Paneles solares para calefacción y electrificación de la casa

Latitud y longitud profundidad del problema

Imagina que eres un científico. Te encuentras con un artículo interesante, pero los resultados/experimentos no se pueden replicar en un laboratorio. Es lógico escribir sobre esto a los autores del artículo original, pedir consejo y hacer preguntas aclaratorias. Según la encuesta, ¡menos del 20% lo ha hecho alguna vez en su carrera científica!

Los autores del estudio señalan que tal vez tales contactos y conversaciones sean demasiado difíciles para los propios científicos, porque revelan su incompetencia e inconsistencia en ciertos temas o revelan demasiados detalles del proyecto actual.

Además, una minoría absoluta de científicos intentó publicar refutaciones de resultados irreproducibles, mientras enfrentaba la oposición de editores y revisores que exigían que se restara importancia a la comparación con el estudio original. ¿Es de extrañar que la probabilidad de informar resultados científicos no reproducibles sea de alrededor del 50 %?

Primera pregunta: ¿Ha intentado reproducir los resultados del experimento?

Segunda pregunta: ¿Ha intentado publicar su intento de reproducir los resultados?

¿Tal vez valga la pena entonces dentro del laboratorio al menos para realizar una prueba de reproducibilidad? Lo más triste es que un tercio de los encuestados NUNCA siquiera han pensado en crear métodos para comprobar la reproducibilidad de los datos. Solo el 40% indicó que usa regularmente tales técnicas.

Pregunta: ¿Alguna vez ha desarrollado técnicas/procesos tecnológicos especiales para mejorar la reproducibilidad de los resultados?

En otro ejemplo, una bioquímica del Reino Unido, que no quiso ser identificada, dice que tratar de replicar el trabajo para su proyecto de laboratorio simplemente duplica el tiempo y el dinero, sin agregar nada nuevo al trabajo. Los controles adicionales se llevan a cabo solo para proyectos innovadores y resultados inusuales.

Y, por supuesto, las antiguas preguntas rusas que comenzaron a torturar a los colegas extranjeros: ¿quién tiene la culpa y qué hacer?

¿De qué están hechas las células solares de primera generación?

Estructuralmente, dichos módulos constan de los siguientes elementos:

• hoja de metal base - contacto base;
• la capa aditiva inferior de un semiconductor de silicio con predominio de electrones de tipo n, debido a la adición de fósforo;
• la capa cristalina superior se satura con electrones de tipo p, generalmente dopando con boro;
• revestimiento antirreflectante: para maximizar la absorción de radiación;
• contacto delgado tipo rejilla metalizada con un cable para cerrar la red;
• vidrio protector grueso, generalmente templado para trabajo pesado;
• marco de encuadre.

El grosor de las obleas de silicio monocristalino Mono-Si o policristalino Poli-Si en las células es de aproximadamente 200-300 µm. La vida útil se estima en 20-25 años, con una caída de la productividad de una media del 0,5% anual. La eficiencia en condiciones de iluminación ideales alcanza el 22-24% y disminuye drásticamente a altas temperaturas o una caída parcial de la iluminación.

El principio del uso de la energía solar.

A menudo, ante la necesidad de instalar paneles solares, una persona se pregunta sobre la viabilidad de la empresa. Porque en la mayoría de los casos el porcentaje de días soleados pierde significativamente frente al mismo valor de los nublados.

Una proporción similar es típica de las regiones de la zona media, y el clima de las regiones del norte se caracteriza por un número aún mayor de días nublados.

El número insuficiente de días soleados está directamente relacionado con la eficiencia de los dispositivos que procesan la energía del cuerpo terrestre. Esto reduce la cantidad de luz solar que llega a la superficie de la batería. Este proceso se llama insolación.

Su esencia radica en el hecho de que cualquier avión, independientemente de su propósito, adquiere una cierta cantidad de energía solar. En las regiones del sur, este número es naturalmente mayor, lo que hace que la instalación de paneles solares sea más relevante.

