I pannelli a semiconduttore che convertono l'energia del sole in elettricità sono generalmente installati per uno scopo: garantire il funzionamento degli elettrodomestici. Questi appassionati non si fermano qui e cercano di adattare i pannelli solari per riscaldare la casa. Suggeriamo di discutere questa idea, prendere in considerazione possibili metodi di riscaldamento mediante pannelli fotovoltaici. La redditività delle centrali elettriche alternative e di altre questioni finanziarie non ha senso, è una questione separata.
Come funziona una centrale solare
Non ci prenderemo il tuo tempo e parleremo di come i moduli a semiconduttore generano corrente. Ma se vuoi organizzare il riscaldamento solare di una casa privata, devi immaginare il principio della stazione fotovoltaica e conoscere tutte le sfumature che influiscono sulla sua potenza.
La centrale solare (SES) è composta dai seguenti elementi (mostrati nello schema seguente):
- uno o più pannelli che ricevono radiazioni dal sole;
- batterie ricaricabili (batterie) che accumulano l'elettricità generata;
- il controller controlla il livello di carica, dirige la corrente verso il circuito desiderato;
- l'inverter converte la tensione costante dei pannelli solari in corrente alternata 220 V.
Un punto interessante Il prezzo dei moduli non supera il 30% del costo di un set completo di apparecchiature. Il restante 70% è costituito da batterie, un'unità inverter e un controller. Gli accessori sono selezionati per una tensione operativa di 12, 24 o 48 volt.
Semplifichiamo l'algoritmo del sistema:
- Durante le ore diurne, le batterie generano corrente attraverso il controller.
- L'unità elettronica stima il livello di carica della batteria, quindi dirige l'energia verso la linea desiderata, per la ricarica o verso i consumatori (verso l'inverter).
- L'unità inverter converte la corrente continua in corrente alternata con parametri standard - 220 V / 50 Hz.
Esistono 2 tipi di controller: PWM e MPPT. La differenza tra i due consiste nel metodo di carica degli elementi di potenza e nell'entità delle perdite di tensione. I blocchi MPPT sono più moderni ed economici. Vengono utilizzate batterie diverse: piombo-acido, gel e così via.
Se si prevede di utilizzare più moduli, questi vengono interconnessi in 3 modi:
- Uno schema di collegamento parallelo consente di aumentare la corrente nel circuito. I contatti "negativi" di tutte le batterie sono collegati a una linea, i contatti "più" all'altra. La tensione di uscita rimane invariata.
- L'uso di un circuito seriale consente di aumentare la tensione di uscita. Il terminale "meno" del primo pannello si collega al "più" del secondo e così via.
- Il metodo combinato viene utilizzato quando è necessario modificare entrambi i parametri: intensità e tensione correnti. Diversi moduli sono collegati in serie, quindi un gruppo è collegato a una rete comune in parallelo con altri gruppi simili.
Di quanti pannelli solari hai bisogno per riscaldare una casa
Sembrerebbe che tutto sia semplice. Circa 10 kW = 10.000 watt di energia termica saranno utilizzati per riscaldare un piccolo cottage di campagna di 100 m². Si tratta di 100 pannelli da 0,1 kW o 34 moduli di grandi dimensioni da 300 watt. Non puoi mettere così tante batterie sul tetto della casa, ma non si parla dell'appartamento.
Riferimento. La dimensione di 1 cella fotovoltaica con una potenza di 100 W, prodotta con tecnologia policristallina, è di circa 1020 x 700 mm o 0,71 m². Una batteria simile da 300 W richiederà 1,68 m² (170 x 99 cm).
Effettueremo subito una prenotazione, il risultato ottenuto non è corretto, dal momento che non tiene conto delle specifiche dei sistemi operativi a energia solare:
- Il modulo fotovoltaico fornisce la massima potenza quando i raggi cadono ad un angolo di 90 ° rispetto al piano della batteria.Se non crei un tracker, un meccanismo di tracciamento che ruota il pannello dopo il movimento del sole, perdiamo circa il 40% di energia. D'altra parte, un tale dispositivo consuma anche elettricità.
