Los paneles de semiconductores que convierten la energía del sol en electricidad generalmente se instalan para un propósito: garantizar el funcionamiento de los electrodomésticos. Estos entusiastas no se detienen allí e intentan adaptar los paneles solares para calentar la casa. Sugerimos discutir esta idea, considerar posibles métodos de calentamiento utilizando paneles fotovoltaicos. La rentabilidad de las plantas de energía alternativas y otros problemas financieros no tiene sentido, es un tema separado.
Como funciona una planta de energía solar
No nos vamos a tomar su tiempo y hablar sobre cómo los módulos de semiconductores generan corriente. Pero si desea organizar el calentamiento solar de una casa privada, debe imaginar el principio de la estación fotovoltaica y conocer todos los matices que afectan su potencia.
La planta de energía solar (SES) consta de los siguientes elementos (que se muestran en el siguiente diagrama):
- uno o más paneles que reciben radiación del sol;
- baterías recargables (baterías) que acumulan la electricidad generada;
- el controlador monitorea el nivel de carga, dirige la corriente al circuito deseado;
- El inversor convierte el voltaje constante de los paneles solares en corriente alterna de 220 V.
Un punto interesante El precio de los módulos no es más del 30% del costo de un conjunto completo de equipos. El 70% restante son baterías, una unidad inversora y un controlador. Los accesorios se seleccionan para un voltaje de funcionamiento de 12, 24 o 48 voltios.
Simplificamos el algoritmo del sistema:
- Durante el día, las baterías generan corriente a través del controlador.
- La unidad electrónica estima el nivel de carga de la batería, luego dirige la energía a la línea deseada, para cargarla o para los consumidores (al inversor).
- La unidad inversora convierte la corriente continua en corriente alterna con parámetros estándar: 220 V / 50 Hz.
Hay 2 tipos de controladores: PWM y MPPT. La diferencia entre los dos consiste en el método de carga de elementos de potencia y la magnitud de las pérdidas de voltaje. Los bloques MPPT son más modernos y económicos. Se utilizan diferentes baterías: plomo-ácido, gel, etc.
Si planea usar varios módulos, entonces están interconectados de 3 maneras:
- Un esquema de conexión en paralelo le permite aumentar la corriente en el circuito. Los contactos "negativos" de todas las baterías están conectados a una línea, los contactos "más" a la otra. El voltaje de salida permanece sin cambios.
- El uso de un circuito en serie permite aumentar el voltaje de salida. El terminal "menos" del primer panel se conecta al "más" del segundo y así sucesivamente.
- El método combinado se usa cuando necesita cambiar ambos parámetros: intensidad de corriente y voltaje. Varios módulos están conectados en serie, luego un grupo está conectado a una red común en paralelo con otros grupos similares.
¿Cuántos paneles solares necesitas para calentar una casa?
Parece que todo es simple. Aproximadamente 10 kW = 10,000 vatios de energía térmica se utilizarán para calentar una pequeña casa de campo de 100 m². Se trata de 100 paneles de 0.1 kW o 34 módulos grandes de 300 vatios. No se pueden poner tantas baterías en el techo de la casa, pero no se habla del apartamento.
Referencia. El tamaño de 1 celda fotovoltaica con una potencia de 100 W, fabricado por tecnología policristalina, es de aproximadamente 1020 x 700 mm o 0,71 m². Una batería similar de 300 W ocupará 1,68 m² (170 x 99 cm).
Haremos una reserva de inmediato, el resultado es incorrecto, ya que no tiene en cuenta las características del funcionamiento de los sistemas de energía solar:
- El módulo fotovoltaico proporciona la máxima potencia cuando los rayos caen en un ángulo de 90 ° con respecto al plano de la batería.Si no crea un rastreador, un mecanismo de seguimiento que gira el panel después del movimiento del sol, perdemos aproximadamente el 40% de la energía. Por otro lado, dicho dispositivo también consume electricidad.
- La cantidad de radiación solar por 1 m² (insolación) depende de la región de residencia, la altitud y el área sombreada. Estos factores afectan directamente el rendimiento de la batería.
- Con el tiempo, el recubrimiento semiconductor de los módulos se degrada, como resultado, aproximadamente el 1% de la energía eléctrica se pierde anualmente.
- Si el sol sobrecalienta la capa fotoeléctrica, el rendimiento del panel también disminuye.
- Una pequeña fracción de la energía se pierde en equipos relacionados: inversores, controladores, baterías. Este es un calentamiento banal de piezas: transformadores, microcircuitos y otros elementos.
- Cuando la superficie de trabajo está contaminada con polvo o cubierta de nieve, se producen pérdidas adicionales.
- Tenga en cuenta que para que el sol se caliente en invierno, la electricidad generada debería ser suficiente para calentar la casa y cargar las baterías durante la noche.
Conclusión. No existe un cálculo universal de la potencia eléctrica de las baterías adecuada para todos los países y regiones. Pero la cifra anunciada por encima de 10 kW debe duplicarse (al menos) para obtener un resultado decente en la práctica. Necesitará paneles de 200 vatios que cubren un área de más de 140 m².
Hay una manera confiable de obtener datos de insolación precisos y calcular el rendimiento de los paneles solares comunicándose con su compañía de instalación local. O estudie el mapa de insolación del área usted mismo.
Sugerimos ir hacia otro lado: para usar la experiencia de los propietarios de plantas de energía solar autónomas, lea sus comentarios en foros temáticos. Encuentre allí a los usuarios que viven en su área si desea obtener números reales de forma gratuita. Aquí hay unos ejemplos:
- Sistema autónomo de suministro de energía solar, ubicado en la región de Leningrado, Rusia. Se instalaron 6 paneles de 0.22 kW cada uno (un total de 1.32 kW), la potencia máxima en un día de invierno sin nubes fue de 1.157 vatios. El tema se discute en el famoso foro en ruso.
