Dobrý den, Habr! Jmenuji se Yaroslav Medoks, ve společnosti Sbertech pracuji v oblasti firemních a investičních obchodních technologií. Tento článek bude hovořit o zcela obyčejném venkovském domě poblíž Moskvy, který se z rozmaru svého majitele stal testovacím místem pro solární energii.
V roce 2008 jsem měl to štěstí, že jsem si koupil dům v SNT v blízkém moskevském regionu. Během zabydlování se ukázalo, že elektřina byla pravidelně vypínána na různé, většinou krátké, časové úseky. To způsobilo znatelné nepohodlí, protože vše v domě je elektrické, není zde plyn. A když je vše elektrické, například topení nebo vaření, pak je k plnohodnotnému životu potřeba poměrně velký špičkový výkon. No, řekněme, alespoň 6 kW. Jako záložní zdroj energie okamžitě přichází na mysl generátor. Generátor takového výkonu je však objemná, hlasitá a nepříjemně zapáchající konstrukce, proto se o něm uvažovalo jako o alternativním zdroji pouze pro případ dlouhých výpadků proudu. Mezitím bylo rozhodnuto zajistit pohodlný pobyt ve venkovském domě pomocí střídače a baterií. Tito. udělat jakousi UPS, ale pro celý dům. Na první pohled je úkol celkem jednoduchý.
Ovšem čím dále do lesa, tím více dříví, jak se říká. Vzhledem k tomu, že nepřerušitelné napájení při takovém špičkovém výkonu není levná radost, musel jsem si téma pečlivě prostudovat, abych neudělal chybu. Například vybrat typ baterií, určit minimální kapacitu, vybrat typ měniče. A pokud je vše víceméně jasné s bateriemi, pak existuje mnoho měničů, včetně ruských. Zde udělám malou odbočku. Kromě pravidelných výpadků elektřiny byl každý dům ve vesnici velmi omezen v maximálním výkonu, který bylo možné odebírat ze sítě. A pak vznikl nápad: při špičkovém zatížení přejít na střídač a nespoléhat se na nestabilní síť 220V.
Takže kromě výkonu, sinusového výstupního napětí, automatického restartu byl požadavek na automatické přepnutí na měnič při překročení prahové hodnoty příkonu. Nabídka zařízení se prudce zúžila. Ukázalo se, že na našem trhu je téměř jediný model (2010), který nejen přechází na generaci, ale umí podporovat síť, tzn. přidejte výkon přijatý ze sítě k obrácenému výkonu. Jedná se o model Xantrex XW. Nejedná se o střídač, ale o umělecké dílo: má dva vstupy 220V – síť a generátor s automatickým vstupem generátoru, má spoustu nastavení pro baterie, různé prahové hodnoty. Nechybí funkce load shave, prodej energie zpět do sítě a mnoho dalších užitečných funkcí. Ale co je nejdůležitější, tento střídač je zpočátku považován za centrum domácího energetického systému a toto centrum může odebírat energii nejen ze sítě a generátoru, ale také z alternativních zdrojů – ze slunce, větru, mini-vodní elektrárny. stanice atd.
Za tímto účelem jsou do systému přidány vhodné měniče energie a regulátory, sjednocené v proprietární síti Xanbus a spolupracující.
Obecně, jak se na systémově smýšlejícího IT specialistu sluší, byla volba učiněna ve prospěch nejsofistikovanějšího měniče Xantrex XW6048 a čtyř sériově zapojených 200 Ah AGM baterií. To je jak řešení problému v tuto chvíli, tak základ pro budoucnost, a proto vám peníze nevadí. A právě v tomto okamžiku se vzhled solárních panelů na střeše stal jen otázkou času a nikoli otázkou „měli bychom, nebo neměli? Tomu napomohla i povedená konfigurace střechy: sklon cca 45 stupňů a orientace na jih. Benzinový generátor se však objevil již dříve Nutno podotknout, že za několik let byl generátor spuštěn jen párkrát, většinu výpadků proudu vyrovnal střídač s bateriemi. A pro maximální pohodlí byl vyroben regulátor automatického spouštění generátoru na bázi Arduina a jednoduché reléové automatické vypínání neredundantních zátěží (například altán na místě nebo vyhřívaný věšák na ručníky). To vše bylo instalováno v roce 2010.
