Buduća majka 

Geografija i karakteristike upotrebe solarnih kolektora u Rusiji. Vrste solarnih kolektora. Proračun snage solarne elektrane na osnovu vrijednosti insolacije

Energija Sunca je izvor života na našoj planeti. Sunce zagrijava atmosferu i površinu zemlje. Hvala za solarna energija pušu vjetrovi, kruženje vode se odvija u prirodi, mora i okeani se zagrijavaju, biljke se razvijaju, životinje imaju hranu. Zahvaljujući sunčevom zračenju fosilna goriva postoje na Zemlji. Sunčeva energija se može pretvoriti u toplotu ili hladnoću, pokretačku snagu i električnu energiju.

SOLARNO ZRAČENJE

Sunčevo zračenje je elektromagnetno zračenje, koncentrisano uglavnom u opsegu talasnih dužina od 0,28 ... 3,0 mikrona. Sunčev spektar se sastoji od:

Ultraljubičasti talasi dužine 0,28...0,38 mikrona, nevidljivi našim očima i čine približno 2% sunčevog spektra;

Svetlosni talasi u opsegu od 0,38 ... 0,78 mikrona, koji čine približno 49% spektra;

Infracrveni talasi dužine 0,78 ... 3,0 mikrona, koji čine većinu preostalih 49% sunčevog spektra.

Preostali dijelovi spektra igraju neznatnu ulogu u toplinskoj ravnoteži Zemlje.

KOLIKO SUNČEVE ENERGIJE DOĐE NA ZEMLJU?

Sunce zrači velika količina energija - približno 1,1x10 20 kWh u sekundi. Kilovat sat je količina energije potrebna za 10 sati rada sijalice sa žarnom niti od 100 vati. Zemljina vanjska atmosfera presreće otprilike milioniti dio energije koju emituje Sunce, ili otprilike 1.500 kvadriliona (1,5 x 10 18) kWh godišnje. Međutim, zbog refleksije, raspršivanja i apsorpcije atmosferskih plinova i aerosola, samo 47% ukupne energije, ili otprilike 700 kvadriliona (7 x 10 17) kWh, dospijeva na površinu Zemlje.

Sunčevo zračenje u Zemljinoj atmosferi dijeli se na takozvano direktno zračenje i raspršeno česticama zraka, prašine, vode itd. sadržanih u atmosferi. Njihov zbir čini ukupno sunčevo zračenje. Količina energije koja pada po jedinici površine u jedinici vremena zavisi od više faktora:

geografska širina, lokalna klima, godišnje doba, ugao nagiba površine u odnosu na Sunce.

VRIJEME I MJESTO

Količina sunčeve energije koja pada na površinu Zemlje mijenja se zbog kretanja Sunca. Ove promjene zavise od doba dana i godišnjeg doba. Obično više sunčevog zračenja pogađa Zemlju u podne nego rano ujutro ili kasno navečer. U podne je Sunce visoko iznad horizonta, a dužina puta Sunčevih zraka kroz Zemljinu atmosferu je smanjena. Posljedično, manje sunčevog zračenja se raspršuje i apsorbira, što znači da više dolazi do površine zemlje.

Količina sunčeve energije koja dopire do površine Zemlje razlikuje se od prosječne godišnje vrijednosti: u zimsko vrijeme- manje od 0,8 kWh/m² dnevno na sjeveru (50˚ geografske širine) i više od 4 kWh/m² dnevno u ljetno vrijeme u istoj regiji. Razlika se smanjuje kako se približavate ekvatoru.

Količina sunčeve energije također ovisi o geografskoj lokaciji lokacije: što je bliže ekvatoru, to je veća. Na primjer, prosječna godišnja ukupna sunčeva radijacija na horizontalnoj površini je: u Centralnoj Evropi, Centralnoj Aziji i Kanadi - približno 1000 kWh/m²; na Mediteranu - oko 1700 kWh / m²; u većini pustinjskih regija Afrike, Bliskog istoka i Australije, približno 2200 kWh/m².

Dakle, količina sunčevog zračenja značajno varira u zavisnosti od doba godine i geografska lokacija(vidi tabelu 1). Ovaj faktor se mora uzeti u obzir kada se koristi solarna energija.

Tabela 1

Količina sunčevog zračenja u Evropi i na Karibima, kWh/m² dnevno.
Južna Evropa Centralna Evropa Sjeverna Evropa Caribbean region
Januar 2,6 1,7 0,8 5,1
februar 3,9 3,2 1,5 5,6
mart 4,6 3,6 2,6 6,0
april 5,9 4,7 3,4 6,2
maja 6,3 5,3 4,2 6,1
juna 6,9 5,9 5,0 5,9
jula 7,5 6,0 4,4 6,4
avgust 6,6 5,3 4,0 6,1
septembra 5,5 4,4 3,3 5,7
oktobar 4,5 3,3 2,1 5,3
novembar 3,0 2,1 1,2 5,1
decembar 2,7 1,7 0,8 4,8
GODINA 5,0 3,9 2,8 5,7

OBLACI

Količina sunčevog zračenja koja dopire do površine Zemlje zavisi od različitih atmosferskih pojava i položaja Sunca kako tokom dana tako i tokom cijele godine. Oblaci su glavni atmosferski fenomen koji određuje količinu sunčevog zračenja koja dopire do površine Zemlje. U bilo kojoj tački na Zemlji, sunčevo zračenje koje dopire do površine Zemlje opada sa povećanjem oblačnosti. Posljedično, zemlje s pretežno oblačnim vremenom primaju manje sunčevog zračenja nego pustinje, gdje je vrijeme uglavnom bez oblaka. Na formiranje oblaka utiče prisustvo lokalnih karakteristika kao što su planine, mora i okeani, kao i velika jezera. Stoga se količina sunčevog zračenja primljena u ovim područjima i regijama uz njih može razlikovati. Na primjer, planine mogu dobiti manje sunčevo zračenje nego susjedna podnožja i ravnice. Vjetrovi koji duvaju prema planinama uzrokuju podizanje dijela zraka i, hladeći vlagu u zraku, formiraju oblake. Količina sunčevog zračenja u obalnim područjima također se može razlikovati od onih zabilježenih u područjima koja se nalaze u unutrašnjosti.

Količina sunčeve energije primljene tokom dana u velikoj mjeri ovisi o lokalnim atmosferskim pojavama. U podne, uz vedro nebo, ukupno sunčevo zračenje koje pada na horizontalnu površinu može dostići (npr. u srednjoj Evropi) vrednost od 1000 W/m² (u veoma povoljnim vremenskim uslovima ova brojka može biti veća), dok u veoma oblačnom vremenu vrijeme - ispod 100 W / m² čak i u podne.

