Halbleiterplatten, die die Energie der Sonne in Elektrizität umwandeln, werden normalerweise zu einem Zweck installiert - um den Betrieb von Haushaltsgeräten sicherzustellen. Diese Enthusiasten hören hier nicht auf und versuchen, Sonnenkollektoren für die Heizung des Hauses anzupassen. Wir empfehlen, diese Idee zu diskutieren und mögliche Heizmethoden mit Photovoltaik-Modulen in Betracht zu ziehen. Die Rentabilität alternativer Kraftwerke und anderer finanzieller Probleme ist nicht sinnvoll, es handelt sich um ein separates Problem.
Wie ein Solarkraftwerk funktioniert
Wir werden uns nicht die Zeit nehmen und darüber sprechen, wie Halbleitermodule Strom erzeugen. Wenn Sie jedoch die Solarheizung eines Privathauses organisieren möchten, müssen Sie sich das Prinzip der Photovoltaikanlage vorstellen und alle Nuancen kennen, die sich auf deren Leistung auswirken.
Das Solarkraftwerk (SES) besteht aus folgenden Elementen (siehe Abbildung unten):
- eine oder mehrere Platten, die Sonnenstrahlung erhalten;
- wiederaufladbare Batterien (Batterien), die den erzeugten Strom ansammeln;
- Die Steuerung überwacht den Ladezustand und leitet den Strom zum gewünschten Stromkreis.
- Der Wechselrichter wandelt die konstante Spannung von Solarmodulen in Wechselstrom 220 V um.
Ein interessanter Punkt. Der Preis für Module beträgt nicht mehr als 30% der Kosten eines kompletten Ausrüstungssatzes. Die restlichen 70% sind Batterien, eine Wechselrichtereinheit und eine Steuerung. Zubehör wird für eine Betriebsspannung von 12, 24 oder 48 Volt ausgewählt.
Wir vereinfachen den Algorithmus des Systems:
- Bei Tageslicht erzeugen Batterien Strom durch die Steuerung.
- Die elektronische Einheit schätzt den Ladezustand der Batterie und leitet die Energie dann an die gewünschte Leitung - zum Laden oder an die Verbraucher (zum Wechselrichter).
- Die Wechselrichtereinheit wandelt Gleichstrom mit Standardparametern - 220 V / 50 Hz - in Wechselstrom um.
Es gibt zwei Arten von Controllern - PWM und MPPT. Der Unterschied zwischen den beiden besteht in der Methode zum Laden von Leistungselementen und der Größe der Spannungsverluste. MPPT-Blöcke sind moderner und wirtschaftlicher. Es werden verschiedene Batterien verwendet: Blei-Säure, Gel und so weiter.
Wenn Sie mehrere Module verwenden möchten, sind diese auf drei Arten miteinander verbunden:
- Ein Parallelverbindungsschema ermöglicht es Ihnen, den Strom in der Schaltung zu erhöhen. Die "negativen" Kontakte aller Batterien sind mit einer Leitung verbunden, die "Plus" -Kontakte mit der anderen. Die Ausgangsspannung bleibt unverändert.
- Die Verwendung einer seriellen Schaltung ermöglicht es, die Ausgangsspannung zu erhöhen. Der Minus-Anschluss des ersten Bedienfelds ist mit dem Plus-Anschluss des zweiten Bedienfelds verbunden und so weiter.
- Die kombinierte Methode wird verwendet, wenn Sie beide Parameter ändern müssen - Stromstärke und Spannung. Mehrere Module sind in Reihe geschaltet, dann wird eine Gruppe parallel zu anderen ähnlichen Gruppen mit einem gemeinsamen Netzwerk verbunden.
Wie viel Sonnenkollektoren benötigen Sie, um ein Haus zu heizen?
Es scheint, dass alles einfach ist. Für die Beheizung eines kleinen Landhauses von 100 m² werden ca. 10 kW = 10.000 Watt Wärmeenergie verwendet. Dies sind 100 Panels mit 0,1 kW oder 34 große Module mit 300 Watt. Sie können nicht so viele Batterien auf das Dach des Hauses legen, aber es wird nicht über die Wohnung gesprochen.
Referenz. Die Größe einer Photovoltaikzelle mit einer Leistung von 100 W, hergestellt durch polykristalline Technologie, beträgt etwa 1020 x 700 mm oder 0,71 m². Eine ähnliche 300-W-Batterie nimmt 1,68 m² (170 x 99 cm) ein.
Wir werden sofort eine Reservierung vornehmen. Das Ergebnis ist falsch, da die Merkmale des Betriebs von Solaranlagen nicht berücksichtigt werden:
- Das Photovoltaikmodul liefert maximale Leistung, wenn die Strahlen in einem Winkel von 90 ° zur Ebene der Batterie fallen.Wenn Sie keinen Tracker herstellen - einen Tracking-Mechanismus, der das Panel nach der Bewegung der Sonne dreht, verlieren wir etwa 40% der Energie. Andererseits verbraucht ein solches Gerät auch Strom.
