Efficienza dei pannelli solari utilizzati per il risparmio energetico

A differenza del potente e costoso sistema di riscaldamento di cui sono dotate le abitazioni ordinarie, una casa ad alta efficienza energetica non brucia carburante né converte l’elettricità della rete in calore (tranne in casi di calo critico della temperatura). Una casa del genere trattiene tenacemente al suo interno - grazie ad un attento isolamento termico, alla ventilazione con recupero e alla posizione ottimale dell'edificio - il cosiddetto calore passivo. E qualsiasi cosa può essere utilizzata come fonte di questa energia passiva:

• luce solare diretta che penetra attraverso le finestre;
• calore generato dagli elettrodomestici, ma anche dai residenti e dagli animali domestici;
• e, naturalmente, i dispositivi la cui funzione principale è fornire energia solare alla casa: i pannelli solari (batterie), di cui parleremo.

I pannelli solari si inseriscono armoniosamente in una casa passiva, poiché rispettano pienamente il principio fondamentale della sua costruzione: utilizzare l'energia rinnovabile dall'ambiente.

Il principio di funzionamento dei pannelli solari e la loro interazione con altri sistemi domestici

• Il funzionamento dei pannelli solari si basa sulla conversione della radiazione termica che colpisce i wafer di silicio in energia elettrica;
• I pannelli solari consentono di utilizzare l'energia solare per far funzionare gli elettrodomestici, i sistemi di ventilazione e (parzialmente) il riscaldamento;
• Se la capacità dei pannelli solari è superiore al fabbisogno domestico, l’energia in eccesso può essere utilizzata in sistemi per immagazzinare e convertire l’elettricità.
• Se la richiesta di energia elettrica supera la capacità dei pannelli, la parte mancante può essere ottenuta dalla rete (opzione di stazione solare di rete) o da un generatore a combustibile liquido (stazione solare autonoma).

Tipi di moduli solari

La classificazione degli impianti fotovoltaici viene effettuata secondo i criteri dei materiali e dei disegni utilizzati. Le batterie solari sono:

• Sotto forma di pannelli in silicio (i più comuni, i più performanti e i più costosi), efficienza - fino al 22%; Sono prodotti in tre sottotipi: monocristallini (i più affidabili), policristallini e amorfi; nelle prime due posizioni viene utilizzato il silicio puro, nella terza l'idrogeno di silicio, che viene applicato al substrato;
• Film - realizzato con tellururo di cadmio, seleniuro di rame-indio e polimeri. Hanno un prezzo più basso, ma anche prestazioni inferiori (efficienza 5-14%), quindi per adeguare la batteria agli "appetiti" della casa sarà necessario aumentare l'area che riceve la radiazione.

Le proprietà di consumo dei pannelli solari sono descritte dalle seguenti caratteristiche:

• Energia.Maggiore è l'area del pannello solare, maggiore è la sua potenza; Per generare energia di 1 kWh/giorno in estate saranno necessari circa 1, 5 m2 di pannelli solari. La potenza più efficiente si manifesta quando i raggi cadono perpendicolarmente sulla superficie della batteria, cosa che non può essere garantita costantemente, quindi cambiare le prestazioni del pannello durante le ore diurne è un processo naturale. Per garantire che in primavera e autunno si ottenga la quantità necessaria di energia, è necessario aggiungere a questa superficie circa il 30%;
• Efficienza(efficienza) dei moderni pannelli solari - in media circa il 15-17%;
• Durata della batteria e perdita di potenza nel tempo. I produttori, di norma, forniscono una garanzia per il funzionamento dei pannelli solari per 25 anni, promettendo una riduzione della potenza durante questo periodo non superiore al 20% dell'originale (per alcuni produttori, la durata varia tra 10-25 anni con garanzia di riduzione di potenza non superiore al 10%). I moduli cristallini sono i più durevoli, la loro durata stimata è di 30 anni. La prima batteria solare al mondo è in funzione da oltre 60 anni. La diminuzione della produzione stessa dei moduli solari è dovuta principalmente alla graduale distruzione della pellicola sigillante e all'opacizzazione dello strato tra il vetro e le celle solari - a causa dell'umidità, delle radiazioni ultraviolette e degli sbalzi di temperatura;
• Batteria inclusa, che garantisce il funzionamento del pannello durante la notte, è una buona aggiunta alle capacità del generatore solare. La batteria solitamente dura meno del modulo solare stesso, in media 4-10 anni;
• Disponibilità di nodi aggiuntivi– come uno stabilizzatore di tensione, un regolatore di carica della batteria, un inverter (convertitore da DC a AC 220 V per uso domestico) rendono più conveniente il funzionamento del dispositivo e la sua integrazione nel sistema "Smart Home";
• Costo della batteria– dipende direttamente dalla sua superficie: più potente è il dispositivo, più costoso è. Inoltre, i pannelli di fabbricazione estera sono ancora più economici di quelli nazionali, poiché lì i pannelli solari sono più popolari che nel nostro paese. Ma quando si confrontano i prezzi dei nostri dispositivi e di quelli importati, è necessario, prima di tutto, confrontare tra loro l'efficienza operativa dei pannelli solari - qui i produttori nazionali ottengono buoni indicatori di efficienza - fino al 20%.

