Σε αντίθεση με το ισχυρό και δαπανηρό σύστημα θέρμανσης που είναι εξοπλισμένο σε συνηθισμένο σπίτι, ένα ενεργειακά αποδοτικό σπίτι δεν καίει καύσιμα ούτε μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια του δικτύου σε θερμότητα (εκτός από περιπτώσεις κρίσιμης πτώσης θερμοκρασίας). Ένα τέτοιο σπίτι διατηρεί επίμονα μέσα του - χάρη στη στοχαστική θερμομόνωση, τον αερισμό με ανάκτηση και τη βέλτιστη θέση του κτιρίου - τη λεγόμενη παθητική θερμότητα. Και οτιδήποτε μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πηγή αυτής της παθητικής ενέργειας:
- άμεσο ηλιακό φως που διεισδύει μέσα από τα παράθυρα.
- θερμότητα που παράγεται από οικιακές συσκευές, ακόμη και από κατοίκους και κατοικίδια ζώα.
- και φυσικά συσκευές των οποίων η κύρια λειτουργία είναι η παροχή ηλιακής ενέργειας στο σπίτι - ηλιακοί συλλέκτες (μπαταρίες), που θα συζητηθούν.
Τα ηλιακά πάνελ ταιριάζουν αρμονικά σε ένα παθητικό σπίτι, αφού συμμορφώνονται πλήρως με την κύρια αρχή της κατασκευής του - τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας από το περιβάλλον.
Η αρχή λειτουργίας των ηλιακών συλλεκτών και η αλληλεπίδρασή τους με άλλα οικιακά συστήματα
- Η λειτουργία των ηλιακών συλλεκτών βασίζεται στη μετατροπή της θερμικής ακτινοβολίας που επηρεάζει τις γκοφρέτες πυριτίου σε ηλεκτρική ενέργεια.
- Οι ηλιακοί συλλέκτες σάς επιτρέπουν να χρησιμοποιείτε την ηλιακή ενέργεια για τη λειτουργία οικιακών συσκευών, συστημάτων εξαερισμού και (μερικώς) θέρμανσης.
- Εάν οι δυνατότητες των ηλιακών συλλεκτών είναι υψηλότερες από τις απαιτήσεις των νοικοκυριών, τότε το πλεόνασμα ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συστήματα αποθήκευσης και μετατροπής ηλεκτρικής ενέργειας.
- Εάν η ζήτηση για ηλεκτρική ενέργεια υπερβαίνει τη χωρητικότητα των πάνελ, το τμήμα που λείπει μπορεί να ληφθεί από το δίκτυο (επιλογή ηλιακού σταθμού δικτύου) ή από μια γεννήτρια υγρών καυσίμων (αυτόνομος ηλιακός σταθμός).
Τύποι ηλιακών πλαισίων
Η ταξινόμηση των φωτοβολταϊκών συστημάτων πραγματοποιείται σύμφωνα με τα κριτήρια των υλικών και των σχεδίων που χρησιμοποιούνται. Οι ηλιακές μπαταρίες είναι:
- Με τη μορφή πάνελ πυριτίου (τα πιο συνηθισμένα, τα πιο υψηλής απόδοσης και τα πιο ακριβά), απόδοση - έως 22%. Κατασκευάζονται σε τρεις υποτύπους: μονοκρυσταλλικό (το πιο αξιόπιστο), πολυκρυσταλλικό και άμορφο. στις δύο πρώτες θέσεις χρησιμοποιείται καθαρό πυρίτιο, στην τρίτη - υδρογόνο πυριτίου, το οποίο εφαρμόζεται στο υπόστρωμα.
- Φιλμ - κατασκευασμένο με χρήση τελλουρίου καδμίου, σεληνιούχου χαλκού-ινδίου και πολυμερών. Έχουν χαμηλότερη τιμή, αλλά και χαμηλότερη απόδοση (απόδοση 5-14%), οπότε για να ταιριάζει η μπαταρία στις «ορέξεις» του σπιτιού, θα απαιτηθεί αύξηση της περιοχής που δέχεται ακτινοβολία.
