Слънчеви панели за отопление и електрификация на дома

Географска ширина и дължина Дълбочина на проблема

Представете си, че сте учен. Попадате на интересна статия, но резултатите/експериментите не могат да бъдат възпроизведени в лабораторията. Целесъобразно е да пишете на авторите на оригиналната статия и да поискате съвет и уточняващи въпроси. Според проучването по-малко от 20 % от тях са правили това в своята изследователска кариера!

Авторите на изследването посочват, че може би подобни контакти и разговори са твърде трудни за самите учени, защото разкриват тяхната некомпетентност и некомпетентност по определени въпроси или разкриват твърде много подробности за текущ проект.

Нещо повече, абсолютно малцинство от учени са се опитвали да публикуват опровержение на невъзпроизводими резултати, като в същото време са се сблъсквали с противопоставянето на редактори и рецензенти, които са изисквали сравнението с първоначалното изследване да бъде омаловажено. Чудно ли е, че вероятността да се съобщи за невъзпроизводимост на научните резултати е от порядъка на 50%.

Първи въпрос: Опитахте ли се да възпроизведете резултатите от експеримента?

Втори въпрос: Опитахте ли се да публикувате опита си да възпроизведете резултатите?

Трябва ли тогава поне да извършваме проверки на възпроизводимостта в рамките на лабораторията? Най-тъжното е, че една трета от анкетираните дори не са обмисляли създаването на методи за проверка на възпроизводимостта на данните. Само 40% посочват, че редовно използват такива техники.

Въпрос: Разработвали ли сте някога специфични техники/технически процеси за подобряване на възпроизводимостта на резултатите?

Друг пример - биохимик от Обединеното кралство, който не желае да разкрива името си, казва, че опитите да се повтори, репликира работа за нейния лабораторен проект просто удвояват разходите за време и материали, без да дават или внасят нещо ново в работата. Допълнителни проверки се извършват само за иновативни проекти и необичайни резултати.

И, разбира се, вечните руски въпроси, които започнаха да измъчват чуждестранните колеги: кой е виновен и какво да се прави?

От какво се състоят соларните панели от първо поколение

В структурно отношение тези модули се състоят от следните елементи:

• метална основа - контактната основа;
• Долен пълнежен слой от силициев полупроводник с преобладаване на електроните от n-тип - поради добавянето на фосфор
• Най-горният кристален слой, който се насища с електрони от p-тип - обикновено чрез допиране с бор
• Антирефлексно покритие - за максимално усвояване
• тънък, метализиран контакт тип решетка с проводник за късо съединение на мрежата;
• Дебело безопасно стъкло - обикновено закалено стъкло за тежки условия;
• рамка за рамкиране.

Монослойните или поликристалните силициеви пластини Poli-Si са с дебелина около 200-300 µm в клетките. Срокът на експлоатация се оценява на 20-25 години, като средният спад в производителността е 0,5 % годишно. Ефективността при идеални условия на осветяване достига 22-24% и рязко спада при високи температури или при частично намаляване на осветеността.

Принцип на слънчевата енергия

Когато се сблъскате с необходимостта от инсталиране на соларни панели, нерядко се питате за целесъобразността на това начинание. Това е така, тъй като в повечето случаи процентът на слънчевите дни е значително по-нисък от този на облачните дни.

Подобно съотношение е характерно и за регионите в средната част на страната, а климатът в северните региони се характеризира с още по-голям брой облачни дни.

Липсата на слънчеви дни е пряко свързана с ефективността на устройствата, които обработват енергията на земната светлина. Това води до намаляване на слънчевите лъчи, които достигат до повърхността на батерията. Този процес се нарича слънчево греене.

Същността му се състои в това, че всеки самолет, независимо от предназначението си, приема определено количество слънчева енергия. В южните райони количеството е естествено по-високо, което прави инсталирането на слънчеви панели по-актуално.

Опитът обаче показва, че пазарът на технологично оборудване в областта на синтеза на слънчева енергия непрекъснато усъвършенства своите продукти, така че съвременните фотоволтаични клетки в хелиопанелите работят добре дори в райони с ниски нива на слънчево греене.

Видове силициеви слънчеви клетки

Поликристален

Основният елемент в тези панели е поликристалната структура на полупроводниковите клетки. Те са много по-евтини от монокристалните, тъй като всъщност се произвеждат от отпадъци, останали от монокристални клетки. По време на производството силициевата сплав просто се охлажда без допълнителна обработка.