Sin embargo, como muestra la práctica, el mercado de equipos tecnológicos en el campo de la síntesis de energía solar mejora constantemente sus productos, por lo que las células fotovoltaicas modernas en los paneles solares funcionan perfectamente incluso en áreas con un bajo nivel de insolación.

Tipos de celdas solares de silicio

policristalino

El elemento principal de tales paneles son elementos semiconductores de estructura policristalina. Son mucho más baratos que los monocristalinos, ya que se fabrican esencialmente con restos de elementos monocristalinos. Durante el proceso de fabricación, la aleación de silicio simplemente se enfría sin más procesamiento.

La eficiencia de las células solares policristalinas es en promedio del 12 al 18 %, mientras que la eficiencia de las células solares monocristalinas alcanza el 22 %. Sin embargo, dado el precio más bajo, puede comprar un poco más de paneles y obtener el mismo "escape" por el mismo dinero que los monocristales. Esto solo es posible si hay mucho espacio en el techo. Además, los policristales difieren de los monocristales en la heterogeneidad de la gama de colores.

¿Cuánto cuestan los paneles solares policristalinos? Promedio 3500 rublos por 100 W (mucho depende del fabricante). Una de las baterías policristalinas más económicas es Vostok Pro FSM 150 P con una potencia de 150 vatios.

Monocristalino

Para los paneles solares monocristalinos, se cultiva especialmente un solo cristal utilizando el método Czochralski. Luego, se ensambla un panel completo de cierta potencia a partir de varias celdas de silicio. La mayoría de las veces, el panel consta de 36 o 72 módulos. La eficiencia de los paneles monocristalinos es mucho mayor que la de los paneles policristalinos, y es de alrededor del 18 al 22 %.

Debido a esta característica, con el mismo tamaño, los monocristales convierten más energía solar que los policristalinos. ¿Qué paneles solares son mejores: policristalinos o monocristalinos? Todo depende del presupuesto. Si es posible gastar un poco más, vale la pena comprar monocristales, que tienen una amortización más rápida. Además, las baterías monocristalinas serán preferibles si el área del techo es relativamente pequeña. El promedio de vida es de 25 años.

Si desea ahorrar dinero y solo necesita una batería solar para alimentar un refrigerador o una estación de bombeo en el país, entonces puede tomar un modelo policristalino.

amorfo

Las baterías amorfas se componen de hidrógeno de silicio (SiH4), que se produce aplicando una corriente eléctrica al silicio. Como resultado, el silicio se evapora y luego se deposita una capa delgada sobre el sustrato.

La eficiencia de los paneles amorfos es casi la misma que la de los policristalinos. Sin embargo, los modelos amorfos tienen algunas ventajas. Por ejemplo, pueden generar electricidad incluso con tiempo nublado, lluvia, cuando hay una alta concentración de polvo en el aire, o durante el atardecer/amanecer.

Eficiencia

Para usar energía solar para calentar una casa privada, será mucho más fácil ensamblar un circuito a partir de colectores, pero esto no siempre es posible, por lo que debe considerar otras opciones. Por ejemplo, es posible que el sitio ya tenga un sistema de paneles solares en funcionamiento que solo se use para proporcionar electricidad y agua caliente a la casa.

Adquirir nuevos equipos en tales condiciones será demasiado poco rentable debido a su alto costo.Para asegurar la calefacción de la casa con paneles solares, la mejor solución sería aumentar la potencia del sistema de módulos. La opción más fácil es comprar algunos paneles de silicona adicionales y conectarlos a un sistema de caldera de calefacción eléctrica.

La distribución adecuada de la energía eléctrica proporcionará tanto un sistema de suministro de agua caliente como un circuito de calefacción. Se necesitarán muchos paneles solares para tener suficiente energía para todo: los edificios independientes que solo usan energía solar generalmente están completamente cubiertos con paneles fotovoltaicos. La potencia de los paneles solares debe calcularse de antemano. A menudo es necesario completar la estructura adicional sobre la que se instalarán los paneles.