- Die Menge der Sonnenstrahlung pro 1 m² - Sonneneinstrahlung - hängt von der Wohnregion, der Höhe und dem schattierten Bereich ab. Diese Faktoren wirken sich direkt auf die Batterieleistung aus.
- Mit der Zeit verschlechtert sich die Halbleiterbeschichtung der Module, wodurch jährlich etwa 1% der elektrischen Leistung verloren geht.
- Wenn die fotoelektrische Schicht von der Sonne überhitzt wird, nimmt auch die Leistung des Panels ab.
- Ein kleiner Teil der Energie geht in verwandten Geräten verloren - Wechselrichter, Steuerungen, Batterien. Dies ist eine banale Erwärmung von Teilen - Transformatoren, Mikrokreisen und anderen Elementen.
- Wenn die Arbeitsfläche mit Staub verunreinigt oder mit Schnee bedeckt ist, treten zusätzliche Verluste auf.
- Damit sich die Sonne im Winter erwärmen kann, sollte der erzeugte Strom ausreichen, um das Haus zu heizen und die Batterien über Nacht aufzuladen.
Fazit. Eine universelle Berechnung der elektrischen Leistung von Batterien, die für alle Länder und Regionen geeignet ist, existiert nicht. Die über 10 kW angekündigte Zahl muss jedoch (zumindest) verdoppelt werden, um in der Praxis ein anständiges Ergebnis zu erzielen. Sie benötigen 200 Hundert-Watt-Paneele auf einer Fläche von über 140 m².
Es gibt eine zuverlässige Möglichkeit, genaue Sonneneinstrahlungsdaten zu erhalten und die Leistung von Solarmodulen zu berechnen, indem Sie sich an Ihre örtliche Installationsfirma wenden. Oder studieren Sie die Sonneneinstrahlungskarte des Gebiets selbst.
Wir empfehlen, in die andere Richtung zu gehen - um die Erfahrungen der Eigentümer von autonomen Solarkraftwerken zu nutzen, lesen Sie ihre Bewertungen in thematischen Foren. Finden Sie dort Benutzer in Ihrer Nähe, wenn Sie echte Zahlen kostenlos erhalten möchten. Hier sind einige Beispiele:
- Autonomes System der Solarenergieversorgung in der Region Leningrad, Russland. Es wurden 6 Paneele mit jeweils 0,22 kW (insgesamt 1,32 kW) installiert, die Spitzenleistung an einem wolkenlosen Wintertag beträgt 1.157 Watt. Das Thema wird im berühmten russischsprachigen Forum diskutiert.
- Anapa, Batterieleistung - 2,2 kW, die Nummer ist nicht angegeben. Bei Tageslicht erzeugt das Kraftwerk ca. 9 kW.
- Moskau, SES Leistung 2,64 kW. Im gesamten Juni erzeugte die Anlage 304 kW Energie.
Hinweis. Unter dieser Adresse finden Sie Bewertungen und andere nützliche Daten zum Betrieb des SES.
Bitte beachten Sie: Wir haben nur Solarenergie für Heizung, Warmwasserbereitung und andere Haushaltsbedürfnisse nicht berücksichtigt. Wie man die Anzahl der Batterien in der Praxis berechnet, siehe Video:
Echte Heizmethoden
Wie Sie verstehen, ist es ziemlich schwierig (und teuer), eine vollständige elektrische Heizung eines Hauses mit Sonnenkollektoren zu realisieren. Nicht jeder Eigentümer wird sich entscheiden, Paneele auf einer Fläche von 100-150 m² zu kaufen und zu installieren, um ein kleines Haus oder eine Hütte aufzuwärmen. Das Schema des Elektrokessels + Wassersystem + Heizkörper verschwindet also.
Die Idee des Heizens mit Solarmodulen kann jedoch immer noch nicht als Utopie bezeichnet werden. Wir listen die von Hausbesitzern in der Praxis implementierten Optionen auf:
- Panels plus Wechselrichter-Klimaanlagen mit einem COP-Wirkungsgrad von 3,5–4;
- Batterien direkt an elektrische Heizungen ohne Wechselrichter anschließen;
- Mit dem Bau eines vollwertigen Solarkraftwerks, dem Verkauf von Strom an den Staat wird der Erlös für die traditionelle Heizung verwendet.
Zusatz. Die Verwendung von Paneelen als zusätzliche Energiequellen für die Grundheizung ist nicht sinnvoll zu diskutieren - dies ist eine offensichtliche Lösung.
Beginnen wir mit der dritten Option, die für Unternehmer interessant ist. In Ländern, in denen der Staat den sogenannten Grüntarif eingeführt hat, kann der Hausbesitzer Strom aus erneuerbaren Quellen beziehen und an das gemeinsame Energienetz weitergeben, um Gewinn zu erzielen.Das heißt, der Hausbesitzer erwirbt die gleichen 200-300 Solarmodule, verkauft aber Energie zu einem guten Preis und verschwendet nicht viel umsonst.
