Pannelli solari per il riscaldamento e l'elettrificazione della casa

Latitudine e longitudine profondità del problema

Immagina di essere uno scienziato. Ti imbatti in un documento interessante, ma i risultati/gli esperimenti non possono essere replicati in laboratorio. È logico scrivere di questo agli autori dell'articolo originale, chiedere consigli e porre domande chiarificatrici. Secondo il sondaggio, meno del 20% lo ha mai fatto nella propria carriera scientifica!

Gli autori dello studio osservano che forse tali contatti e conversazioni sono troppo difficili per gli scienziati stessi, perché rivelano la loro incompetenza e incoerenza in determinate questioni o rivelano troppi dettagli del progetto attuale.

Inoltre, una minoranza assoluta di scienziati ha tentato di pubblicare confutazioni di risultati irriproducibili, affrontando l'opposizione di editori e revisori che chiedevano che il confronto con lo studio originale fosse minimizzato. C'è da stupirsi che la possibilità di riportare risultati scientifici non riproducibili sia di circa il 50%.

Prima domanda: hai provato a riprodurre i risultati dell'esperimento?

Seconda domanda: hai provato a pubblicare il tuo tentativo di riprodurre i risultati?

Forse vale quindi la pena all'interno del laboratorio almeno di effettuare un test di riproducibilità? La cosa più triste è che un terzo degli intervistati non ha MAI nemmeno pensato di creare metodi per controllare la riproducibilità dei dati. Solo il 40% ha indicato di utilizzare regolarmente tali tecniche.

Domanda: hai mai sviluppato metodi/processi tecnologici speciali per migliorare la riproducibilità dei risultati?

In un altro esempio, una biochimica del Regno Unito, che non desiderava essere identificata, afferma che cercare di replicare il lavoro per il suo progetto di laboratorio raddoppia semplicemente il tempo e il denaro, senza aggiungere o aggiungere nulla di nuovo al lavoro. Ulteriori controlli vengono effettuati solo per progetti innovativi e risultati insoliti.

E, naturalmente, le antiche domande russe che hanno cominciato a torturare i colleghi stranieri: chi è la colpa e cosa fare?

Di cosa sono fatte le celle solari di prima generazione?

Strutturalmente, tali moduli sono costituiti dai seguenti elementi:

• lamiera di base - contatto di base;
• lo strato additivo inferiore di un semiconduttore di silicio con una predominanza di elettroni di tipo n - a causa dell'aggiunta di fosforo;
• lo strato cristallino superiore saturo di elettroni di tipo p - di solito drogando con boro;
• rivestimento antiriflesso - per massimizzare l'assorbimento delle radiazioni;
• sottile contatto a griglia metallizzato con un filo per la chiusura della rete;
• vetro protettivo spesso - solitamente temperato per impieghi gravosi;
• cornice di inquadratura.

Lo spessore dei wafer di silicio monocristallino Mono-Si o Poli-Si policristallino nelle celle è di circa 200-300 µm. La vita utile è stimata in 20-25 anni, con un calo della produttività in media dello 0,5% annuo. L'efficienza in condizioni di illuminazione ideali raggiunge il 22-24% e diminuisce drasticamente ad alte temperature o con un calo parziale dell'illuminazione.

Il principio dell'utilizzo dell'energia solare

Spesso, di fronte alla necessità di installare pannelli solari, una persona si interroga sulla fattibilità dell'impresa. Perché nella maggior parte dei casi la percentuale di giornate soleggiate perde significativamente a parità di valore di quelle nuvolose.

Un rapporto simile è tipico per le regioni della fascia media e il clima delle regioni settentrionali è caratterizzato da un numero ancora maggiore di giornate nuvolose.

Il numero insufficiente di giorni di sole è direttamente correlato all'efficienza dei dispositivi che elaborano l'energia del corpo terrestre. Ciò riduce la quantità di luce solare che raggiunge la superficie della batteria. Questo processo è chiamato insolazione.

La sua essenza sta nel fatto che qualsiasi aereo, indipendentemente dal suo scopo, assorbe una certa quantità di energia solare. Nelle regioni meridionali, questo numero è naturalmente più alto, il che rende più rilevante l'installazione di pannelli solari.

