Oppvarming av et privat hus med solcellepaneler: ordninger og enheter

Typer solcellepaneler

Enheter er delt inn i klasser i henhold til graden av kraft:

• lite strøm;
• universell;
• solcellepanel.

I tillegg er det tre batterityper med forskjellige mål:

1. Fotoelektriske omformere (PVC). De konverterer solenergi til elektrisk energi.
2. Solkraftverk (HES). De brukes til å sikre funksjonen til ulike industrielle installasjoner - turbiner, dampmotorer, etc.
3. Solfangere (SC). Tjener for varmeforsyning av lokaler.

Valget og beregningen av solcellepaneler for et privat hus krever at eieren kjenner designfunksjonene til utstyret. Det er en inndeling i henhold til den fysiske og kjemiske tilstanden til batterimaterialet. Dette spørsmålet bør vurderes mer detaljert.

silikonbatterier

Silisiumceller er de vanligste typene solcelleomformere.

Årsaken til dette er utbredelsen og tilgjengeligheten av dette materialet. Samtidig er produksjonsteknologien veldig kompleks, produksjon av elementer koster betydelige beløp, noe som tvinger produsenter til å se etter alternativer for å redusere kostnadene.

Foreløpig oppnås dette kun på bekostning av redusert effektivitet, men utviklere leter stadig etter måter å forbedre kvaliteten og ytelsen til produktene sine. Vurder hvilke typer silisiumbatterier.

Monokrystallinsk

De mest effektive og dyre elementene. Det brukes høyrent silisium, hvis produksjonsteknologi er utviklet for fremstilling av halvledere. Elementene er tynne seksjoner (300 µm) fra en enkelt krystall dyrket spesielt for denne oppgaven. Krystallstrukturen har en vanlig form, kornene er rettet i én retning. Kostnaden for materialet er høy, effektiviteten er 18-22%. Levetiden er veldig lang, minst 30 år.

Polykrystallinsk

Disse elementene oppnås ved gradvis avkjøling av smeltet silisium.hvor polykrystaller dannes. Strukturen til et slikt materiale har ikke en vanlig form, kornene er ikke parallelle og rettet i forskjellige retninger. Produksjonen er mye billigere, siden denne teknologien krever mindre strøm, men effektiviteten til produktet er lavere - 12-18%.

amorf

Amorfe batterier er ikke laget av krystallinsk silisium, men av silisiumhydrogen (silan), som påføres i et tynt lag på grunnmaterialet. Effektiviteten til disse batteriene er lav - bare 5-6%, men prisen er også den laveste. Samtidig er det noen fordeler - en høy koeffisient for optisk absorpsjon, evnen til å jobbe i overskyet vær, motstand mot paneldeformasjon.

hybrid

Hybridpaneler er en kombinasjon av solcelleceller og solfangere. Faktum er at når de genererer energi, varmes panelene opp og mister ytelsen.

Vannkjøling ble brukt for å redusere oppvarmingen. Det viste seg at mengden varme som mottas av vann fra fotoceller kan brukes til husbehov eller til romoppvarming.

Slike solcellepaneler er gode både for energiproduksjon og oppvarming av boliger. Produsenter hevder at effektiviteten til slike paneler er ekstremt høy (noen sier 80%), men dette er et vanlig markedsføringsknep, som tar hensyn til stabiliteten til indikatorene som en økning i effektiviteten.

Dette er en annen type fotovoltaiske omformere, som ikke er laget på silisiumbasis, men fra flere polymerfilmer brettet til en tett pakke og utfører forskjellige funksjoner.. Effektiviteten til slike batterier er omtrent fire ganger lavere enn for silisium, men de er lette, relativt billige å produsere og som et resultat billigere å selge. Det antas at polymerenheter har høyt potensial og vil bli aktivt utviklet, siden lave kostnader og produksjonshastighet er de viktigste fordelene med materialet.

