Panourile semiconductoare care transformă energia soarelui în energie electrică sunt de obicei instalate cu un singur scop - pentru a asigura funcționarea electrocasnicelor. Acești entuziaști nu se opresc aici și încearcă să adapteze panouri solare pentru încălzirea casei. Vă sugerăm să discutăm această idee, să luăm în considerare posibilele metode de încălzire folosind panouri fotovoltaice. Rentabilitatea centralelor alternative și a altor probleme financiare nu are sens, este o problemă separată.
Cum funcționează o centrală solară
Nu vom lua timpul tău și nu vom vorbi despre modul în care modulele semiconductor generează curent. Dar dacă doriți să organizați încălzirea solară a unei case private, trebuie să vă imaginați principiul stației fotovoltaice și să cunoașteți toate nuanțele care îi afectează puterea.
Centrala solară (SES) este formată din următoarele elemente (prezentate în diagrama de mai jos):
- unul sau mai multe panouri care primesc radiații de la soare;
- baterii reîncărcabile (baterii) care acumulează electricitatea generată;
- controlerul monitorizează nivelul de încărcare, direcționează curentul către circuitul dorit;
- invertorul transformă tensiunea constantă a panourilor solare în curent alternativ 220 V.
Un punct interesant. Prețul modulelor nu este mai mare de 30% din costul unui set complet de echipamente. Restul de 70% sunt baterii, o unitate inversoare și un controler. Accesoriile sunt selectate pentru o tensiune de funcționare de 12, 24 sau 48 de volți.
Simplificăm algoritmul sistemului:
- În timpul orei de zi, bateriile generează curent prin controler.
- Unitatea electronică estimează nivelul de încărcare a bateriei, apoi direcționează energia către linia dorită - pentru încărcare sau către consumatori (către invertor).
- Unitatea invertorului convertește curentul direct în curent alternativ cu parametri standard - 220 V / 50 Hz.
Există 2 tipuri de controlere - PWM și MPPT. Diferența dintre cele două constă în metoda de încărcare a elementelor de putere și amploarea pierderilor de tensiune. Blocurile MPPT sunt mai moderne și mai economice. Se folosesc diferite baterii: acid cu plumb, gel și așa mai departe.
Dacă intenționați să utilizați mai multe module, atunci acestea sunt interconectate în 3 moduri:
- O schemă de conexiune paralelă vă permite să creșteți curentul în circuit. Contactele „negative” ale tuturor bateriilor sunt conectate la o linie, contactele „plus” la cealaltă. Tensiunea de ieșire rămâne neschimbată.
- Utilizarea unui circuit serial face posibilă creșterea tensiunii de ieșire. Terminalul „minus” al primului panou se conectează la „plus” al celui de-al doilea și așa mai departe.
- Metoda combinată este utilizată atunci când trebuie să schimbați ambii parametri - puterea curentului și tensiunea. Mai multe module sunt conectate în serie, apoi un grup este conectat la o rețea comună în paralel cu alte grupuri similare.
Cât de multe panouri solare aveți nevoie pentru a încălzi o casă
S-ar părea că totul este simplu. Aproximativ 10 kW = 10.000 wați de energie termică vor fi folosiți pentru a încălzi o cabană mică de 100 m². Este vorba despre 100 de panouri de 0,1 kW sau 34 de module mari de 300 de wați. Nu puteți pune atâtea baterii pe acoperișul casei, dar nu se vorbește despre apartament.
Referinţă. Dimensiunea unei celule fotovoltaice cu o putere de 100 W, fabricată prin tehnologie policristalină, este de aproximativ 1020 x 700 mm sau 0,71 m². O baterie similară de 300 W va avea 1,68 m² (170 x 99 cm).
Vom face o rezervare imediat, rezultatul este incorect, deoarece nu ține cont de caracteristicile funcționării sistemelor de energie solară:
- Modulul fotovoltaic asigură o putere maximă atunci când razele cad într-un unghi de 90 ° față de planul bateriei.Dacă nu faceți un tracker - un mecanism de urmărire care rotește panoul după mișcarea soarelui, pierdem aproximativ 40% din energie. Pe de altă parte, un astfel de dispozitiv consumă și energie electrică.