Ale jak již bylo řečeno, vzhled solárních panelů byl předem daný. A v roce 2014 se objevily 6wattové monokrystalické panely FSM-320M.
Lze je snadno najít na internetu. Celkový instalovaný výkon je tak 1920 W. Jak si pamatujete, hybridní střídač dokáže kombinovat energii ze sítě a z baterií, takže maximální spotřeba energie se nemusí shodovat s maximálním výkonem panelů. Kromě panelů s vodiči, konektory, pojistkami jsme samozřejmě potřebovali také MPPT kontrolér* ze stejné řady zařízení, ale pod křídly Schneider Electric. Ten je zase připojen přes Xanbus ke střídači a zajišťuje společný provoz zařízení a automaticky snižuje spotřebu ze sítě v přítomnosti Slunce.
Obrázek 1 Porovnání energie přijaté ze Slunce a ze sítě 220V. Období únor–prosinec 2016
Zde jsou některá čísla. Znatelná výroba energie začíná v únoru a trvá do října. Sloupcový graf zobrazuje statistiky za rok 2016 (kromě ledna). Oranžová ukazuje, kolik energie je přijato (Wh) ze Slunce a modrá ukazuje, kolik energie je přijímáno ze sítě. Je zřejmé, že ani v létě nelze jít ke Slunci. Pokud je však v domě plyn, pak lze z celkové bilance vyloučit energeticky nejnáročnější procesy: vytápění, zásobování teplou vodou a vaření. V létě pak můžete žít výhradně ze solární elektřiny.
Ještě nějaká čísla. Ve špičkách může výkon přijímaný ze Slunce dosahovat až 2200 W, to se obvykle děje za chladného, ale slunečného počasí, například v dubnu nebo na přelomu léta a podzimu. Za den je možné nasbírat maximálně 12 kWh elektřiny, přičemž špičkový výkon zřídka přesáhne 1600 W. Je třeba také poznamenat, že pokud jsou baterie nabité a zátěž v domě je nízká, solární potenciál bude nedostatečně využit. V zahraničí je povoleno prodávat přebytečnou energii do sítě, a tím využívat solární panely na 100 %. Nezbývá než doufat, že se podobná praxe u nás uzákoní, pak to dá dobrý impuls k rozvoji solární energetiky.
Tak či onak, s příchodem solárních panelů už nejsou periodické krátké výpadky síťové elektřiny děsivé. Obecně platí, že pokud máte podobný systém s alternativním zdrojem a bateriemi, stačí mít přídavný nízkopříkonový záložní generátor např. 1.5 kW, který zajistí dobíjení baterií a minimální spotřebu v domě. A špičky lze pokrýt měničem z baterií.
Solární elektřina však není jediným způsobem, jak získat energii ze Slunce. Existuje také efektivnější, a to sběr slunečního tepla pomocí speciálních kolektorů. Jsou velmi běžné v jihoevropských zemích. Tento způsob se stává obzvláště atraktivním, pokud není k dispozici plyn pro vytápění a přípravu teplé vody. Pomocí kolektorů lze teplo získávat přímo, bez dalších přeměn. Hlavní typy kolektorů jsou vakuové a ploché. Vakuové zůstávají v provozu v zimě, ploché jsou levnější a lépe fungují v létě. Zbývá se jen rozhodnout, které si vybrat, a dokonce se rozhodnout je nainstalovat. Po přečtení recenzí o provozu různých solárních kolektorů a systémů na nich založených jsem se rozhodl nainstalovat podobný systém. Protože solární energie pro mě není otázkou zimního přežití, zvolil jsem ploché kolektory ruské výroby YaSolar. Na střeše vedle solárních panelů byly v roce 2015 umístěny dva kolektory. Výkon takových kolektorů je dle výrobce cca 1.5 kW, tzn. Instalovaný výkon byl cca 3 kW. Ukázalo se, že je ještě výkonnější než instalované elektrické solární panely.