ZAGAĐENJE

Antropogena i prirodne pojave takođe može ograničiti količinu sunčeve radijacije koja dopire do površine Zemlje. Urbani smog, dim od šumskih požara i vulkanski pepeo u zraku smanjuju upotrebu sunčeve energije povećavajući disperziju i apsorpciju sunčevog zračenja. Odnosno, ovi faktori imaju veći uticaj na direktno sunčevo zračenje nego na ukupno. At teškog zagađenja zrak, na primjer, tokom smoga, direktno zračenje se smanjuje za 40%, a ukupno - samo za 15-25%. Jaka vulkanska erupcija može smanjiti, i to na velikoj površini Zemljine površine, direktno sunčevo zračenje za 20%, a ukupno - za 10% u periodu od 6 mjeseci do 2 godine. Sa smanjenjem količine vulkanskog pepela u atmosferi, efekat slabi, ali proces potpuni oporavak može potrajati nekoliko godina.

POTENCIJAL

Sunce nam daje 10.000 puta više besplatne energije nego što se stvarno koristi širom svijeta. Samo globalno komercijalno tržište kupuje i prodaje nešto manje od 85 triliona (8,5 x 10 13) kWh energije godišnje. Budući da je nemoguće pratiti cijeli proces, nije moguće sa sigurnošću reći koliko ljudi troše nekomercijalne energije (na primjer, koliko se drva i gnojiva skupi i spali, koliko vode se koristi za proizvodnju mehaničkih ili električnih energija). Neki stručnjaci procjenjuju da takva nekomercijalna energija čini jednu petinu ukupne potrošnje energije. Ali čak i ako je to tako, onda ukupna energija, koju čovječanstvo potroši tokom godine, samo je otprilike jedna sedam hiljada sunčeve energije koja pada na površinu Zemlje u istom periodu.

U razvijenim zemljama, kao što su SAD, potrošnja energije iznosi približno 25 triliona (2,5 x 10 13) kWh godišnje, što odgovara više od 260 kWh po osobi dnevno. Ovaj indikator je ekvivalent za pokretanje više od stotinu sijalica sa žarnom niti od 100W dnevno tokom cijelog dana. Prosječan američki građanin troši 33 puta više energije od Indijca, 13 puta više od Kineza, dva i po puta više od Japanca i dvostruko više od Šveđanina.

Količina sunčeve energije koja dopire do površine Zemlje je višestruko veća od njene potrošnje, čak i u zemljama poput Sjedinjenih Država, gdje je potrošnja energije ogromna. Ako se samo 1% teritorije zemlje koristi za ugradnju solarne opreme (fotonaponskih nizova ili solarni sistemi za toplu vodu) koji rade sa efikasnošću od 10%, SAD bi bile u potpunosti opskrbljene energijom. Isto se može reći i za sve ostale razvijene zemlje. Međutim, to je u određenom smislu nerealno – prvo, zbog visoke cijene fotonaponskih sistema, a drugo, nemoguće je pokriti tako velike površine solarnom opremom bez štete po ekosistem. Ali sam princip je tačan. Istu površinu moguće je pokriti disperzirajućim instalacijama na krovovima zgrada, na kućama, pored puteva, na unaprijed određenim parcelama itd. Osim toga, u mnogim zemljama već je više od 1% zemljišta dodijeljeno za vađenje, konverziju, proizvodnju i transport energije. A budući da je većina ove energije neobnovljiva u razmjerima ljudskog postojanja, ova vrsta proizvodnje energije je mnogo štetnija za okoliš od solarnih sistema.

UPOTREBA SUNČEVE ENERGIJE

U većem dijelu svijeta količina sunčeve energije koja pada na krovove i zidove zgrada daleko premašuje godišnju potrošnju energije stanovnika ovih zgrada. Korištenje sunčeve svjetlosti i topline je čist, jednostavan i prirodan način da dobijemo sve oblike energije koji su nam potrebni. Uz pomoć solarni kolektori stambene i poslovne zgrade mogu se grijati i/ili snabdijevati toplom vodom. sunčeva svjetlost, koncentrirano parabolična ogledala (reflektori) se koriste za stvaranje toplote (sa temperaturama do nekoliko hiljada stepeni Celzijusa). Može se koristiti za grijanje ili za proizvodnju električne energije. Osim toga, postoji još jedan način proizvodnje energije uz pomoć Sunca - fotonaponska tehnologija. Fotonaponske ćelije su uređaji koji pretvaraju sunčevo zračenje direktno u električnu energiju.

Sunčevo zračenje može se pretvoriti u korisnu energiju pomoću takozvanih aktivnih i pasivnih solarnih sistema. Aktivni solarni sistemi su solarni kolektori i fotonaponskih ćelija. Pasivni sistemi se dobijaju projektovanjem objekata i odabirom građevinski materijal na način da se maksimalno iskoristi solarna energija.

Sunčeva energija se također pretvara u korisnu energiju indirektno transformacijom u druge oblike energije, kao što su energija biomase, vjetra ili vode. Energija Sunca "kontroliše" vremenske prilike na Zemlji. Veliki dio sunčevog zračenja apsorbiraju okeani i mora, voda u kojoj se zagrijava, isparava i pada na tlo u obliku kiše, "hraneći" hidroelektrane. Vjetar potreban vjetroturbinama nastaje zbog neravnomjernog zagrijavanja zraka. Druga kategorija obnovljivih izvora energije koji proizlaze iz solarne energije je biomasa. Zelene biljke apsorbiraju sunčevu svjetlost, kao rezultat fotosinteze, u njima nastaju organske tvari iz kojih se naknadno mogu dobiti toplina i električna energija. Dakle, energija vjetra, vode i biomase je derivat sunčeve energije.

PASIVNA SUNČEVA ENERGIJA

Pasivne solarne zgrade su one koje su projektovane tako da u najvećoj mogućoj meri uzmu u obzir lokalne klimatske uslove i gde se koriste odgovarajuće tehnologije i materijali za grejanje, hlađenje i osvetljenje zgrade korišćenjem sunčeve energije. To uključuje tradicionalne građevinske tehnike i materijale kao što su izolacija, čvrsti podovi i prozori okrenuti prema jugu. Takvi stambeni prostori se u nekim slučajevima mogu izgraditi bez dodatnih troškova. U drugim slučajevima, dodatni troškovi nastali tokom izgradnje mogu se nadoknaditi nižim troškovima energije. Pasivne solarne zgrade su ekološki prihvatljive, doprinose stvaranju energetske nezavisnosti i energetski uravnotežene budućnosti.

U pasivnom solarnom sistemu, sama građevinska konstrukcija djeluje kao kolektor sunčevog zračenja. Ova definicija odgovara većini najjednostavnijih sistema u kojima se toplina skladišti u zgradi kroz njene zidove, stropove ili podove. Postoje i sistemi u kojima se u konstrukciju zgrade ugrađuju posebni elementi za akumulaciju topline (na primjer, kutije sa kamenjem ili rezervoari ili boce napunjene vodom). Takvi sistemi se takođe klasifikuju kao pasivni solarni. Pasivne solarne zgrade su savršeno mjesto za život. Ovdje se potpunije osjeća povezanost s prirodom, u takvoj kući ima puno prirodnog svjetla, štedi struju.