Tuttavia, come dimostra la pratica, il mercato delle apparecchiature tecnologiche nel campo della sintesi dell'energia solare migliora costantemente i suoi prodotti, quindi le moderne celle fotovoltaiche nei pannelli solari funzionano perfettamente anche in aree con un basso livello di insolazione.

Tipi di celle solari al silicio

Policristallino

L'elemento principale di tali pannelli sono elementi semiconduttori di struttura policristallina. Sono molto più economici di quelli monocristallini, poiché sono essenzialmente costituiti da scarti lasciati da elementi monocristallini. Durante il processo di produzione, la lega di silicio viene semplicemente raffreddata senza ulteriori lavorazioni.

L'efficienza delle celle solari policristalline è in media del 12 - 18%, mentre l'efficienza delle celle solari monocristalline raggiunge il 22%. Tuttavia, dato il prezzo più basso, puoi acquistare un po' più di pannelli e ottenere lo stesso "scarico" per gli stessi soldi dei monocristalli. Questo è possibile solo se c'è molto spazio sul tetto. Inoltre, i policristalli differiscono dai cristalli singoli per l'eterogeneità della gamma di colori.

Quanto costano i pannelli solari policristallini? Media 3500 rubli per 100 W (molto dipende dal produttore). Una delle batterie policristalline più economiche è Vostok Pro FSM 150 P con una potenza di 150 watt.

Monocristallino

Per i pannelli solari monocristallini, un singolo cristallo viene appositamente coltivato utilizzando il metodo Czochralski. Quindi un intero pannello di una certa potenza viene assemblato da diverse celle di silicio. Molto spesso, il pannello è composto da 36 o 72 moduli. L'efficienza dei pannelli monocristallini è molto superiore a quella dei pannelli policristallini ed è di circa il 18 - 22%.

Grazie a questa caratteristica, a parità di dimensioni, il monocristallo converte più energia solare rispetto al policristallino. Quali pannelli solari sono migliori: policristallini o monocristallini? Tutto dipende dal budget. Se è possibile spendere un po 'di più, vale la pena acquistare monocristalli, che hanno un rimborso più rapido. Inoltre, le batterie monocristalline saranno preferibili se l'area del tetto è relativamente piccola. La vita media è di 25 anni.

Se vuoi risparmiare e hai solo bisogno di una batteria solare per alimentare un frigorifero o una stazione di pompaggio nel paese, allora puoi prendere un modello policristallino.

amorfo

Le batterie amorfe sono costituite da idrogeno di silicio (SiH4), che viene prodotto applicando una corrente elettrica al silicio. Di conseguenza, il silicio evapora e quindi uno strato sottile si deposita sul substrato.

L'efficienza dei pannelli amorfi è più o meno la stessa di quelli policristallini. Tuttavia, i modelli amorfi presentano alcuni vantaggi. Ad esempio, possono generare elettricità anche con tempo nuvoloso, pioggia, quando c'è un'alta concentrazione di polvere nell'aria, o durante il tramonto/alba.

Efficienza

Per utilizzare l'energia solare per riscaldare una casa privata, sarà molto più semplice assemblare un circuito da collettori, ma ciò non è sempre possibile, quindi devi considerare altre opzioni. Ad esempio, può darsi che il sito abbia già un sistema di pannelli solari funzionante che viene utilizzato solo per fornire alla casa elettricità e acqua calda.

L'acquisizione di nuove apparecchiature in tali condizioni sarà troppo poco redditizia a causa del suo costo elevato.Per garantire il riscaldamento della casa con i pannelli solari, la soluzione migliore sarebbe aumentare la potenza del sistema a moduli. L'opzione più semplice è acquistare alcuni pannelli in silicone aggiuntivi e collegarli a un sistema di caldaia di riscaldamento alimentato elettricamente.

Una corretta distribuzione dell'energia elettrica fornirà sia un sistema di approvvigionamento di acqua calda che un circuito di riscaldamento. Per avere abbastanza energia per tutto, avrai bisogno di molti pannelli solari: gli edifici autonomi che utilizzano solo l'energia solare sono generalmente completamente coperti da pannelli fotovoltaici. La potenza dei pannelli solari deve essere calcolata in anticipo. Spesso è necessario completare la struttura aggiuntiva su cui verranno installati i pannelli.