Οι καταναλωτικές ιδιότητες των ηλιακών συλλεκτών περιγράφονται από τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
- Εξουσία.Όσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή του ηλιακού πάνελ, τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς του. Για την παραγωγή ενέργειας 1 kWh/ημέρα το καλοκαίρι, θα απαιτηθούν περίπου 1, 5 m2 ηλιακών συλλεκτών. Η πιο αποδοτική ισχύς εκδηλώνεται όταν οι ακτίνες πέφτουν κάθετα στην επιφάνεια της μπαταρίας, κάτι που δεν μπορεί να διασφαλιστεί συνεχώς, επομένως η αλλαγή της απόδοσης του πίνακα κατά τη διάρκεια της ημέρας είναι μια φυσική διαδικασία. Για να εξασφαλιστεί ότι λαμβάνεται η απαιτούμενη ποσότητα ενέργειας την άνοιξη και το φθινόπωρο, περίπου το 30% πρέπει να προστεθεί σε αυτήν την περιοχή.
- Αποδοτικότητα(αποτελεσματικότητα) των σύγχρονων ηλιακών συλλεκτών - κατά μέσο όρο περίπου 15-17%.
- Διάρκεια ζωής μπαταρίας και απώλεια ισχύος με την πάροδο του χρόνου. Οι κατασκευαστές, κατά κανόνα, παρέχουν εγγύηση για τη λειτουργία των ηλιακών συλλεκτών για 25 χρόνια, υπόσχονται μείωση της ισχύος κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου όχι περισσότερο από το 20% της αρχικής (για ορισμένους κατασκευαστές, η διάρκεια ζωής κυμαίνεται μεταξύ 10-25 ετών με εγγύηση μείωσης ισχύος όχι μεγαλύτερη από 10%). Οι κρυσταλλικές μονάδες είναι οι πιο ανθεκτικές, η εκτιμώμενη διάρκεια ζωής τους είναι 30 χρόνια. Η πρώτη ηλιακή μπαταρία στον κόσμο λειτουργεί για περισσότερα από 60 χρόνια. Η μείωση της ίδιας της παραγωγής ηλιακών μονάδων οφείλεται κυρίως στη σταδιακή καταστροφή του φιλμ στεγανοποίησης και στη θόλωση του στρώματος μεταξύ γυαλιού και ηλιακών κυψελών - από υγρασία, υπεριώδη ακτινοβολία και αλλαγές θερμοκρασίας.
- Συμπεριλαμβάνεται μπαταρία, που εξασφαλίζει τη λειτουργία του πάνελ τη νύχτα, είναι μια καλή προσθήκη στις δυνατότητες της ηλιακής γεννήτριας. Η μπαταρία συνήθως διαρκεί λιγότερο από την ίδια την ηλιακή μονάδα, κατά μέσο όρο 4-10 χρόνια.
- Διαθεσιμότητα πρόσθετων κόμβων– όπως ένας σταθεροποιητής τάσης, ένας ελεγκτής φόρτισης μπαταρίας, ένας μετατροπέας (μετατροπέας DC σε AC 220 V για οικιακή χρήση) καθιστά πιο βολικό τη λειτουργία της συσκευής και την ενσωμάτωσή της στο σύστημα «Smart Home».
- Κόστος μπαταρίας– εξαρτάται άμεσα από την περιοχή της: όσο πιο ισχυρή είναι η συσκευή, τόσο πιο ακριβή είναι. Επιπλέον, τα πάνελ ξένης κατασκευής εξακολουθούν να είναι φθηνότερα από τα εγχώρια, αφού τα ηλιακά πάνελ είναι πιο δημοφιλή εκεί από ό, τι στη χώρα μας. Αλλά όταν συγκρίνουμε τις τιμές των συσκευών μας και των εισαγόμενων συσκευών, είναι απαραίτητο, πρώτα απ 'όλα, να συγκρίνουμε την απόδοση λειτουργίας των ηλιακών συλλεκτών μεταξύ τους - εδώ οι εγχώριοι κατασκευαστές επιτυγχάνουν καλούς δείκτες απόδοσης - έως και 20%.