Fremtiden tilhører alternative energikilder

Etterspørselen etter energi vokser i forhold til hastigheten på teknologiutviklingen. Hvis i dag alternative energikilder er eksotiske og bare brukes der ingen andre metoder er egnet, vil situasjonen etter en stund endre seg radikalt. Avhengighet av ressursleverandører er ikke det mest lovende prospektet, og tvinger oss til å se etter andre, mer uavhengige alternativer for å gi boliger energi og varme.

Så snart det dukker opp billigere og mer produktivt utstyr, vil bruken av solcellepaneler bli utbredt.. Drivkraften til dette vil være overbefolkningen av de sentrale regionene, mangelen på boliger og arbeid, behovet for å bosette seg i mer avsidesliggende regioner. Hvis parametrene til utstyret innen den tid blir ganske stabile, og prisene faller til rimelige nivåer, vil etterspørselen etter solcellepaneler bli veldig høy.

Driftsprinsipp

Prinsippet for drift av solbatteriet. (Klikk for å forstørre)

Prinsippet for drift av et solcellebatteri er ganske enkelt. Det er konvertering av solenergi til elektrisk energi. Fotoreseptorer plassert på platen absorberer sollys, noe som forårsaker en mikroutladning på overflaten av platen.

Kraften til en slik mikroutladning er ganske liten, men mange fotoreseptorer plassert på batteriområdet er i stand til å generere og akkumulere den nødvendige mengden elektrisitet for menneskelige behov.

Solcellepaneler kan monteres på hustak:

• private hus;
• bygninger med flere etasjer;
• små industrilokaler;
• paviljonger;
• baldakiner.

Betingelsen for å plassere strukturen er et flatt tak eller et annet plan av et stort område.

Eksperttips: Solfangermoduler plasseres mot solen

Derfor er det viktig å installere modulen på sør- eller sørøstsiden under installasjonen.

Fordeler med et solvarmesystem

Det er flere fordeler med solcellepaneler for oppvarming av hjemmet:

• Hele året er hjemmet ditt utstyrt med nødvendig varme. Du kan også justere temperaturen i huset etter eget skjønn.
• Total uavhengighet fra bolig og fellestjenester. Nå slipper du å betale store varmeregninger.
• Solenergi er en reserve som kan brukes til ulike husholdningsbehov.
• Disse batteriene har meget god levetid. De feiler sjelden, så du trenger ikke å bekymre deg for å reparere eller erstatte enkelte komponenter.

Det er noen nyanser du bør være oppmerksom på før du velger dette systemet. Tross alt er et slikt system kanskje ikke egnet for alle.

På mange måter avhenger kvaliteten på et slikt varmesystem av boligens geografi. Hvis du bor i et område der solen ikke skinner hver dag, vil slike systemer være ineffektive. En annen ulempe med dette systemet er at solcellepaneler er dyre. Riktignok bør vi ikke glemme at et slikt system vil betale seg fullt ut over tid.

Varigheten av solskinn i Russland

For å forsyne huset med den nødvendige mengden varme, vil det ta fra 15 til 20 kvadratmeter. meter med solcellepanelareal. En kvadratmeter avgir i gjennomsnitt opptil 120W.

For å motta ca 500 kW varme per måned, er det nødvendig at det er ca 20 soldager i måneden.

En forutsetning er montering av solcellepaneler på sørsiden av taket, da det sprer mest varme. For at solvarme skal være mest mulig effektivt bør vinkelen på taket være ca 45 grader. Det er ønskelig at høye trær ikke vokser i nærheten av huset, og det er ingen andre gjenstander som kan skape skygge. Fagverkssystemet til huset må ha nødvendig styrke og pålitelighet.Siden solcellepaneler ikke akkurat er lette, må man passe på at de ikke skader bygget og ikke provoserer frem ødeleggende prosesser. Sannsynligheten for kollaps øker om vinteren, siden det på dette tidspunktet, i tillegg til tunge batterier, vil samle seg snø på taket.

Solcellepaneler er vanligvis plassert på taket av huset.