Поликристалните соларни клетки имат средна ефективност от 12-18%, докато монокристалните соларни клетки имат ефективност до 22%. Въпреки това, предвид по-ниската цена, е възможно да се закупят малко повече панели и да се получи същата "мощност" за същите пари, както при монокристалите. Това е възможно само ако на покрива има достатъчно място. Поликристалите се различават от монокристалите и по хетерогенността на цветовете.

Колко струват поликристалните слънчеви панели? Средно 3500 рубли за 100 вата (много зависи от производителя). Една от най-евтините поликристални батерии е Vostok Pro FSM 150 P с капацитет 150 W.

Монокристален

При монокристалните слънчеви панели монокристалът се отглежда специално по метода на Чохралски. След това се сглобява цялостен панел от определен брой силициеви клетки с определен капацитет. Един панел най-често се състои от 36 или 72 модула. Монокристалните панели са с много по-висока ефективност от поликристалните, която варира между 18 и 22%.

Благодарение на тази особеност монокристалните панели преобразуват повече слънчева енергия от поликристалните панели при същия размер. Кои слънчеви панели са по-добри: поликристалните или монокристалните? Всичко се свежда до бюджета. Ако можете да си позволите да похарчите малко повече, трябва да купите монокристални батерии, които имат по-бърз период на възвръщаемост. Монокристалните батерии също са за предпочитане, ако площта на покрива е сравнително малка. Средният "живот" е 25 години.

Ако искате да спестите пари и се нуждаете от соларен панел само за захранване на хладилник или помпена станция във вилата, можете да си вземете поликристален модел.

Аморфен

Аморфните батерии се състоят от силициев водород (SiH4), който се получава чрез прилагане на електрически ток към силиций. По този начин силицият се изпарява и след това се утаява на тънък слой върху подложката.

Аморфните панели имат приблизително същата ефективност като поликристалните панели. Въпреки това аморфните модели имат някои предимства. Например те могат да произвеждат електроенергия, дори когато е облачно, вали дъжд, когато има висока концентрация на прах във въздуха или по време на залез/слънце.

Ефективност

За да се използва слънчева енергия за отопление на частен дом, би било много по-лесно да се изгради верига от колектори - но това не винаги е възможно, така че трябва да се разгледат други варианти. Възможно е например в имота вече да е инсталирана работеща система от слънчеви панели, която се използва само за осигуряване на електричество и топла вода в къщата.

При тези обстоятелства е твърде скъпо да се купува ново оборудване. За да осигурите отопление на дома си със слънчеви панели, най-доброто решение е да увеличите капацитета на модулната система. Най-простият вариант е да се закупят няколко допълнителни силиконови панела и да се свържат към система с електрически отоплителен котел.

Правилното разпределение на електрическата енергия ще осигури както системата за топла вода, така и отоплителния кръг. За да има достатъчно енергия за всичко, ще са необходими доста слънчеви панели - самостоятелните сгради, които използват само слънчева енергия, обикновено са изцяло покрити с фотоволтаични панели. Капацитетът на соларните панели трябва да се изчисли предварително. Често се налага да се изгради допълнителна конструкция, на която да се монтират панелите.

Не е възможно да се определи ефективността на една слънчева термална система преди използването ѝ, затова всички изчисления са само приблизителни. Сложността на предварителното изчисление се дължи на факта, че има много фактори, които не могат да бъдат изчислени за ефективността на събирането на енергия. Разбира се, с известен опит може да се направи повече или по-малко точно изчисление, но такъв опит имат само професионалистите, които са специализирани в проектирането и инсталирането на слънчеви системи.

Следните фактори оказват най-голямо влияние върху ефективността на системата:

• Нестабилно време - невъзможно е да се определи предварително броят на слънчевите дни дори в слънчевите региони, да не говорим за северните;
• Нестабилно потребление на енергия, което зависи и от географското положение на сградата, която получава топлина и електричество от слънчевата светлина;
• Възможност за повреда на системата - сложността на конструкцията означава, че тя често се поврежда, а в някои случаи може да е трудно да се установи повредата.

Кой е подходящ за домашна слънчева електроцентрала?