- Cantitatea de radiații solare pe 1 m² - insolare - depinde de regiunea de reședință, altitudine și zona umbrită. Acești factori afectează în mod direct performanțele bateriei.
- În timp, acoperirea cu semiconductor a modulelor se degradează, ca urmare, aproximativ 1% din energia electrică se pierde anual.
- Dacă stratul fotoelectric este supraîncălzit de soare, performanțele panoului scad și ele.
- O mică parte din energie se pierde în echipamentele aferente - invertoare, controlere, baterii. Aceasta este o încălzire banală a pieselor - transformatoare, microcircuite și alte elemente.
- Când suprafața de lucru este contaminată cu praf sau acoperită cu zăpadă, apar pierderi suplimentare.
- Rețineți că pentru ca soarele să se încălzească iarna, energia electrică generată ar trebui să fie suficientă pentru a încălzi casa și a încărca bateriile peste noapte.
Concluzie. Nu există un calcul universal al puterii electrice a bateriilor adecvate pentru toate țările și regiunile. Dar cifra anunțată peste 10 kW trebuie dublată (cel puțin) pentru a obține un rezultat decent în practică. Se vor lua de la 200 de sute de panouri care acoperă o suprafață de peste 140 mp.
Există o modalitate fiabilă de a obține date precise de insolare și de a calcula performanța panourilor solare, contactând compania dvs. de instalare locală. Sau studiați singur harta de insolare a zonei.
Vă sugerăm să mergeți invers - pentru a utiliza experiența proprietarilor de centrale solare autonome, citiți recenziile lor pe forumurile tematice. Găsiți acolo utilizatori care locuiesc în zona dvs. dacă doriți să primiți numere reale gratuit. Aici sunt cateva exemple:
- Sistem autonom de alimentare cu energie solară, situat în regiunea Leningrad, Rusia. Au fost instalate 6 panouri de 0,22 kW fiecare (un total de 1,32 kW), iar puterea de vârf într-o zi de iarnă fără nori a fost de 1.157 wați. Subiectul este discutat la faimosul forum în limba rusă.
- Anapa, performanța bateriei - 2,2 kW, numărul nu este indicat. În timpul orelor de zi, centrala generează aproximativ 9 kW.
- Moscova, puterea SES 2,64 kW. Pe toată luna iunie, instalația a generat 304 kW de energie.
Notă. Veți găsi recenzii și alte date utile despre funcționarea SES la această adresă.
Vă rugăm să rețineți: nu am avut în vedere doar energia solară pentru încălzire, încălzirea cu apă și alte nevoi ale gospodăriei. Cum se calculează numărul de baterii în practică, vedeți videoclipul:
Metode reale de încălzire
După cum înțelegeți cele de mai sus, este destul de dificil (și scump) să realizați încălzirea electrică completă a unei case cu panouri solare. Nu orice proprietar va decide să cumpere și să instaleze panouri pe o suprafață de 100-150 m² pentru a încălzi o casă mică sau o cabană. Deci, schema cazanului electric + a sistemului de apă + radiatoare de încălzire dispare.
Dar ideea de încălzire cu module solare nu poate fi încă numită utopie. Enumerăm în practică opțiunile implementate de proprietarii de case:
- panouri plus aparate de aer condiționat invertor cu coeficient COP de eficiență 3,5–4;
- conectarea bateriilor direct la încălzitoare electrice fără invertor;
- construcția unei centrale solare cu drepturi depline, vânzarea de energie electrică către stat, încasările vor fi plătite pentru încălzirea tradițională.
Plus. Utilizarea panourilor ca surse suplimentare de energie pentru încălzirea de bază nu are sens să discutăm - aceasta este o soluție evidentă.
Să începem cu a treia opțiune, care este interesantă pentru antreprenori. În țările în care statul a stabilit așa-numita tarifă ecologică, proprietarul de locuințe poate primi electricitate din surse regenerabile și le poate oferi rețelei comune de energie, obținând un profit.Adică proprietarul de casă achiziționează aceleași panouri solare 200-300, dar vinde energie la un preț bun și nu risipește mult în zadar.