Til tross for at solcellepaneler er ganske dyre, får de mer og mer popularitet. De brukes selv der klimaet ikke er for varmt. Et slikt system kan også brukes som tilleggsoppvarming hjemme. Slike systemer er mest effektive i sommermånedene, når solen skinner nesten hver dag. Men ikke glem at huset må varmes opp hovedsakelig i vintermånedene.

Måter å bruke solenergi på

Metodene for å bruke energien til himmellegemet tilhører ikke innovative teknologier; solvarme har blitt brukt i lang tid og med stor suksess. Dette gjelder imidlertid hovedsakelig Australia, enkelte land i Europa, Amerika og de sørlige regionene, hvor alternativ energi kan skaffes gjennom hele året.

Noen nordlige regioner opplever mangel på naturlig stråling, så den brukes som et tilleggs- eller reservealternativ.

bildegalleri
Foto fra
Solcellepaneler er en av måtene å få praktisk talt gratis energi, utstrålet gratis av himmellegemet.

Installasjon av et autonomt solkraftverk er tilrådelig i regioner med et stort antall soldager, som ikke er relatert til den gjennomsnittlige årlige temperaturen

Et autonomt solsystem er hovedsakelig plassert på takene til lave bygninger og i trefrie områder.

I frostperioden leverer solcelleanlegg energi for oppvarming av luft, damp eller vann, om sommeren gir de oppvarmet vann

Solkraftverk er blant de «grønne», miljøvennlige, kontinuerlig fornybare typene energiproduksjon

Så langt er effektiviteten til solkraftverk for avhengig av antall soldager. Det er lønnsomt bare på sørlige breddegrader. I det midterste kjørefeltet og i nord kan det kun tjene som reservekilde

Solcellepaneler i den sørlige delen av CIS-landene vil kunne gi et landsted med elektrisitet, varmt vann og kjølevæske for varmekretser

Solsystemer, selv brukt som en reserveenergikilde, gir en ganske høy økonomisk effekt, og reduserer belastningen på hovedalternativene for å generere energi.

Passiv bruk av solenergi

Monteringsalternativ for solcellepanel

Optimal plassering av et privat solsystem

Plassering av solcellepanel langs takfot

Solcelleanlegg på flatt tak

Solkraftverk som reservekilde

Drift av batterier i de sørlige regionene i CIS-landene

De virkelige fordelene med et solsystem i privat sektor

Mellomledd mellom solens stråler og mekanismen som genererer energi er solcellebatterier eller solfangere, som er forskjellige i både formål og design.

Batterier lagrer energi fra solen og lar den brukes til å drive elektriske husholdningsapparater. De er paneler med fotoceller på den ene siden og en låsemekanisme på den andre. Du kan eksperimentere og sette sammen batteriet selv, men det er lettere å kjøpe ferdige elementer - valget er ganske bredt.

Solcelleanlegg (solfangere) er en del av husets varmesystem.Store varmeisolerte bokser med kjølevæske, som batterier, er montert på hevede skjold mot solen, eller takhellinger.

Det er feil å anta at absolutt alle nordlige regioner mottar mye mindre naturlig varme enn sørlige. Anta at det er mye flere solfylte dager i Chukotka eller i det sentrale Canada enn i Storbritannia som ligger i sør

For å forbedre effektiviteten er panelene plassert på dynamiske mekanismer som ligner et sporingssystem - de roterer etter solens bevegelse. Energikonverteringsprosessen foregår i rør plassert inne i boksene.

Hovedforskjellen mellom solcelleanlegg og solcellepaneler er at førstnevnte varmer opp kjølevæsken, mens sistnevnte akkumulerer strøm. Det er mulig å varme opp rommet ved hjelp av fotoceller, men enhetsordningene er irrasjonelle og passer bare for de områdene der det er minst 200 soldager i året.