Επιλογή και χρήση φωτοβολταϊκών μπαταριών
Κατά την επιλογή των ηλιακών συλλεκτών για μια ιδιωτική κατοικία, βασίζονται, πρώτα απ 'όλα, στο φορτίο που θα πρέπει να αντέξουν. Επιπλέον, είναι απαραίτητο να συσχετιστεί με τη γεωμετρία του σπιτιού και τον προγραμματισμό των δραστηριοτήτων προληπτικής συντήρησης, οι οποίες μαζί απαιτούν προσεκτική εξέταση των ακόλουθων πτυχών:
- Ημερήσια κατανάλωση ενέργειας συσκευών που προβλέπεται να τροφοδοτούνται από ηλιακή ενέργεια (φωτισμός δωματίου, οικιακές ηλεκτρικές συσκευές, συσκευές ασφαλείας και αυτοματισμού κ. λπ. ). Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η φόρτιση και η εκφόρτιση των μπαταριών καταναλώνει επίσης ενέργεια (περίπου 20%) και ο πρόσθετος εξοπλισμός θα έχει επίσης τις απώλειές του (για παράδειγμα, σε έναν μετατροπέα κατά μέσο όρο - 15-20%).
- Η σχέση μεταξύ των απαιτούμενων διαστάσεων των πάνελ εργασίας και των αντίστοιχων περιοχών οροφής και της γεωμετρίας του.
- Η δυνατότητα καθαρισμού των επιφανειών εργασίας των μπαταριών από βρωμιά, χιόνι και άλλους παράγοντες που επηρεάζουν τη λειτουργία των μετατροπέων φωτογραφιών.
Σημαντικά σημεία στη λειτουργία των ηλιακών συλλεκτών
- Αποφύγετε τη φυσική ζημιά στο πάνελ (γρατσουνιές και ζημιά στην ακεραιότητα της προστατευτικής μεμβράνης μπορεί να οδηγήσουν σε βραχυκύκλωμα επαφών ή/και διάβρωση).
- Σε δύσκολες κλιματολογικές συνθήκες, συνιστάται ο εξοπλισμός των ηλιακών σταθμών με δομές φραγής του ανέμου.
- Οι τακτικοί έλεγχοι, ο καθαρισμός και η συντήρηση είναι υποχρεωτικοί.
Κόστος και απόσβεση ηλιακών συλλεκτών
Για τη μεσαία ζώνη της χώρας μας, κάθε κιλοβάτ ηλιακής ενέργειας παράγει την ακόλουθη ποσότητα ενέργειας:
- το καλοκαίρι - 5 kWh/ημέρα (Μάιος-Αύγουστος).
- την άνοιξη και το φθινόπωρο - 3-4 kWh/ημέρα (Μάρτιος-Απρίλιος, Σεπτέμβριος-Οκτώβριος).
- το χειμώνα - 1 kWh/ημέρα.
Κατά τον υπολογισμό του κόστους ενός αυτόνομου ηλιακού σταθμού, εκτός από το κόστος μιας μονάδας ισχύος που παράγεται από τα πάνελ (περίπου 60 ρούβλια ανά 1 W), πρέπει να λάβετε υπόψη το κόστος του πρόσθετου εξοπλισμού: από συνδέσεις και καλωδιώσεις έως μπαταρίες, προστατευτικές συσκευές και μετατροπείς (το οποίο είναι τουλάχιστον 5 % του συνολικού κόστους, αλλά οι τιμές μπορεί να διαφέρουν σημαντικά, ανάλογα με τον κατασκευαστή και την ισχύ).
Σύμφωνα με τις συστάσεις των ειδικών, το βέλτιστο κόστος για ένα ηλιακό σύστημα όλο το χρόνο επιτυγχάνεται με τη χρήση του σχεδίου «καλοκαιρινή επιλογή συν εφεδρική ηλεκτρική γεννήτρια». Είναι αλήθεια ότι η γεννήτρια θα πρέπει να ενεργοποιηθεί την άνοιξη και το φθινόπωρο, για να μην αναφέρουμε το χειμώνα (οι ηλιακές μπαταρίες δεν έχουν σχεδιαστεί ποτέ για να φορτώνονται πλήρως τη χειμερινή περίοδο).
