Halfgeleiderpanelen die de energie van de zon omzetten in elektriciteit, worden meestal voor één doel geïnstalleerd: om de werking van huishoudelijke apparaten te garanderen. Deze enthousiastelingen stoppen daar niet en proberen zonnepanelen aan te passen voor het verwarmen van het huis. We raden aan om dit idee te bespreken, overweeg mogelijke verwarmingsmethoden met fotovoltaïsche panelen. De winstgevendheid van alternatieve energiecentrales en andere financiële kwesties is niet logisch, het is een apart probleem.
Hoe een zonne-energiecentrale werkt
We nemen niet de tijd om te praten over hoe halfgeleidermodules stroom genereren. Maar als u zonneverwarming van een privéwoning wilt organiseren, moet u zich het principe van het fotovoltaïsche station voorstellen en alle nuances kennen die de kracht ervan beïnvloeden.
De zonne-energiecentrale (SES) bestaat uit de volgende elementen (weergegeven in het onderstaande diagram):
- een of meer panelen die straling van de zon ontvangen;
- oplaadbare batterijen (batterijen) die de opgewekte elektriciteit verzamelen;
- de controller bewaakt het laadniveau, stuurt de stroom naar het gewenste circuit;
- de omvormer zet de constante spanning van zonnepanelen om in wisselstroom 220 V.
Een interessant punt. De prijs van modules is niet meer dan 30% van de kosten van een complete set apparatuur. De resterende 70% bestaat uit batterijen, een invertereenheid en een controller. Accessoires zijn geselecteerd voor één bedrijfsspanning van 12, 24 of 48 volt.
We vereenvoudigen het algoritme van het systeem:
- Overdag genereren batterijen stroom via de controller.
- De elektronische eenheid schat het laadniveau van de batterij en stuurt vervolgens de energie naar de gewenste lijn - voor opladen of naar consumenten (naar de omvormer).
- De inverterunit zet gelijkstroom om in wisselstroom met standaardparameters - 220 V / 50 Hz.
Er zijn 2 soorten controllers: PWM en MPPT. Het verschil tussen de twee bestaat uit de methode om vermogenselementen op te laden en de grootte van spanningsverliezen. MPPT-blokken zijn moderner en zuiniger. Er worden verschillende batterijen gebruikt: loodzuur, gel enzovoort.
Als u van plan bent meerdere modules te gebruiken, zijn ze op 3 manieren met elkaar verbonden:
- Met een parallel verbindingsschema kunt u de stroom in het circuit verhogen. De "negatieve" contacten van alle batterijen zijn verbonden met de ene lijn, de "plus" contacten met de andere. De uitgangsspanning blijft ongewijzigd.
- Het gebruik van een serieel circuit maakt het mogelijk om de uitgangsspanning te verhogen. De "min" -terminal van het eerste paneel maakt verbinding met de "plus" van het tweede enzovoort.
- De gecombineerde methode wordt gebruikt wanneer u beide parameters moet wijzigen - huidige sterkte en spanning. Meerdere modules zijn in serie geschakeld, vervolgens wordt een groep parallel met andere vergelijkbare groepen op een gemeenschappelijk netwerk aangesloten.
Hoeveel zonnepanelen heb je nodig om een huis te verwarmen
Het lijkt erop dat alles eenvoudig is. Er zal ongeveer 10 kW = 10.000 watt thermische energie worden gebruikt om een klein chalet van 100 m² te verwarmen. Dit zijn 100 panelen van 0,1 kW of 34 grote modules van 300 watt. Je kunt niet zoveel batterijen op het dak van het huis plaatsen, maar er wordt niet over het appartement gesproken.
Referentie. Het formaat van 1 fotovoltaïsche cel met een vermogen van 100 W, vervaardigd door polykristallijne technologie, is ongeveer 1020 x 700 mm of 0,71 m². Een vergelijkbare batterij van 300 W zal 1,68 m² (170 x 99 cm) in beslag nemen.
We maken meteen een reservering, het verkregen resultaat is onjuist, omdat het geen rekening houdt met de specifieke kenmerken van werkende zonne-energiesystemen:
- De fotovoltaïsche module levert maximaal vermogen wanneer de stralen onder een hoek van 90 ° op het vlak van de accu vallen.Als je geen tracker maakt - een volgmechanisme dat het paneel draait na de beweging van de zon, verliezen we ongeveer 40% van de energie. Aan de andere kant verbruikt zo'n apparaat ook elektriciteit.