Scelta e utilizzo delle batterie fotovoltaiche

Quando si scelgono i pannelli solari per un'abitazione privata ci si basa innanzitutto sul carico che dovranno sopportare. Inoltre, è necessario fare riferimento alla geometria della casa e alla pianificazione delle attività di manutenzione preventiva, che insieme richiedono un'attenta considerazione dei seguenti aspetti:

• Consumo energetico giornaliero dei dispositivi che si prevede siano alimentati dall'energia solare (illuminazione degli ambienti, utenze elettriche domestiche, dispositivi di sicurezza e automazione, ecc. ). Va tenuto presente che anche la carica e la scarica delle batterie consumano energia (circa il 20%) e anche le apparecchiature aggiuntive avranno le loro perdite (ad esempio, in un inverter in media - 15-20%);
• Il rapporto tra le dimensioni richieste dei pannelli di lavoro e le corrispondenti aree del tetto e la sua geometria;
• La capacità di pulire le superfici di lavoro delle batterie da sporco, neve e altri fattori che influenzano il funzionamento dei convertitori fotografici.

Punti importanti nel funzionamento dei pannelli solari

• Evitare danni fisici al pannello (graffi e danni all'integrità della pellicola protettiva possono portare a cortocircuiti e/o corrosione);
• In condizioni climatiche rigide, si consiglia di dotare le stazioni solari di strutture antivento;
• Ispezioni regolari, pulizia e manutenzione sono obbligatorie.

Costo e ammortamento dei pannelli solari

Per la zona centrale del nostro Paese, ogni kilowatt di potenza del pannello solare genera la seguente quantità di energia:

• in estate - 5 kWh/giorno (maggio-agosto);
• in primavera e autunno - 3-4 kWh/giorno (marzo-aprile, settembre-ottobre);
• in inverno - 1 kWh/giorno.

Nel calcolare i costi di una stazione solare autonoma, oltre al costo di un'unità di energia generata dai pannelli (circa 60 rubli per 1 W), è necessario tenere conto del costo delle apparecchiature aggiuntive: dagli elementi di fissaggio e cablaggio a batterie, dispositivi di protezione e inverter (che rappresenta almeno il 5% del costo totale, ma i prezzi possono variare in modo significativo, a seconda del produttore e della potenza).

Secondo le raccomandazioni degli esperti, i costi ottimali per un sistema solare tutto l'anno si ottengono utilizzando lo schema "opzione estiva più generatore elettrico di riserva". È vero, il generatore dovrà essere acceso in primavera e in autunno, per non parlare dell'inverno (le batterie solari non sono mai progettate per essere completamente cariche nella stagione invernale).

Quando si calcola il periodo di ammortamento di un impianto di energia solare, la sua potenza viene confrontata con il parametro preso come base. In una stazione solare di rete si tratta delle tariffe elettriche; nel caso di un impianto solare autonomo si tratta del costo dell'energia prodotta da un generatore elettrico a combustibile liquido. Il rimborso è stimato in base al fatto che una batteria solare da 1 kW produrrà circa 1000 kWh di energia all'anno.

Se consideriamo il prezzo medio di 1 kWh di elettricità pari a 5 rubli, il periodo di ammortamento per una stazione solare di rete sarà: 80. 000 rubli / 5 rubli * 1000 kWh = 16 anni.

Con una garanzia di 30 anni per un impianto solare di rete, il rimborso (alla tariffa di 5 rubli/kWh) avverrà entro 16 anni e nei prossimi 14 anni l'elettricità verrà fornita gratuitamente.

Per quanto riguarda un sistema solare autonomo, in senso stretto, la quantità di energia prodotta all'anno sarà inferiore ai 1000 kWh previsti, che condivide con il generatore elettrico. Ma per calcoli approssimativi, non è necessario ridurre questo numero, per tenere conto approssimativamente dell'aumento del consumo specifico di carburante che si verifica quando il generatore è parzialmente (cioè periodicamente, non costantemente) carico. Quindi il periodo di ammortamento del sistema autonomo (basato sul costo dell'energia prodotta dal generatore a combustibile liquido - 25 rubli per 1 kWh) è simile al seguente: 150. 000 rubli / 25 rubli * 1000 kWh = 6 anni.

Oltre agli indicatori tecnici, l'efficienza dei pannelli solari che fanno parte di un impianto solare autonomo è confermata dal loro periodo di ammortamento, che è di 6 anni.

Le tariffe non vengono ridotte

Ma gli esempi di impianti di energia solare forniti suggeriscono che ora le tariffe possono essere "congelate" individualmente e si può iniziare a risparmiare sfruttando le capacità dei pannelli fotovoltaici. Devi solo acquistarli da produttori di marca testati sul mercato in modo che i loro parametri siano prevedibili sia nella progettazione che nel funzionamento.

Ed è meglio affrontare questioni come: già in fase di progettazione di una casa ad alta efficienza energetica:

• garantire che la facciata sud non sia ombreggiata;
• selezione dell'angolo di inclinazione del tetto e delle superfici di lavoro dei pannelli;
• corretto orientamento della casa rispetto ai punti cardinali;
• prevenire l'ombreggiamento delle aree di lavoro dei pannelli solari, il loro intasamento con foglie di alberi, ecc.

In questo caso, tutti i parametri saranno collegati in modo ottimale tra loro e sarà garantito il funzionamento più efficiente dei pannelli solari per una particolare struttura.