Opplegg for et varmesystem med en solfanger koblet til en kjele og en ekstra strømkilde (for eksempel en gasskjele) som kjører på tradisjonelt drivstoff (+)

Varianter

I videste forstand betyr begrepet "solbatteri" en enhet som lar deg konvertere energien som utstråles av solen til en praktisk form for senere bruk i forskjellige områder av menneskelivet. To typer solcellepaneler brukes til å varme opp hus.

solcelleceller

Batterier av denne klassen kalles ofte omformere, siden energien til solstråling omdannes til elektrisk energi med deres hjelp. Denne transformasjonen ble mulig på grunn av egenskapene til halvledere.Cellen til en fotoelektrisk celle består av to materialer, hvorav det ene har hullledningsevne, og det andre - elektronisk.

solcelleceller

Strømmen av fotoner som utgjør sollys får elektronene til å forlate banene sine og migrere gjennom Pn-krysset, som faktisk er en elektrisk strøm.

Avhengig av typen materialer som brukes, er det tre typer solcellebatterier: silisium, film og konsentrator.

Silisium

Mer enn tre fjerdedeler av solcellepanelene som produseres i dag er av denne typen. Dette skyldes utbredelsen av silisium i jordskorpen, samt det faktum at de fleste teknologiene i produksjonen av halvlederelektronikk var fokusert på å jobbe med dette materialet.

I sin tur er silisiumbaserte elementer delt inn i to typer:

• monokrystallinsk: det dyreste alternativet, effektiviteten er 19% - 24%;
• polykrystallinsk: rimeligere, men har en effektivitet i området 14% - 18%.

Film

Ved produksjon av fotoceller i denne gruppen brukes halvledere som har en høyere lysabsorpsjonskoeffisient enn mono- og polykrystallinsk silisium.

Dette gjorde det mulig å redusere tykkelsen på elementene med en størrelsesorden, noe som hadde en positiv effekt på kostnadene deres. Følgende materialer brukes:

• kadmiumtellurid (effektivitet - 15% - 17%);
• amorft silisium (effektivitet - 11% - 13%).

konsentrator

Disse batteriene har en flerlagsstruktur og er preget av den høyeste effektiviteten - omtrent 44%. Hovedmaterialet i deres produksjon er galliumarsenid.

Komplett sett med varmesystem

Varmesystemet basert på solcellebatterier består av følgende komponenter:

• selve batteriene;
• batteri;
• kontroller: kontrollerer batteriets ladeprosess;
• inverter: konverterer likestrøm fra et batteri eller en akkumulator til vekselstrøm med en spenning på 220 V;
• konvektor, varmtvannskjel eller annen type elektrisk varmeovn.

Nettmontert solcelleanlegg

Solfangere

Batterier av denne varianten består av flere sortmalte rør som kjølevæsken som sirkulerer i varmesystemet pumpes gjennom. Samtidig absorberes den termiske energien til solstråling av arbeidsmiljøet uten noen konvertering. I de fleste tilfeller bruker den en propylenglykol-basert blanding (den har frostvæskeegenskaper), men det er også samlere orientert for å jobbe med luft. Sistnevnte, etter oppvarming, mates direkte inn i det oppvarmede rommet.

Solfangere

I sin enkleste form kalles en solfanger en flat solfanger. Den er laget i form av en boks laget av glass med et mørkt belegg, som er i kontakt med kjølevæsken som passerer gjennom rørene. Vakuumsamlere har en mer kompleks enhet. I slike batterier plasseres rør med kjølevæske i et forseglet glasshus, hvorfra luft pumpes ut. Således er rørene som inneholder arbeidsmediet omgitt av et vakuum, som eliminerer varmetap fra kontakt med luft.

Det er klart at produksjonen av solfangere er basert på enklere teknologier enn produksjonen av solcelleceller. Som et resultat er de også rimeligere. Samtidig når effektiviteten til slike installasjoner 80% - 95%.

Komplett sett med solsystem

Hovedelementene i solsystemet (solcellebatterisystemer for hjemmet) er:

• solfanger;
• sirkulasjonspumpe (i systemer med naturlig sirkulasjon av kjølevæsken kan den være fraværende, men de er ineffektive);
• en beholder med vann, som spiller rollen som en varmeakkumulator;
• vannvarmekrets, bestående av rør og radiatorer.

