Системи з «живленням» від Сонця можна використовувати у власному будинку як безкоштовне та невичерпне джерело енергії. Спробуємо відповісти на запитання: «Як це працює? Що відрізняє фотоелектричну та геліосистему, і як можна найкращим чином інтегрувати обидві ці технології в домашніх умовах?». У якості прикладу візьмемо обладнання відомої компанії Viessmann (Німеччина)
Використовувати відновлювані джерела енергії при заміні систем опалення бажають 66% власників будинків. Про це свідчать дані дослідження, оприлюдненого Німецькою асоціацією сонячної енергетики (BSW).
Системи з використанням сонячної енергії здатні забезпечити широкий спектр можливостей для досягнення цієї мети. Пропонується обладнання двох типів: сонячні колектори та фотоелектричні системи.
Приклад розміщення геліоколекторів різних типів на даху будинку
У той час, як сонячні колектори перетворюють випромінювання небесного світила в тепло, фотоелектричні модулі генерують електроенергію.
Як працює геліосистема
Геліосистема «використовує» сонячне випромінювання для виробництва тепла для ГВП та опалення. Для цього потрібні сонячні колектори, бак і труби, які з'єднують усі компоненти між собою.
Сонячні колектори є так би мовити серцем системи і виконують найважливіше завдання в її функціонуванні. Вони поглинають сонячне випромінювання, перетворюють його в теплоту і передають для потреб ГВП чи часткового покриття опалення.
Програма поставок ТОВ «ВІССМАНН» включає плоскі колектори Vitosol моделей 100-FM та 200-FM, або вакуумні трубчасті колектори Vitosol 300-TM. Останні забезпечують максимальну продуктивність за найменшої площі поверхні.
Плоский геліоколектор Vitosol
Вакуумний трубчастий сонячний колектор Vitosol
Іншим важливим компонентом системи є бак для ГВП, такий як Vitocell 100-B/-W. Він використовуються тоді, коли функція системи полягає в нагріванні гарячої води для побутових потреб. Якщо геліосистема також призначена для забезпечення опалення, її можна комбінувати з Vitocell 360-M – буферним водонагрівачем з інтегрованим підключенням до колекторів.
Обидва баки поглинають теплову енергію від сонячної системи та зберігають її до моменту, коли виникне потреба в гарячій воді або опаленні приміщення. Оптимально підібрані комплексні рішення, такі як пакетна пропозиція Vitosol 141-FM, забезпечують максимальну ефективність.
Фотоелектричні панелі
Функція фотоелектричної системи відрізняється тим, що вона полягає в перетворенні сонячного випромінювання в електричну енергію.
Для цього, крім сонячних панелей (модулів), система включає в себе інвертор і додатковий накопичувач енергії.
Електростанція на базі фотоелектричних панелей Vitovolt
Сонячні панелі, такі як Vitovolt 300 фотоелектричної системи Viessmann, складаються з численних сонячних елементів.
У своїй будові ці елементи містять напівпровідник – дві пластини, приєднані одна до одної. Вони вироблені з кремнію з додаванням в кожну з них певних домішок, завдяки яким отримуються елементи з потрібними властивостями: перша пластина має надлишок валентних електронів, друга ж, навпаки, їх недолічує. У підсумку, в напівпровіднику є два шари: негативно заряджений («n») і позитивно заряджений («p»). На межі дотику пластин є зона замикаючого шару. Він протидіє переходу надлишкових електронів з шару «n» у шар «p», де їх не вистачає (місця з відсутніми електронами називають «дірками»). Якщо підключити до подібного напівпровідника зовнішнє джерело живлення («+» до «p» і «-» до «n»), то електричне поле змусить електрони подолати замикаючу зону і через провідник потече струм.
Щось подібне відбувається при дії сонячного випромінювання на елемент. Коли фотон світла влітає в шари «n» і «p», він передає свою енергію електронам (що знаходяться на зовнішній оболонці атомів), котрі вивільняються, а на їх місці з’являється «дірка». Електрони з отриманою енергією вільно долають замикаючий шар напівпровідника і переходять з шару «p» в шар «n», а «дірки», навпаки, переходять з шару «n» у шар «p». Цьому взаємному перетіканню також сприяють електричні поля позитивних зарядів. У підсумку, шар «n» набуває додаткового негативного заряду, а «p» – позитивного. Результатом цього явища буде поява в напівпровіднику різниці потенціалів (напруги) між двома пластинами близької до 0,5 В.
