Солнечные электропанели и солнечные коллектора.

Существует два основных способа для получения энергии от солнца и ее использования для потребностей человека.

 

Первый способ - фотоэлектрические солнечные панели. Они «перерабатывают» солнечную энергию непосредственно в электричество (постоянный ток).

Второй тип - солнечные коллектора. Они трансформируют солнечный свет в тепловую энергию, непосредственно нагревая воду (антифриз) в специальных вакуумных колбах.

 

Рассмотрим подробнее каждый из вариантов.

Трансформируют солнечный свет в электрическую энергию по средствам pn-перехода электронов, происходящего в кристаллах кремния. На практике для этого используются солнечные панели, представляющие собой объединенные солнечные элементы, смонтированные на раме из анодированного алюминия, закрытой сверху твердым закаленным стеклом. Такие панели не боятся атмосферных осадков (снега, дождя, града) и способны прослужит 30 лет и более.

 

Эффективность современных единичных солнечных модулей достигает 21 % от общего количества солнечной энергии, приходящейся на единицу поверхности солнечной панели. Технологии производства солнечных панелей постоянно усовершенствуются, повышается выработка электроэнергии на 1м2, увеличивается срок службы.

 

Так, например, солнечная панель «Twin power» , произведенная по технологии Half cell PERC, способна при стандартных размерах 1000х2000 мм произвести мощность более чем 400 Вт, значительно лучше охлаждается, хорошо работает при частичном затенении и в пасмурную погоду, имеет увеличенный ресурс службы (до 50 лет) и ее эффективность находиться в районе 19%.

 

Произведенная электрическая энергия способна накапливаться в аккумуляторных батареях, для ее использования в темное время суток. Основными типами аккумуляторных батарей, применяемых в фотовольтатике, являются: AGM батареи (Absorbent Glass Mat), батареи технологии GEL (Gel Electrolite), литий-железо-фосфатные АКБ (LiFePO4). Безусловно самыми долговечными и передовыми являются литий-ионные АКБ, однако их стоимость достаточно высока по сравнению с другими типами.

 

В результате работы солнечной панели вырабатывается постоянный электрический ток с небольшим напряжением 12-48 В, который с помощью инвертора преобразуется в знакомый нам переменный ток с напряжением 220 В (380В). Эффективность такого перехода в существующих инверторах достигает 98-99%.

 

Для примера, приведем основные практические достоинства и недостатки (на основании опыта эксплуатации и отзывов наших заказчиков) использования электрических солнечных панелей при строительстве жилого дома, коттеджа, усадьбы.

 

Достоинства:

• Независимость от внешнего источника питания (электросеть, подстанция), возможность использования электроприборов при плановом и аварийном отключении электроснабжения;
• Стабильность напряжения и чистая синусоида тока на выходе (особенно важно для радиоэлектроники, сложной и дорогостоящей бытовой техники, диодного освещения и т.д.);
• Отсутствие необходимости обслуживания системы, срок службы солнечных панелей до 50 лет;
• Презентабельный внешний вид дома, оборудованного фотоэлектрическими панелями;
• Экономия денежных средств при оплате счетов за электричество.

 

Недостатки:

• Достаточно высокие первоначальные денежные вложения, относительно высокий срок окупаемости;
• Непостоянство выработки электроэнергии во времени в зависимости от интенсивности солнечного излучения (облачности), поры года и пр.;
• Отсутствие в РБ «зеленого» тарифа.

 

На уровне правительства РБ и Национального собрания уже давно прорабатывается вопрос о структуризации и введения «зеленого тарифа» автономных солнечных электростанций по примеру стран Западной Европы, Украины. Зеленый тариф позволит продавать электрическую энергию, брать в зачет электроэнергию, выработанную летом, для использования ее в зимний период времени без соответствующей оплаты. В качестве примера можно привести Украину, где после введения соответствующих тарифов, продажи и монтаж солнечных электростанций выросли в 10-12 раз.

 

Так же, если Вы строите дом, придерживаясь современных международных стандартов по экологическому и энергоэффективному строительству BREEAM или LEED, то использование солнечной энергии является настоятельно рекомендуемой составляющей для соответствия стандарту.

Солнечный коллектор состоит из набора стеклянных колб, собранных по принципу «термоса», когда одна колба помещается внутрь второй, при этом в пространстве между стенками колб создается вакуум. Поверхность первой колбы покрыта светопоглощающим веществом, что позволяет улавливать и преобразовывать в тепловую энергию до 98% поступающего солнечного света, а «вакуумная» изоляция сводит к минимум теплопотери в окружающую среду. Этим объясняется тот факт, что в теплый летний (+25 С), но пасмурный день теплопроизводительность коллектора может быть ниже, чем в зимний ясный день с температурой окружающего воздуха минус 20 С. При этом главное не дать снегу перекрыть доступ прямых солнечных лучей.

 

В классической варианте компоновке гелиосистемы, нагретая вода (теплоносиетль) из коллектора поступает в теплообменник, который в свою очередь нагревает воду в баке аккумуляторе, откуда уже вода поступает для нужд отопления, либо подогрева воды для хозяйственно-бытовых нужд (ГВС). Использование накопительного бака позволяет частично нивелировать переменчивых характер погодных условий и сгладить пиковое потребления горячей воды или отопления.

Тепло вырабатываемое солнечным коллектором относительно «дешевое» (с точки зрения капитальных и эксплуатационных затрат), но при этом очень непостоянное. В климатической зоне Республики Беларусь даже в хорошо утепленных зданиях не получается удовлетворить все потребности в тепловой энергии на отопление и ГВС только лишь за счет применения коллекторов. Особенно зимой, когда световой день короткий, а количество ясных дней совсем небольшое. Поэтому коллектора всегда устанавливаются в паре с более стабильными источниками тепла – это может быть классический газовый, пеллетный или электро-котел. Очень часто солнечные коллектора ставят в паре с тепловым насосом (ТН) – в этом случае общие эксплуатационные затраты на отопление минимальны, а система получается полностью автоматической и наиболее эффективной – об этом чуть ниже.

 

Особое внимание нужно уделить системе автоматики. В идеальном случае контроллер, который управляет работой «базового» котла (газового, пеллетного, теплового насоса) должен иметь функционал управлений для совместной работы с солнечным коллектором, а сама система отопления комплектоваться баком-аккумулятором с двумя теплообменниками – один для работы коллектора, второй для работы основного котла. При этом автоматика приоритетно ставит в работу солнечный  коллектор (как более «экономичный» источник тепла), а если он не справляется – подключает на «догрев» мощности основного источника. Как правило, таким функционалом обладают практически все тепловые насосы (так как они изначально нацелены на энергосберегающую и экономичную работы) и очень не многих газовые и пеллетные котлы.

 

Специалистами нашей компании непосредственно проектировалась и монтировалась система отопления коттеджа с двумя теплоисточниками (тепловой насос + солнечный коллектор) и шестью потребителями (горячая вода, теплые полы, радиаторы основного дома, радиаторы бани, калорифер для подогрева приточного воздуха системы вентиляции, подогрев бассейна). По результату работы система отопления была смонтирована и налажена ее полностью автоматическая работа с возможностью регулировки пользовательских параметров через функционал «Умного дома».