- De hoeveelheid zonnestraling per 1 m² - zoninstraling - hangt af van de woonregio, hoogte en schaduwgebied. Deze factoren hebben een directe invloed op de batterijprestaties.
- Na verloop van tijd verslechtert de halfgeleidercoating van de modules, waardoor jaarlijks ongeveer 1% van het elektrische vermogen verloren gaat.
- Als de foto-elektrische laag door de zon wordt oververhit, nemen de prestaties van het paneel ook af.
- Een klein deel van de energie gaat verloren in gerelateerde apparatuur - omvormers, controllers, batterijen. Dit is een banale verwarming van onderdelen - transformatoren, microschakelingen en andere elementen.
- Wanneer het werkoppervlak vervuild is met stof of bedekt is met sneeuw, ontstaan er extra verliezen.
- Merk op dat om de zon in de winter te laten verwarmen, de opgewekte elektriciteit voldoende zou moeten zijn om het huis te verwarmen en de batterijen 's nachts op te laden.
Conclusie. Een universele berekening van het elektrisch vermogen van batterijen geschikt voor alle landen en regio's bestaat niet. Maar het aangekondigde cijfer boven 10 kW moet (tenminste) verdubbeld worden om in de praktijk een behoorlijk resultaat te krijgen. U heeft 200 panelen van honderd watt nodig met een oppervlakte van meer dan 140 m².
Er is een betrouwbare manier om nauwkeurige instralingsgegevens te verkrijgen en de prestaties van zonnepanelen te berekenen door contact op te nemen met uw lokale installatiebedrijf. Of bestudeer zelf de bezonningskaart van het gebied.
We raden aan om de andere kant op te gaan - om de ervaring van eigenaren van autonome zonne-energiecentrales te gebruiken, lees hun beoordelingen op thematische forums. Vind daar gebruikers in uw regio als u gratis echte nummers wilt krijgen. Hier zijn enkele voorbeelden:
- Autonoom systeem van zonne-energie, gelegen in de regio Leningrad, Rusland. Er werden 6 panelen van elk 0,22 kW (in totaal 1,32 kW) geïnstalleerd, het piekvermogen op een onbewolkte winterdag is 1157 watt. Het onderwerp wordt besproken op het beroemde Russisch-talige forum.
- Anapa, batterijprestaties - 2,2 kW, het aantal is niet aangegeven. Overdag genereert de centrale ongeveer 9 kW.
- Moskou, SES-vermogen 2,64 kW. Over heel juni heeft de installatie 304 kW aan energie opgewekt.
Notitie. Op dit adres vindt u beoordelingen en andere nuttige gegevens over de werking van de SES.
Let op: we hebben alleen rekening gehouden met zonne-energie voor verwarming, waterverwarming en andere huishoudelijke behoeften. Zie de video voor het berekenen van het aantal batterijen in de praktijk:
Echte verwarmingsmethoden
Zoals u hun voorgaande begrijpt, is het vrij moeilijk (en duur) om een volledige elektrische verwarming van een huis met zonnepanelen te realiseren. Niet elke eigenaar zal besluiten om panelen te kopen en te installeren op een oppervlakte van 100-150 m² om een klein huis of huisje te verwarmen. Dus het schema van de elektrische ketel + watersysteem + verwarmingsradiatoren verdwijnt.
Maar het idee om te verwarmen met zonnepanelen kan nog steeds geen utopie worden genoemd. We noemen de opties die huiseigenaren in de praktijk implementeren:
- panelen plus inverter-airconditioners met COP-efficiëntiecoëfficiënt 3,5–4;
- accu's direct aansluiten op elektrische kachels zonder omvormer;
- de bouw van een volwaardige zonne-energiecentrale, de verkoop van elektriciteit aan de staat, de opbrengst gaat naar traditionele verwarming.
Toevoeging. Het gebruik van panelen als extra energiebronnen voor basisverwarming heeft geen zin om te bespreken - dit ligt voor de hand.
