عادة ما يتم تثبيت ألواح أشباه الموصلات التي تحول طاقة الشمس إلى كهرباء لغرض واحد - لضمان تشغيل الأجهزة المنزلية. لا يتوقف هؤلاء المتحمسون عند هذا الحد ويحاولون تكييف الألواح الشمسية لتدفئة المنزل. نقترح مناقشة هذه الفكرة ، والنظر في الطرق المحتملة للتدفئة باستخدام الألواح الكهروضوئية. إن ربحية محطات الطاقة البديلة والقضايا المالية الأخرى لا معنى لها ، فهي قضية منفصلة.
كيف تعمل محطة الطاقة الشمسية
لن نأخذ وقتك ونتحدث عن كيفية توليد وحدات أشباه الموصلات للتيار. ولكن إذا كنت ترغب في تنظيم التسخين الشمسي لمنزل خاص ، فأنت بحاجة إلى تخيل مبدأ المحطة الكهروضوئية ومعرفة جميع الفروق الدقيقة التي تؤثر على قوته.
تتكون محطة الطاقة الشمسية (SES) من العناصر التالية (كما هو موضح في الرسم البياني أدناه):
- لوحة واحدة أو أكثر تستقبل الإشعاع من الشمس ؛
- البطاريات القابلة لإعادة الشحن (البطاريات) التي تتراكم الكهرباء المولدة ؛
- وحدة التحكم تراقب مستوى الشحن ، وتوجه التيار إلى الدائرة المطلوبة ؛
- العاكس يحول الجهد المستمر للألواح الشمسية إلى تيار متناوب 220 فولت.
نقطة مثيرة للاهتمام. سعر الوحدات لا يزيد عن 30 ٪ من تكلفة مجموعة كاملة من المعدات. 70 ٪ المتبقية هي البطاريات ، وحدة العاكس ووحدة تحكم. يتم اختيار الملحقات لجهد تشغيل واحد بجهد 12 أو 24 أو 48 فولت.
نقوم بتبسيط خوارزمية النظام:
- خلال ساعات النهار ، تولد البطاريات تيارًا من خلال وحدة التحكم.
- تقوم الوحدة الإلكترونية بتقدير مستوى شحن البطارية ، ثم توجه الطاقة إلى الخط المطلوب - للشحن أو للمستهلكين (إلى العاكس).
- تقوم وحدة العاكس بتحويل التيار المباشر إلى تيار متناوب مع معلمات قياسية - 220 فولت / 50 هرتز.
هناك نوعان من وحدات التحكم - PWM و MPPT. يتكون الفرق بين الاثنين في طريقة شحن عناصر الطاقة وحجم خسائر الجهد. كتل MPPT أكثر حداثة واقتصادية. يتم استخدام بطاريات مختلفة: حمض الرصاص ، هلام ، وهلم جرا.
إذا كنت تخطط لاستخدام عدة وحدات ، فهي مترابطة فيما بينها بثلاث طرق:
- يسمح لك مخطط الاتصال المتوازي بزيادة التيار في الدائرة. يتم توصيل جهات الاتصال "السلبية" لجميع البطاريات بخط واحد ، وجهات الاتصال "زائد" إلى الأخرى. يبقى جهد الخرج دون تغيير.
- استخدام الدائرة التسلسلية يجعل من الممكن زيادة جهد الخرج. يتصل الطرف "ناقص" للوحة الأولى بـ "زائد" للوحة الثانية وهكذا.
- يتم استخدام الطريقة المدمجة عندما تحتاج إلى تغيير كل من المعلمات - قوة التيار والجهد. يتم توصيل العديد من الوحدات في سلسلة ، ثم يتم توصيل مجموعة بشبكة مشتركة بالتوازي مع مجموعات أخرى مماثلة.
كم تحتاج من الألواح الشمسية لتدفئة المنزل
يبدو أن كل شيء بسيط. سيتم استخدام حوالي 10 كيلوواط = 10000 واط من الطاقة الحرارية لتسخين منزل ريفي صغير مساحته 100 متر مربع. هذا هو 100 لوحة من 0.1 كيلو واط أو 34 وحدة كبيرة من 300 واط. لا يمكنك وضع الكثير من البطاريات على سطح المنزل ، ولكن لا يوجد حديث عن الشقة.
مرجع. يبلغ حجم خلية واحدة من الخلايا الكهروضوئية بطاقة 100 واط ، مصنعة بتقنية الكريستالات ، حوالي 1020 × 700 مم أو 0.71 متر مربع. ستشغل بطارية 300 واط مماثلة 1.68 متر مربع (170 × 99 سم).
سنحجز على الفور ، والنتيجة التي تم الحصول عليها غير صحيحة ، لأنها لا تأخذ في الاعتبار تفاصيل أنظمة الطاقة الشمسية العاملة:
- توفر الوحدة الكهروضوئية أقصى طاقة عندما تسقط الأشعة بزاوية 90 درجة على مستوى البطارية.إذا لم تقم بعمل جهاز تعقب - آلية تتبع تقوم بتدوير اللوحة بعد حركة الشمس ، فإننا نفقد حوالي 40 ٪ من الطاقة. من ناحية أخرى ، يستهلك هذا الجهاز الكهرباء أيضًا.
