Painéis solares para aquecimento e eletrificação da casa

Profundidade de latitude e longitude do problema

Imagine que você é um cientista. Você encontra um artigo interessante, mas os resultados/experimentos não podem ser replicados em um laboratório. É lógico escrever sobre isso para os autores do artigo original, pedir conselhos e fazer perguntas esclarecedoras. Segundo a pesquisa, menos de 20% já o fizeram em sua carreira científica!

Os autores do estudo observam que talvez esses contatos e conversas sejam muito difíceis para os próprios cientistas, porque revelam sua incompetência e inconsistência em determinadas questões ou revelam muitos detalhes do projeto atual.

Além disso, uma minoria absoluta de cientistas tentou publicar refutações de resultados irreprodutíveis, enquanto enfrentava oposição de editores e revisores que exigiam que a comparação com o estudo original fosse minimizada. É de admirar que a chance de relatar resultados científicos não reproduzíveis seja de cerca de 50%.

Primeira pergunta: Você tentou reproduzir os resultados do experimento?

Segunda pergunta: Você tentou publicar sua tentativa de reproduzir os resultados?

Talvez valha a pena então dentro do laboratório pelo menos fazer um teste de reprodutibilidade? O mais triste é que um terço dos entrevistados NUNCA pensou em criar métodos para verificar a reprodutibilidade dos dados. Apenas 40% indicaram que utilizam regularmente tais técnicas.

Pergunta: Você já desenvolveu métodos/processos tecnológicos especiais para melhorar a reprodutibilidade dos resultados?

Em outro exemplo, uma bioquímica do Reino Unido, que não quis ser identificada, diz que tentar replicar o trabalho para seu projeto de laboratório simplesmente dobra o tempo e o dinheiro, sem acrescentar ou acrescentar nada de novo ao trabalho. Verificações adicionais são realizadas apenas para projetos inovadores e resultados incomuns.

E, claro, as antigas perguntas russas que começaram a torturar colegas estrangeiros: quem é o culpado e o que fazer?

De que são feitas as células solares de primeira geração?

Estruturalmente, tais módulos consistem nos seguintes elementos:

• folha de metal base - contato base;
• a camada aditiva inferior de um semicondutor de silício com predominância de elétrons do tipo n - devido à adição de fósforo;
• a camada cristalina superior saturada com elétrons do tipo p - geralmente por dopagem com boro;
• revestimento anti-reflexo - para maximizar a absorção de radiação;
• contato tipo grade metalizado fino com fio para fechamento da rede;
• vidro protetor espesso - geralmente temperado para serviço pesado;
• quadro de enquadramento.

A espessura das pastilhas de silício monocristalino Mono-Si ou policristalino Poli-Si nas células é de cerca de 200-300 µm. A vida útil é estimada em 20-25 anos, com queda de produtividade em média de 0,5% ao ano. A eficiência sob condições ideais de iluminação atinge 22-24% e diminui acentuadamente em altas temperaturas ou queda parcial na iluminação.

O princípio do uso da energia solar

Muitas vezes, diante da necessidade de instalação de painéis solares, uma pessoa se questiona sobre a viabilidade do empreendimento. Porque na maioria dos casos a porcentagem de dias ensolarados perde significativamente para o mesmo valor dos dias nublados.

Uma proporção semelhante é típica para as regiões da zona média, e o clima das regiões do norte é caracterizado por um número ainda maior de dias nublados.

O número insuficiente de dias ensolarados está diretamente relacionado à eficiência dos aparelhos que processam a energia do corpo terrestre. Isso reduz a quantidade de luz solar que atinge a superfície da bateria. Este processo é chamado de insolação.

Sua essência está no fato de que qualquer avião, independentemente de sua finalidade, recebe uma certa quantidade de energia solar. Nas regiões do Sul, este número é naturalmente superior, o que torna mais relevante a instalação de painéis solares.

No entanto, como mostra a prática, o mercado de equipamentos tecnológicos na área de síntese de energia solar está em constante aprimoramento de seus produtos, de modo que as modernas células fotovoltaicas em painéis solares funcionam perfeitamente mesmo em áreas com baixo nível de insolação.