PRIČA

Istorijski gledano, na dizajn zgrade utjecalo je lokalno klimatskim uslovima i dostupnost građevinskog materijala. Kasnije se čovječanstvo odvojilo od prirode, slijedeći put dominacije i kontrole nad njom. Ova staza je vodila do iste vrste zgrada za gotovo svako područje. Godine 100. n.e. e. istoričar Plinije Mlađi sagradio je ljetnikovac u sjevernoj Italiji, čija je jedna od prostorija imala prozore od tankog liskuna. Soba je bila toplija od ostalih i trebalo je manje drva za grijanje. U čuvenim rimskim termama u I-IV čl. n. e. posebno instaliran veliki prozori južne orijentacije za više solarna toplota ušao u zgradu. VI čl. solarne sobe u kućama i javnim zgradama postale su toliko uobičajene da je Justinijanov zakonik uveo "pravo na sunce" kako bi se garantirao individualni pristup suncu. U 19. veku bili su veoma popularni staklenici u kojima je bilo moderno šetati pod krošnjama bujnog biljnog lišća.

Zbog nestanka struje tokom Drugog svjetskog rata, do kraja 1947. godine u Sjedinjenim Državama, zgrade pasivno koriste solarna energija bile su toliko tražene da je staklena kompanija Libbey-Owens-Ford objavila knjigu pod naslovom Your Sunshine Home, koja sadrži 49 najbolji projekti solarne zgrade. Sredinom 1950-ih, arhitekta Frank Bridgers dizajnirao je prvu na svijetu pasivnu solarnu poslovnu zgradu. Solarni sistem za toplu vodu instaliran u njemu od tada nesmetano radi. Sama zgrada Bridgers Paxton navedena je u Nacionalnom istorijskom registru zemlje kao prva poslovna zgrada na svetu koja se greje na solarno grejanje.

Niske cijene nafte nakon Drugog svjetskog rata skrenule su pažnju javnosti sa solarnih zgrada i pitanja energetske efikasnosti. Od sredine 1990-ih, tržište je mijenjalo svoj stav prema ekologiji i upotrebi obnovljiva energija, a u građevinarstvu se javljaju trendovi koje karakteriše kombinacija projekta budućeg objekta sa okolnom prirodom.

PASIVNI SOLARNI SISTEMI

Postoji nekoliko glavnih načina pasivne upotrebe solarna energija u arhitekturi. Koristeći ih, možete kreirati mnogo različitih shema, čime ćete dobiti različite dizajne zgrada. Prioriteti u izgradnji objekta sa pasivnim korištenjem solarne energije su: dobra lokacija kuće; veliki broj prozori okrenuti prema jugu (na sjevernoj hemisferi) kako bi se puštalo više sunčeve svjetlosti tokom zime (i obrnuto, mali broj prozora okrenutih prema istoku ili zapadu kako bi se ograničila neželjena sunčeva svjetlost ljeti); ispravan proračun toplinskog opterećenja na unutrašnjost kako bi se izbjegle neželjene temperaturne fluktuacije i zagrijale noću, dobro izolirana građevinska konstrukcija.

Lokacija, izolacija, orijentacija prozora i toplotno opterećenje na prostoriji moraju biti jedinstven sistem. Da bi se smanjile unutrašnje temperaturne fluktuacije, izolaciju treba postaviti sa vanjske strane zgrade. Međutim, na mjestima sa brzim unutrašnjim grijanjem, gdje je potrebna mala izolacija, ili gdje je toplinski kapacitet nizak, izolacija bi trebala biti iznutra. Tada će dizajn zgrade biti optimalan za bilo koju mikroklimu. Vrijedi napomenuti činjenicu da pravi balans između toplinskog opterećenja prostora i izolacije dovodi ne samo do uštede energije, već i do uštede građevinskog materijala.

AKTIVNI SOLARNI SISTEMI

Prilikom projektovanja objekta, primena je aktivnih solarnih sistema, kao npr solarni kolektori i fotonaponskih baterija. Ova oprema je postavljena na južnoj strani zgrade. Da biste maksimalno povećali količinu topline zimi, solarni kolektori u Evropi i sjeverna amerika moraju biti postavljeni pod uglom nagiba većim od 50° u odnosu na horizontalnu ravninu. Fiksni fotonaponski nizovi primaju najveću količinu sunčevog zračenja tokom godine kada je ugao nagiba u odnosu na horizont jednak geografskoj širini na kojoj se zgrada nalazi. Ugao krova zgrade i njegova južna orijentacija važni su aspekti pri projektovanju zgrade. Solarni kolektori za toplu vodu i fotonaponski paneli treba da budu postavljeni u neposrednoj blizini mesta potrošnje energije. Glavni kriterij za odabir opreme je njena efikasnost.

SOLARNI KOLEKTORI

Čovjek od davnina koristi sunčevu energiju za zagrijavanje vode. U srcu mnogih solarnih energetski sistemi leži aplikacija solarni kolektori. Kolektor upija svjetlosnu energiju sunca i pretvara je u toplinu, koja se prenosi na rashladno sredstvo (tečnost ili zrak), a zatim se koristi za grijanje zgrada, zagrijavanje vode, proizvodnju električne energije, sušenje poljoprivrednih proizvoda ili kuhanje hrane. Solarni kolektori se mogu koristiti u gotovo svim procesima koji koriste toplinu.

Za tipičnu stambenu zgradu ili stan u Evropi i Sjevernoj Americi, grijanje vode je drugi energetski najintenzivniji kućni proces. Za veliki broj kuća je čak i energetski najzahtjevniji. Upotreba solarne energije može smanjiti troškove grijanja sanitarne vode za 70%. Kolektor predgrijava vodu, koja se zatim dovodi u tradicionalnu kolonu ili bojler, gdje se voda zagrijava do željenu temperaturu. Ovo rezultira značajnim uštedama troškova. Ovaj sistem se lako instalira i ne zahteva skoro nikakvo održavanje.

Danas se solarni sistemi za grijanje vode koriste u privatnim kućama, stambenim zgradama, školama, autopraonicama, bolnicama, restoranima, poljoprivreda i industrije. Svi ovi objekti imaju nešto zajedničko: koriste toplu vodu. Vlasnici kuća i poslovni lideri su već vidjeli da su solarni sistemi za grijanje vode isplativi i sposobni zadovoljiti potrebe za toplom vodom u bilo kojem dijelu svijeta.

PRIČA

Ljudi su vodu grijali uz pomoć Sunca od davnina, prije nego što su fosilna goriva preuzela vodeću ulogu u svjetskoj energiji. Principi solarnog grijanja poznati su hiljadama godina. Crno obojena površina se mnogo zagrijava na suncu, dok se svijetle površine zagrijavaju manje, bijele manje od svih ostalih. Ovo svojstvo se koristi u solarnim kolektorima - najpoznatijim uređajima koji direktno koriste energiju sunca. Kolekcionari su razvijeni prije otprilike dvije stotine godina. Najpoznatiji od njih, ravni kolekcionar, napravio je 1767. godine švajcarski naučnik po imenu Horace de Saussure. Kasnije ga je za kuvanje koristio Sir John Herschel tokom svoje ekspedicije u Južnoj Africi 1930-ih.