Es imposible determinar la eficiencia de un sistema solar antes de usarlo, por lo que todos los cálculos son solo aproximados. La complejidad de los cálculos preliminares se debe al hecho de que hay muchos factores, cuya influencia en la eficiencia de la recolección de energía no se puede calcular. Por supuesto, si tienes algo de experiencia, puedes hacer un cálculo más o menos preciso, pero solo los profesionales especializados en el diseño e instalación de sistemas solares tienen esa experiencia.

Los siguientes factores tienen la mayor influencia en la eficiencia del sistema:

• Inestabilidad climática: es imposible determinar de antemano la cantidad de días soleados incluso en regiones soleadas, sin mencionar las regiones del norte;
• Consumo de energía inestable, que también depende de la ubicación geográfica del edificio que recibe calor y electricidad de la luz solar;
• La posibilidad de falla del sistema: la complejidad del diseño indica que a menudo se descompondrá y, en algunos casos, es difícil determinar el mal funcionamiento.

¿Para quién es adecuada una planta de energía solar doméstica?

1. Para los que no tienen luz en la zona. Las baterías solares podrán dotar de electricidad a la instalación de forma autónoma. Alternativamente, también puede considerar un molino de viento (para el cual debe haber una rosa de los vientos adecuada) o un generador diesel (que no es muy conveniente de operar y no es económico).
2. Además, una estación solar puede considerarse una inversión para pagar menos por la electricidad en el futuro en el contexto de tarifas cada vez mayores. Además, la duración de la batería es muy larga y el sol siempre brilla.
3. Y la última opción es para todos los que quieran ganar dinero. En Ucrania, existe una ley sobre la tarifa de alimentación, según la cual el estado compra la electricidad generada utilizando fuentes de energía alternativas a un precio especial.

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Cómo calcular la potencia de una planta de energía solar

Debe comenzar con la cantidad de electricidad que necesita para el funcionamiento normal del edificio. La forma más fácil es escribir todo el correo electrónico. electrodomésticos que planea usar, su tiempo de funcionamiento y consumo de energía.

Ejemplo:

• Frigorífico: 100W - 24h - 2400W
• Iluminación: 100W - 5h - 500W
• Hervidor: 15min - 1,5kW - 0,03kW
• Lavadora:
• Computadora portátil:
• …
• totales: 3kW

3 kW es la potencia que debe producir una planta de energía solar para que el edificio funcione con normalidad. Aquellos. Necesitarás 12 paneles con una potencia de 260W cada uno. En la práctica, su productividad será mayor (con un coeficiente de actividad solar de 4,5, la potencia diaria de la central será de 14 kW), pero partimos del escenario más pesimista, en el que todos los días están nublados. También tenga en cuenta: si no está conectado a la tarifa de alimentación o no almacena energía para la batería, el exceso se quemará.

Si está instalando una planta de energía solar para ganar dinero con una tarifa de alimentación, puede comenzar con cualquier capacidad y aumentarla gradualmente.

Batería solar o generador con motor de combustión interna

Objetivamente, el generador tiene dos ventajas principales: su tamaño y la capacidad de operar completamente no solo en clima despejado. Pero lejos de siempre, estas características son decisivas, y en todos los demás aspectos, los paneles solares ganan claramente:

El punto más importante, al que se suele prestar atención en primer lugar, es el costo inicial del equipo, que en realidad es aproximadamente 2 veces mayor para los paneles solares. Pero incluso aquí, si lo resuelve, entonces el generador debe configurarse en negativo, solo mire el costo de generar un kW / h

Tomamos el costo inicial del equipo + el costo de mantenimiento + el costo del combustible y dividimos todo por la cantidad de electricidad generada durante la vida útil declarada. En consecuencia, para un generador y paneles solares de potencia aproximadamente igual, la relación del coste de generar un kilovatio será de aproximadamente 1/2,5 a favor de este último. Por supuesto, estos son cálculos muy aproximados, pero el punto es que los paneles solares son inversiones ahora, pero ahorros tangibles en el futuro.

Un ejemplo de un diagrama de conexión para un kit con un generador de gas.

Vida útil de los paneles solares.