- Anapa, rendimiento de la batería - 2.2 kW, el número no está indicado. Durante el día, la planta de energía genera alrededor de 9 kW.
- Moscú, SES potencia 2,64 kW. Durante todo junio, la instalación generó 304 kW de energía.
Nota. Encontrará revisiones y otros datos útiles sobre el funcionamiento del SES en esta dirección.
Tenga en cuenta: solo tomamos en cuenta la energía solar para calefacción, calefacción de agua y otras necesidades domésticas. Cómo calcular la cantidad de baterías en la práctica, vea el video:
Métodos de calentamiento real
Como comprende lo anterior, es bastante difícil (y costoso) realizar el calentamiento eléctrico completo de una casa con paneles solares. No todos los propietarios decidirán comprar e instalar paneles en un área de 100-150 m² para calentar una pequeña casa o cabaña. Entonces, el esquema de la caldera eléctrica + sistema de agua + radiadores de calefacción desaparece.
Pero la idea de calentar con módulos solares todavía no se puede llamar utopía. Enumeramos las opciones implementadas por los propietarios en la práctica:
- paneles más aires acondicionados inverter con coeficiente de eficiencia COP 3.5–4;
- conectar baterías directamente a calentadores eléctricos sin inversor;
- la construcción de una estación de energía solar completa, la venta de electricidad al estado, los ingresos se destinan al pago de la calefacción tradicional.
Adición. El uso de paneles como fuentes de energía adicionales para la calefacción básica no tiene sentido para discutir, esta es una solución obvia.
Comencemos con la tercera opción, que es interesante para los empresarios. En los países donde el estado ha establecido la llamada tarifa verde, el propietario puede recibir electricidad de fuentes renovables y entregarla a la red energética común, obteniendo ganancias.Es decir, el propietario adquiere los mismos paneles solares de 200-300, pero vende energía a un buen precio y no desperdicia mucho en vano.
Por ejemplo, en Ucrania, la tarifa verde supera las 3 veces habituales (a partir de junio de 2019). Es necesario soportar 1 condición: la capacidad mínima de SES es de 30 kW. Construya una planta de energía, suministre energía a la red y compre tres veces más barato.
Las 2 opciones restantes se considerarán con más detalle.
Aire acondicionado
El método se basa en la efectividad de los sistemas de división de inversores que entregan cuatro veces más calor al interior de la casa que la energía consumida. Cómo realizar tal calentamiento:
- En primer lugar, maximizamos la pérdida de calor del edificio: aislamos las paredes, los pisos y el techo, instalamos ventanas que ahorran energía. Un indicador de consumo de calor ideal para una casa de 100 m² - 6 kW.
- Compramos 2 aires acondicionados con compresores inverter que funcionan a temperatura ambiente negativa. El rendimiento total de las unidades debe ser igual a la pérdida de calor de la casa, en nuestro caso, 6 kW. El consumo de tales "divisiones" no excederá de 2 kW.
- Estamos instalando una estación solar capaz de proporcionar aire acondicionado durante todo el día.
- Para calentar en los días más fríos, vale la pena instalar cualquier fuente tradicional de calor: una caldera, una estufa de leña.
El video al final de esta sección confirma que el circuito descrito está completamente operativo. Una desventaja significativa: a una temperatura negativa, la eficiencia de los aires acondicionados disminuye drásticamente, no puede prescindir de una caldera. En climas templados y del norte, los módulos solares por sí solos no pueden hacer frente.
Nota. La mayoría de los sistemas divididos por inversor pueden funcionar en heladas de hasta -15 ° C. La eficiencia del COP se reduce a 1.5–2 (se genera el doble de calor que la electricidad que se consume).
Uso de calentadores locales.
Estamos hablando de una reducción significativa en el costo del sistema en el caso de usar consumidores sin pretensiones: calentadores de ventilador ordinarios. Debido a la falta de un inversor, los calentadores de 12 voltios deberán conectarse a los módulos solares (puede tomar un automóvil o hacerlo usted mismo).
Cómo armar un generador de energía solar:
- Instalamos la cantidad requerida de baterías con un voltaje de funcionamiento de 12 voltios.
- Los conectamos con cables de 2,5 mm² de acuerdo con el siguiente diagrama, sin inversor.
- Conectamos la carga: un calentador de ventilador de baja potencia de 12 V.
A continuación, en el video, el especialista describe en detalle todos los matices de dicha conexión. El método es adecuado para calentar habitaciones individuales con calentadores de ventilador de 1–1.5 kW. Es más difícil calentar toda la casa: debe ensamblar varios circuitos separados con paneles solares para no aumentar la sección transversal de los cables.
Conclusión final
Hacer la calefacción completa de una casa privada con paneles solares es muy difícil. El único escenario más o menos realista es el uso de sistemas divididos, o mejor, una bomba de calor geotérmica, poco dependiente de la temperatura de la calle. La instalación consume poca electricidad, por lo que puede funcionar desde un SES doméstico.
Excluimos específicamente cuestiones financieras del artículo, ya que estábamos hablando de cuestiones técnicas. Pero debe comprender que los equipos de energía solar (baterías, baterías, inversores y unidades de control) cuestan mucho dinero. Para resolver el problema con éxito, debe ser un entusiasta bien ganado.
Un circuito con colectores de vacío conectados a un calentador de agua indirecto será más barato. Pero esta opción tiene sus propias dificultades, por ejemplo, la acumulación de calor y el estancamiento del colector durante el calor. No existe una solución fácil para la difícil tarea de aprovechar la energía solar.