Tehnologija proizvodnje solarnih kolektora dostigla je gotovo savremeni nivo 1908. godine, kada je William Bailey izumio kolektor sa toplinski izoliranim tijelom i bakrenim cijevima. Ovaj kolektor je bio vrlo sličan modernom termosifonskom sistemu. Do kraja Prvog svjetskog rata, Bailey je prodao 4.000 ovih kolekcionara, a biznismen s Floride koji je od njega kupio patent prodao je skoro 60.000 kolekcionara do 1941. Racioniranje bakra uvedeno u SAD tokom Drugog svjetskog rata dovelo je do oštrog pada tržišta solarnih grijača.

Sve do globalne naftne krize 1973. ovi uređaji su bili zanemareni. Međutim, kriza se probudila novo interesovanje na alternativne izvore energije. Kao rezultat toga, došlo je do povećanja potražnje za solarna energija. Mnoge zemlje su živo zainteresovane za razvoj ove oblasti. Efikasnost solarnih sistema za grijanje je u stalnom porastu od 1970-ih, zahvaljujući upotrebi kaljenog stakla sa smanjenim sadržajem željeza (ono prenosi više sunčeve energije od običnog stakla) za pokrivanje kolektora, poboljšanoj toplinskoj izolaciji i izdržljivom selektivnom premazu.

VRSTE SOLARNIH KOLEKTORA

Tipičan solarni kolektor skladišti sunčevu energiju u modulima cijevi i metalnih ploča postavljenih na krov zgrade, obojene u crno za maksimalnu apsorpciju zračenja. Upakovani su u staklo ili plastiku i nagnuti na jug kako bi uhvatili maksimalnu sunčevu svjetlost. Dakle, kolektor je minijaturni staklenik koji akumulira toplinu ispod staklene ploče. Pošto se sunčevo zračenje distribuira po površini, kolektor mora imati veliku površinu.

Postoje solarni kolektori različitih veličina i dizajna ovisno o njihovoj primjeni. Mogu da obezbede domaćinstvima toplu vodu za pranje, kupanje i kuvanje, ili da se koriste za prethodno zagrevanje vode za postojeće bojlere. Tržište trenutno nudi mnogo razni modeli kolekcionari. Mogu se podijeliti u nekoliko kategorija. Na primjer, postoji nekoliko vrsta kolektora u skladu s temperaturom koju daju:

Niskotemperaturni kolektori proizvode toplotu niskog stepena, ispod 50 ˚C. Koriste se za grijanje vode u bazenima iu drugim slučajevima kada je potrebna ne prevruća voda.

Kolektori srednje temperature proizvode toplotu visokog i srednjeg potencijala (iznad 50˚C, tipično 60-80˚C). Obično su to stakleni pljosnati kolektori, u kojima se prijenos topline vrši pomoću tekućine, ili koncentratorski kolektori, u kojima se toplina koncentrirano. Predstavnik potonjeg je kolekcionar evakuisani cevasti, koji se često koristi za grijanje vode u stambenom sektoru.

Visokotemperaturni kolektori su parabolične ploče i koriste ih prvenstveno kompanije za proizvodnju električne energije za proizvodnju električne energije za električnu mrežu.

Integrirani razdjelnik

Najjednostavniji tip solarnog kolektora je "kapacitivni" ili "termosifonski kolektor", koji je ovaj naziv dobio jer je kolektor ujedno i spremnik topline u kojem se zagrijava i skladišti "jednokratni" dio vode. Takvi kolektori se koriste za predgrijavanje vode, koja se zatim zagrijava na željenu temperaturu u tradicionalnim instalacijama, kao što su plinski bojleri. U uslovima domaćinstvo zagrijana voda ulazi u spremnik. Time se smanjuje potrošnja energije za naknadno grijanje. Takav kolektor je jeftina alternativa aktivnom solarnom sistemu za grijanje vode koji ne koristi pokretne dijelove (pumpe), zahtijeva minimalno održavanje i ima nulte operativne troškove. Integrisani kolektori za skladištenje sastoje se od jednog ili više crnih rezervoara napunjenih vodom i smeštenih u termoizolovanu kutiju pokrivenu staklenim poklopcem. Ponekad se u kutiju stavlja i reflektor koji pojačava sunčevo zračenje. Svjetlost prolazi kroz staklo i zagrijava vodu. Ovi uređaji su prilično jeftini, ali prije početka hladnog vremena, voda iz njih mora biti isušena ili zaštićena od smrzavanja.

Ravni kolektori

Pločasti kolektori su najčešći tip solarnih kolektora koji se koriste u sistemima za grijanje i grijanje vode za domaćinstvo. Tipično, ovaj kolektor je toplinski izolirana metalna kutija sa staklenim ili plastičnim poklopcem, u koju je postavljena ploča apsorbera (apsorbera) crne boje. Zastakljivanje može biti providno ili mat. Kolektori sa ravnim pločama obično koriste matirano, samo svjetlo, staklo s malo željeza (koje propušta veći dio sunčeve svjetlosti koja ulazi u kolektor). Sunčeva svjetlost pada na ploču koja prima toplinu, a zahvaljujući staklu, gubici topline su smanjeni. Dno i bočne stijenke kolektora obložene su termoizolacijskim materijalom, što dodatno smanjuje gubitke topline.

Ploča apsorbera je obično obojena u crno jer tamne površine apsorbuju više sunčeve energije od svetle. Sunčeva svjetlost prolazi kroz staklo i udara u apsorbirajuću ploču, koja se zagrijava, pretvarajući sunčevo zračenje u toplinsku energiju. Ova toplota se prenosi na rashladnu tečnost - vazduh ili tečnost koja cirkuliše kroz cevi. Budući da većina crnih površina još uvijek odbija oko 10% upadnog zračenja, neke apsorbirajuće ploče su tretirane posebnim selektivnim premazom koji bolje zadržava apsorbiranu sunčevu svjetlost i traje duže od obične crne boje. Selektivni premaz koji se koristi u solarnim panelima sastoji se od vrlo snažnog tankog sloja amorfnog poluvodiča nanesenog na metalnu podlogu. Selektivni premazi se odlikuju visokom apsorpcijom u vidljivom dijelu spektra i niskom emisivnošću u dalekom infracrvenom području.

Apsorbirajuće ploče su obično izrađene od metala koji dobro provodi toplinu (najčešće bakar ili aluminij). Bakar je skuplji, ali bolje provodi toplotu i manje je sklon koroziji od aluminijuma. Ploča apsorbera mora imati visoku toplotnu provodljivost kako bi akumuliranu energiju prenijela na vodu uz minimalne gubitke topline. Ravni kolektori podijeljeni na tečnost i zrak. Oba tipa kolektora su ostakljena ili neglazirana.

Razdjelnici za tekućine

U tečnim kolektorima, solarna energija zagrijava tekućinu koja teče kroz cijevi pričvršćene na apsorbirajuću ploču. Toplota koju apsorbuje ploča odmah se prenosi na tečnost.