1. Тези, които нямат електричество в имота си. Слънчевите панели ще могат да захранват обекта с електричество самостоятелно. Като алтернатива може да се помисли за вятърна турбина (за която трябва да има подходяща вятърна роза) или за дизелов генератор (който не е много удобен за използване и не е икономичен).
2. Слънчевата електроцентрала може да се разглежда и като инвестиция, за да може в бъдеще да плащате по-малко за електроенергия на фона на постоянно растящите тарифи. Освен това животът на батерията е много дълъг, а слънцето винаги грее.
3. Последният вариант е за всички, които искат да печелят пари. В Украйна действа закон за преференциалните тарифи, според който държавата изкупува на специална цена електроенергията, произведена от алтернативни енергийни източници.

Продължи да четеш

• Слънчева топлинна енергия
  60

  Слънчева топлина: топла вода и отопление Средногодишно, в зависимост от климата и географската ширина, слънчевото греене на земната повърхност варира между 100 и 250 W/m2 , като достига своя връх по обяд, когато небето е ясно, на практика на височината на...

• Фотоволтаични комплекти
  58

  Фотоволтаични комплекти: Съдържание За да използвате слънчевата енергия за своите потребители, само един слънчев панел не е достатъчен. Освен соларния панел са необходими и няколко други компонента. Типичният състав на самостоятелен фотоволтаичен комплект е следният: Фотоволтаичен комплект за фотоволтаичен контролер за зареждане на 12V DC...

• Облачност и препятствия
  55

  Влияние на препятствията пред слънчевата радиация върху производството на енергия от слънчеви панели Само малка част от слънчевата радиация достига до земната повърхност 1.пряка 2.абсорбция 3.отражение 4.непряка Слънчевата светлина изминава пътя си от слънцето до земята по права линия. Когато достигне атмосферата, част от светлината се пречупва и...

• Слънчево осветление
  54

  Слънчева енергия за осветление Слънчевите панели и други екологични източници на енергия стават все по-популярни. В тази статия се разглеждат методи за изграждане на системи за електрическо захранване на соларни осветители, соларни фенери и захранване за осветяване на сгради, соларно осветление...

• Автономни фотоволтаични системи
  52

  Автономни фотоволтаични системи за захранване Видовете фотоволтаични системи са описани на страницата "Фотоволтаични системи". Нека разгледаме по-подробно един от видовете - автономните фотоволтаични системи. Възможно е да се създаде автономна система за електрозахранване, като се използват слънчеви панели с различна сложност. Най-простата система е с ниско изходно постоянно напрежение...

• Имате ли нужда от слънчеви панели?
  51

  Предимства на използването на слънчеви панели в автономни и резервни системи Често се казва, че слънчевите панели са непрактични, скъпи и не се изплащат. Много хора смятат, че е много по-лесно да си инсталират бензинов генератор, който да осигури енергия за дома ви....

Как да изчислим капацитета на слънчева електроцентрала

Отправната точка е колко електроенергия ви е необходима за правилното функциониране на сградата ви. Най-лесният начин е да запишете всички уреди, които възнамерявате да използвате, времето им на работа и необходимата им мощност.

Пример:

• Хладилник: 100W - 24h - 2400W
• Светлини: 100W - 5h - 500W.
• Чайник: 15 мин - 1.5kW - 0.03kW
• Перална машина:
• Лаптоп:
• …
• Общо: 3kW

3kW е мощността, която една слънчева електроцентрала трябва да произвежда за нормалния живот на сградата. Това означава, че ще са необходими 12 панела с мощност 260 W всеки. На практика тяхната мощност ще бъде по-висока (при слънчев фактор 4,5 дневната мощност е 14 kW), но ние работим по най-песимистичния сценарий, при който всеки ден е облачно. Също така имайте предвид: ако не сте включени в тарифата за изкупуване на електроенергия или не съхранявате енергия за батерия, излишъкът ще бъде изгорен.

Ако инсталирате слънчева електроцентрала, за да печелите от преференциалната тарифа, можете да започнете с всякакъв капацитет и постепенно да го увеличавате.

Слънчев панел или алтернатор с двигател с вътрешно горене

Обективно, генераторът има две основни предимства - неговият размер и възможността да работи пълноценно не само при ясно време. Но тези характеристики в никакъв случай не са винаги решаващи и във всички останали аспекти слънчевите панели имат ясни предимства:

Най-важният момент, на който обикновено хората обръщат внимание най-напред - първоначалната цена на оборудването, която всъщност е около 2 пъти по-висока при слънчевите панели. Но дори и тук, ако за да го разберем, генераторът трябва да се постави минус - достатъчно е да погледнем себестойността на производството на един kWh

Вземаме първоначалната цена на оборудването + цената на поддръжката + разходите за гориво и разделяме всичко това на количеството електроенергия, произведено през обявения срок на експлоатация. В резултат на това за генератор и слънчеви панели с приблизително еднакъв капацитет съотношението на разходите за киловат ще бъде около 1/2,5 в полза на втория. Разбира се, това е много грубо изчисление, но смисълът е, че слънчевите панели са инвестиция сега, но осезаема икономия в бъдеще.