- La quantità di radiazione solare per 1 m² - insolazione - dipende dalla regione di residenza, dall'altitudine e dall'area ombreggiata. Questi fattori influenzano direttamente le prestazioni della batteria.
- Nel tempo, il rivestimento dei semiconduttori dei moduli si degrada, di conseguenza, circa l'1% della potenza elettrica viene persa ogni anno.
- Se lo strato fotoelettrico viene surriscaldato dal sole, anche le prestazioni del pannello diminuiscono.
- Una piccola parte dell'energia viene persa nelle apparecchiature correlate: inverter, controller, batterie. Questo è un riscaldamento banale di parti: trasformatori, microcircuiti e altri elementi.
- Quando la superficie di lavoro è contaminata da polvere o coperta di neve, si verificano ulteriori perdite.
- Si noti che affinché il sole si riscaldi in inverno, l'elettricità generata dovrebbe essere sufficiente per riscaldare la casa e caricare le batterie durante la notte.
Conclusione. Non esiste un calcolo universale della potenza elettrica delle batterie adatte a tutti i paesi e le regioni. Ma la cifra annunciata sopra i 10 kW deve essere raddoppiata (almeno) per ottenere un risultato decente in pratica. Avrai bisogno di pannelli da 200 watt che coprano un'area di oltre 140 m².
Esiste un modo affidabile per ottenere dati precisi sull'insolazione e calcolare le prestazioni dei pannelli solari contattando la società di installazione locale. Oppure studia tu stesso la mappa dell'insolazione dell'area.
Suggeriamo di andare dall'altra parte - per utilizzare l'esperienza dei proprietari di centrali elettriche autonome, leggere le loro recensioni su forum tematici. Trova lì gli utenti che vivono nella tua zona se vuoi ottenere numeri reali gratuitamente. Ecco alcuni esempi:
- Sistema autonomo di alimentazione solare, situato nella regione di Leningrado, in Russia. Sono stati installati 6 pannelli da 0,22 kW ciascuno (per un totale di 1,32 kW), la potenza di picco in una giornata invernale senza nuvole è di 1.157 watt. L'argomento è discusso nel famoso forum in lingua russa.
- Anapa, prestazioni della batteria - 2,2 kW, il numero non è indicato. Durante le ore diurne, la centrale elettrica genera circa 9 kW.
- Mosca, potenza SES 2,64 kW. Per tutto il mese di giugno, l'installazione ha generato 304 kW di energia.
Nota. Troverai recensioni e altri dati utili sul funzionamento del SES a questo indirizzo.
Nota: non abbiamo preso in considerazione solo l'energia solare per il riscaldamento, il riscaldamento dell'acqua e altre necessità domestiche. Come calcolare il numero di batterie in pratica, guarda il video:
Veri metodi di riscaldamento
Come capisci quanto sopra, è abbastanza difficile (e costoso) realizzare il riscaldamento elettrico completo di una casa con pannelli solari. Non tutti i proprietari decideranno di acquistare e installare pannelli su un'area di 100-150 m² per riscaldare una piccola casa o un cottage. Quindi, lo schema della caldaia elettrica + impianto idrico + radiatori di riscaldamento scompare.
Ma l'idea di riscaldare con i moduli solari non può ancora essere definita utopia. Elenchiamo le opzioni implementate dai proprietari di case in pratica:
- pannelli più condizionatori d'aria inverter con coefficiente di efficienza COP 3,5–4;
- collegare le batterie direttamente ai riscaldatori elettrici senza inverter;
- la costruzione di un SES a tutti gli effetti, la vendita di elettricità allo stato, i proventi vanno a pagare per il riscaldamento tradizionale.
Addizione. L'uso dei pannelli come fonti di energia aggiuntive per il riscaldamento di base non ha senso discutere: questa è una soluzione ovvia.
Cominciamo con la terza opzione, che è interessante per gli imprenditori. Nei paesi in cui lo stato ha istituito la cosiddetta tariffa verde, il proprietario della casa può ricevere elettricità da fonti rinnovabili e consegnarla alla rete energetica comune, ottenendo un profitto.Cioè, il proprietario della casa acquisisce gli stessi 200-300 pannelli solari, ma vende energia a un buon prezzo e non spreca molto invano.