Cijevi mogu biti raspoređene paralelno jedna na drugu, a svaka ima ulaz i izlaz, ili u obliku zavojnice. Serpentinski raspored cijevi eliminira mogućnost curenja kroz priključne rupe i osigurava ravnomjeran protok tekućine. S druge strane, prilikom ispuštanja tečnosti kako bi se izbjeglo smrzavanje, može biti teško, jer voda može ostati na mjestima u zakrivljenim cijevima.

Najjednostavniji sistemi fluida koji se koriste obicne vode, koji se zagreva direktno u kolektoru i ulazi u kupatilo, kuhinju itd. Ovaj model je poznat kao "otvoreni" (ili "direktan") sistem. U regionima sa hladnom klimom, kolektori tečnosti se moraju drenirati tokom hladne sezone kada temperatura padne do tačke smrzavanja; ili se kao nosač toplote koristi tečnost protiv smrzavanja. U takvim sistemima, fluid za prijenos topline apsorbira toplinu pohranjenu u kolektoru i prolazi kroz izmjenjivač topline. Izmjenjivač topline je obično spremnik za vodu instaliran u kući, u kojem se toplina prenosi na vodu. Ovaj model se naziva "zatvoreni sistem".

Za grijanje se koriste ostakljeni kolektori tekućine voda za domaćinstvo kao i za grijanje prostora. Neglazirani kolektori obično griju vodu za bazene. Budući da takvi kolektori ne moraju izdržati visoke temperature, koriste jeftine materijale: plastiku, gumu. Ne treba im zaštita od smrzavanja, jer se koriste u toploj sezoni.

Kolektori zraka

Kolektori vazduha imaju prednost u izbegavanju problema sa smrzavanjem i ključanjem od kojih sistemi fluida ponekad pate. Dok je curenje rashladne tečnosti u zračnom razvodniku teže uočiti i popraviti, to je manji problem od curenja tekućine. Vazdušni sistemi često koriste jeftinije materijale od tekućih sistema. Na primjer, plastično staklo, jer radna temperatura u njima ispod.

Zračni kolektori su jednostavni ravni kolektori i uglavnom se koriste za grijanje prostora i sušenje poljoprivrednih proizvoda. Apsorbujuće ploče u kolektorima vazduha su metalne ploče, višeslojni ekrani, uključujući i one od nemetalnih materijala. Zrak prolazi kroz apsorber zbog prirodne konvekcije ili pod utjecajem ventilatora. Budući da je zrak lošiji provodnik topline od tekućine, on prenosi manje topline na apsorber od tekućine za prijenos topline. Neki solarni grijači zraka imaju ventilatore pričvršćene na ploču apsorbera kako bi se povećala turbulencija zraka i poboljšao prijenos topline. Nedostatak ovog dizajna je što troši energiju za rad ventilatora, čime se povećavaju operativni troškovi sistema. U hladnim klimatskim uslovima, vazduh se usmerava u otvor između apsorberske ploče i izolacije zadnji zid kolektor: čime se izbjegava gubitak topline kroz staklo. Međutim, ako se zrak zagrije ne više od 17°C iznad vanjske temperature, medij za prijenos topline može cirkulirati na obje strane ploče apsorbera bez većeg gubitka efikasnosti.

Glavne prednosti kolektora zraka su njihova jednostavnost i pouzdanost. Takvi kolektori imaju jednostavan uređaj. Uz pravilnu njegu, kvalitetan kolektor može trajati 10-20 godina i vrlo je jednostavan za upravljanje. Izmjenjivač topline nije potreban jer se zrak ne smrzava.

Solarni cijevni vakum kolektori

Tradicionalni jednostavni plosnati solarni kolektori dizajnirani su za upotrebu u regijama sa toplom sunčanom klimom. Oni dramatično gube svoju efikasnost u nepovoljnim danima - po hladnom, oblačnom i vjetrovitom vremenu. Štaviše, kondenzacija izazvana vremenskim prilikama i vlaga će uzrokovati prerano trošenje unutrašnjih materijala, što će zauzvrat dovesti do degradacije i kvara sistema. Ovi nedostaci se otklanjaju upotrebom evakuisanih kolektora.

Vakumski kolektori griju vodu za domaću upotrebu gde je potrebna topla voda. Sunčevo zračenje prolazi kroz vanjsku staklenu cijev, udara u apsorbersku cijev i pretvara se u toplinu. Prenosi se tekućinom koja teče kroz cijev. Kolektor se sastoji od nekoliko redova paralelnih staklenih cijevi, na svaku od kojih je pričvršćen cijevni apsorber (umjesto apsorberske ploče u ravnim kolektorima) sa selektivnim premazom. Zagrijana tekućina cirkulira kroz izmjenjivač topline i odaje toplinu vodi koja se nalazi u spremniku.

Vakum kolektori su modularni, tj. cijevi se mogu dodati ili ukloniti po potrebi, ovisno o potrebi za toplom vodom. Prilikom izrade kolektora ovog tipa, iz prostora između cijevi se isisava zrak i stvara se vakuum. Zbog toga se eliminiraju gubici topline povezani s toplinskom provodljivošću zraka i konvekcijom uzrokovane njegovom cirkulacijom. Ono što ostaje je gubitak toplote radijacijom ( toplotnu energiju prelazi sa tople na hladnu površinu, čak i u vakuumu). Međutim, ovaj gubitak je mali i zanemariv u poređenju sa količinom toplote koja se prenosi na tečnost u apsorberskoj cevi. Vakum u staklenoj cijevi - najbolja dostupna toplinska izolacija za kolektor - smanjuje gubitak topline i štiti apsorber i toplinsku cijev od nepovoljnih uvjeta. spoljni uticaji. Rezultat su odlične performanse koje nadmašuju bilo koji drugi tip solarnog kolektora.

Postoji mnogo različitih tipova vakuumskih kolektora. U nekima, druga, treća staklena cijev prolazi unutar apsorberske cijevi; postoje i drugi dizajni rebara za prijenos topline i cijevi za fluid. Postoji vakuumski razvodnik koji drži 19 litara vode u svakoj cijevi, čime se eliminira potreba za posebnim spremnikom vode. Reflektori se također mogu postaviti iza vakuumskih cijevi kako bi se dodatno koncentriralo sunčevo zračenje na kolektoru.

U regijama sa velikim temperaturnim razlikama ovi kolektori su mnogo efikasniji od ravnih kolektora iz više razloga. Prvo, dobro rade u uslovima direktnog i difuznog sunčevog zračenja. Ova karakteristika, u kombinaciji sa sposobnošću vakuuma da minimizira gubitak topline prema van, čini ove kolektore nezamjenjivim u hladnim, oblačnim zimama. Drugo, zbog okruglog oblika vakuumske cijevi, sunčeva svjetlost pada okomito na apsorber veći dio dana. Poređenja radi, u fiksnom ravnom kolektoru sunčeva svjetlost pada okomito na njegovu površinu samo u podne. Vakumski kolektori imaju višu temperaturu vode i efikasnost od ravnih kolektora, ali su i skuplji.

