태양 에너지를 전기로 변환하는 반도체 패널은 일반적으로 가전 제품의 작동을 보장하기 위해 한 가지 목적으로 설치됩니다. 이 애호가들은 거기서 멈추지 않고 집을 난방하기 위해 태양 전지 패널을 개조하려고합니다. 우리는이 아이디어를 논의하고 태양 광 패널을 사용하여 가능한 가열 방법을 고려할 것을 제안합니다. 대체 발전소 및 기타 재정 문제의 수익성은 의미가 없으며 별도의 문제입니다.
태양 광 발전소의 작동 방식
우리는 반도체 모듈이 전류를 생성하는 방법에 대해 이야기하고 시간을 가지지 않을 것입니다. 그러나 개인 주택의 태양열 난방을 구성하려면 태양 광 발전소의 원리를 상상하고 전력에 영향을 미치는 모든 뉘앙스를 알아야합니다.
태양 광 발전소 (SES)는 다음 요소로 구성됩니다 (아래 다이어그램 참조).
- 태양으로부터 방사선을받는 하나 이상의 패널;
- 생성 된 전기를 축적하는 충전식 배터리 (배터리);
- 컨트롤러는 충전 레벨을 모니터링하고 전류를 원하는 회로로 보냅니다.
- 인버터는 태양 전지 패널의 정전압을 교류 220V로 변환합니다.
흥미로운 점입니다. 모듈 가격은 전체 장비 세트 비용의 30 %를 넘지 않습니다. 나머지 70 %는 배터리, 인버터 장치 및 컨트롤러입니다. 12, 24 또는 48V의 하나의 작동 전압에 대해 액세서리가 선택됩니다.
우리는 시스템의 알고리즘을 단순화합니다 :
- 주간에는 배터리가 컨트롤러를 통해 전류를 생성합니다.
- 전자 장치는 배터리 충전 수준을 추정 한 다음 충전을 위해 또는 소비자에게 (인버터로) 원하는 라인으로 에너지를 보냅니다.
- 인버터 장치는 표준 매개 변수-220 V / 50 Hz를 사용하여 직류를 교류로 변환합니다.
PWM 및 MPPT의 두 가지 유형의 컨트롤러가 있습니다. 이 둘의 차이점은 전력 요소를 충전하는 방법과 전압 손실의 크기로 구성됩니다. MPPT 블록은 더 현대적이고 경제적입니다. 납, 젤 등의 다른 배터리가 사용됩니다.
여러 모듈을 사용하려는 경우 3 가지 방식으로 상호 연결됩니다.
- 병렬 연결 방식을 사용하면 회로의 전류를 증가시킬 수 있습니다. 모든 배터리의 "음수"접점은 한 라인에 연결되고 "플러스"접점은 다른 라인에 연결됩니다. 출력 전압은 변경되지 않습니다.
- 직렬 회로를 사용하면 출력 전압을 높일 수 있습니다. 첫 번째 패널의 "-"단자는 두 번째 "+"에 연결됩니다.
- 결합 된 방법은 전류 강도 및 전압 매개 변수를 모두 변경해야 할 때 사용됩니다. 여러 모듈이 직렬로 연결된 후 그룹이 다른 유사한 그룹과 병렬로 공통 네트워크에 연결됩니다.
집을 데 우려면 얼마나 많은 태양 전지 패널이 필요합니까?
모든 것이 간단한 것 같습니다. 약 10kW = 10,000 와트의 열 에너지가 100m²의 소규모 시골집을 가열하는 데 사용됩니다. 이것은 0.1kW의 100 개 패널 또는 300 와트의 34 개의 큰 모듈입니다. 집 지붕에 배터리를 너무 많이 넣을 수는 없지만 아파트에 대한 이야기는 없습니다.
참고. 다결정 기술에 의해 제조 된 100W의 전력을 갖는 1 개의 광전지의 크기는 약 1020 x 700 mm 또는 0.71 m²이다. 비슷한 300W 배터리는 1.68m² (170 x 99cm)를 차지합니다.
태양 에너지 시스템 운영의 특성을 고려하지 않기 때문에 결과는 정확하지 않습니다.
- 태양 광 모듈은 광선이 배터리 평면에 대해 90 ° 각도로 떨어질 때 최대 전력을 제공합니다.추적기를 만들지 않으면 태양 이동 후 패널을 회전시키는 추적 메커니즘으로 에너지의 약 40 %가 손실됩니다. 한편, 이러한 장치는 또한 전기를 소비합니다.