Instalace solárního kolektoru je ve srovnání se solárním panelem složitější úkol, protože existuje mnohem více možností jeho začlenění do systému vytápění domu. Lze jej například použít pouze pro ohřev užitkové vody nebo jako doplňkový zdroj tepla v topném systému. Jsou možné různé mezilehlé možnosti. A zároveň je potřeba zabránit zamrzání systému v zimě, stejně jako přehřívání systému, když je v létě příliš horké slunce. A také potřebujete ochranu před popálením horkou vodou. No a samozřejmě je potřeba položit tepelně izolované potrubí, osadit čerpací stanici a expanzní nádobu, napojit na výměník a nainstalovat řídící elektroniku. Všechny tyto práce jsem svěřil specializované firmě. A základní schéma práce jsem určil po konzultaci s profesionály. Cíl (kromě technického ventilátoru) je jednoduchý: zajistit úspory energie na přípravu TUV a ohřev. Připomínám, že do domu není přiváděn plyn.
Obrázek 2 Koordinované schéma solárního zařízení.
Centrálním prvkem celého systému je 300litrový teplovodní kotel se dvěma výměníkovými spirálami. Solární kolektory zapojené do série jsou připojeny ke spodnímu výměníku tepla. A to je jediný „vstupní bod“ solárního tepla do systému vytápění a ohřevu vody domu. Slunce ohřívá vodu v bojleru, teplá voda stoupá a předává teplo druhé, horní výměníkové spirále, která je sériově zapojena do jednookruhové topné soustavy domu. Topný systém má tedy dva zcela izolované okruhy – solární a hlavní, s elektrokotlem. Plní se nemrznoucí kapalinou a ta solární je speciální s širokým rozsahem provozních teplot. A k výměně tepla dochází prostřednictvím vody systému zásobování horkou vodou. Výsledkem je, že za slunečného dne dostáváme jak teplou vodu, tak teplo na vytápění. A vytápění je třeba i v létě, například pro koupelnu. Po cestě je odstraněním tepla do topného systému vyřešen problém ochrany kotle před přehřátím. I když pro případ je zajištěna nucená aktivace recirkulace teplé vody pro odvod přebytečného tepla. Při pohledu do budoucna řeknu, že za dobu sledování systému teplota teplé vody nestoupla nad 60 stupňů Celsia. Výsledný systém má následující vlastnosti:
- Nezávislé zdroje tepla jsou integrovány do jednoho systému: solární kolektor, elektrokotel, topné těleso kotle.
- Za slunečného dne se snižuje spotřeba elektřiny na ohřev vody a vytápění.-
- Akumulace tepla v kotli je zajištěna pro plynulý chod otopné soustavy a pro zajištění tepla do domu při krátkodobém výpadku elektřiny. Navíc je tato vlastnost relevantní i v zimě (když nesvítí slunce), protože voda je ohřívána vratným potrubím topného systému přes horní výměník tepla kotle. Když je kotel vypnutý, voda uvolňuje teplo do topného systému.
- Doba potřebná k vytopení domu mimo sezónu se zkrátila. Navíc se v době nepřítomnosti obyvatel zvýší průměrná teplota v domě a vypne se topení.
- Celkový podíl Slunce na energetické bilanci domu se zvýšil z 6-7 % na přibližně 15-20 %.
No a kde začít, se stanovením jakých cílů, to už je jasné. Nejprve se musíte naučit měřit teploty na různých místech systému vytápění/TUV, včetně solárního okruhu. A ještě před hledáním konečného řešení existuje pochopení, že záležitost nebude omezena na jeden rozměr. Ale o tom více v dalším článku. Zatím vám to ukážu
snímek obrazovky mobilní aplikace zobrazující grafy různých teplot, včetně grafu teploty chladicí kapaliny v solárním okruhu.
Jaký je rozdíl mezi monokrystalem a polykrystalem v solárních panelech?
Monokrystalické a polykrystalické solární panely se liší způsobem výroby, účinností, cenou a spolehlivostí.
