Solární panely pro vytápění a elektrifikaci domů

Zeměpisná šířka a délka hloubka problému

Představte si, že jste vědec. Narazíte na zajímavý článek, ale jeho výsledky/experimenty nelze reprodukovat v laboratoři. Je rozumné napsat autorům původního článku a požádat je o radu a upřesňující otázky. Podle průzkumu to někdy ve své výzkumné kariéře udělalo méně než 20 % z nich!

Autoři studie poukazují na to, že možná jsou takové kontakty a rozhovory pro samotné vědce příliš obtížné, protože odhalují jejich nekompetentnost a neschopnost v určitých záležitostech nebo prozrazují příliš mnoho detailů probíhajícího projektu.

Navíc se naprostá menšina vědců pokusila publikovat vyvrácení nereprodukovatelných výsledků, přičemž se setkala s odporem redaktorů a recenzentů, kteří požadovali, aby srovnání s původní studií bylo bagatelizováno. Lze se divit, že šance na ohlášení nereprodukovatelnosti vědeckých výsledků se pohybuje kolem 50 %.

První otázka: Pokusili jste se reprodukovat výsledky experimentu?

Druhá otázka: Zkoušeli jste zveřejnit svůj pokus o reprodukci výsledků?

Měli bychom tedy alespoň v rámci laboratoře provádět kontroly reprodukovatelnosti? Nejsmutnější je, že třetina respondentů ani neuvažovala o zavedení metod kontroly reprodukovatelnosti dat. Pouze 40 % respondentů uvedlo, že tyto techniky používají pravidelně.

Otázka: Vyvinuli jste někdy specifické techniky/technické postupy pro zlepšení reprodukovatelnosti výsledků?

Jiný příklad, biochemička z Velké Británie, která si nepřála zveřejnit své jméno, uvedla, že snaha opakovat, replikovat práci pro její laboratorní projekt jednoduše zdvojnásobuje časové a materiální náklady, aniž by přinesla nebo přinesla něco nového. Dodatečné kontroly se provádějí pouze u inovativních projektů a neobvyklých výsledků.

A samozřejmě odvěké ruské otázky, které začaly trápit zahraniční kolegy: kdo za to může a co dělat?

Z čeho se skládají solární panely první generace

Strukturálně se tyto moduly skládají z následujících prvků:

• kovový podkladový plech - základní kontakt;
• Spodní výplňová vrstva křemíkového polovodiče s převahou elektronů typu n - díky přídavku fosforu.
• Vrchní krystalická vrstva, která je nasycena elektrony typu p - obvykle dopováním bórem.
• Antireflexní vrstva - pro maximální absorpci
• tenký, pokovený mřížkový kontakt s drátem pro zkratování sítě;
• Silné bezpečnostní sklo - obvykle odolné tvrzené sklo;
• rámování.

Monokrystalické nebo polykrystalické křemíkové destičky Poli-Si mají tloušťku přibližně 200-300 µm. Životnost se odhaduje na 20-25 let s průměrným poklesem výkonu o 0,5 % ročně. Účinnost za ideálních světelných podmínek dosahuje 22-24 % a prudce klesá při vysokých teplotách nebo při částečném snížení intenzity osvětlení.

Princip solární energie

Není neobvyklé, že při nutnosti instalace solárních panelů někdo pochybuje o proveditelnosti tohoto podniku. Je to proto, že ve většině případů je procento slunečných dnů výrazně nižší než procento zamračených dnů.

Podobný poměr je typický pro regiony ve středních polohách a klima v severních regionech se vyznačuje ještě větším počtem zamračených dnů.

Nedostatek slunečných dnů přímo souvisí s účinností zařízení, která zpracovávají energii zemského světla. Důsledkem je snížení dopadu slunečních paprsků na povrch baterie. Tento proces se nazývá oslunění.

Jeho podstatou je, že každé letadlo, bez ohledu na svůj účel, přijímá určité množství sluneční energie. V jižních oblastech je toto množství přirozeně vyšší, což zvyšuje význam instalace solárních panelů.

Zkušenosti však ukazují, že trh s technologickými zařízeními v oblasti syntézy sluneční energie své výrobky neustále zdokonaluje, takže moderní fotovoltaické články v heliopanelech fungují dobře i v oblastech s nízkou úrovní oslunění.

Typy křemíkových solárních článků

Polykrystalické

Hlavním prvkem těchto panelů je polykrystalická struktura polovodičových článků. Jsou mnohem levnější než monokrystalické, protože se ve skutečnosti vyrábějí ze zbytků monokrystalických článků. Při výrobě se křemíková slitina jednoduše ochladí bez dalšího zpracování.