Laten we beginnen met de derde optie, die interessant is voor ondernemers. In landen waar de staat het zogenaamde groene tarief heeft vastgesteld, kan de huiseigenaar elektriciteit uit hernieuwbare bronnen ontvangen en deze aan het gemeenschappelijke energienetwerk geven, met winst.Dat wil zeggen, de huiseigenaar koopt dezelfde 200-300 zonnepanelen, maar verkoopt energie tegen een goede prijs en verspilt niet veel tevergeefs.
In Oekraïne bijvoorbeeld, overschrijdt het groene tarief het gebruikelijke driemaal (vanaf juni 2019). Er moet aan 1 voorwaarde worden voldaan: het minimumvermogen van SES is 30 kW. Bouw een energiecentrale, lever energie aan het netwerk en je koopt drie keer goedkoper.
De overige 2 opties worden in meer detail besproken.
Airconditioning
De methode is gebaseerd op de effectiviteit van inverter-split-systemen die vier keer meer warmte aan de binnenkant van het huis leveren dan de energie die wordt verbruikt. Hoe een dergelijke verwarming te realiseren:
- Allereerst maximaliseren we het warmteverlies van het gebouw - we isoleren de muren, vloeren en het dak, installeren energiezuinige ramen. Het ideale warmteverbruik voor een woning van 100 m² - 6 kW.
- We kopen 2 airconditioners met invertercompressoren die werken op een negatieve straat temperatuur. De totale prestatie van de units moet gelijk zijn aan het warmteverlies van het huis, in ons geval - 6 kW. Het verbruik van dergelijke “splitsingen” zal niet hoger zijn dan 2 kW.
- We installeren een zonnestation dat 24 uur per dag airconditioning kan leveren.
- Voor verwarming op de koudste dagen is het de moeite waard om een traditionele warmtebron te installeren - een ketel, een houtkachel.
De video aan het einde van deze sectie bevestigt dat het beschreven circuit volledig operationeel is. Een belangrijk minpuntje: bij een negatieve temperatuur neemt het rendement van airconditioners sterk af, je kunt niet zonder de hulp van een ketel. In gematigde en noordelijke klimaten kunnen alleen zonnepanelen het hoofd niet bieden.
Notitie. De meeste inverter-split-systemen kunnen functioneren bij vorst tot -15 ° C. De COP-efficiëntie wordt verlaagd tot 1,5–2 (er wordt tweemaal zoveel warmte opgewekt als er elektriciteit wordt verbruikt).
Gebruik van lokale kachels
We hebben het over een aanzienlijke verlaging van de kosten van het systeem in het geval van het gebruik van pretentieloze consumenten - gewone luchtverhitters. Door het ontbreken van een omvormer zullen 12 volt kachels op de zonnepanelen moeten worden aangesloten (je kunt een auto nemen of zelf doen).
Een zonne-energie-generator monteren:
- We plaatsen het benodigde aantal batterijen met een bedrijfsspanning van 12 volt.
- We verbinden ze met 2,5 mm² draden volgens onderstaand schema - zonder omvormer.
- We verbinden de belasting - een low-power ventilatorkachel van 12 V.
Hieronder in de video beschrijft de specialist in detail alle nuances van een dergelijke verbinding. De methode is geschikt voor het verwarmen van individuele kamers met luchtverhitters van 1–1,5 kW. Het is moeilijker om het hele huis te verwarmen - u moet verschillende afzonderlijke circuits met zonnepanelen monteren om de doorsnede van de draden niet te vergroten.
Uiteindelijke conclusie
Het is erg moeilijk om een privéwoning met zonnepanelen volledig te verwarmen. Het enige min of meer realistische scenario is het gebruik van split-systemen, of beter gezegd, een geothermische warmtepomp, weinig afhankelijk van de straattemperatuur. De installatie verbruikt weinig elektriciteit en kan dus vanuit huis SES werken.
We hebben specifiek financiële kwesties uit het artikel uitgesloten, omdat het over technische kwesties ging. Maar u moet begrijpen dat de uitrusting van zonne-energie - batterijen, batterijen, omvormers en regeleenheden - veel geld kost. Om het probleem succesvol op te lossen, moet je een welverdiende liefhebber zijn.
Een circuit met vacuümverdeelstukken aangesloten op een indirecte boiler wordt goedkoper. Maar deze optie heeft zijn eigen moeilijkheden, bijvoorbeeld de accumulatie van warmte en stagnatie van de collector tijdens warmte. Er is geen gemakkelijke oplossing voor de moeilijke taak om zonne-energie te benutten.