Tipos de células solares de silício

Policristalino

O elemento principal de tais painéis são elementos semicondutores de estrutura policristalina. Eles são muito mais baratos que os monocristais, pois são feitos essencialmente de restos de elementos monocristais. Durante o processo de fabricação, a liga de silício é simplesmente resfriada sem processamento adicional.

A eficiência das células solares policristalinas é em média de 12 a 18%, enquanto a eficiência das células solares monocristalinas atinge 22%. No entanto, dado o preço mais baixo, você pode comprar um pouco mais de painéis e obter o mesmo “exaustão” pelo mesmo dinheiro que os monocristais. Isso só é possível se houver muito espaço no telhado. Além disso, os policristais diferem dos cristais simples na heterogeneidade da gama de cores.

Quanto custam os painéis solares policristalinos? Média 3500 rublos por 100 W (muito depende do fabricante). Uma das baterias policristalinas mais baratas é a Vostok Pro FSM 150 P com uma potência de 150 watts.

Monocristalino

Para painéis solares monocristalinos, um único cristal é especialmente cultivado usando o método Czochralski. Em seguida, um painel inteiro de uma certa potência é montado a partir de várias células de silício. Na maioria das vezes, o painel consiste em 36 ou 72 módulos. A eficiência dos painéis monocristalinos é muito maior do que a dos painéis policristalinos e é de cerca de 18 a 22%.

Devido a essa característica, com o mesmo tamanho, o monocristalino converte mais energia solar do que o policristalino. Quais painéis solares são melhores: policristalino ou monocristalino? Tudo depende do orçamento. Se for possível gastar um pouco mais, vale a pena comprar monocristais, que têm um retorno mais rápido. Além disso, as baterias monocristalinas serão preferíveis se a área do telhado for relativamente pequena. A vida útil média é de 25 anos.

Se você deseja economizar dinheiro e precisa apenas de uma bateria solar para alimentar uma geladeira ou uma estação de bombeamento no país, pode usar um modelo policristalino.

amorfo

As baterias amorfas são compostas de hidrogênio de silício (SiH4), que é produzido pela aplicação de uma corrente elétrica ao silício. Como resultado, o silício evapora e, em seguida, uma fina camada é depositada no substrato.

A eficiência dos painéis amorfos é aproximadamente a mesma dos policristalinos. No entanto, os modelos amorfos têm algumas vantagens. Por exemplo, eles podem gerar eletricidade mesmo em tempo nublado, chuva, quando há alta concentração de poeira no ar, ou durante o pôr do sol/amanhecer.

Eficiência

Para usar a energia solar para aquecer uma casa particular, será muito mais fácil montar um circuito de coletores - mas isso nem sempre é possível, então você deve considerar outras opções. Por exemplo, pode ser que o local já tenha um sistema de painéis solares em funcionamento que seja usado apenas para fornecer eletricidade e água quente à casa.

A aquisição de novos equipamentos nessas condições será muito pouco lucrativa devido ao seu alto custo.Para garantir o aquecimento da casa com painéis solares, a melhor solução seria aumentar a potência do sistema de módulos. A opção mais fácil é comprar alguns painéis de silício adicionais e conectá-los a um sistema de caldeira de aquecimento elétrico.

A distribuição adequada de energia elétrica fornecerá um sistema de abastecimento de água quente e um circuito de aquecimento. Serão necessários muitos painéis solares para ter energia suficiente para tudo - edifícios autônomos que usam apenas energia solar geralmente são completamente cobertos com painéis fotovoltaicos. A potência dos painéis solares deve ser calculada com antecedência. Muitas vezes é necessário completar a estrutura adicional na qual os painéis serão instalados.

É impossível determinar a eficiência de um sistema solar antes de ser usado, portanto, todos os cálculos são apenas aproximados. A complexidade dos cálculos preliminares se deve ao fato de que existem muitos fatores, cuja influência na eficiência da coleta de energia não pode ser calculada. Claro, se você tiver alguma experiência, poderá fazer um cálculo mais ou menos preciso, mas apenas profissionais especializados em projeto e instalação de sistemas solares têm essa experiência.