De exemplu, în Ucraina, tariful verde depășește obișnuitul de 3 ori (din iunie 2019). Este necesar să rezistați la 1 condiție: capacitatea minimă de SES este de 30 kW. Construiește o centrală electrică, furnizează energie la rețea și cumperi de trei ori mai ieftin.
Restul de 2 opțiuni vor fi luate în considerare mai detaliat.
Aer conditionat
Metoda se bazează pe eficiența sistemelor de împărțire a invertorului care furnizează de patru ori mai multă căldură în interiorul casei decât energia consumată. Cum să realizați o astfel de încălzire:
- În primul rând, maximizăm pierderea de căldură a clădirii - izolăm pereții, podelele și acoperișul, instalăm ferestre cu economii de energie. Un indicator ideal pentru consumul de căldură pentru o locuință de 100 m² - 6 kW.
- Cumpărăm 2 aparate de aer condiționat cu compresoare invertoare care funcționează la temperatura negativă a străzii. Performanța totală a unităților ar trebui să fie egală cu pierderea de căldură a casei, în cazul nostru - 6 kW. Consumul de astfel de "divizări" nu va depăși 2 kW.
- Instalăm o stație solară capabilă să ofere aer condiționat în permanență.
- Pentru încălzirea în cele mai friguroase zile, merită să instalați orice sursă tradițională de căldură - un cazan, o sobă cu lemne.
Videoclipul de la sfârșitul acestei secțiuni confirmă faptul că circuitul descris este complet funcțional. Un minus semnificativ: la o temperatură negativă, eficiența aparatelor de aer condiționat scade brusc, nu puteți face fără ajutorul unui cazan. În climele temperate și nordice, modulele solare nu pot face față singure.
Notă. Majoritatea sistemelor de împărțire a invertorului pot funcționa în înghețuri de până la -15 ° C. Eficiența COP este redusă la 1,5-2 (de două ori mai multă căldură generată decât consumul de energie electrică).
Utilizarea încălzitoarelor locale
Vorbim despre o reducere semnificativă a costurilor sistemului în cazul utilizării consumatorilor fără pretenții - încălzitoare obișnuite cu ventilatoare. Din cauza lipsei unui invertor, încălzitoarele de 12 volți vor trebui să fie conectate la modulele solare (puteți lua o mașină sau o faceți singuri).
Cum se montează un generator de energie solară:
- Instalăm numărul necesar de baterii cu o tensiune de funcționare de 12 volți.
- Le conectăm cu fire de 2,5 mm² în conformitate cu diagrama de mai jos - fără invertor.
- Conectăm sarcina - un încălzitor ventilator cu putere redusă de 12 V.
Mai jos în video, specialistul descrie în detaliu toate nuanțele unei astfel de conexiuni. Metoda este potrivită pentru încălzirea camerelor individuale cu încălzitoare ventilatoare 1-1,5 kW. Este mai dificil să încălziți întreaga casă - trebuie să colectați mai multe circuite separate cu panouri solare, pentru a nu crește secțiunea transversală a firelor.
Concluzie finală
A face o încălzire completă a unei case private cu panouri solare este foarte dificil. Singurul scenariu mai mult sau mai puțin realist este utilizarea sistemelor despicate sau, mai bine zis, o pompă de căldură geotermală, puțin dependentă de temperatura străzii. Instalația consumă puțină energie electrică, astfel încât poate funcționa dintr-un SES de acasă.
Am exclus în special problemele financiare din articol, deoarece vorbim despre probleme tehnice. Dar trebuie să înțelegeți că echipamentul de energie solară - baterii, baterii, invertoare și unități de control - costă foarte mulți bani. Pentru a rezolva cu succes problema, trebuie să fii un entuziast bine câștigat.
Un circuit cu colectoare de vid conectate la un încălzitor de apă indirect va fi mai ieftin. Dar această opțiune are propriile dificultăți, de exemplu, acumularea de căldură și stagnarea colectorului în timpul căldurii. Nu există o soluție ușoară pentru sarcina dificilă a valorificării energiei solare.