Солнечные коллекторы и фотоэлектрические панели

Все чаще можно увидеть наборы солнечных коллекторов или фотоэлектрических панелей на крышах польских домов. Их иногда путают между собой, потому что на первый взгляд их обычно трудно различить. Однако, кроме того, что оба используют энергию солнечного излучения, это совершенно разные устройства.

Обе солнечные панелиа также фотоэлектрические панели используются для сбора солнечного излучения и преобразования его в другой, полезный для нас вид энергии. В случае с коллекторами это тепло, чаще всего используемое для нагрева технической воды.

С другой стороны, фотоэлектрические (PV) панели являются источником электроэнергии — универсальным носителем, который можно использовать по-разному на месте или передавать в электросеть.

Коллекционеры

1. Элементы установки с солнечными коллекторами

Коллекторы и взаимодействующие с ним установки используют Солнечный свет чтобы нагреть воду.

Этот процесс происходит в несколько этапов:

• коллектор поглощает и преобразует солнечное излучение в тепло;
• тепло воспринимается рабочим телом (чаще всего антифризом);
• рабочее тело поступает по трубам к змеевику, помещенному в резервуар с водой, и передает свое тепло.

На рынке преобладают плоские и вакуумные трубчатые коллекторы. Отличаются они в основном конструкцией поглотителя, т.е. элемента, поглощающего солнечное излучение, и способом защиты от потерь тепла в окружающую среду. В плоских коллекторах поглотителем является медная или алюминиевая пластина (лист).

Сверху он защищен высокопрочным стеклом. В вакуумные коллекторы поглотитель обычно разделен на узкие полоски — по одной в каждой вакуумной трубке. Чтобы эффективно использовать полученное тепло, коллектор не должен терять слишком много его в окружающую среду.

Специальное покрытие поглотителя (обычно на основе оксида титана) делает его очень хорошо поглощающим солнечное излучение, а при нагревании излучающим мало тепла. Для ограничения остаточных теплопотерь (за счет воздухопроводности и конвекции) корпус плоских коллекторов утеплен минеральной ватой.

2. Выход и потери энергии в плоском коллекторе

Однако в вакуумных коллекторах есть именно вакуум — в пространстве без воздуха нет ни проводимости, ни конвекции, остаются только потери на излучение.

Тепло от горячего поглотителя должно передаваться дальше. В плоских коллекторах труба, по которой протекает рабочая среда (антифриз), контактирует с ним снизу.

В свою очередь, в вакуумных коллекторах в каждой вакуумной трубке находится трубка с протекающей по ней рабочей средой, или так называемая тепловая трубка (трубка с жидкостью с низкой температурой испарения).

Отдельные тепловые трубки должны быть выведены наружу — помимо вакуумных трубок, они должны быть соединены «шиной», по которой течет рабочее тело.

W вакуумные коллекторы самой большой проблемой является герметизация соединения вакуумной трубки с трубкой, получающей тепло изнутри. Достаточно даже минимальной неточности и внутрь попадает воздух, и тогда труба уже не обладает изолирующими свойствами. Однозначного ответа на вопрос, что лучше, плоские или вакуумные коллекторы, нет.

Плоский коллектор с такой же площадью основания, как у вакуумной трубки, имеет большую поверхность поглотителя (поглощающую излучение), но худшую теплоизоляцию. В результате плоский коллектор получает больше тепла летом, когда солнечный свет интенсивнее и потери тепла относительно невелики. Однако осенью и зимой у вакуумного трубчатого коллектора будет преимущество, так как он будет меньше терять тепла в окружающую среду.

Солнечные панели

Из-за высокой стоимости использования фотогальванические элементы (PV) в установках мощностью не менее нескольких кВт, например, для дома на одну семью, встречается довольно редко. Однако само по себе использование отдельных элементов или их батарей, называемых фотоэлектрическими панелями (солнечными, солнечными), вовсе не ново.

3. Вакуумные трубки соединены в наборы по дюжине или около того штук (фото Hartmann)

Они использовались в течение многих лет, например, в калькуляторах и для питания уличных светофоров. Мы не будем здесь вдаваться в подробности о физических основах работы солнечных элементов.

Интересующиеся легко найдут эту информацию в любой энциклопедии. Наконец, для объяснения так называемого Фотоэлектрическое явление Альберт Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии.

Достаточно сказать, что солнечный элемент представляет собой полупроводниковый элемент, образующий p-n переход.

Под влиянием падения на него солнечная радиация (фотонов) возникает электродвижущая сила, так как электроны движутся в область n, при этом так называемая дырки в область р. Результатом этого движения зарядов является создание разности потенциалов, то есть электрического тока.