È impossibile determinare l'efficienza di un sistema solare prima che venga utilizzato, quindi tutti i calcoli sono solo approssimativi. La complessità dei calcoli preliminari è dovuta al fatto che esistono molti fattori la cui influenza sull'efficienza della raccolta di energia non può essere calcolata. Certo, se hai una certa esperienza, puoi fare un calcolo più o meno accurato, ma solo i professionisti specializzati nella progettazione e installazione di impianti solari hanno tale esperienza.

I seguenti fattori hanno la maggiore influenza sull'efficienza del sistema:

• Instabilità meteorologica - è impossibile determinare in anticipo il numero di giorni di sole anche nelle regioni soleggiate, per non parlare delle regioni settentrionali;
• Consumo energetico instabile, che dipende anche dalla posizione geografica dell'edificio che riceve calore ed elettricità dalla luce solare;
• La possibilità di guasto del sistema: la complessità del design indica che spesso si guasta e in alcuni casi è difficile determinare il malfunzionamento.

A chi è adatto un impianto fotovoltaico domestico?

1. Per chi non ha l'elettricità in zona. I pannelli solari saranno in grado di fornire autonomamente energia elettrica alla struttura. In alternativa si può prendere in considerazione anche un mulino a vento (per il quale deve essere presente un'apposita rosa dei venti) o un generatore diesel (che non è molto comodo da far funzionare e antieconomico).
2. Inoltre, una stazione solare può essere considerata un investimento per pagare meno per l'elettricità in futuro in un contesto di tariffe sempre crescenti. Inoltre, la durata della batteria è molto lunga e il sole splende sempre.
3. E l'ultima opzione è per tutti coloro che vogliono guadagnare denaro. In Ucraina esiste una legge sulla tariffa feed-in, in base alla quale lo stato acquista l'elettricità generata utilizzando fonti di energia alternative a un prezzo speciale.

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Come calcolare la potenza di una centrale solare

È necessario partire da quanta energia elettrica è necessaria per il normale funzionamento dell'edificio. Il modo più semplice è scrivere tutte le email. apparecchi che si intende utilizzare, il loro tempo di funzionamento e il consumo energetico.

Esempio:

• Frigorifero: 100W - 24h - 2400W
• Illuminazione: 100W - 5h - 500W
• Bollitore: 15 min - 1,5 kW - 0,03 kW
• Lavatrice:
• Taccuino:
• …
• Totale: 3kW

3 kW è la potenza che una centrale solare deve produrre affinché l'edificio funzioni normalmente. Quelli. avrai bisogno di 12 pannelli con una potenza di 260W ciascuno. In pratica la loro produttività sarà maggiore (con un coefficiente di attività solare di 4,5 la potenza giornaliera della stazione sarà di 14 kW), ma si parte dallo scenario più pessimistico, in cui ogni giornata è nuvolosa. Tieni inoltre presente: se non sei collegato alla tariffa feed-in o non immagazzini energia per la batteria, l'eccesso si esaurirà.

Se stai installando una centrale solare per guadagnare con una tariffa feed-in, puoi iniziare con qualsiasi capacità e aumentarla gradualmente.

Batteria solare o generatore con motore a combustione interna

Obiettivamente, il generatore presenta due vantaggi principali: le sue dimensioni e la capacità di funzionare completamente non solo con tempo sereno. Ma lungi dall'essere sempre, queste caratteristiche sono decisive, e in tutti gli altri aspetti vincono chiaramente i pannelli solari:

Il punto più importante, a cui di solito si presta attenzione in primo luogo, è il costo iniziale dell'attrezzatura, che è in realtà circa 2 volte superiore per i pannelli solari. Ma anche qui, se lo capisci, allora il generatore deve essere impostato su un segno meno: guarda solo il costo della generazione di un kW / h

Prendiamo il costo iniziale dell'attrezzatura + il costo di manutenzione + il costo del carburante e dividiamo il tutto per la quantità di elettricità generata durante la vita utile dichiarata. Di conseguenza, per un generatore e pannelli solari di potenza approssimativamente uguale, il rapporto tra il costo di generazione di un kilowatt sarà di circa 1/2,5 a favore di quest'ultimo. Certo, si tratta di calcoli molto approssimativi, ma il punto è che i pannelli solari sono investimenti ora, ma risparmi tangibili in futuro.