Os seguintes fatores têm a maior influência na eficiência do sistema:

• Instabilidade climática - é impossível determinar com antecedência o número de dias ensolarados mesmo em regiões ensolaradas, sem falar nas regiões do norte;
• Consumo de energia instável, que também depende da localização geográfica do edifício que recebe calor e eletricidade da luz solar;
• A possibilidade de falha do sistema - a complexidade do design indica que ele geralmente falha e, em alguns casos, é difícil determinar o mau funcionamento.

Para quem uma usina de energia solar doméstica é adequada?

1. Para quem não tem electricidade na zona. As baterias solares serão capazes de fornecer eletricidade de forma autônoma à instalação. Alternativamente, você também pode considerar um moinho de vento (para o qual deve haver uma rosa dos ventos adequada) ou um gerador a diesel (que não é muito conveniente de operar e antieconômico).
2. Além disso, uma estação solar pode ser considerada como um investimento para pagar menos pela eletricidade no futuro, tendo como pano de fundo as tarifas cada vez maiores. Além disso, a duração da bateria é muito longa e o sol sempre brilha.
3. E a última opção é para todos que querem ganhar dinheiro. Na Ucrânia, existe uma lei sobre a tarifa feed-in, segundo a qual o estado compra a eletricidade gerada usando fontes alternativas de energia a um preço especial.

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Como calcular a potência de uma usina de energia solar

Você precisa começar com a quantidade de eletricidade necessária para o funcionamento normal do edifício. A maneira mais fácil é escrever todos os e-mails. aparelhos que você planeja usar, seu tempo de operação e consumo de energia.

Exemplo:

• Frigorífico: 100W - 24h - 2400W
• Iluminação: 100W - 5h - 500W
• Chaleira: 15min - 1,5kW - 0,03kW
• Máquina de lavar:
• Caderno:
• …
• Total: 3kW

3 kW é a potência que uma usina de energia solar deve produzir para que o edifício funcione normalmente. Aqueles. você precisará de 12 painéis com potência de 260W cada. Na prática, sua produtividade será maior (com um coeficiente de atividade solar de 4,5, a potência diária da estação será de 14 kW), mas partimos do cenário mais pessimista, em que todos os dias são nublados. Lembre-se também: se você não estiver conectado à tarifa de alimentação ou não armazenar energia para a bateria, o excesso queimará.

Se você estiver instalando uma usina de energia solar para ganhar dinheiro com uma tarifa de alimentação, poderá começar com qualquer capacidade e aumentá-la gradualmente.

Bateria solar ou gerador com motor de combustão interna

Objetivamente, o gerador tem duas vantagens principais - seu tamanho e a capacidade de operar totalmente não apenas em tempo claro. Mas nem sempre, essas características são decisivas e, em todos os outros aspectos, os painéis solares ganham claramente:

O ponto mais importante, que geralmente recebe atenção em primeiro lugar, é o custo inicial do equipamento, que é realmente cerca de 2 vezes maior para os painéis solares. Mas mesmo aqui, se você descobrir, o gerador precisa ser definido como menos - basta olhar para o custo de gerar um kW / h

Pegamos o custo inicial do equipamento + o custo de manutenção + o custo do combustível e dividimos tudo pela quantidade de eletricidade gerada durante a vida útil declarada. Como resultado, para um gerador e painéis solares de potência aproximadamente igual, a proporção do custo de geração de um quilowatt será de aproximadamente 1 / 2,5 a favor do último. Claro, esses são cálculos muito aproximados, mas o ponto é que os painéis solares são investimentos agora, mas economias tangíveis no futuro.

