Efektywność paneli słonecznych stosowanych w celu oszczędzania energii

W odróżnieniu od wydajnego i kosztownego systemu grzewczego, w który wyposażone jest zwykłe mieszkanie, dom energooszczędny nie spala paliwa ani nie przetwarza energii elektrycznej z sieci na ciepło (z wyjątkiem przypadków krytycznego spadku temperatury). Dom taki wytrwale zatrzymuje w sobie – dzięki przemyślanej izolacji termicznej, wentylacji z odzyskiem ciepła i optymalnemu umiejscowieniu budynku – tzw. ciepło pasywne. Jako źródło tej energii pasywnej można wykorzystać wszystko:

• bezpośrednie światło słoneczne przenikające przez okna;
• ciepło wytwarzane przez urządzenia gospodarstwa domowego, a nawet mieszkańców i zwierzęta domowe;
• i oczywiście urządzenia, których główną funkcją jest dostarczanie energii słonecznej do domu - panele słoneczne (baterie), które zostaną omówione.

Panele słoneczne harmonijnie wpisują się w dom pasywny, gdyż w pełni realizują główną zasadę jego budowy – wykorzystanie energii odnawialnej z otoczenia.

Zasada działania paneli fotowoltaicznych i ich współdziałanie z innymi systemami domowymi

• Działanie paneli fotowoltaicznych opiera się na konwersji promieniowania cieplnego oddziałującego na płytki krzemowe na energię elektryczną;
• Panele słoneczne umożliwiają wykorzystanie energii słonecznej do obsługi urządzeń gospodarstwa domowego, systemów wentylacji i (częściowego) ogrzewania;
• Jeżeli możliwości paneli fotowoltaicznych są wyższe niż zapotrzebowanie gospodarstw domowych, wówczas nadwyżki energii można wykorzystać w układach magazynowania i przetwarzania energii elektrycznej.
• Jeżeli zapotrzebowanie na energię elektryczną przekracza moc paneli, brakującą część można pozyskać z sieci (opcja sieciowa stacja fotowoltaiczna) lub z generatora na paliwo ciekłe (autonomiczna stacja fotowoltaiczna).

Rodzaje modułów fotowoltaicznych

Klasyfikacji systemów fotowoltaicznych dokonuje się według kryteriów zastosowanych materiałów i konstrukcji. Baterie słoneczne to:

• W postaci paneli krzemowych (najczęstszych, najbardziej wydajnych i najdroższych) wydajność - do 22%; Produkowane są w trzech podtypach: monokrystaliczny (najbardziej niezawodny), polikrystaliczny i amorficzny; w dwóch pierwszych pozycjach stosuje się czysty krzem, w trzeciej krzemowy wodór, który nanosi się na podłoże;
• Folia - wykonana na bazie tellurku kadmu, selenku miedzi i indu oraz polimerów. Mają niższą cenę, ale i niższą wydajność (wydajność 5-14%), więc aby dopasować akumulator do „apetytów" domu, konieczne będzie zwiększenie powierzchni odbierającej promieniowanie.

Właściwości konsumenckie paneli słonecznych opisują następujące cechy:

• Moc.Im większa powierzchnia panelu słonecznego, tym większa jest jego moc; Aby wygenerować energię w ilości 1 kWh/dobę latem, potrzebne będzie około 1, 5 m2 paneli słonecznych. Najbardziej efektywna moc objawia się wtedy, gdy promienie padają prostopadle na powierzchnię akumulatora, czego nie można zapewnić w sposób ciągły, dlatego zmiana wydajności panelu w godzinach dziennych jest procesem naturalnym. Aby zapewnić uzyskanie wymaganej ilości energii wiosną i jesienią, należy do tej powierzchni dodać około 30%;
• Efektywność(wydajność) nowoczesnych paneli słonecznych - średnio około 15-17%;
• Żywotność baterii i utrata mocy w miarę upływu czasu. Producenci z reguły udzielają gwarancji na działanie paneli słonecznych na 25 lat, obiecując zmniejszenie mocy w tym okresie o nie więcej niż 20% oryginału (w przypadku niektórych producentów żywotność waha się od 10-25 lat z gwarancją zmniejszenia mocy o nie więcej niż 10%). Najtrwalsze są moduły krystaliczne, ich szacowany okres użytkowania wynosi 30 lat. Pierwsza na świecie bateria słoneczna działa już od ponad 60 lat. Spadek produkcji samych modułów fotowoltaicznych następuje głównie na skutek stopniowego niszczenia folii uszczelniającej i zmętnienia warstwy pomiędzy szkłem a ogniwami słonecznymi – na skutek wilgoci, promieniowania ultrafioletowego i zmian temperatury;
• Bateria w zestawiezapewniający pracę panelu w nocy, jest dobrym uzupełnieniem możliwości generatora fotowoltaicznego. Bateria zwykle wytrzymuje krócej niż sam moduł fotowoltaiczny, średnio 4-10 lat;
• Dostępność dodatkowych węzłów– takie jak stabilizator napięcia, regulator ładowania akumulatora, falownik (przetwornica DC na AC 220 V do użytku domowego) ułatwiają obsługę urządzenia i jego integrację z systemem „Smart Home";
• Koszt baterii– zależy bezpośrednio od jego powierzchni: im mocniejsze urządzenie, tym droższe. Co więcej, panele produkcji zagranicznej są nadal tańsze niż krajowe, ponieważ panele fotowoltaiczne są tam bardziej popularne niż w naszym kraju. Ale porównując ceny urządzeń naszych i importowanych, należy przede wszystkim porównać ze sobą efektywność działania paneli fotowoltaicznych - tutaj krajowi producenci osiągają dobre wskaźniki efektywności - do 20%.

Dobór i zastosowanie baterii fotowoltaicznych

Wybierając panele fotowoltaiczne do domu prywatnego kierujemy się przede wszystkim obciążeniem jakie będą musiały udźwignąć. Ponadto konieczne jest odniesienie się do geometrii domu i zaplanowanie działań w zakresie konserwacji zapobiegawczej, które łącznie wymagają dokładnego rozważenia następujących aspektów:

• Dzienne zużycie energii przez urządzenia, które mają być zasilane energią słoneczną (oświetlenie pomieszczeń, domowe odbiorniki prądu, urządzenia bezpieczeństwa i automatyki itp. ). Należy wziąć pod uwagę, że ładowanie i rozładowywanie akumulatorów również zużywa energię (około 20%), a dodatkowy sprzęt również będzie miał swoje straty (na przykład w falowniku średnio - 15-20%);
• Związek pomiędzy wymaganymi wymiarami paneli roboczych a odpowiadającymi im powierzchniami dachu i jego geometrią;
• Możliwość oczyszczenia powierzchni roboczych akumulatorów z brudu, śniegu i innych czynników wpływających na pracę fotokonwerterów.

Ważne punkty w działaniu paneli słonecznych

• Unikaj fizycznego uszkodzenia panelu (zarysowania i uszkodzenie integralności folii ochronnej mogą prowadzić do zwarcia styków i/lub korozji);
• W trudnych warunkach klimatycznych zaleca się wyposażanie stacji fotowoltaicznych w konstrukcje chroniące przed wiatrem;
• Regularne przeglądy, czyszczenie i konserwacja są obowiązkowe.

Koszt i zwrot kosztów paneli słonecznych

Dla środkowej strefy naszego kraju każdy kilowat mocy panelu słonecznego generuje następującą ilość energii:

• latem – 5 kWh/dzień (maj-sierpień);
• wiosną i jesienią – 3-4 kWh/dzień (marzec-kwiecień, wrzesień-październik);
• zimą - 1 kWh/dzień.