Ordning for gjennomføring av solcelleanlegg med varmestøtte med daglig energilagring

Fordelene med solcellepaneler

Den viktigste fordelen med solcelleomformere er uavhengighet fra ressursorganisasjoner. Elektrisitet genereres helt autonomt, uten å være koblet til nettet. Det er bare nødvendig å ha en kilde - sollys, om natten kan ikke systemet fungere. Det er også andre fordeler:

• Miljøvennlighet. Systemet påvirker ikke miljøet på noen måte, avgir ingen skadelige stoffer.
• Lang levetid. Utstyret kan fungere nesten på ubestemt tid, med forbehold om periodisk vedlikehold av spesialister.
• Fullstendig stille drift.
• Mulighet for å øke kraften i systemet ved å legge til nye moduler.
• Tilbakebetaling av utstyr. Prisen på settet returneres gradvis til eieren i form av energikostnadsbesparelser. Etter noen år begynner utstyret allerede å gå med overskudd.
• Konstant reduksjon i kostnadene for sett. Produksjonsvolumet av slikt utstyr er stort, og dette fører til en nedgang i prisene. Et solcelleanlegg til en bolig kjøpt om noen år vil være billigere enn et som kjøpes i dag, og dette skaper tillit til utviklingen av teknologi og tilgjengeligheten av utstyr.

Rørformede solfangere

Rørformede solfangere er satt sammen av separate rør som vann, gass eller damp renner gjennom. Dette er et av de åpne solsystemer. Kjølevæsken er imidlertid allerede mye bedre beskyttet mot ekstern negativitet. Spesielt i vakuuminstallasjoner, arrangert etter termosprinsippet.

Hvert rør er koblet til systemet separat, parallelt med hverandre. Hvis ett rør svikter, er det enkelt å erstatte det med et nytt. Hele strukturen kan monteres direkte på taket av bygningen, noe som i stor grad letter installasjonen.

Den rørformede samleren har en modulær struktur. Hovedelementet er et vakuumrør, antall rør varierer fra 18 til 30, noe som lar deg velge kraften til systemet nøyaktig

Et betydelig pluss med rørformede solfangere ligger i den sylindriske formen til hovedelementene, takket være hvilken solstråling fanges opp hele dagen uten bruk av dyre systemer for å spore bevegelsen til armaturet.

Et spesielt flerlagsbelegg skaper en slags optisk felle for solens stråler. Diagrammet viser delvis den ytre veggen av vakuumkolben som reflekterer strålene på veggene til den indre kolben

I henhold til utformingen av rørene skilles penn og koaksiale solfangere.

Koaksialrøret er et Diyur-kar eller en kjent termos. De er laget av to kolber som luften pumpes ut mellom. Den indre overflaten av den indre pæren er belagt med et svært selektivt belegg som effektivt absorberer solenergi.

Med en sylindrisk form på røret faller solens stråler alltid vinkelrett på overflaten

Termisk energi fra det interne selektive laget overføres til et varmerør eller en intern varmeveksler laget av aluminiumsplater. På dette stadiet oppstår uønskede varmetap.

Fjærrøret er en glassylinder med en fjærabsorber satt inn på innsiden.

Systemet har fått navnet sitt fra en fjærabsorber, som tett vikler rundt en varmekanal laget av varmeledende metall.

For god varmeisolasjon pumpes luft ut av røret. Varmeoverføring fra absorberen skjer uten tap, så effektiviteten til fjærrør er høyere.

Termorøret er en forseglet beholder med en flyktig væske.

Siden den flyktige væsken naturlig strømmer til bunnen av termorøret, er minste vippevinkel 20°

Inne i termorøret er det en flyktig væske som absorberer varme fra den indre veggen av kolben eller fra fjærabsorberen. Under påvirkning av temperaturen koker væsken og stiger i form av damp. Etter at varmen er avgitt til varme- eller varmtvannskjølevæsken, kondenserer dampen til en væske og renner ned.

Vann ved lavt trykk brukes ofte som en flyktig væske.

Et direktestrømssystem bruker et U-formet rør som vann eller et varmesystems kjølevæske sirkulerer gjennom.