– Monokrystalické solární panely jsou vyrobeny z vysoce čistého křemíku, který se pěstuje ve formě válců.
Mají nejvyšší účinnost (až 22 %) a vyhovující teplotní koeficienty.
Zabírají méně místa při stejném výkonu a mají delší životnost.
Jsou však dražší (10-15 %) a křehčí než polykrystalické panely.
– Polykrystalické solární panely jsou vyrobeny z roztaveného křemíku, který se nalévá do forem a chladí.
Mají nižší účinnost (až 18 %) a horší teplotní koeficienty.
Vyžadují také větší plochu pro stejný výkon a jejich životnost je kratší.
Ale jsou levnější (10-15%) a odolnější než monokrystalické panely.
Volba mezi monokrystalem a polykrystalem závisí na účelu a provozních podmínkách.
Pokud chcete maximální energii při minimální stopě a jste ochotni zaplatit více, pak jsou lepší volbou monokrystalické panely.
Pokud chcete ušetřit na nákladech na zařízení a nebojíte se ztráty energie při vysokých teplotách, pak pro vás budou nejlepší volbou polykrystalické panely.
Jaký je argument proti solární energii?
Jedním z argumentů proti solární energii je, že má nízkou energetickou hustotu, což je množství energie, které lze vyrobit na jednotku plochy.
Toto číslo pro sluneční záření je 170 W/m2 – to je více než u jiných obnovitelných přírodních zdrojů, ale nižší než u ropy, plynu, uhlí a jaderné energie.
Z tohoto důvodu vyžaduje generování značného množství solární energie velké plochy půdy a mnoho solárních panelů.
To může vést ke konfliktům s jinými způsoby využití půdy, jako je zemědělství, rozvoj bydlení nebo ochrana přírody.
Sluneční energie je navíc proměnlivá, což znamená, že závisí na denní době, povětrnostních podmínkách a geografické poloze.
To vytváří potíže při udržování stability a spolehlivosti elektrické sítě a také vyžaduje rozvoj systémů skladování a přenosu energie.
A konečně, solární energie je drahá, protože vyžaduje velké kapitálové investice do výroby a instalace solárních panelů, jakož i do údržby a oprav zařízení.
Solární panely mají také omezenou životnost a mohou obsahovat toxické materiály, které znesnadňují jejich likvidaci.
Jaký je problém se solárními panely?
Solární panely jsou zařízení, která přeměňují sluneční světlo na elektřinu.
Mají řadu výhod, jako je šetrnost k životnímu prostředí, obnovitelnost a nezávislost na síti.
Mají však také řadu problémů, které je třeba při jejich používání zvážit, mezi ně patří:
– Účinnost solárních panelů.
Průměrná účinnost moderních solárních panelů je asi 20 %, což znamená, že využívají pouze pětinu sluneční energie, která na ně dopadá.
– Vysoký počáteční kapitál a náklady na údržbu.
Náklady na instalaci solární elektrárny mohou dosáhnout desítek tisíc dolarů v závislosti na výkonu a typu panelů.
Solární panely navíc vyžadují pravidelné čištění, kontrolu a výměnu poškozených prvků.
– Nedostatek půdy a pokles hodnoty nemovitostí.
Pro umístění solárních panelů je potřeba mít dostatek volného místa na střeše nebo na zemi.
To může být problém pro obyvatele města nebo pro ty, kteří chtějí zachovat estetiku svého domova.
Některé studie ukazují, že solární panely mohou snížit hodnotu nemovitosti.
– Nedostatek kvalifikovaných pracovníků.
Instalace a údržba solárních panelů vyžaduje speciální znalosti a dovednosti, které nemá každý.
Pro vlastníky solárních elektráren proto může být obtížné najít tu správnou společnost nebo odborníka, který tuto práci provede.
– Problém s přerušováním a kvalitou napájení.
Solární panely nemohou fungovat XNUMX hodin denně a vyrábět stále stejné množství elektřiny.
Jejich výkon závisí na denní době, počasí, ročním období a geografické poloze.
To může vést k nestabilitě napětí a frekvence v síti a také k nutnosti používat další zdroje energie nebo baterie.