Čvorišta

Fokusirajući kolektori (koncentratori) koriste zrcalne površine da koncentrišu sunčevu energiju na apsorberu, koji se naziva i "heat sink". Temperatura koju postižu je mnogo viša od ravnih kolektora, ali oni mogu koncentrirati samo direktno sunčevo zračenje, što dovodi do loše performanse po maglovitom ili oblačnom vremenu. Površina ogledala fokusira sunčevu svjetlost koja se odbija od velike površine na manju površinu apsorbera, čime se postiže visoka temperatura. U nekim modelima, sunčevo zračenje je koncentrisano u žarišnoj tački, dok su u drugim sunčeve zrake koncentrisane duž tanke žarišne linije. Prijemnik se nalazi u fokusnoj tački ili duž žarišne linije. Tečnost za prenos toplote prolazi kroz prijemnik i apsorbuje toplotu. Takvi kolektori-koncentratori su najprikladniji za regije s visokom insolacijom - blizu ekvatora, u oštroj kontinentalnoj klimi i pustinjskim područjima.

Čvorišta najbolje rade kada su okrenuta direktno prema Suncu. Za to se koriste uređaji za praćenje, koji tokom dana okreću kolektor "licem" prema Suncu. Jednoosni tragači rotiraju od istoka prema zapadu; biaksijalni - od istoka prema zapadu i ugao iznad horizonta (da prati kretanje Sunca po nebu tokom godine). Čvorišta se uglavnom koriste u industrijskim instalacijama jer su skupa i potrebni su trackeri trajna njega. Neki stambeni sistemi solarne energije koriste parabolične koncentratore. Ove jedinice se koriste za opskrbu toplom vodom, grijanje i prečišćavanje vode. U domaćim sistemima uglavnom se koriste jednoosni uređaji za praćenje - jeftiniji su i jednostavniji od dvoosnih.

Rastuće cijene energenata u Rusiji tjeraju interesovanje za jeftine izvore energije. Najpovoljnija je solarna energija. Energija sunčevog zračenja koja pada na Zemlju je 10.000 puta veća od količine energije koju proizvodi čovječanstvo. Problemi nastaju u tehnologiji prikupljanja energije iu vezi sa neravnomjernim snabdijevanjem energijom solarnih elektrana. Stoga se solarni kolektori i solarne baterije koriste ili u kombinaciji sa skladištem energije ili kao sredstvo za dodatno napajanje glavne elektrane.

Naša zemlja je ogromna i slika distribucije solarne energije na njenoj teritoriji je veoma raznolika.

Prosječni podaci za unos solarne energije

Intenzitet unosa solarne energije

Zone maksimalnog intenziteta sunčevog zračenja. Više od 5 kW se isporučuje po 1 kvadratnom metru. sat. solarne energije po danu.

Duž južne granice Rusije od Bajkala do Vladivostoka, u regiji Jakutsk, na jugu Republike Tuve i Republike Burjatije, začudo, iza arktičkog kruga u istočnom dijelu Severne zemlje.

Ulaz solarne energije od 4 do 4,5 kW. sat po kvadratu metar na dan

Krasnodarski kraj, Severni Kavkaz, Rostovska oblast, južni deo Volge, južni regioni Novosibirska, Irkutske oblasti, Burjatija, Tiva, Hakasija, Primorski i Khabarovsk region, Amurska oblast, ostrvo Sahalin, ogromne teritorije od Krasnojarskog teritorija do Magadana, Severna zemlja, severoistočno od Jamalo-Neneckog autonomnog okruga.

Od 2,5 do 3 kW. sat po kvadratu metar na dan

Duž zapadnog luka - Nižnji Novgorod, Moskva, Sankt Peterburg, Salekhard, istočni dio Čukotke i Kamčatka.

Od 3 do 4 kW. sat po kvadratu metar na dan

ostatak zemlje.

Trajanje sunčanja po godini

Energetski tok ima najveći intenzitet u maju, junu i julu. Tokom ovog perioda, u centralnoj Rusiji, po 1 sq. metar površine iznosi 5 kW. sat dnevno. Najmanji intenzitet je u decembru-januaru, kada je 1 m2. metar površine iznosi 0,7 kW. sat dnevno.

Instalacijske karakteristike

Ako instalirate solarni kolektor pod uglom od 30 stepeni prema površini, tada možete osigurati uklanjanje energije u maksimalnom i minimalnom režimu, respektivno, 4,5 i 1,5 kWh po 1 sq. metar. za jedan dan.

Distribucija intenziteta sunčevog zračenja u centralnoj Rusiji po mjesecima

Na osnovu navedenih podataka moguće je izračunati površinu ravnih solarnih kolektora potrebnih za obezbjeđivanje tople vode za 4-članu porodicu u individualnoj kući. Zagrijavanje 300 litara vode od 5 stepeni do 55 stepeni u junu mogu obezbijediti kolektori površine 5,4 kvadrata, u decembru 18 kvadrata. metara. Ako se koriste efikasniji vakuum kolektori, potrebna površina kolektora se smanjuje za otprilike polovicu.

Pokrivenost solarnom PTV-om

U praksi je poželjno koristiti solarne kolektore ne kao glavni izvor tople vode, već kao uređaj za zagrijavanje vode koja ulazi u instalaciju grijanja. U ovom slučaju, potrošnja goriva je naglo smanjena. Time se osigurava nesmetano snabdijevanje toplom vodom i štedi novac na opskrbi toplom vodom i grijanju kuće, ako se radi o kući za stalno stanovanje. U dachama, ljeti, koriste toplu vodu različite vrste solarni kolektori. Od fabrički napravljenih kolektora do kućnih uređaja napravljenih od improvizovanih materijala. Razlikuju se prvenstveno po efikasnosti. Fabrički je efikasniji, ali skuplji. Gotovo besplatno možete napraviti kolektor sa izmjenjivačem topline iz starog frižidera.

U Rusiji je ugradnja solarnih kolektora regulisana RD 34.20.115-89 " Smjernice o proračunu i projektovanju sistema solarnog grijanja", VSN 52-86 (u RTF formatu, 11 Mb) "Instalacije tople solarne vode. Standardi dizajna". Postoje preporuke o upotrebi netradicionalnih izvora energije u stočarstvu, proizvodnji stočne hrane, seljačkim farmama i sektoru ruralnog stanovanja, razvijene na zahtjev Ministarstva poljoprivrede 2002. GOST R 51595 "Solarni kolektori. Tehnički zahtjevi", GOST R 51594 " solarna energija. Termini i definicije",

Ovi dokumenti detaljno opisuju sheme korištenih solarnih kolektora i najefikasnije načine njihove primjene u različitim klimatskim uvjetima.

Solarni kolektori u Njemačkoj

U Njemačkoj država subvencionira troškove ugradnje solarnih kolektora, tako da njihova upotreba stalno raste. U 2006. godini postavljeno je milion i 300 hiljada kvadratnih metara kolektora. Od ovog iznosa, oko 10% su skuplji i efikasniji vakuum kolektori. Ukupna površina do sada instaliranih solarnih kolektora iznosi oko 12 miliona kvadratnih metara.