Polykrystalické solární články mají průměrnou účinnost 12-18 %, zatímco monokrystalické solární články mají účinnost až 22 %. Vzhledem k nižší ceně je však možné koupit o něco více panelů a získat stejný "výnos" za stejné peníze jako u monokrystalů. To je možné pouze v případě, že je na střeše dostatek místa. Polykrystaly se od monokrystalů liší také heterogenitou barev.

Kolik stojí polykrystalické solární panely? V průměru 3500 rublů za 100 wattů (hodně záleží na výrobci). Jednou z nejlevnějších polykrystalických baterií je Vostok Pro FSM 150 P s kapacitou 150 W.

Monokrystalické

U monokrystalických solárních panelů se monokrystal speciálně pěstuje Czochralského metodou. Kompletní panel je pak sestaven z několika křemíkových článků o určité kapacitě. Panel se nejčastěji skládá z 36 nebo 72 modulů. Monokrystalické panely mají mnohem vyšší účinnost než polykrystalické panely, která se pohybuje mezi 18 a 22 %.

Díky této vlastnosti monokrystalické panely přeměňují více solární energie než polykrystalické panely při stejné velikosti. Které solární panely jsou lepší: polykrystalické nebo monokrystalické? Vše závisí na rozpočtu. Pokud si můžete dovolit utratit o něco více, měli byste si koupit monokrystalické baterie, které mají rychlejší dobu návratnosti. Monokrystalické baterie jsou také vhodnější, pokud je plocha střechy relativně malá. Průměrná "životnost" je 25 let.

Pokud chcete ušetřit a potřebujete solární panel pouze pro napájení ledničky nebo čerpací stanice na chatě, můžete si pořídit polykrystalický model.

Amorfní

Amorfní baterie se skládají z křemíkového vodíku (SiH4), který vzniká působením elektrického proudu na křemík. To způsobí, že se křemík odpaří a poté se v tenké vrstvě usadí na substrátu.

Amorfní panely mají přibližně stejnou účinnost jako polykrystalické panely. Amorfní modely však mají některé výhody. Například mohou vyrábět elektřinu, i když je zataženo, prší, když je ve vzduchu vysoká koncentrace prachu nebo při západu slunce či soumraku.

Účinnost

Pro využití solární energie k vytápění soukromého domu by bylo mnohem jednodušší sestavit okruh kolektorů - to však není vždy možné, a proto je třeba zvážit jiné možnosti. Může se například stát, že na pozemku je již nainstalován funkční systém solárních panelů, který slouží pouze k zásobování domu elektřinou a teplou vodou.

Nákup nového vybavení je za těchto okolností příliš nákladný. Chcete-li zajistit vytápění domu pomocí solárních panelů, je nejlepším řešením zvýšit kapacitu systému modulů. Nejjednodušší možností je zakoupit několik dalších křemíkových panelů a připojit je k elektricky vytápěnému kotli.

Správný rozvod elektrické energie zajistí jak systém teplé vody, tak topný okruh. K tomu, abyste měli dostatek energie pro všechno, bude zapotřebí poměrně hodně solárních panelů - samostatné budovy, které využívají pouze solární energii, jsou obvykle celé pokryty fotovoltaickými panely. Kapacitu solárních panelů je třeba předem vypočítat. Často je nutné postavit další konstrukci, na kterou se panely instalují.

Účinnost solárního tepelného systému nelze před použitím určit, proto jsou všechny výpočty pouze přibližné. Složitost předběžného výpočtu je způsobena tím, že existuje mnoho faktorů, které nelze pro účinnost sběru energie vypočítat. S určitými zkušenostmi lze samozřejmě provést více či méně přesný výpočet, ale takové zkušenosti mají pouze odborníci, kteří se specializují na projektování a instalaci solárních systémů.

Největší vliv na účinnost systému mají následující faktory:

• Nestálé počasí - počet slunečných dnů nelze předem určit ani ve slunečných oblastech, natož v severních oblastech;
• Nestálá spotřeba energie, která závisí také na zeměpisné poloze budovy, která získává teplo a elektřinu ze slunečního záření;
• Možnost selhání systému - složitost konstrukce znamená, že se často porouchá a v některých případech může být obtížné identifikovat závadu.

Pro koho je vhodná domácí solární elektrárna?