- تعتمد كمية الإشعاع الشمسي لكل متر مربع - التشمس - على منطقة الإقامة والارتفاع والمنطقة المظللة. تؤثر هذه العوامل بشكل مباشر على أداء البطارية.
- بمرور الوقت ، يتدهور طلاء أشباه الموصلات للوحدات ، ونتيجة لذلك ، يتم فقدان ما يقرب من 1 ٪ من الطاقة الكهربائية سنويًا.
- إذا ارتفعت درجة حرارة الطبقة الكهروضوئية بسبب الشمس ، فإن أداء اللوحة ينخفض أيضًا.
- يتم فقدان جزء صغير من الطاقة في المعدات ذات الصلة - العاكسون ، وحدات التحكم ، البطاريات. هذا تسخين عادي للأجزاء - المحولات والدوائر الدقيقة والعناصر الأخرى.
- عندما يكون سطح العمل ملوثًا بالغبار أو مغطى بالثلج ، تحدث خسائر إضافية.
- لاحظ أنه لكي تسخن الشمس في الشتاء ، يجب أن تكون الكهرباء المولدة كافية لتسخين المنزل وشحن البطاريات طوال الليل.
استنتاج. لا يوجد حساب شامل للطاقة الكهربائية للبطاريات المناسبة لجميع البلدان والمناطق. لكن الرقم المعلن فوق 10 كيلو واط يحتاج إلى مضاعفة (على الأقل) من أجل الحصول على نتيجة لائقة في الممارسة. ستحتاج 200 لوحة مائة واط تغطي مساحة تزيد عن 140 متر مربع.
هناك طريقة موثوقة للحصول على بيانات عزل دقيقة وحساب أداء الألواح الشمسية عن طريق الاتصال بشركة التركيب المحلية. أو ادرس خريطة التشمس الخاصة بالمنطقة بنفسك.
نقترح الذهاب في الاتجاه الآخر - لاستخدام تجربة أصحاب محطات الطاقة الشمسية المستقلة ، اقرأ مراجعاتهم في المنتديات المواضيعية. ابحث عن مستخدمين يعيشون في منطقتك إذا كنت ترغب في الحصول على أرقام حقيقية مجانًا. وهنا بعض الأمثلة:
- نظام مستقل للطاقة الشمسية ، يقع في منطقة لينينغراد ، روسيا. تم تركيب 6 لوحات بقدرة 0.22 كيلو واط لكل منها (ما مجموعه 1.32 كيلو واط) ، وتبلغ ذروة القدرة في يوم شتوي صافٍ 1،157 واط. تمت مناقشة الموضوع في المنتدى الشهير باللغة الروسية.
- أنابا ، أداء البطارية - 2.2 كيلو واط ، لا يشار إلى الرقم. خلال ساعات النهار ، تولد محطة الطاقة حوالي 9 كيلو واط.
- موسكو ، SES قوة 2.64 كيلو واط. على مدار شهر يونيو بالكامل ، أنتج التثبيت 304 كيلو واط من الطاقة.
ملحوظة. ستجد المراجعات والبيانات المفيدة الأخرى حول تشغيل SES على هذا العنوان.
يرجى ملاحظة: لم نأخذ في الاعتبار فقط الطاقة الشمسية للتدفئة وتسخين المياه والاحتياجات المنزلية الأخرى لم تؤخذ في الاعتبار. كيفية حساب عدد البطاريات عمليًا ، راجع الفيديو:
طرق التدفئة الحقيقية
كما تفهم ما سبق ، من الصعب جدًا (والمكلف) تحقيق تدفئة كهربائية كاملة لمنزل بألواح شمسية. لن يقرر كل مالك شراء وتركيب الألواح على مساحة 100-150 متر مربع من أجل تدفئة منزل صغير أو منزل ريفي. لذلك ، يختفي مخطط الغلاية الكهربائية + نظام المياه + مشعات التدفئة.
لكن فكرة التسخين باستخدام الوحدات الشمسية لا تزال لا يمكن أن تسمى يوتوبيا. نسرد الخيارات التي نفذها أصحاب المنازل في الممارسة:
- لوحات بالإضافة إلى مكيفات الهواء العاكس مع معامل COP للكفاءة 3.5-4 ؛
- توصيل البطاريات مباشرة بالسخانات الكهربائية بدون عاكس ؛
- بناء محطة طاقة شمسية كاملة ، بيع الكهرباء للدولة ، تذهب العائدات لدفع ثمن التدفئة التقليدية.
إضافة. إن استخدام الألواح كمصادر طاقة إضافية للتدفئة الأساسية لا معنى للمناقشة - وهذا حل واضح.