Примерна електрическа схема за комплект с бензинов генератор

Живот на слънчевите панели

За да прецените ползите, трябва да вземете предвид колко дълго издържат панелите и дали ще се наложи да бъдат подменени след изтичане на гаранционния период. Има няколко неща, които трябва да вземете предвид:

1. Монокристалните и поликристалните варианти са най-издръжливи. За 25 години употреба те губят не повече от 10% от капацитета си. Но дори и тогава загубата на капацитет е незначителна и през следващите 10-15 години се губи приблизително същото количество. Така че може да се каже с увереност, че експлоатационният живот на тези варианти е 35-40 години, а може би и повече.
2. Тънкослойните варианти имат много по-кратък живот - 10-20 години. Освен това през първите 2 години загубата на капацитет може да бъде 10-30%, като повечето производители дават резерв на мощност, за да компенсират този проблем. Впоследствие загубата не е толкова значителна.
3. За да удължите експлоатационния живот, избягвайте да повреждате части на системата. Отрязвайте клоните на близките дървета и измивайте повърхността поне няколко пъти през сезона. Проверете дали закрепването и контактите са сигурни, за да не се прегреят.
4. Помислете за разходите за подмяна на други части на системата. Например батериите обикновено издържат от 6 до 10 години (15 години за най-надеждните), а силовата електроника има живот от 10 до 12 години. Разходите за подмяна на тези компоненти също са значителни и това трябва да се вземе предвид при изчисляване на възвръщаемостта на инвестицията.

Слънчевите панели трябва да се почистват периодично и да се избягват повреди от клони на дървета.

При избора на слънчеви панели за вашия дом е добре да се предпочитат надеждни и доказани монокристални и поликристални варианти. Качествените модули издържат около 40 години, като загубата на мощност е около 20% за този период.

Прочетете повече:

Изработване на градински фенер със слънчево захранване

Как да си направим осветление в селска къща

Как да изберем резистора за светодиода

Как работи слънчевият панел

Устройството е предназначено за директно преобразуване на слънчевите лъчи в електричество. Това действие се нарича фотоволтаичен ефект. Полупроводниците (силициеви пластини), които се използват за производството на клетките, имат положително и отрицателно заредени електрони и се състоят от два слоя: n-слой (-) и p-слой (+). Излишните електрони се изхвърлят от слоевете под въздействието на слънчевата светлина и заемат празни места в другия слой. Това кара свободните електрони да се движат постоянно, преминавайки от една плоча към друга, като генерират електричество, което се съхранява в батерията.

Работата на една слънчева клетка зависи до голяма степен от нейния дизайн. Първоначално фотоволтаичните клетки са изработени от силиций. Те все още са много популярни, но тъй като процесът на пречистване на силиция е трудоемък и скъп, се разработват модели с алтернативни фотоволтаични клетки, изработени от съединения на кадмий, мед, галий и индий, но те са по-малко ефективни.

Ефективността на слънчевите панели се увеличава с развитието на технологиите. Днес тя е нараснала от един процент, регистриран в началото на века, до над двадесет процента. Това дава възможност в наши дни панелите да се използват не само за битови, но и за промишлени цели.

Технически характеристики

Конструкцията на соларния панел е съвсем проста и се състои от няколко компонента:

Самите фотоволтаични клетки/соларен панел;

Инвертор, който преобразува постоянния ток в променлив;

Контролер на нивото на зареждане на батерията.

Батериите за соларни панели трябва да се купуват с оглед на необходимите функции. Те съхраняват и освобождават електроенергия. Съхранението и потреблението се извършват през целия ден, а през нощта съхраненият заряд само се потребява. По този начин се осигурява постоянно и непрекъснато снабдяване с енергия.

Прекомерното зареждане и разреждане на батерията съкращава нейния експлоатационен живот. Контролерът за зареждане на слънчевата енергия автоматично преустановява съхраняването на енергия в батерията, когато тя достигне максимален капацитет, и изключва товара на устройството, когато то е силно разредено.