Ad esempio, in Ucraina, la tariffa verde supera le solite 3 volte (a giugno 2019). È necessario resistere a 1 condizione: la potenza minima di SES è di 30 kW. Costruisci una centrale elettrica, fornisci energia alla rete e acquisti tre volte in meno.
Le restanti 2 opzioni saranno considerate in modo più dettagliato.
Aria condizionata
Il metodo si basa sull'efficienza dei sistemi split dell'inverter che forniscono quattro volte più calore all'interno della casa rispetto all'energia consumata. Come realizzare tale riscaldamento:
- Innanzitutto, massimizziamo la perdita di calore dell'edificio: isoliamo pareti, pavimenti e tetto, installiamo finestre a risparmio energetico. Un indicatore del consumo di calore ideale per una casa di 100 m² - 6 kW.
- Acquistiamo 2 condizionatori d'aria con compressori inverter funzionanti a temperatura della strada negativa. Le prestazioni totali delle unità dovrebbero essere pari alla perdita di calore della casa, nel nostro caso - 6 kW. Il consumo di tali "frazioni" non supererà i 2 kW.
- Stiamo installando una stazione solare in grado di fornire aria condizionata tutto il giorno.
- Per il riscaldamento nei giorni più freddi, vale la pena installare qualsiasi fonte di calore tradizionale: una caldaia, una stufa a legna.
Il video alla fine di questa sezione conferma che il circuito descritto è completamente operativo. Un aspetto negativo: a una temperatura negativa, l'efficienza dei condizionatori d'aria diminuisce drasticamente, non puoi fare a meno dell'aiuto di una caldaia. Nei climi temperati e settentrionali, i moduli solari da soli non possono farcela.
Nota. La maggior parte dei sistemi split dell'inverter può funzionare con gelate fino a -15 ° C. L'efficienza della COP è ridotta a 1,5–2 (viene generato il doppio del calore rispetto all'elettricità consumata).
Uso di riscaldatori locali
Stiamo parlando di una significativa riduzione dei costi del sistema nel caso di utilizzo di consumatori senza pretese - i normali termoventilatori. A causa della mancanza di un inverter, i riscaldatori da 12 volt dovranno essere collegati ai moduli solari (è possibile prendere un'auto o farlo da soli).
Come assemblare un generatore di energia solare:
- Installiamo il numero richiesto di batterie con una tensione di esercizio di 12 volt.
- Li colleghiamo con fili da 2,5 mm² secondo lo schema seguente - senza inverter.
- Colleghiamo il carico: un termoventilatore a bassa potenza di 12 V.
Di seguito nel video, lo specialista descrive in dettaglio tutte le sfumature di tale connessione. Il metodo è adatto per il riscaldamento di singoli ambienti con termoventilatori da 1–1,5 kW. È più difficile riscaldare l'intera casa: è necessario assemblare diversi circuiti separati con pannelli solari in modo da non aumentare la sezione dei fili.
Conclusione finale
Fare il riscaldamento completo di una casa privata con pannelli solari è molto difficile. L'unico scenario più o meno realistico è l'uso di sistemi divisi, o meglio, una pompa di calore geotermica, poco dipendente dalla temperatura della strada. L'installazione consuma poca elettricità, quindi può funzionare da un SES domestico.
Abbiamo specificamente escluso le questioni finanziarie dall'articolo, dal momento che stavamo parlando di problemi tecnici. Ma devi capire che le apparecchiature a energia solare - batterie, batterie, inverter e unità di controllo - costano molto. Per risolvere con successo il problema, devi essere un entusiasta meritato.
Un circuito con collettori del vuoto collegati a uno scaldabagno indiretto sarà più economico. Ma questa opzione ha le sue difficoltà, ad esempio l'accumulo di calore e il ristagno del collettore durante il calore. Non esiste una soluzione semplice al difficile compito di sfruttare l'energia solare.