- 1m² 당 일사량-일사량은 거주 지역, 고도 및 음영 지역에 따라 다릅니다. 이러한 요소는 배터리 성능에 직접적인 영향을줍니다.
- 시간이 지남에 따라 모듈의 반도체 코팅 성능이 저하되어 매년 약 1 %의 전력이 손실됩니다.
- 태양 광으로 인해 광전 층이 과열되면 패널의 성능도 저하됩니다.
- 인버터, 컨트롤러, 배터리와 같은 관련 장비에서 에너지의 작은 부분이 손실됩니다. 이것은 변압기, 미세 회로 및 기타 요소의 부품 가열입니다.
- 작업 표면이 먼지로 오염되거나 눈으로 덮여 있으면 추가 손실이 발생합니다.
- 겨울에 태양이 데워 지려면 생성 된 전기가 집을 데우고 밤새 배터리를 충전하기에 충분해야합니다.
결론. 모든 국가 및 지역에 적합한 배터리 전력의 보편적 계산은 존재하지 않습니다. 그러나 실제로 양호한 결과를 얻으려면 10kW 이상으로 발표 된 수치는 (최소한) 두 배가되어야합니다. 140m² 이상의 면적을 가진 200 백 와트 패널이 필요합니다.
현지 설치 회사에 연락하여 정확한 일사량 데이터를 얻고 태양 전지판의 성능을 계산하는 신뢰할 수있는 방법이 있습니다. 또는 직접 지역의 일사량지도를 연구하십시오.
우리는 다른 방법으로 갈 것을 제안합니다-태양 자치 발전소 소유자의 경험을 사용하고 주제 포럼에 대한 리뷰를 읽으십시오. 무료로 실제 숫자를 얻으려면 해당 지역에 거주하는 사용자를 찾으십시오. 여기 몇 가지 예가 있어요.
- 러시아 레닌 그라드 지역에 위치한 자율 태양 광 발전 시스템. 각각 0.22kW의 6 개 패널 (총 1.32kW)이 설치되었으며, 겨울 구름없는 날의 최대 전력은 1,157 와트입니다. 이 주제는 유명한 러시아어 포럼에서 논의됩니다.
- 아나 파, 배터리 성능-2.2 kW, 숫자는 표시되지 않습니다. 일광 시간 동안 발전소는 약 9kW를 생성합니다.
- 모스크바, SES 전력 2.64 kW. 6 월 내내 설치시 304kW의 에너지가 발생했습니다.
노트. 이 주소에서 SES 운영에 대한 리뷰 및 기타 유용한 데이터를 찾을 수 있습니다.
참고 : 우리는 난방, 물 난방 및 기타 가정 요구에 태양 에너지 만 고려하지 않았습니다. 실제로 배터리 수를 계산하는 방법은 비디오를 참조하십시오.
실제 가열 방법
앞에서 언급 한 바와 같이 태양 전지판이있는 집의 전기 난방을 실현하는 것은 매우 어렵고 비용이 많이 듭니다. 모든 소유자가 작은 집이나 오두막을 데우기 위해 100-150m²의 면적에 패널을 사고 설치하기로 결정하지는 않습니다. 따라서 전기 보일러 + 물 시스템 + 난방 장치의 구성표가 사라집니다.
그러나 태양 전지로 가열하는 아이디어는 여전히 유토피아라고 할 수 없습니다. 실제로 주택 소유자가 구현 한 옵션을 나열합니다.
- COP 효율 계수가 3.5–4 인 패널 및 인버터 에어컨;
- 인버터없이 배터리를 전기 히터에 직접 연결하는 단계;
- 본격적인 태양 광 발전소 건설, 국가에 전기 판매, 수익금은 전통적인 난방 비용을 지불합니다.
부가. 기본 난방을위한 추가 에너지 원으로 패널을 사용하는 것은 논의하기에 합리적이지 않습니다.
기업가에게 흥미로운 세 번째 옵션부터 시작하겠습니다. 주정부가 소위 녹색 관세를 설정 한 국가에서는 주택 소유자가 재생 가능한 자원으로부터 전기를 공급 받아 공동 에너지 네트워크에 제공하여 이익을 얻을 수 있습니다.즉, 주택 소유자는 200-300 개의 동일한 태양 전지판을 구입하지만 좋은 가격으로 에너지를 판매하며 헛된 낭비는 없습니다.