1. Ti, kteří nemají na svém pozemku elektřinu. Solární panely budou schopny samostatně zásobovat areál elektrickou energií. Alternativou je větrná turbína (pro kterou musí být k dispozici vhodná větrná růžice) nebo dieselový generátor (který není příliš uživatelsky přívětivý a není ekonomický).
2. Solární elektrárnu lze také považovat za investici, díky níž můžete v budoucnu platit méně za elektřinu v souvislosti se stále rostoucími tarify. Kromě toho je výdrž baterie velmi dlouhá a slunce svítí stále.
3. Poslední možnost je pro každého, kdo chce vydělat nějaké peníze. Na Ukrajině platí zákon o zelených tarifech, který stanoví, že stát vykupuje elektřinu vyrobenou z alternativních zdrojů energie za zvláštní cenu.

Pokračovat ve čtení

• Solární termální energie
  60

  Sluneční teplo: ohřev vody a vytápění Sluneční záření dopadá na zemský povrch v závislosti na podnebí a zeměpisné šířce v ročním průměru v rozmezí 100 až 250 W/m2, přičemž vrcholu dosahuje v poledne při jasné obloze, prakticky ve výšce...

• Fotovoltaické sady
  58

  Fotovoltaické soupravy: Obsah Chcete-li využívat solární energii pro své spotřebiče, nestačí pouze solární panel. Kromě solárního panelu je zapotřebí několik dalších komponent. Typické složení samostatné fotovoltaické sady je následující: Fotovoltaická sada pro 12V DC zátěžový fotovoltaický regulátor baterie...

• Oblačnost a překážky
  55

  Vliv překážek slunečního záření na výrobu energie pomocí solárních panelů Na zemský povrch dopadá jen malá část slunečního záření 1.přímé 2.absorpční 3.reflexní 4.nepřímé Sluneční záření se pohybuje od Slunce k Zemi po přímce. Při dopadu do atmosféry se část světla láme a...

• Solární osvětlení
  54

  Solární energie pro účely osvětlení Solární panely a další ekologické zdroje energie jsou stále populárnější. Tento článek se zabývá metodami pro budování elektrických napájecích systémů pro solární svítidla, solární lucerny a napájení pro osvětlení budov, solární osvětlení...

• Autonomní fotovoltaické systémy
  52

  Samostatné fotovoltaické systémy Typy fotovoltaických systémů jsou popsány na stránce Fotovoltaické systémy. Podívejme se blíže na jeden z typů - samostatné fotovoltaické systémy. Je možné vytvořit autonomní systém napájení pomocí solárních panelů různé složitosti. Nejjednodušší systém má nízké výstupní stejnosměrné napětí...

• Potřebujete solární panely?
  51

  Výhody použití solárních panelů v off-grid a stand-by systémech Velmi často se setkáváme s názorem, že solární panely jsou nepraktické, že jsou drahé a nevyplatí se. Mnoho lidí si myslí, že je mnohem jednodušší zřídit si benzínový generátor, který bude dodávat energii pro váš domov.....

Jak vypočítat výkon solární elektrárny

Výchozím bodem je, kolik elektřiny potřebujete pro správné fungování budovy. Nejjednodušší je zapsat si všechny spotřebiče, které hodláte používat, jejich provozní dobu a potřebný příkon.

Příklad:

• Chladnička: 100W - 24h - 2400W
• Světla: 100W - 5h - 500W.
• Konvice: 15 min - 1,5 kW - 0,03 kW
• Pračka:
• Notebook:
• …
• Celkem: 3kW

3 kW je výkon, který solární elektrárna potřebuje vyrobit pro běžnou životnost budovy. To znamená, že bude potřeba 12 panelů po 260 W. V praxi bude jejich výkon vyšší (při solárním faktoru 4,5 denní výkon 14 kW), ale pracujeme s nejpesimističtějším scénářem, kdy je každý den zataženo. Zvažte také, že pokud nejste v tarifu výkupních cen nebo neukládáte energii do baterie, přebytek se spálí.

Pokud instalujete solární elektrárnu, abyste vydělali na výkupní ceně, můžete začít s libovolným výkonem a postupně jej zvyšovat.

Solární panel nebo alternátor se spalovacím motorem

Objektivně má generátor dvě hlavní výhody - svou velikost a schopnost plného provozu nejen za jasného počasí. Tyto vlastnosti však zdaleka nejsou vždy rozhodující a ve všech ostatních ohledech solární panely jednoznačně vítězí:

Nejdůležitější bod, na který obvykle lidé upozorňují jako na první - počáteční náklady na zařízení, které jsou u solárních panelů ve skutečnosti asi 2krát vyšší. Ale i zde, pokud to pochopit, generátor by měl být uveden mínus - stačí se podívat na nákladovou cenu výroby jedné kWh

Vezmeme počáteční náklady na zařízení + cenu údržby + náklady na palivo a vše vydělíme množstvím elektřiny vyrobené během deklarované životnosti. Výsledkem je, že u generátoru a solárních panelů s přibližně stejným výkonem bude poměr nákladů na kilowatt přibližně 1 / 2,5 ve prospěch generátoru. Jde samozřejmě o hrubý výpočet, ale jde o to, že solární panely jsou investicí nyní, ale v budoucnu znamenají hmatatelnou úsporu.