لنبدأ بالخيار الثالث المثير للاهتمام لرجال الأعمال. في البلدان التي وضعت فيها الدولة ما يسمى التعريفة الخضراء ، يمكن لمالك المنزل الحصول على الكهرباء من مصادر متجددة ومنحها لشبكة الطاقة المشتركة ، وتحقيق الربح.أي أن مالك المنزل يستحوذ على نفس الألواح الشمسية من 200-300 ، ولكنه يبيع الطاقة بسعر جيد ، ولا يضيع الكثير دون جدوى.
على سبيل المثال ، في أوكرانيا ، تتجاوز التعريفة الخضراء المعتاد 3 مرات (اعتبارًا من يونيو 2019). من الضروري تحمل شرط واحد: الحد الأدنى لسعة SES هو 30 كيلو واط. قم ببناء محطة طاقة ، وقم بتزويد الشبكة بالطاقة ، وقمت بشراء ثلاث مرات أرخص.
سيتم النظر في الخيارين المتبقيين بمزيد من التفصيل.
تكيف
تعتمد الطريقة على فعالية أنظمة الانقسام العاكس التي توفر حرارة أكثر أربع مرات داخل المنزل من الطاقة المستهلكة. كيفية تحقيق هذا التسخين:
- بادئ ذي بدء ، نقوم بتعظيم فقدان الحرارة للمبنى - نعزل الجدران والأرضيات والسقف ونقوم بتثبيت نوافذ موفرة للطاقة. مؤشر استهلاك حراري مثالي لمنزل 100 متر مربع - 6 كيلو واط.
- نشتري مكيفات هواء مع ضاغط عاكس يعملان في درجة حرارة سلبية للشارع. يجب أن يكون الأداء الإجمالي للوحدات مساوياً لفقدان الحرارة في المنزل ، في حالتنا - 6 كيلو واط. استهلاك مثل هذه "الانقسامات" لن يتجاوز 2 كيلوواط.
- نقوم بتركيب محطة شمسية قادرة على توفير تكييف الهواء على مدار الساعة.
- للتدفئة في الأيام الباردة ، يجدر تثبيت أي مصدر تقليدي للحرارة - غلاية وموقد خشبي.
يؤكد الفيديو في نهاية هذا القسم أن الدائرة الموصوفة تعمل بكامل طاقتها. ناقص واحد مهم: في درجة الحرارة السلبية ، تنخفض كفاءة مكيفات الهواء بشكل حاد ، لا يمكنك الاستغناء عن المرجل. في المناخات المعتدلة والشمالية ، لا تستطيع الوحدات الشمسية وحدها التأقلم.
ملحوظة. يمكن لمعظم أنظمة تقسيم العاكس أن تعمل في الصقيع حتى -15 درجة مئوية. يتم تقليل كفاءة COP إلى 1.5-2 (ضعف توليد الحرارة مع استهلاك الكهرباء).
استخدام السخانات المحلية
نحن نتحدث عن تخفيض كبير في تكلفة النظام في حالة استخدام المستهلكين المتواضعين - سخانات المروحة العادية. بسبب عدم وجود عاكس ، يجب توصيل سخانات 12 فولت بالوحدات الشمسية (يمكنك أخذ سيارة أو القيام بذلك بنفسك).
كيفية تجميع مولد للطاقة الشمسية:
- نقوم بتركيب العدد المطلوب من البطاريات بجهد تشغيل 12 فولت.
- نقوم بتوصيلها بأسلاك 2.5 مم² وفقًا للرسم البياني أدناه - بدون عاكس.
- نقوم بتوصيل الحمل - سخان مروحة منخفض الطاقة بجهد 12 فولت.
أدناه في الفيديو ، يصف المتخصص بالتفصيل جميع الفروق الدقيقة لمثل هذا الاتصال. هذه الطريقة مناسبة لتسخين الغرف الفردية مع سخانات المروحة 1 - 1.5 كيلو وات. من الصعب تسخين المنزل بالكامل - تحتاج إلى جمع عدة دوائر منفصلة بألواح شمسية ، حتى لا تزيد المقطع العرضي للأسلاك.
الاستنتاج النهائي
من الصعب جدًا إجراء تدفئة كاملة لمنزل خاص بألواح شمسية. السيناريو الوحيد الأكثر واقعية أو الأقل هو استخدام أنظمة مقسمة ، أو أفضل ، مضخة حرارية جوفية ، تعتمد قليلاً على درجة حرارة الشارع. يستهلك التثبيت القليل من الكهرباء ، لذلك يمكن أن يعمل من المنزل SES.
استبعدنا على وجه التحديد المشكلات المالية من المقالة ، حيث كنا نتحدث عن مشكلات فنية. ولكن عليك أن تفهم أن معدات الطاقة الشمسية - البطاريات والبطاريات والعاكس ووحدات التحكم - تكلف الكثير من المال. لحل المشكلة بنجاح ، يجب أن تكون متحمسًا بشكل جيد.
ستكون الدائرة ذات الفتحات الفراغية المتصلة بسخان المياه غير المباشر أرخص. لكن هذا الخيار له صعوباته الخاصة ، على سبيل المثال ، تراكم الحرارة وركود المجمع أثناء الحرارة. لا يوجد حل سهل للمهمة الصعبة المتمثلة في تسخير الطاقة الشمسية.