Почему ячейки сгруппированы в панели? Потому что одна ячейка самого популярного типа, сделанная из кремния, дает напряжение всего около 0,5 В. Соединяя их последовательно, мы получаем соответственно более высокое полезное значение. С практической точки зрения важнее всего знать несколько основных правил, регламентирующих работу фотоэлектрических установок:

• сила получаемого электрического тока, т. е. количество энергии, зависит от интенсивности солнечного излучения;
• Эффективность преобразования солнечной энергии в электричество варьируется в широких пределах, от нескольких процентов до более чем 20 процентов, в зависимости от конструкции элементов. Однако их цены также очень разнообразны, поэтому лучше всего конвертировать цену в полученную электроэнергию (PLN/кВт);
• в панелях мы получаем постоянный ток, а подавляющее большинство бытовой техники питается от переменного тока. Поэтому его приходится обрабатывать, что требует дополнительных устройств (инвертор);
• хранить электроэнергию в батареях дорого и нецелесообразно, поэтому наиболее желательным решением была бы возможность перепродавать излишки энергии в сеть.

4. Элементы установок с фотоэлектрическими панелями

Электричество является гораздо более универсальной формой энергии, чем тепло, извлекаемое в солнечные коллекторы. Его можно использовать для питания всех электроприборов, а также для нагрева или приготовления горячей воды.

Однако основной проблемой является неравномерность выработки энергии, как годовой, так и суточной.

К сожалению, цена, размеры и малая долговечность аккумуляторов не позволяют хранить большое количество электроэнергии локально для собственных нужд. Остается использовать лишнюю энергию для питания нагревателей и приготовления горячей воды или продавать ее в сеть.

На первый взгляд, эта перепродажа избыточной энергии может показаться отличным решением для владельцев небольших домашних установок.

В соответствии с поправкой к Закону об энергетике, внесенной в 2013 году, поставщик электроэнергии обязан выкупить излишки у фотоэлектрической установки при условии, что ее мощность не превышает мощность подключения здания. В большинстве одноквартирных домов мощность подключения составляет не менее 10 кВт, а фотоэлектрических установок – до 5 кВт.

К сожалению, такой мелкий поставщик получает очень невыгодную цену — 80 процентов от биржевой цены в предыдущем году. Однако эта цена не включает плату за передачу, в результате за кВтч электроэнергии, подаваемой в сеть, он получает менее 0,20 злотых/кВтч, а за электроэнергию из сети он сам платит 0,60 злотых/кВтч.

Окупается не только продажа избыточной электроэнергии, но и ее использование на месте, например, для нагрева технической воды. За 1 кВтч тепла, полученного из природного газа, мы должны заплатить около 0,25 злотых.

Сколько энергии от солнца?

Количество энергии, которую мы получаем от солнечной установки, зависит от нескольких факторов. Эти принципы являются общими для систем, построенных на основе как солнечных коллекторов, так и фотоэлектрических панелей. Интенсивность солнечного излучения. Это зависит от сезона и уровня облачности. Мы не имеем на это никакого влияния, и, к сожалению, без интенсивного солнечного света мы не можем рассчитывать на большое количество энергии.

5. Строительство солнечной батареи

Это является причиной низкой эффективности солнечных установок в зимнее время года. Нет солнца — нет энергии. Зимой солнце светит не только слабо, но и всего несколько часов в день.

К сожалению — зимой, когда потребление тепла и электроэнергии самое высокое, солнца нас меньше всего снабжает. Стоит посмотреть на таблицу, показывающую, какова дневная сумма энергия солнечного излучения падение на 1 м².

Даже если бы коллекторы были эффективны на 10%, т.е. поглощали бы всю доходящую до них энергию без потерь (что, конечно, невозможно), и их поверхность была бы большой, например XNUMX м², из-за очень скудного солнечного света в середине зимы многого бы не дали.

В декабре максимальная выработка энергии от такой установки составит 5 кВтч в сутки, что соответствует работе небольшого котла мощностью 10 кВт в течение получаса. Поверхность коллекторов или панелей.

Имея их больше, мы используем солнечное излучение, падающее на большую площадь. Очевидно, тогда мы получаем больше энергии. Однако увеличение площади коллекционеры не обязательно имеет смысл. Во-первых, это увеличивает затраты.

Во-вторых, чрезмерно укрупненная установка с жидкостными коллекторами вызывает проблемы летом, если мы не имеем возможности использовать большое количество вырабатываемого в это время тепла. Согласование с направлениями света.

Направление оптимально коллекторы и панели Юг. Однако остается допустимым достаточно значительное отклонение на восток или запад, которое можно компенсировать увеличением площади.

При наклоне на 50° к западу площадь необходимо увеличить на 10 процентов. На 50° в.д. поправка должна составлять 20 процентов.

Нет смысла размещать такие устройства с севера или в постоянно затененных местах. Угол наклона. Солнечные лучи должны падать на поверхности абсорбера под прямым углом. Проблема в том, что этот угол падения меняется в зависимости от сезона.

Зимой солнце находится низко над горизонтом и лучшим решением будет расположение коллекторов и ячеек почти вертикально. Летом все наоборот. Поэтому наиболее распространенным выбором является универсальная настройка, составляющая примерно 45°.

Более или менее это самый распространенный угол наклона крыш в односемейных домах. Хороший дизайн и исполнение всей установки. Плохо настроенная установка не будет работать, даже если мы используем компоненты самого высокого качества. Идеологическая схема солнечные установки это просто, но на практике неправильно настроено.