Para evaluar los beneficios, debe averiguar cuánto duran los paneles y si deberán cambiarse después de que finalice el período de garantía. Hay varias características a considerar aquí:

1. Las opciones monocristalinas y policristalinas son las más duraderas.Durante 25 años de uso, no pierden más del 10% de su capacidad. Pero aún más, la caída en el poder es insignificante, durante los próximos 10 a 15 años, se pierde aproximadamente la misma cantidad. Es decir, podemos decir con confianza que la vida útil de tales opciones es de 35 a 40 años, y tal vez más.
2. Las opciones de película delgada tienen una vida útil mucho menor: 10-20 años. Además, durante los primeros 2 años, la pérdida de capacidad puede ser del 10 al 30 %; la mayoría de los fabricantes proporcionan una reserva de energía para compensar este problema. En el futuro, las pérdidas no son tan significativas.
3. Para aumentar la vida útil, se deben evitar daños en las partes del sistema. Recorte las ramas de los árboles muy juntos, lave la superficie al menos varias veces por temporada. Verifique la confiabilidad de la fijación y los contactos para que no se sobrecalienten.
4. Tenga en cuenta el costo de reemplazar otros elementos del sistema. Por lo tanto, las baterías recargables suelen durar de 6 a 10 años (las más confiables, 15 años), la electrónica de potencia tiene un recurso de aproximadamente 10 a 12 años. El costo de reemplazar estos nodos también es bastante alto y esto debe tenerse en cuenta al calcular el reembolso.

Los paneles solares deben lavarse periódicamente para evitar que las ramas de los árboles los dañen.

Al elegir paneles solares para su hogar, es mejor dar preferencia a opciones monocristalinas y policristalinas confiables y probadas. Los módulos de alta calidad durarán unos 40 años, mientras que la pérdida de energía durante este tiempo será de alrededor del 20 %.

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El principio de funcionamiento de la batería solar.

El dispositivo está diseñado para convertir directamente los rayos del sol en electricidad.Esta acción se llama efecto fotoeléctrico. Los semiconductores (obleas de silicio), que se utilizan para fabricar elementos, tienen electrones con carga positiva y negativa y constan de dos capas, la capa n (-) y la capa p (+). El exceso de electrones bajo la influencia de la luz solar se elimina de las capas y ocupa lugares vacíos en otra capa. Esto hace que los electrones libres se muevan constantemente, moviéndose de una placa a otra, generando electricidad que se almacena en la batería.

El funcionamiento de una batería solar depende en gran medida de su diseño. Las celdas solares se hicieron originalmente de silicio. Todavía son muy populares, pero dado que el proceso de purificación del silicio es bastante laborioso y costoso, se están desarrollando modelos con fotocélulas alternativas a partir de compuestos de cadmio, cobre, galio e indio, pero son menos productivos.

La eficiencia de los paneles solares ha aumentado con el desarrollo de la tecnología. Hoy, esta cifra ha pasado del uno por ciento, que se registraba a principios de siglo, a más del veinte por ciento. Esto nos permite usar paneles hoy no solo para necesidades domésticas, sino también para producción.

Especificaciones

El dispositivo de batería solar es bastante simple y consta de varios componentes:

Directamente células solares / panel solar;

Un inversor que convierte la corriente continua en corriente alterna;

Controlador de nivel de batería.

Comprar baterías para paneles solares debe basarse en las funciones requeridas. Almacenan y distribuyen electricidad. El almacenamiento y consumo se produce durante todo el día, y por la noche sólo se consume la carga acumulada.Por lo tanto, hay un suministro constante y continuo de energía.

La carga y descarga excesiva de la batería acortará su vida útil. El controlador de carga de batería solar suspende automáticamente la acumulación de energía en la batería cuando ha alcanzado sus parámetros máximos, y apaga la carga del dispositivo cuando está muy descargada.

(Tesla Powerwall -una batería de panel solar de 7 kW- y carga domiciliaria para vehículos eléctricos)

El inversor de red para paneles solares es el elemento de diseño más importante. Convierte la energía recibida de los rayos del sol en corriente alterna de varias capacidades. Al ser un convertidor síncrono, combina la tensión de salida de la corriente eléctrica en frecuencia y fase con una red estacionaria.

