas ar saules paneļiem, lai nepalielinātu vadu šķērsgriezumu.
Galīgais secinājums
Ir ļoti grūti pilnībā sildīt privātmāju ar saules paneļiem. Vienīgais vairāk vai mazāk reālistiskais scenārijs ir dalītu sistēmu vai, labāk, ģeotermiskā siltumsūkņa izmantošana, kas maz atkarīgs no ielas temperatūras. Instalācija patērē maz elektrības, tāpēc tā var darboties no mājas SES.
No raksta mēs īpaši izslēdzām finanšu jautājumus, jo mēs runājām par tehniskiem jautājumiem. Bet jums jāsaprot, ka saules enerģijas aprīkojums - baterijas, akumulatori, invertori un vadības bloki - maksā daudz naudas. Lai veiksmīgi atrisinātu problēmu, jums jābūt labi nopelnītam entuziastam.
Lētāka būs ķēde ar vakuuma kolektoriem, kas savienoti ar netiešu ūdens sildītāju. Bet šai opcijai ir savas grūtības, piemēram, siltuma uzkrāšanās un kolektora stagnācija karstuma laikā. Saules enerģijas izmantošanai grūtajam uzdevumam nav viegla risinājuma.