Esempio di schema di collegamento per un kit con generatore di gas

Durata dei pannelli solari

Per valutare i vantaggi, è necessario capire quanto durano i pannelli e se dovranno essere sostituiti al termine del periodo di garanzia. Ci sono diverse caratteristiche da considerare qui:

1. Le opzioni monocristalline e policristalline sono le più durature.Per 25 anni di utilizzo, non perdono più del 10% della loro capacità. Ma ancora di più, il calo di potenza è insignificante, nei prossimi 10-15 anni si perde all'incirca la stessa quantità. Cioè, possiamo dire con sicurezza che la durata di tali opzioni è di 35-40 anni e forse di più.
2. Le opzioni a film sottile hanno una durata molto inferiore: 10-20 anni. Inoltre, per i primi 2 anni, la perdita di capacità può essere del 10-30%, la maggior parte dei produttori fornisce una riserva di carica per compensare questo problema. In futuro, le perdite non sono così significative.
3. Per aumentare la durata, è necessario evitare danni a parti del sistema. Taglia i rami di alberi ravvicinati, lava la superficie almeno più volte a stagione. Verificare l'affidabilità del fissaggio e dei contatti in modo che non si surriscaldino.
4. Prendere in considerazione il costo della sostituzione di altri elementi del sistema. Quindi, le batterie ricaricabili di solito durano da 6 a 10 anni (la più affidabile - 15 anni), l'elettronica di potenza ha una risorsa di circa 10-12 anni. Anche il costo della sostituzione di questi nodi è piuttosto elevato e questo deve essere preso in considerazione nel calcolo del payback.

I pannelli solari devono essere lavati periodicamente per evitare che vengano danneggiati dai rami degli alberi.

Quando si scelgono i pannelli solari per la propria casa, è meglio dare la preferenza a opzioni monocristalline e policristalline affidabili e collaudate. I moduli di alta qualità dureranno circa 40 anni, mentre la perdita di potenza durante questo periodo sarà di circa il 20%.

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Il principio di funzionamento della batteria solare

Il dispositivo è progettato per convertire direttamente i raggi solari in elettricità.Questa azione è chiamata effetto fotoelettrico. I semiconduttori (wafer di silicio), utilizzati per creare elementi, hanno elettroni carichi positivi e negativi e sono costituiti da due strati, lo strato n (-) e lo strato p (+). Gli elettroni in eccesso sotto l'influenza della luce solare vengono eliminati dagli strati e occupano posti vuoti in un altro strato. Ciò fa sì che gli elettroni liberi si muovano costantemente, spostandosi da una piastra all'altra, generando elettricità che viene immagazzinata nella batteria.

Il funzionamento di una batteria solare dipende in gran parte dal suo design. Le celle solari erano originariamente realizzate in silicio. Sono ancora molto popolari, ma poiché il processo di purificazione del silicio è piuttosto laborioso e costoso, sono in fase di sviluppo modelli con fotocellule alternative da composti di cadmio, rame, gallio e indio, ma sono meno produttivi.

L'efficienza dei pannelli solari è aumentata con lo sviluppo della tecnologia. Oggi questa cifra è aumentata dall'uno per cento, registrato all'inizio del secolo, a oltre il venti per cento. Questo ci permette oggi di utilizzare i pannelli non solo per le necessità domestiche, ma anche per la produzione.

Specifiche

Il dispositivo a batteria solare è abbastanza semplice ed è composto da diversi componenti:

Direttamente celle solari/pannello solare;

Un inverter che converte la corrente continua in corrente alternata;

Regolatore del livello della batteria.

L'acquisto di batterie per pannelli solari dovrebbe essere basato sulle funzioni richieste. Accumulano e distribuiscono elettricità. Lo stoccaggio e il consumo avvengono durante il giorno e di notte viene consumata solo la carica accumulata.Quindi, c'è una fornitura costante e continua di energia.

Una carica e una scarica eccessive della batteria ne riducono la vita utile. Il regolatore di carica della batteria solare sospende automaticamente l'accumulo di energia nella batteria quando ha raggiunto i suoi parametri massimi e spegne il carico del dispositivo quando è fortemente scarica.

(Tesla Powerwall - una batteria per pannelli solari da 7 kW - e ricarica domestica per veicoli elettrici)

L'inverter di rete per pannelli solari è l'elemento di design più importante. Converte l'energia ricevuta dai raggi solari in corrente alternata di varie capacità. Essendo un convertitore sincrono, combina la tensione di uscita della corrente elettrica in frequenza e fase con una rete stazionaria.