Den ene halvdelen av det U-formede røret er designet for kald kjølevæske, den andre tar det oppvarmede. Ved oppvarming utvider kjølevæsken seg og går inn i lagertanken, og gir naturlig sirkulasjon. Som med termorørsystemer, må minste helningsvinkel være minst 20⁰.

Med en direktestrømtilkobling kan ikke trykket i systemet være høyt, siden det er et teknisk vakuum inne i kolben

Direktestrømsystemer er mer effektive fordi de umiddelbart oppvarmer kjølevæsken.

Hvis solfangersystemer er planlagt brukt hele året, pumpes spesielle frostvæsker inn i dem.

Fordeler og ulemper med rørformede samlere

Bruken av rørformede solfangere har en rekke fordeler og ulemper. Designet til en rørformet solfanger består av de samme elementene, som er relativt enkle å erstatte.

Fordeler:

• lavt varmetap;
• evne til å jobbe ved temperaturer opp til -30⁰С;
• effektiv ytelse gjennom hele dagslyset;
• god ytelse i områder med temperert og kaldt klima;
• lav vindstyrke, rettferdiggjort av rørformede systemers evne til å passere luftmasser gjennom dem;
• muligheten for å produsere en høy temperatur på kjølevæsken.

Strukturelt har den rørformede strukturen en begrenset åpningsoverflate. Det har følgende ulemper:

• ikke i stand til å rense seg selv fra snø, is, frost;
• høy pris.

Til tross for de opprinnelig høye kostnadene, betaler rørformede samlere seg raskere. De har lang levetid.

Rørkollektorer er solcelleanlegg av åpen type, derfor er de ikke egnet for helårsbruk i varmesystemer

Typer solcellepaneler

Det finnes ulike typer solcelleomformere. Dessuten er materialet de er laget av og teknologien forskjellig. Alle disse faktorene påvirker direkte ytelsen til disse omformerne. Noen solceller har en effektivitet på 5-7 %, og den mest vellykkede nyere utviklingen viser 44 % eller mer. Det er tydelig at avstanden fra utbygging til hjemmebruk er enorm, både i tid og penger. Men du kan forestille deg hva som venter oss i nær fremtid. Andre sjeldne jordmetaller brukes for å få bedre ytelse, men med forbedret ytelse har vi en grei prisøkning. Gjennomsnittlig ytelse for relativt rimelige solcelleomformere er 20-25 %.

Silisium solcellemoduler er de mest brukte

De vanligste silisiumsolcellene. Denne halvlederen er billig, produksjonen har blitt mestret i lang tid. Men de har ikke den høyeste effektiviteten - de samme 20-25%.Derfor, med alt mangfoldet, brukes hovedsakelig tre typer solomformere i dag:

• De billigste er tynnfilmsbatterier. De er et tynt belegg av silisium på bærematerialet. Silisiumlaget er dekket med en beskyttende film. Fordelen med disse elementene er at de fungerer selv i diffust lys, og derfor er det mulig å installere dem selv på veggene til bygninger. Ulemper - lav effektivitet på 7-10%, og til tross for det beskyttende laget, gradvis nedbrytning av silisiumlaget. Men ved å okkupere et stort område, kan du få strøm selv i overskyet vær.
• Polykrystallinske solceller er laget av smeltet silisium, som sakte avkjøler det. Disse elementene kan kjennetegnes ved deres lyse blå farge. Disse solcellepanelene har den beste produktiviteten: effektiviteten er 17-20 %, men de er ineffektive i diffust lys.
• Den dyreste av hele treenigheten, men samtidig ganske utbredt, er solcellepaneler i en krystall. De oppnås ved å dele en enkelt silisiumkrystall i wafere og har en karakteristisk geometri med skrå hjørner. Disse elementene har en effektivitet på 20% til 25%.

Nå, når du ser inskripsjonene "mono solcellepanel" eller "polykrystallinsk solcellepanel", vil du forstå at vi snakker om en metode for produksjon av silisiumkrystaller. Du vil også vite hvor effektivt du kan forvente av dem.

Batteri med monokrystallinske omformere