Κατά τον υπολογισμό της περιόδου απόσβεσης μιας εγκατάστασης ηλιακής ενέργειας, η έξοδός της συγκρίνεται με την παράμετρο που λαμβάνεται ως βασική. Σε έναν ηλιακό σταθμό δικτύου, αυτά είναι τιμολόγια ηλεκτρικής ενέργειας· στην περίπτωση ενός αυτόνομου συστήματος ηλιακής ενέργειας, αυτό είναι το κόστος της ενέργειας που παράγεται από μια ηλεκτρική γεννήτρια υγρού καυσίμου. Η απόσβεση υπολογίζεται με βάση το γεγονός ότι μια ηλιακή μπαταρία 1 kW θα παράγει περίπου 1000 kWh ενέργειας ετησίως.
Εάν λάβουμε τη μέση τιμή 1 kWh ηλεκτρικής ενέργειας ως 5 ρούβλια, τότε η περίοδος απόσβεσης για έναν ηλιακό σταθμό δικτύου θα είναι: 80. 000 ρούβλια / 5 ρούβλια * 1000 kWh = 16 χρόνια.
Με εγγύηση 30 ετών για μια ηλιακή εγκατάσταση δικτύου, η απόσβεση (με χρέωση 5 ρούβλια/kWh) θα πραγματοποιηθεί εντός 16 ετών και στα επόμενα 14 χρόνια, η ηλεκτρική ενέργεια θα παρέχεται δωρεάν.
Όσον αφορά ένα αυτόνομο σύστημα ηλιακής ενέργειας, αυστηρά μιλώντας, η ποσότητα ενέργειας που παράγει ετησίως θα είναι μικρότερη από τις προβλεπόμενες 1000 kWh, τις οποίες μοιράζεται με την ηλεκτρική γεννήτρια. Αλλά για χονδρικούς υπολογισμούς, αυτός ο αριθμός δεν χρειάζεται να μειωθεί - προκειμένου να ληφθεί περίπου υπόψη η αύξηση της ειδικής κατανάλωσης καυσίμου που συμβαίνει όταν η γεννήτρια φορτίζεται μερικώς (δηλαδή περιοδικά, όχι συνεχώς). Στη συνέχεια, η περίοδος απόσβεσης του αυτόνομου συστήματος (με βάση το κόστος της ενέργειας που παράγεται από τη γεννήτρια υγρού καυσίμου - 25 ρούβλια ανά 1 kWh) μοιάζει με αυτό: 150. 000 ρούβλια / 25 ρούβλια * 1000 kWh = 6 χρόνια.
Εκτός από τους τεχνικούς δείκτες, η απόδοση των ηλιακών συλλεκτών που αποτελούν μέρος ενός αυτόνομου ηλιακού σταθμού επιβεβαιώνεται από την περίοδο απόσβεσης τους, που είναι 6 χρόνια.
Τα τιμολόγια δεν μειώνονται
Όμως, τα παραδείγματα εγκαταστάσεων ηλιακής ενέργειας που δίνονται υποδηλώνουν ότι τώρα τα τιμολόγια μπορούν να «παγώσουν» μεμονωμένα και μπορείτε να αρχίσετε να εξοικονομείτε εκμεταλλευόμενοι τις δυνατότητες των φωτοβολταϊκών πάνελ. Απλά πρέπει να τα αγοράσετε από επώνυμους κατασκευαστές, δοκιμασμένους στην αγορά, ώστε οι παράμετροί τους να είναι προβλέψιμες τόσο στο σχεδιασμό όσο και στη λειτουργία.
Και είναι καλύτερο να αντιμετωπίζετε ζητήματα όπως: ακόμη και στο στάδιο του σχεδιασμού ενός ενεργειακώς αποδοτικού σπιτιού:
- εξασφάλιση ότι η νότια πρόσοψη δεν είναι σκιασμένη·
- επιλογή της γωνίας κλίσης της οροφής και των επιφανειών εργασίας των πάνελ.
- σωστός προσανατολισμός του σπιτιού στα βασικά σημεία.
- αποφυγή σκίασης των χώρων εργασίας των ηλιακών συλλεκτών, απόφραξης τους με φύλλα δέντρων κ. λπ.
Σε αυτή την περίπτωση, όλες οι παράμετροι θα συνδεθούν βέλτιστα μεταξύ τους και θα διασφαλιστεί η αποτελεσματικότερη λειτουργία των ηλιακών συλλεκτών για μια συγκεκριμένη κατασκευή.