Um exemplo de diagrama de conexão para um kit com gerador de gás

Vida útil dos painéis solares

Para avaliar os benefícios, você precisa descobrir quanto tempo os painéis duram e se eles terão que ser trocados após o término do período de garantia. Existem vários recursos a serem considerados aqui:

1. As opções monocristalinas e policristalinas são as mais duráveis.Por 25 anos de uso, eles não perdem mais de 10% de sua capacidade. Mas ainda mais, a queda no poder é insignificante, nos próximos 10-15 anos, aproximadamente a mesma quantidade é perdida. Ou seja, podemos dizer com confiança que a vida útil dessas opções é de 35 a 40 anos e talvez mais.
2. As opções de filme fino têm uma vida útil muito menor - 10 a 20 anos. Além disso, nos primeiros 2 anos, a perda de capacidade pode ser de 10 a 30%, a maioria dos fabricantes fornece uma reserva de energia para compensar esse problema. No futuro, as perdas não são tão significativas.
3. Para aumentar a vida útil, devem ser evitados danos a partes do sistema. Apare os galhos de árvores espaçadas, lave a superfície pelo menos várias vezes por temporada. Verifique a confiabilidade da fixação e dos contatos para que não superaqueçam.
4. Leve em consideração o custo de substituição de outros elementos do sistema. Assim, as baterias recarregáveis ​​geralmente duram de 6 a 10 anos (o mais confiável - 15 anos), a eletrônica de potência tem um recurso de cerca de 10 a 12 anos. O custo de substituição desses nós também é bastante grande e isso deve ser levado em consideração no cálculo do retorno.

Os painéis solares precisam ser lavados periodicamente para evitar que sejam danificados por galhos de árvores.

Ao escolher painéis solares para sua casa, é melhor dar preferência a opções monocristalinas e policristalinas confiáveis ​​e comprovadas. Módulos de alta qualidade durarão cerca de 40 anos, enquanto a perda de energia durante esse período será de cerca de 20%.

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O princípio de funcionamento da bateria solar

O dispositivo foi projetado para converter diretamente os raios do sol em eletricidade.Essa ação é chamada de efeito fotoelétrico. Semicondutores (wafers de silício), que são usados ​​para fazer elementos, têm elétrons carregados positivos e negativos e consistem em duas camadas, a camada n (-) e a camada p (+). Os elétrons em excesso sob a influência da luz solar são eliminados das camadas e ocupam lugares vazios em outra camada. Isso faz com que os elétrons livres se movam constantemente, movendo-se de uma placa para outra, gerando eletricidade que é armazenada na bateria.

O funcionamento de uma bateria solar depende muito de seu design. As células solares foram originalmente feitas de silício. Eles ainda são muito populares, mas como o processo de purificação do silício é bastante trabalhoso e caro, estão sendo desenvolvidos modelos com fotocélulas alternativas a partir de compostos de cádmio, cobre, gálio e índio, mas são menos produtivos.

A eficiência dos painéis solares aumentou com o desenvolvimento da tecnologia. Hoje, esse número aumentou de um por cento, registrado no início do século, para mais de vinte por cento. Isso nos permite hoje usar painéis não apenas para necessidades domésticas, mas também para produção.

Especificações

O dispositivo de bateria solar é bastante simples e consiste em vários componentes:

Diretamente células solares/painel solar;

Um inversor que converte corrente contínua em corrente alternada;

Controlador de nível de bateria.

Comprar baterias para painéis solares deve ser baseado nas funções necessárias. Eles armazenam e distribuem eletricidade. O armazenamento e consumo ocorre durante todo o dia, sendo que à noite a carga acumulada é apenas consumida.Assim, há um fornecimento constante e contínuo de energia.

O carregamento e descarregamento excessivos da bateria reduzirão sua vida útil. O controlador de carga da bateria solar suspende automaticamente o acúmulo de energia na bateria quando atinge seus parâmetros máximos e desliga a carga do dispositivo quando está muito descarregado.

(Tesla Powerwall - bateria de painel solar de 7KW - e carregamento doméstico para veículos elétricos)

O inversor de rede para painéis solares é o elemento de design mais importante. Converte a energia recebida dos raios do sol em corrente alternada de várias capacidades. Sendo um conversor síncrono, combina a tensão de saída da corrente elétrica em frequência e fase com uma rede estacionária.