Las fotocélulas se pueden conectar tanto en serie como en paralelo. La última opción aumenta los parámetros de potencia, voltaje y corriente y permite que el dispositivo funcione incluso si un elemento pierde funcionalidad. Los modelos combinados se fabrican utilizando ambos esquemas. La vida útil de las placas es de unos 25 años.

Características generales y disponibilidad de compra

El equipo no daña el medio ambiente y proporciona energía estable sin sobretensiones. Y, lo más importante, suministra energía gratis: por lo que no llegan las facturas de los servicios públicos.

La apariencia de los paneles solares ha cambiado poco después de su invención, lo que no se puede decir sobre el "relleno" interno.

El módulo solar convierte la luz en energía eléctrica generando corriente continua. El área de los paneles puede alcanzar varios metros. Cuando sea necesario aumentar la potencia del sistema, aumentar el número de módulos.Su eficacia depende de la intensidad de la luz solar y del ángulo de incidencia de los rayos: del lugar, la estación, las condiciones climáticas y la hora del día. Para tener en cuenta correctamente todos estos matices, la instalación debe ser realizada por profesionales.

Tipos de módulos:

Monocristalino.

Consisten en celdas de silicona que convierten la energía solar. Difieren en los tamaños compactos. En términos de rendimiento, esta es hasta hace poco la batería solar más eficiente (eficiencia de hasta el 22%) para el hogar. Un conjunto (su precio es uno de los más caros) costará desde 100 mil rublos.

Policristalino.

Utilizan silicio policristalino. No son tan eficientes (hasta un 18 % de eficiencia) como las células solares monocristalinas. Pero su costo es mucho menor, por lo que están al alcance de la población en general.

Amorfo.

Tienen células solares de película delgada a base de silicio. Son inferiores a los mono y policristales en términos de generación de energía, pero también son más baratos. Su ventaja es la capacidad de funcionar con luz difusa e incluso con poca luz.

heteroestructural.

Módulos solares modernos y más eficientes hoy en día, con una eficiencia del 22-25% (¡durante toda la vida útil!). Funcionan de manera efectiva tanto en tiempo nublado como a altas temperaturas).

En Rusia, el único fabricante de módulos para esta tecnología es la empresa Hevel, que es uno de los cinco fabricantes mundiales que producen módulos solares de heteroestructura.

En 2016, el centro de I+D de la empresa patentó su propia tecnología para crear módulos heteroestructurales y ahora la está desarrollando activamente.

paneles solares hevel

El sistema también incluye los siguientes componentes:

• Un inversor que convierte la corriente continua en corriente alterna.
• Batería acumuladora. No solo acumula energía, sino que también nivela las caídas de voltaje cuando cambia el nivel de luz.
• Controlador de voltaje de carga de la batería, modo de carga, temperatura y otros parámetros.

En las tiendas, puede comprar tanto componentes individuales como sistemas completos. En este caso, la potencia de los dispositivos se determina en función de las necesidades específicas.

¿Qué capacidad debe llevar una batería solar?

También depende de las necesidades del usuario. Para el suministro eléctrico autónomo de toda la casa, no tiene sentido tomar menos de 1000 vatios. Y si necesita alimentar el sistema de calefacción en el país, teóricamente necesita un kit con una capacidad de hasta 10 kW. Sin embargo, vale la pena recordar que dicho panel solar costará mucho dinero. Solo un módulo solar (incluso los más económicos sin controlador, inversor y otros componentes) con una capacidad de 10 kW costará al menos 300,000 rublos. Por lo tanto, dichas baterías pueden considerarse una fuente de energía adicional, pero no la principal.

Si necesita un panel solar para alimentar su refrigerador y televisor, entonces un panel de 500 W será suficiente. Por ejemplo, puede tomar dos módulos solares policristalinos One-Sun 250P, que le costarán solo 16.500 rublos.

Si nunca has usado paneles solares, entonces te recomendamos comprar un pequeño panel plegable de bajo consumo para tu teléfono o tablet.