(Tesla Powerwall - 7kW батерия със соларен панел - и домашно зарядно устройство за електрически автомобили)

Мрежовият инвертор за соларни панели е най-важната част от конструкцията. Той преобразува енергията от слънчевите лъчи в променлив ток с различна мощност. Като синхронен преобразувател той хармонизира изходното напрежение на електрическия ток по честота и фаза с фиксираната мрежа.

Фотоволтаичните клетки могат да бъдат свързани последователно или паралелно. Последната опция увеличава параметрите на мощността, напрежението и тока и позволява на устройството да работи дори ако един от елементите загуби функционалност. Комбинираните модели се изработват, като се използват и двете вериги. Експлоатационният живот на плочите е около 25 години.

Общи характеристики и наличност

Оборудването е екологично чисто и осигурява стабилно захранване без пренапрежения. И най-хубавото е, че тя осигурява безплатна енергия, за която не се плащат сметки за комунални услуги.

Външният вид на соларните панели се е променил малко от изобретяването им, но вътрешният "пълнеж" не се е променил.

Слънчевият модул преобразува светлината в електрическа енергия чрез генериране на постоянен ток. Панелите могат да бъдат с размери до няколко метра. Когато е необходимо да се увеличи капацитетът на системата, броят на модулите се увеличава. Ефективността им зависи от интензивността на слънчевата светлина и ъгъла на падане: местоположение, сезон, климатични условия и време на деня. За да се вземат предвид всички тези нюанси, монтажът трябва да се извърши от професионалисти.

Видове модули:

Монокристален.

Състои се от силициеви клетки, които преобразуват слънчевата енергия. Те се отличават с компактни размери. По отношение на ефективността доскоро това беше най-ефективният (до 22% ефективност) соларен панел за дома. Комплектът (цената му е една от най-скъпите) ще струва от 100 хиляди рубли.

Поликристален.

Те използват поликристален силиций. Те не са толкова ефективни (ефективност до 18%), колкото монокристалните фотоклетки. Но цената им е значително по-ниска, поради което са достъпни за широки слоеве от населението.

Аморфен.

Имат тънкослойни фотоелементи на силициева основа. По отношение на производството на енергия те отстъпват на монокристалните и поликристалните, но са и по-евтини. Тяхното предимство е способността им да работят при разсеяна и дори слаба светлина.

Хетероструктура.

Най-модерните и най-ефективни соларни модули, налични днес, с ефективност 22-25% (през целия живот!). Те работят ефективно както при облачно време, така и при високи температури.)

В Русия единственият производител на модули, използващи тази технология, е Hevel, който е един от петте най-големи производители на хетероструктурирани соларни модули в света.

Центърът за научноизследователска и развойна дейност на компанията патентова собствена технология за хетероструктурирани модули през 2016 г. и сега активно я разработва.

Хетероструктурирани слънчеви панели Hevel

Системата включва и следните компоненти:

• Инвертор, който преобразува постоянния ток в променлив.
• Акумулаторна батерия. Той не само съхранява енергия, но и балансира колебанията на напрежението при промяна на нивото на осветеност.
• Контролер за напрежението на зареждане на батерията, режима на зареждане, температурата и други параметри.

В магазините се предлагат както отделни компоненти, така и цялостни системи. Капацитетът на устройствата се определя в зависимост от конкретните нужди.

Какъв капацитет трябва да има слънчевият панел?

И тук всичко зависи от нуждите на потребителя. За самостоятелно захранване на цялата къща няма смисъл да се използват по-малко от 1000 вата. А ако трябва да захранвате отоплителната система в провинцията, на теория ви е необходим комплект с мощност до 10 kW. Все пак не бива да забравяте, че такъв соларен панел ще струва много пари. Само един соларен модул (дори и най-евтиният без контролер, инвертор и други компоненти) с мощност 10 kW ще струва поне 300 000 рубли. Следователно тези батерии могат да се считат за допълнителен източник на енергия, но не и за основен.

Ако ви е необходим соларен панел за лятната ви вила, за да захранва хладилника и телевизора ви, тогава 500W панел е достатъчен. Например, можете да си купите два поликристални слънчеви модула One-Sun 250P, които ще ви струват само 16 500 рубли.

Ако обаче никога не сте използвали слънчеви панели, препоръчваме ви да си купите малък сгъваем панел с малък капацитет за вашия телефон или таблет.