Le fotocellule possono essere collegate sia in serie che in parallelo. Quest'ultima opzione aumenta i parametri di potenza, tensione e corrente e consente al dispositivo di funzionare anche se un elemento perde funzionalità. I modelli combinati sono realizzati utilizzando entrambi gli schemi. La vita utile delle piastre è di circa 25 anni.

Caratteristiche generali e disponibilità all'acquisto

L'apparecchiatura non danneggia l'ambiente e fornisce un'alimentazione stabile senza sbalzi di tensione. E, soprattutto, fornisce energia gratuita: per la quale non arrivano le bollette.

L'aspetto dei pannelli solari è cambiato poco dopo la loro invenzione, cosa che non si può dire del "ripieno" interno

Il modulo solare converte la luce in energia elettrica generando corrente continua. L'area dei pannelli può raggiungere diversi metri. Quando è necessario aumentare la potenza del sistema, aumentare il numero di moduli.La loro efficacia dipende dall'intensità della luce solare e dall'angolo di incidenza dei raggi: dal luogo, dalla stagione, dalle condizioni climatiche e dall'ora del giorno. Per tenere correttamente conto di tutte queste sfumature, l'installazione dovrebbe essere eseguita da professionisti.

Tipi di moduli:

Monocristallino.

Sono costituiti da celle di silicone che convertono l'energia solare. Differiscono nelle dimensioni compatte. In termini di prestazioni, questa è fino a poco tempo la batteria solare più efficiente (efficienza fino al 22%) per la casa. Un set (il suo prezzo è uno dei più costosi) costerà da 100 mila rubli.

Policristallino.

Usano silicio policristallino. Non sono efficienti (fino al 18% di efficienza) come le celle solari monocristalline. Ma il loro costo è molto più basso, quindi sono disponibili per la popolazione generale.

Amorfo.

Hanno celle solari a film sottile a base di silicio. Sono inferiori ai mono e ai policristalli in termini di generazione di energia, ma sono anche più economici. Il loro vantaggio è la capacità di funzionare in condizioni di luce diffusa e anche scarsa.

eterostrutturale.

Moduli solari moderni ed efficienti oggi, con un'efficienza del 22-25% (per tutta la vita utile!). Funzionano efficacemente sia con tempo nuvoloso che ad alte temperature).

In Russia, l'unico produttore di moduli per questa tecnologia è l'azienda Hevel, che è uno dei cinque produttori mondiali di moduli solari ad eterostruttura.

Nel 2016, il centro di ricerca e sviluppo dell'azienda ha brevettato la propria tecnologia per la creazione di moduli eterostrutturali e ora la sta sviluppando attivamente.

Pannelli solari Hevel

Il sistema comprende anche i seguenti componenti:

• Un inverter che converte la corrente continua in corrente alternata.
• Batteria dell'accumulatore. Non solo accumula energia, ma livella anche le cadute di tensione quando cambia il livello di luce.
• Controller per tensione di carica della batteria, modalità di carica, temperatura e altri parametri.

Nei negozi è possibile acquistare sia singoli componenti che interi sistemi. In questo caso, la potenza dei dispositivi viene determinata in base a specifiche esigenze.

Quale capacità per prendere una batteria solare?

Dipende anche dalle esigenze dell'utente. Per l'alimentazione autonoma di tutta la casa, non ha senso impiegare meno di 1000 watt. E se devi alimentare l'impianto di riscaldamento del paese, in teoria ti serve un kit con una potenza fino a 10 kW. Tuttavia, vale la pena ricordare che un tale pannello solare costerà un sacco di soldi. Solo un modulo solare (anche i più economici senza controller, inverter e altri componenti) con una capacità di 10 kW costerà almeno 300.000 rubli. Pertanto, tali batterie possono essere considerate come una fonte di energia aggiuntiva, ma non la principale.

Se hai bisogno di un pannello solare per alimentare il frigorifero e la TV, sarà sufficiente un pannello da 500 W. Ad esempio, puoi prendere due moduli solari policristallini One-Sun 250P, che ti costeranno solo 16.500 rubli.

Se non hai mai utilizzato i pannelli solari, ti consigliamo di acquistare un piccolo pannello pieghevole a bassa potenza per il tuo telefono o tablet.