Obliczając koszty autonomicznej stacji słonecznej, oprócz kosztu jednostki mocy generowanej przez panele (około 60 rubli za 1 W), należy wziąć pod uwagę koszt dodatkowego wyposażenia: od mocowań i okablowania po akumulatory, urządzenia zabezpieczające i falowniki (co stanowi co najmniej 5% całkowitego kosztu, ale ceny mogą się znacznie różnić w zależności od producenta i mocy).

Zgodnie z zaleceniami ekspertów optymalne koszty całorocznej instalacji fotowoltaicznej uzyskuje się stosując schemat „opcja letnia plus zapasowy agregat prądotwórczy". To prawda, że \u200b\u200bgenerator będzie musiał zostać włączony wiosną i jesienią, nie mówiąc już o zimie (baterie słoneczne nigdy nie są projektowane tak, aby były w pełni ładowane w sezonie zimowym).

Przy obliczaniu okresu zwrotu instalacji fotowoltaicznej porównuje się jej moc z parametrem przyjętym jako bazowy. W sieciowej stacji fotowoltaicznej są to stawki za energię elektryczną, w przypadku autonomicznego systemu fotowoltaicznego jest to koszt energii wytworzonej przez generator elektryczny na paliwo ciekłe. Zwrot inwestycji szacuje się na podstawie faktu, że bateria słoneczna o mocy 1 kW będzie wytwarzać około 1000 kWh energii rocznie.

Jeśli przyjmiemy średnią cenę 1 kWh energii elektrycznej za 5 rubli, wówczas okres zwrotu sieciowej stacji fotowoltaicznej wyniesie: 80 000 rubli / 5 rubli * 1000 kWh = 16 lat.

Przy 30-letniej gwarancji na sieciową instalację fotowoltaiczną zwrot kosztów (przy taryfie 5 rubli/kWh) nastąpi w ciągu 16 lat, a przez kolejne 14 lat prąd będzie dostarczany bezpłatnie.

Jeśli chodzi o autonomiczny system energii słonecznej, ściśle rzecz biorąc, ilość energii produkowanej przez niego w ciągu roku będzie mniejsza niż wyznaczone 1000 kWh, które dzieli z generatorem elektrycznym. Ale w przypadku przybliżonych obliczeń liczba ta nie musi być zmniejszana - aby w przybliżeniu uwzględnić wzrost jednostkowego zużycia paliwa, który występuje, gdy generator jest częściowo (to znaczy okresowo nie stale) obciążony. Następnie okres zwrotu systemu autonomicznego (na podstawie kosztu energii wyprodukowanej przez generator paliwa ciekłego - 25 rubli za 1 kWh) wygląda następująco: 150 000 rubli / 25 rubli * 1000 kWh = 6 lat.

Oprócz wskaźników technicznych, efektywność paneli słonecznych wchodzących w skład autonomicznej elektrowni słonecznej potwierdza okres ich zwrotu, który wynosi 6 lat.

Taryfy nie są obniżone

Jednak podane przykłady instalacji fotowoltaicznych sugerują, że teraz można indywidualnie „zamrozić" taryfy i zacząć oszczędzać, korzystając z możliwości paneli fotowoltaicznych. Wystarczy je kupić od markowych, sprawdzonych na rynku producentów, aby ich parametry były przewidywalne zarówno pod względem konstrukcyjnym, jak i eksploatacyjnym.

A najlepiej zająć się takimi kwestiami jak: już na etapie projektowania domu energooszczędnego:

• zapewnienie, aby elewacja południowa nie była zacieniona;
• dobór kąta nachylenia dachu i powierzchni roboczych paneli;
• prawidłowa orientacja domu względem punktów kardynalnych;
• zapobieganie zacienianiu miejsc pracy paneli fotowoltaicznych, zatykaniu ich liśćmi drzew itp.

W takim przypadku wszystkie parametry zostaną optymalnie ze sobą powiązane i zapewniona zostanie najbardziej wydajna praca paneli fotowoltaicznych dla konkretnej konstrukcji.