In der Ukraine beispielsweise übersteigt der grüne Tarif das übliche Dreifache (Stand Juni 2019). Es ist notwendig, 1 Bedingung zu widerstehen: Die Mindestleistung von SES beträgt 30 kW. Bauen Sie ein Kraftwerk, versorgen Sie das Stromnetz mit Energie und Sie kaufen dreimal billiger.
Die verbleibenden 2 Optionen werden detaillierter betrachtet.
Klimaanlage
Die Methode basiert auf der Effizienz von Wechselrichtersplitsystemen, die viermal mehr Wärme an das Innere des Hauses liefern als die verbrauchte Energie. Wie man eine solche Erwärmung realisiert:
- Zunächst maximieren wir den Wärmeverlust des Gebäudes - wir isolieren Wände, Böden und Dach, installieren energiesparende Fenster. Ein idealer Wärmeverbrauchsindikator für ein Haus von 100 m² - 6 kW.
- Wir kaufen 2 Klimaanlagen mit Wechselrichterkompressoren, die bei negativer Straßentemperatur arbeiten. Die Gesamtleistung der Geräte sollte dem Wärmeverlust des Hauses entsprechen, in unserem Fall 6 kW. Der Verbrauch solcher „Splits“ wird 2 kW nicht überschreiten.
- Wir installieren eine Solarstation, die rund um die Uhr klimatisiert werden kann.
- Zum Heizen an den kältesten Tagen lohnt es sich, eine herkömmliche Wärmequelle zu installieren - einen Kessel, einen Holzofen.
Das Video am Ende dieses Abschnitts bestätigt, dass die beschriebene Schaltung voll funktionsfähig ist. Ein deutliches Minus: Bei einer negativen Temperatur nimmt der Wirkungsgrad von Klimaanlagen stark ab, auf die Hilfe eines Kessels kann man nicht verzichten. In gemäßigten und nördlichen Klimazonen können Solarmodule allein nicht damit umgehen.
Hinweis. Die meisten Wechselrichtersplitsysteme können bei Frost bis -15 ° C funktionieren. Der COP-Wirkungsgrad wird auf 1,5 bis 2 reduziert (doppelt so viel Wärme wird erzeugt, wie Strom verbraucht wird).
Verwendung lokaler Heizungen
Wir sprechen von einer signifikanten Reduzierung der Systemkosten bei unprätentiösen Verbrauchern - gewöhnlichen Heizlüftern. Aufgrund des Fehlens eines Wechselrichters müssen 12-Volt-Heizungen an die Solarmodule angeschlossen werden (Sie können ein Auto nehmen oder es selbst tun).
So montieren Sie einen Solarstromgenerator:
- Wir installieren die erforderliche Anzahl von Batterien mit einer Betriebsspannung von 12 Volt.
- Wir verbinden sie mit 2,5 mm² Drähten gemäß der folgenden Abbildung - ohne Wechselrichter.
- Wir schließen die Last an - eine Lüfterheizung mit geringem Stromverbrauch von 12 V.
Im Video unten beschreibt der Spezialist detailliert alle Nuancen einer solchen Verbindung. Die Methode eignet sich zur Beheizung einzelner Räume mit Heizlüftern 1–1,5 kW. Es ist schwieriger, das ganze Haus zu heizen - Sie müssen mehrere separate Stromkreise mit Sonnenkollektoren sammeln, um den Querschnitt der Drähte nicht zu vergrößern.
Schlußfolgerung
Es ist sehr schwierig, ein Privathaus mit Sonnenkollektoren vollständig zu heizen. Das einzige mehr oder weniger realistische Szenario ist die Verwendung von Split-Systemen oder besser einer Erdwärmepumpe, die wenig von der Straßentemperatur abhängt. Die Installation verbraucht wenig Strom, sodass sie von einem Heim-SES aus arbeiten kann.
Wir haben finanzielle Probleme ausdrücklich aus dem Artikel ausgeschlossen, da wir über technische Probleme gesprochen haben. Sie müssen jedoch verstehen, dass die Ausrüstung von Solarenergie - Batterien, Batterien, Wechselrichter und Steuergeräte - viel Geld kostet. Um das Problem erfolgreich zu lösen, müssen Sie ein wohlverdienter Enthusiast sein.
Ein Stromkreis mit Vakuumverteilern, die an einen indirekten Warmwasserbereiter angeschlossen sind, ist billiger. Diese Option hat jedoch ihre eigenen Schwierigkeiten, beispielsweise die Ansammlung von Wärme und die Stagnation des Kollektors während der Wärme. Es gibt keine einfache Lösung für die schwierige Aufgabe, Sonnenenergie zu nutzen.