Materijali i grafika ljubaznošću Viessmanna

Intenzitet sunčeve svjetlosti koja dopire do Zemlje varira u zavisnosti od doba dana, godine, lokacije i vremenskih uslova. Ukupna količina energije izračunata dnevno ili godišnje naziva se zračenje (ili na drugi način, „dolazak sunčevog zračenja“) i pokazuje koliko je sunčevo zračenje bilo snažno. Ozračenje se mjeri u W*h/m² po danu ili drugom periodu.

Intenzitet sunčevog zračenja u slobodnom prostoru na udaljenosti jednakoj prosječnoj udaljenosti između Zemlje i Sunca naziva se solarna konstanta. Njegova vrijednost je 1353 W / m². Prilikom prolaska kroz atmosferu, sunčeva svjetlost se uglavnom slabi zbog apsorpcije infracrvenog zračenja vodenom parom, ultraljubičastog zračenja ozonom i raspršivanja zračenja česticama atmosferske prašine i aerosola. Indikator uticaja atmosfere na intenzitet sunčevog zračenja koje dopire do površine zemlje naziva se "vazdušna masa" (AM). AM se definiše kao sekansa ugla između Sunca i zenita.

Slika 1 prikazuje spektralnu distribuciju intenziteta sunčevog zračenja u raznim uslovima. Gornja kriva (AM0) odgovara sunčevom spektru izvan Zemljine atmosfere (na primjer, na brodu svemirski brod), tj. na nultu vazdušnu masu. Aproksimira se raspodjelom intenziteta zračenja crnog tijela na temperaturi od 5800 K. Krive AM1 i AM2 ilustruju spektralnu raspodjelu sunčevog zračenja na površini Zemlje kada je Sunce u zenitu i pod kutom između Sunca i zenita. od 60°, respektivno. U ovom slučaju, ukupna snaga zračenja je oko 925 i 691 W / m², respektivno. Prosječni intenzitet zračenja na Zemlji približno se poklapa sa intenzitetom zračenja na AM=1,5 (Sunce je pod uglom od 45° prema horizontu).

Blizu površine zemlje, može se uzeti prosječna vrijednost intenzitet sunčevog zračenja 635 W/m². Za vrlo vedrog sunčanog dana, ova vrijednost se kreće od 950 W/m² do 1220 W/m². Prosječna vrijednost je približno 1000 W / m². Primjer: Ukupni intenzitet zračenja u Cirihu (47°30′ S, 400 m nadmorske visine) na površini okomitoj na zračenje: 1. maja 12:00 1080 W/m², 21. decembra 12:00 930 W/m².

Da bi se pojednostavio proračun solarne energije, ona se obično izražava u sunčanim satima intenziteta od 1000 W/m². One. 1 sat odgovara dolasku sunčevog zračenja od 1000 W*h/m². Ovo otprilike odgovara periodu kada sunce sija ljeti usred sunčanog dana bez oblaka na površini okomitoj na sunčeve zrake.

Primjer
Jarko sunce sija intenzitetom od 1000 W/m² na površinu okomitu na sunčeve zrake. Za 1 sat, 1 kWh energije pada na 1 m² (energija je jednaka proizvodu snage i vremena). Slično tome, prosječan unos solarne energije od 5 kWh/m² dnevno odgovara 5 sunčanih sati dnevno. Nemojte brkati vršne sate sa stvarnim trajanjem dnevnim satima. Tokom dana, sunce sija različitim intenzitetom, ali ukupno daje istu količinu energije kao da je sijalo 5 sati maksimalnim intenzitetom. To su vršni sunčani sati koji se koriste u proračunima solarnih elektrana.

Dolazak sunčevog zračenja varira tokom dana i od mjesta do mjesta, posebno u planinskim područjima. Zračenje u prosjeku varira od 1000 kWh/m² godišnje za zemlje sjeverne Evrope, do 2000-2500 kWh/m² godišnje za pustinje. Vremenski uslovi i deklinacija sunca (što zavisi od geografske širine područja) takođe dovodi do razlika u dolasku sunčevog zračenja.

U Rusiji, suprotno uvriježenom mišljenju, postoji mnogo mjesta gdje je isplativo pretvarati solarnu energiju u električnu. Ispod je mapa izvora solarne energije u Rusiji. Kao što vidite, u većem dijelu Rusije može se uspješno koristiti u sezonskom režimu, a u područjima sa više od 2000 sunčanih sati godišnje - tijekom cijele godine. Naravno, u zimski period Proizvodnja solarne energije je značajno smanjena, ali i dalje trošak električne energije iz solarna elektrana ostaje znatno niži nego kod dizel ili benzinskih generatora.

Posebno je korisna za korištenje tamo gdje nema centraliziranih električnih mreža, a opskrbu energijom osiguravaju dizel agregati. A takvih regija u Rusiji ima puno.

Štoviše, čak i tamo gdje postoje mreže, korištenje solarnih panela koji rade paralelno s mrežom može značajno smanjiti troškove energije. Uz trenutni trend povećanja tarifa ruskih monopola za prirodnu energiju, postavljanje solarnih panela postaje pametna investicija.

"Standard Sun"(vršna snaga zračenja koja dopire do površine Zemlje na nivou mora u blizini ekvatora u popodnevnim satima bez oblaka): 1000 W/m 2 ili 1 kW/m 2.

Ova vrijednost se obično koristi u karakteristikama fotonaponskih sistema. Ovdje i ispod, sve brojke su date za površine koje su optimalno locirane u odnosu na sunce (okomito na zrake) u skladu sa zemljopisnom širinom. Za horizontalne površine dobit ćete manje sunčeve svjetlosti: što je dalje od ekvatora, to je manja gustina sunčeve energije.

Insolacija(prosječan broj sati "standardnog sunca" dnevno): od 4-5 sunčanih sati na sjeveroistoku Sjedinjenih Država do 5-7 sati na jugozapadu. Insolacija se često navodi u kWh, numerički izvedeno iz "standardne sunčeve" vrijednosti od 1 kW.

Ukupna količina zračene sunčeve energije dnevno po m 2 na nivou mora: (energija po danu) \u003d 1 kWh × (insolacija u satima). S obzirom na prosječnu insolaciju u SAD od 5 solarnih sati, ova vrijednost je tipično 5 kWh/m 2 .

solarne energije, prosječno tokom cijelog dana: Watts u prosjeku = (energija po danu) / 24. Za insolaciju od 5 kWh, prosječna snaga tokom cijelog dana je 5000 W / 24 = 208 W / m 2. Imajte na umu da se samo mali dio ove energije može pretvoriti u električnu energiju zbog ne baš visoka efikasnost fotonaponskih sistema.

Tipične karakteristike fotonaponskih sistema

Prosečna efikasnost uobičajeni komercijalni solarni paneli: kristalni silicijum (CSI) - 12-17%; tankog filma (od amorfnog silicijuma i drugih materijala) - 8-12%.