예를 들어 우크라이나에서는 녹색 관세가 일반적인 3 배를 초과합니다 (2019 년 6 월 기준). 1 가지 조건을 견딜 필요가 있습니다. SES의 최소 용량은 30kW입니다. 발전소를 건설하고 그리드에 에너지를 공급하면 3 배 저렴하게 구매할 수 있습니다.
나머지 2 개의 옵션이 더 자세히 고려됩니다.
공기 조절
이 방법은 소비되는 에너지보다 4 배 더 많은 열을 집안으로 전달하는 인버터 분할 시스템의 효율성을 기반으로합니다. 그러한 가열을 실현하는 방법 :
- 우선 건물의 열 손실을 극대화합니다. 벽, 바닥 및 지붕을 단열하고 에너지 효율적인 창문을 설치합니다. 100m²-6kW의 가정에 이상적인 열 소비 표시기.
- 음의 거리 온도에서 작동하는 인버터 압축기가 장착 된 에어컨 2 대를 구매합니다. 장치의 총 성능은 집의 열 손실과 동일해야합니다 (이 경우 6kW). 이러한 "분할"의 소비는 2kW를 초과하지 않습니다.
- 우리는 24 시간 내내 에어컨을 제공 할 수있는 태양 광 발전소를 설치하고 있습니다.
- 가장 추운 날 난방을 위해서는 보일러, 목재 스토브와 같은 전통적인 열원을 설치하는 것이 좋습니다.
이 섹션의 끝에있는 비디오는 설명 된 회로가 완전히 작동하고 있음을 확인합니다. 하나의 중요한 마이너스 : 부정적인 온도에서 에어컨의 효율이 급격히 떨어지면 보일러의 도움 없이는 할 수 없습니다. 온대 및 북부 기후에서 태양 광 모듈만으로는 대처할 수 없습니다.
노트. 대부분의 인버터 분할 시스템은 -15 ° C까지 서리가 내릴 수 있습니다. COP 효율은 1.5–2로 줄어 듭니다 (전기가 소비됨에 따라 두 배의 열이 생성됨).
지역 히터 사용
우리는 소박하지 않은 소비자 인 일반 팬 히터를 사용하는 경우 시스템 비용이 크게 절감되는 것에 대해 이야기하고 있습니다. 인버터가 없기 때문에 12 볼트 히터를 태양 광 모듈에 연결해야합니다 (자동차를 타거나 직접 할 수 있음).
태양 광 발전기를 조립하는 방법 :
- 12V의 작동 전압으로 필요한 수의 배터리를 설치합니다.
- 인버터없이 아래 다이어그램에 따라 2.5mm² 전선으로 연결합니다.
- 12V의 저전력 팬 히터 인 부하를 연결합니다.
아래 비디오에서 전문가는 그러한 연결의 모든 뉘앙스를 자세히 설명합니다. 이 방법은 팬 히터 1–1.5kW로 개별 방을 가열하는 데 적합합니다. 집 전체를 가열하는 것이 더 어렵습니다. 전선의 단면이 증가하지 않도록 태양 전지판으로 여러 개의 개별 회로를 조립해야합니다.
최종 결론
태양 전지판으로 개인 주택을 완전히 가열하는 것은 매우 어렵습니다. 다소 현실적인 시나리오는 거리 시스템에 거의 의존하지 않는 분할 시스템 또는 더 나은 지열 히트 펌프를 사용하는 것입니다. 설비는 전력을 거의 소비하지 않으므로 가정용 SES에서 작동 할 수 있습니다.
기술적 문제에 대해 이야기하고 있었기 때문에 기사에서 재무 문제를 구체적으로 배제했습니다. 그러나 태양 에너지 장비-배터리, 배터리, 인버터 및 제어 장치-비용이 많이 든다는 것을 이해해야합니다. 문제를 성공적으로 해결하려면 잘 애호가가되어야합니다.
간접 온수기에 연결된 진공 매니 폴드가있는 회로가 더 저렴합니다. 그러나이 옵션에는 열이 축적되는 동안 수집기의 열 축적 및 정체와 같은 고유 한 어려움이 있습니다. 태양 에너지를 이용하는 어려운 과제에 대한 쉬운 해결책은 없습니다.