Příklad schématu zapojení sady s benzínovým generátorem

Životnost solárních panelů

Pro posouzení výhod je třeba zvážit, jak dlouho panely vydrží a zda je bude nutné po uplynutí záruční doby vyměnit. Je třeba zvážit několik věcí:

1. Monokrystalické a polykrystalické varianty jsou nejodolnější. Za 25 let používání neztratí více než 10 % své kapacity. Ale i tak je ztráta kapacity zanedbatelná a v následujících 10-15 letech se ztratí přibližně stejné množství. Lze tedy s jistotou říci, že životnost těchto variant je 35-40 let a možná i více.
2. Tenkovrstvé varianty mají mnohem nižší životnost, a to 10-20 let. Navíc v prvních 2 letech může dojít ke ztrátě kapacity o 10-30 %, většina výrobců poskytuje výkonovou rezervu, která tento problém kompenzuje. Následně ztráta není tak výrazná.
3. Chcete-li prodloužit životnost, vyvarujte se poškození částí systému. Ořezávejte větve z okolních stromů a alespoň několikrát během sezóny povrch umyjte. Zkontrolujte, zda jsou upevnění a kontakty bezpečné, aby se nepřehřívaly.
4. Zvažte náklady na výměnu dalších částí systému. Například baterie obvykle vydrží 6 až 10 let (ty nejspolehlivější 15 let) a životnost výkonové elektroniky je 10 až 12 let. Náklady na výměnu těchto součástí jsou rovněž značné a je třeba je zohlednit při výpočtu návratnosti investice.

Solární panely by se měly pravidelně čistit a nemělo by docházet k jejich poškození větvemi stromů.

Při výběru solárních panelů pro váš dům je lepší dát přednost spolehlivým a osvědčeným monokrystalickým a polykrystalickým variantám. Kvalitní moduly vydrží přibližně 40 let, přičemž ztráta výkonu za tuto dobu činí přibližně 20 %.

Přečtěte si více:

Výroba zahradní lucerny na solární pohon

Jak vytvořit osvětlení na venkově

Jak vybrat rezistor pro LED diodu

Jak funguje solární panel

Zařízení je navrženo tak, aby přímo přeměňovalo sluneční paprsky na elektřinu. Tento jev se nazývá fotovoltaický efekt. Polovodiče (křemíkové destičky), které se používají k výrobě článků, mají kladně a záporně nabité elektrony a skládají se ze dvou vrstev: n-vrstvy (-) a p-vrstvy (+). Přebytečné elektrony jsou slunečním zářením vyráženy z vrstev a obsazují prázdná místa v jiné vrstvě. Volné elektrony se tak neustále pohybují, přecházejí z jedné desky na druhou a vytvářejí elektřinu, která se ukládá do baterie.

Fungování solárního článku závisí především na jeho konstrukci. Původně se fotovoltaické články vyráběly z křemíku. Jsou stále velmi oblíbené, ale protože proces čištění křemíku je náročný na práci a náklady, vyvíjejí se modely s alternativními fotovoltaickými články ze sloučenin kadmia, mědi, galia a india, které jsou však méně účinné.

Účinnost solárních panelů se s rozvojem technologií zvýšila. Dnes se zvýšil z jednoho procenta zaznamenaného na začátku století na více než dvacet procent. Díky tomu je dnes možné používat panely nejen pro domácí, ale i pro průmyslové účely.

Technické vlastnosti

Konstrukce solárního panelu je poměrně jednoduchá a skládá se z několika součástí:

Samotné fotovoltaické články/solární panel;

Měnič, který mění stejnosměrný proud na střídavý;

Regulátor úrovně nabití baterie.

Baterie pro solární panely je třeba pořizovat s ohledem na potřebné funkce. Ukládají a uvolňují elektrickou energii. Ukládání a spotřeba probíhají po celý den, zatímco v noci se uložený náboj pouze spotřebovává. Tímto způsobem je zajištěn stálý a nepřetržitý přísun energie.

Nadměrné nabíjení a vybíjení baterie zkracuje její životnost. Solární regulátor nabíjení automaticky pozastaví ukládání energie do baterie, když dosáhne maximální kapacity, a vypne zařízení, když je příliš vybité.