Snaga generiran panelom od jednog kvadratnog metra: PVwatts = (solarna snaga) × (prosječna efikasnost), gdje se efikasnost pretvara u decimalni broj.

Vršna snaga popodne bez oblaka: PVwatts-peak = 1000 W × efikasnost. Tipično vršna snaga je 120170 W/m 2 za CSi i 80-120 W/m 2 za tanke filmove (TF).

Ukupna prosječna količina energije proizvodi panel od jednog m2 dnevno: PVdan = PVwatts-peak × (Insolacija u satima). Za insolaciju u 5 sati ova vrijednost će biti 0,6-0,85 kW/m2 za CSi i 0,4-0,6 kW/m2 za TF.

Generisana energija paneli u prosjeku za cijeli dan: PVwatts-prosek = PVdan/24. Ovo je otprilike 25-35 W/m2 za CSi i 17-25 W/m2 za TF.

Ukupna energija koju generiše fotonaponski modul po m2 godišnje: PVgodina = ( ukupna energija dnevno) × 365, što će biti otprilike 219-310 kWh za CSi i 146-219 kWh za TF. Imajte na umu da su invertori efikasni 95-97%, tako da će biti 5% manje stvarne struje.

Očekivani trošak električne energije od jednog ušteđenog m 2 godišnje: Ušteda = PVgodina × 0,95 × (kWh trošak), gdje je 0,95 efikasnost pretvarača i gubici u žicama.

U prosjeku u SAD-u, cijena jednog kWh električne energije iznosi 0,12 dolara, što daje 24-35 dolara godišnje za CSi i 17-24 dolara za tanke filmove. Tako će u najboljem slučaju biti moguće uštedjeti 35 USD godišnje po 1 m2 panela. Ova brojka se odnosi na sistem visoke efikasnosti sa nazivnom snagom od 170 W/m 2 . S obzirom na činjenicu da tipičan fotonaponski sistem trenutno košta 8.000 USD za 1.000 W, takve instalacije bi koštale 170/1.000 × 8.000 USD = 1.360 USD po m2. To znači da bi u našem primjeru hipotetički period otplate bio 1360/35 = 39 godina. Nijedan komad opreme ne može trajati toliko dugo. Popusti i krediti mogu skratiti ovo vrijeme za više od pola, ali ipak, za prosječno domaćinstvo, malo je vjerovatno da će se ugradnja solarnog panela isplatiti. Naravno, ovo je samo primjer. U područjima sa različitom insolacijom i drugim troškovima ugradnje, period povrata može biti duži ili kraći.

Kratke informacije o Suncu

  • Prečnik: 1.392.000 km;
  • Masa: 1.989.100 × 1024 kg;
  • Temperatura površine: ~5,700 °S;
  • Prosječna udaljenost od Zemlje do Sunca: 150 miliona km;
  • Sastav po masi: 74% vodonika, 25% helijuma, 1% ostalih elemenata;
  • Svjetlina (ukupna količina energije koja se zrači u svim smjerovima): 3,85 × 10 26 W (~385 milijardi MW);
  • Gustina snage zračenja na površini Sunca: 63.300 kW po kvadratnom metru.

Solarna baterija je niz solarnih modula koji pretvaraju solarnu energiju u električnu energiju i pomoću elektroda je dalje prenose na druge konvertorske uređaje. Potonji su potrebni kako bi se od jednosmjerne struje napravila naizmjenična struja koju su u stanju da percipiraju kućni električni aparati. Jednosmjerna struja se dobiva kada solarne ćelije percipiraju solarnu energiju, a energija fotona se pretvara u električnu struju.

Koliko fotona pogodi fotoćeliju određuje koliko energije solarna baterija daje. Iz tog razloga na performanse baterije ne utiče samo materijal fotoćelije, već i količina sunčanih dana godišnje, ugao upada sunčeve zrake na bateriju i druge faktore van ljudske kontrole.

Aspekti koji utiču na količinu energije koju solarni panel proizvodi

Prije svega, performanse solarnih panela ovise o materijalu proizvodnje i tehnologiji proizvodnje. Od onih koji se nalaze na tržištu, možete pronaći baterije sa performansama od 5 do 22%. Sve solarne ćelije se dijele na silikonske i filmske.

Performanse silikonskog modula:

  • Monokristalni silikonski paneli - do 22%.
  • Polikristalne ploče - do 18%.
  • Amorfna (fleksibilna) - do 5%.

Performanse filmskog modula:

  • Na bazi kadmijum telurida - do 12%.
  • Na bazi meli-indijum-galijum selenida - do 20%.
  • Na bazi polimera - do 5%.

Postoje također mješoviti tipovi paneli, koji uz prednosti jednog tipa omogućavaju da se pokriju nedostaci drugog, čime se povećava efikasnost modula.

Broj vedrih dana u godini takođe utiče na to koliko energije daje solarna baterija. Poznato je da ako se sunce u vašem području pojavljuje cijeli dan na manje od 200 dana u godini, tada instaliranje i korištenje solarnih panela vjerojatno neće biti isplativo.

Pored toga, na efikasnost panela utiče i temperatura grejanja baterije. Dakle, kada se zagreje za 1̊S, performanse opadaju za 0,5%, odnosno, kada se zagreju za 10̊S, imamo upola smanjenu efikasnost. Kako bi se spriječili takvi problemi, ugrađuju se rashladni sistemi koji također zahtijevaju potrošnju energije.

Da bi se održale visoke performanse tokom dana, instalirani su sistemi za solarno praćenje koji pomažu da se zraci na solarnim panelima drže pod pravim uglom. Ali ovi sistemi su prilično skupi, da ne spominjemo same baterije, tako da ne može svako priuštiti da ih instalira za napajanje svog doma.

Koliko energije solarna baterija generiše zavisi i od ukupne površine ​​instalisanih modula, jer svaka fotoćelija može prihvatiti ograničenu količinu.

Kako izračunati koliko energije solarni panel daje vašem domu?

Na osnovu gore navedenih tačaka koje treba uzeti u obzir pri kupovini solarnih panela, možemo izvesti jednostavnu formulu po kojoj možemo izračunati koliko će energije proizvesti jedan modul.

Recimo da ste odabrali jedan od najproduktivnijih modula površine 2 m2. Količina solarne energije po tipičnom sunčanom danu je približno 1000 vati po m2. Kao rezultat, dobijamo sljedeću formulu: solarna energija (1000 W/m2) × produktivnost (20%) × površina modula (2 m2) = snaga (400 W).

Ako želite izračunati koliko sunčeve energije prima baterija uveče i po oblačnom danu, možete koristiti sljedeću formulu: količina sunčeve energije po vedrom danu × sinus kuta sunčeve svjetlosti i površine panela × postotak energije pretvorene po oblačnom danu = koliko solarne energije na kraju pretvori bateriju. Na primjer, recimo da je navečer upadni ugao zraka 30̊. Dobijamo sljedeću kalkulaciju: 1000 W / m2 × sin30̊ × 60% = 300 W / m2, a posljednji broj se koristi kao osnova za izračunavanje snage.