Сила електричного струму, який може генерувати сонячний елемент, змінюється пропорційно кількості захоплених поверхнею елемента фотонів. Цей показник, у свою чергу, також залежить від безлічі додаткових чинників: інтенсивності світлового випромінювання, площі фотоелементу, часу експлуатації та т. ін. При цьому ККД пристрою залежить від температури: при її підвищенні провідність фотоелемента значно падає.
Тож потрібно пам’ятати про наступне: сонячні елементи не здатні бути дуже потужними, вони не можуть працювати в безперервному режимі (через природну зміну дня і ночі), для стабілізації основних параметрів – сили струму і напруги – з'являється необхідність у використанні додаткових пристроїв (стабілізатори, акумулятори тощо).
Акумулювати енергію можна за допомогою накопичувача, такого як Viessmann Vitocharge.
Фотоелектричні модулі з новітньою технологію PERC
Окремі моделі фотоелектричних модулів мають новітню технологію PERC (Passivated Emitter Rear Cell). Мається на увазі сонячний елемент з пасивацією (утворення тонкої плівки або шару) задньої поверхні кремнієвої пластини.
Технологія PERC підвищує ККД системи за рахунок збільшення поглинання фотоелемента.
Діелектричний шар на тильній частині сонячного елемента відбиває фотон, який проходить через сонячний елемент, назад – всередину шару кремнію, – за рахунок чого збільшується кількість згенерованих електронів.
Різні довжини хвиль спектра сонячного світла генерують електрони на різних рівнях структури сонячного елемента. Наприклад, короткі хвилі генерують електрони біля передньої поверхні фотоелемента, а довгі – з тильної сторони.
Через це довгохвильовий спектр дає мало електронів, адже поблизу задньої сторони елемента він просто поглинається алюмінієвим контактом. Відбивний шар сприяє відображенню цих променів і дозволяє згенерувати більше електронів в цій частині контакту.
Найбільшу продуктивність PERC-технологія демонструє в ранковий і вечірній час. Ефективна вона і в похмуру погоду, оскільки більша частина короткохвильового випромінювання синього спектру (в діапазоні довжин хвиль від 450 до 495 нм) в цей час поглинається в атмосфері.
Сонячні панелі: застосування на практиці
Використання фотоелектричної та сонячної систем завжди вигідне, коли колектори і модулі на даху можуть виробляти достатньо енергії.
Для цього потрібно врахувати наступні моменти:
- достатність місця для колекторів і/або сонячних панелей;
- дах для геліосистеми має бути орієнтований на південь;
- поверхня даху з нахилом від 30 до 40 градусів;
- дерева, будинки або гори, що відкидають тіні на будинок.
В ідеальному випадку геліосистеми мають розташовуватися на похилому даху з південної сторони будівлі
Навіть якщо дах не відповідає всім вимогам, використання геліосистеми все одно може бути вигідним. Адже нахилити колектори або сонячні модулі під оптимальним кутом можна за допомогою кріплень.
У випадку, якщо поверхня даху орієнтована на схід або захід, площу колекторів і модулів необхідно збільшити. Інакше ефективність буде значно нижчою, ніж при південній орієнтації.
Підвищити економічну ефективність фотоелектричної системи за рахунок власного споживання електроенергії дозволяє застосування накопичувачів. За наявності акумуляторів електроенергія, вироблена вдень, доступна і вночі. Це допомагає досягти енергонезалежності та значно зменшити рахунки. При цьому, якщо накопичувач повністю заряджений, а споживачі не підключені, надлишок електроенергії експортується в мережу і, відповідно, можна використовувати всі переваги «зеленого» тарифу.
Додаткове обладнання
Після встановлення системи на основі використання сонячного випромінювання вироблятимуть електричну або теплову енергію без зайвих витрат для домогосподарства та забезпечать зменшення викидів забруднюючих речовин в атмосферу.
Актуальним в нинішніх умовах є також набуття енергонезалежності, адже кожен з українців минулої зими переконався, наскільки важливо мати автономне та безперебійне джерело для забезпечення потреб.
Варто також зауважити, що, у випадку застосування фотоелектричних модулів, є сенс використовувати «зелену» електроенергію в системі опалення.
Найефективніше виробництво теплової енергії з електричної забезпечують теплові насоси. З 1 кВт•год електричної енергії можна отримати до 4 кВт•год тепла.
Теплові насоси – корисне доповнення до фотоелектричних модулів
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 4 788