(Tesla Powerwall - 7kW baterie se solárními panely - a domácí nabíječka elektromobilů)

Síťový střídač pro solární panely je nejdůležitější součástí konstrukce. Převádí energii slunečních paprsků na střídavý proud o různém výkonu. Jako synchronní měnič harmonizuje výstupní napětí elektrického proudu frekvenčně a fázově s pevnou sítí.

Fotovoltaické články mohou být zapojeny sériově nebo paralelně. Druhá možnost zvyšuje výkonové, napěťové a proudové parametry a umožňuje, aby jednotka fungovala i v případě ztráty funkčnosti jednoho prvku. Kombinované modely se vyrábějí s použitím obou obvodů. Životnost desek je přibližně 25 let.

Obecná charakteristika a dostupnost

Zařízení je šetrné k životnímu prostředí a zajišťuje stabilní napájení bez přepětí. A co je nejlepší, dodává bezplatnou energii: neplatíte za ni žádné účty za energie.

Vzhled solárních panelů se od jejich vynálezu změnil jen málo, ale vnitřní "výplň" nikoli.

Solární modul přeměňuje světlo na elektrickou energii generováním stejnosměrného proudu. Panely mohou měřit až několik metrů. Pokud je třeba zvýšit kapacitu systému, zvýší se počet modulů. Jejich účinnost závisí na intenzitě slunečního záření a úhlu dopadu: lokalitě, ročním období, klimatických podmínkách a denní době. Aby bylo možné zohlednit všechny tyto nuance, měli by instalaci provádět profesionálové.

Typy modulů:

Monokrystalické.

Skládá se z křemíkových článků, které přeměňují sluneční energii. Vyznačují se kompaktními rozměry. Z hlediska výkonu se jedná o donedávna nejúčinnější (až 22% účinnost) solární panel pro domácnosti. Sada (její cena je jednou z nejdražších) bude stát od 100 tisíc rublů.

Polykrystalické.

Používají polykrystalický křemík. Nejsou tak účinné (účinnost do 18 %) jako monokrystalické fotočlánky. Jejich cena je však podstatně nižší, a proto jsou dostupné širokým vrstvám obyvatelstva.

Amorfní.

mají tenkovrstvé křemíkové fotočlánky. Při výrobě energie jsou horší než monokrystalické a polykrystalické, ale jsou také levnější. Jejich výhodou je schopnost fungovat při rozptýleném a dokonce i slabém světle.

Heterostrukturované.

Nejmodernější a nejúčinnější solární moduly, které jsou dnes k dispozici, s účinností 22-25 % (po celou dobu životnosti!). Účinně fungují jak při zataženém počasí, tak při vysokých teplotách).

V Rusku je jediným výrobcem modulů využívající tuto technologii společnost Hevel, která patří mezi pět největších světových výrobců heterostrukturovaných solárních modulů.

Výzkumné a vývojové centrum společnosti si v roce 2016 nechalo patentovat vlastní technologii heterostrukturovaných modulů a nyní ji aktivně rozvíjí.

Hevelovy heterostrukturované solární panely

Součástí systému jsou také následující komponenty:

• Měnič, který mění stejnosměrný proud na střídavý.
• Dobíjecí baterie. Nejenže ukládá energii, ale také vyrovnává kolísání napětí při změně úrovně osvětlení.
• Řídicí jednotka pro nabíjecí napětí baterie, režim nabíjení, teplotu a další parametry.

V obchodech jsou k dispozici jak jednotlivé komponenty, tak kompletní systémy. Kapacita zařízení se určuje podle konkrétních potřeb.

Jakou kapacitu solárního panelu si mám pořídit?

I zde vše závisí na potřebách uživatele. Pro autonomní napájení celého domu nemá smysl odebírat méně než 1000 wattů. A pokud potřebujete napájet topný systém na venkově, teoreticky potřebujete sadu s výkonem až 10 kW. Je však třeba mít na paměti, že takový solární panel bude stát hodně peněz. Jen jeden solární modul (i ten nejlevnější bez regulátoru, střídače a dalších komponent) o výkonu 10 kW stojí nejméně 300 000 rublů. Proto lze tyto baterie považovat za doplňkový zdroj energie, nikoli však za hlavní.

Pokud potřebujete solární panel na letní chatu pro provoz ledničky a televize, postačí vám 500W panel. Můžete si například pořídit dva polykrystalické solární moduly One-Sun 250P, které vás vyjdou na pouhých 16 500 rublů.

Pokud jste však solární panely nikdy nepoužívali, doporučujeme zakoupit malý skládací panel s malou kapacitou pro váš telefon nebo tablet.