As fotocélulas podem ser conectadas tanto em série quanto em paralelo. A última opção aumenta os parâmetros de potência, tensão e corrente e permite que o dispositivo funcione mesmo que um elemento perca a funcionalidade. Modelos combinados são feitos usando ambos os esquemas. A vida útil das placas é de cerca de 25 anos.

Características gerais e disponibilidade de compra

O equipamento não agride o meio ambiente e fornece energia estável sem picos de energia. E, o mais importante, fornece energia gratuita: para a qual as contas de serviços públicos não vêm.

A aparência dos painéis solares mudou pouco após sua invenção, o que não pode ser dito sobre o "recheio" interno

O módulo solar converte a luz em energia elétrica gerando corrente contínua. A área dos painéis pode atingir vários metros. Quando for necessário aumentar a potência do sistema, aumente o número de módulos.Sua eficácia depende da intensidade da luz solar e do ângulo de incidência dos raios: no local, estação do ano, condições climáticas e hora do dia. Para levar em conta corretamente todas essas nuances, a instalação deve ser realizada por profissionais.

Tipos de módulos:

Monocristalino.

Consistem em células de silicone que convertem a energia solar. Diferem nos tamanhos compactos. Em termos de desempenho, esta é até recentemente a bateria solar mais eficiente (eficiência de até 22%) para o lar. Um conjunto (seu preço é um dos mais caros) custará de 100 mil rublos.

Policristalino.

Eles usam silício policristalino. Eles não são tão eficientes (até 18% de eficiência) quanto as células solares monocristalinas. Mas seu custo é muito menor, então eles estão disponíveis para a população em geral.

Amorfo.

Eles têm células solares de filme fino à base de silício. Eles são inferiores aos mono e policristais em termos de geração de energia, mas também são mais baratos. Sua vantagem é a capacidade de funcionar em luz difusa e até mesmo com pouca luz.

Heteroestrutural.

Módulos solares modernos e mais eficientes hoje, com uma eficiência de 22-25% (durante toda a vida útil!). Eles funcionam de forma eficaz tanto em tempo nublado quanto em altas temperaturas).

Na Rússia, o único fabricante de módulos para esta tecnologia é a empresa Hevel, que é uma das cinco fabricantes mundiais de módulos solares de heteroestrutura.

Em 2016, o centro de P&D da empresa patenteou sua própria tecnologia para a criação de módulos heteroestruturais e agora a desenvolve ativamente.

Hevel painéis solares

O sistema também inclui os seguintes componentes:

• Inversor que converte corrente contínua em corrente alternada.
• Bateria do acumulador. Ele não apenas acumula energia, mas também nivela as quedas de tensão quando o nível de luz muda.
• Controlador para tensão de carregamento da bateria, modo de carregamento, temperatura e outros parâmetros.

Nas lojas, você pode comprar componentes individuais e sistemas inteiros. Nesse caso, a potência dos dispositivos é determinada com base em necessidades específicas.

Que capacidade para levar uma bateria solar?

Também depende das necessidades do usuário. Para alimentação autônoma de toda a casa, não faz sentido consumir menos de 1000 watts. E se você precisa alimentar o sistema de aquecimento no país, teoricamente você precisa de um kit com capacidade de até 10 kW. No entanto, vale lembrar que esse painel solar custará muito dinheiro. Apenas um módulo solar (mesmo os mais baratos sem controlador, inversor e outros componentes) com capacidade de 10 kW custará pelo menos 300.000 rublos. Portanto, essas baterias podem ser consideradas uma fonte adicional de energia, mas não a principal.

Se você precisar de um painel solar para alimentar sua geladeira e TV, um painel de 500W será suficiente. Por exemplo, você pode pegar dois módulos solares policristalinos One-Sun 250P, que custarão apenas 16.500 rublos.

Se você nunca usou painéis solares, recomendamos comprar um pequeno painel dobrável de baixa potência para o seu telefone ou tablet.