Солнечная энергия для дома: виды и преимущества

Фотоэлектрическая или тепловая энергия? Разберитесь все в различиях между ними и найдите наиболее подходящий тип для вашего случая

солнечная энергия для дома

Изображение Vivint Solar в Unsplash

Нефть и уголь - широко используемые источники энергии, но они сильно загрязняют окружающую среду. Таким образом, стремясь объединить энергоэффективность и минимальное воздействие на планету, все чаще ищут возможности использования возобновляемых источников энергии. В этой среде выделяется солнечная энергия, и ее все больше исследуют как для производства электроэнергии в коммерческом секторе, так и в жилых системах.

Что такое солнечная энергия?

Солнечная энергия - это электромагнитная энергия, источником которой является солнце. По этой причине он считается устойчивым и чистым источником энергии, который не производит отходов помимо компонентов комплекта, а также приносит экологические выгоды с точки зрения сокращения выбросов парниковых газов.

Его можно преобразовать в тепловую или электрическую энергию и использовать в различных целях. Двумя основными способами использования солнечной энергии являются производство электроэнергии и солнечное нагревание воды.

Для производства электроэнергии используются две системы: гелиотермальная, в которой излучение сначала преобразуется в тепловую энергию, а затем в электрическую (используется в основном на электростанциях и поэтому не будет обсуждаться); и фотоэлектрические, в которых солнечное излучение напрямую преобразуется в электрическую энергию. Солнечная тепловая энергия, в свою очередь, получается за счет захвата электромагнитного излучения с последующим преобразованием его в тепло, то есть в тепловую энергию. Благодаря этому он обеспечивает водяное отопление в жилых, строительных и коммерческих системах.

Ниже вы можете найти краткое описание характеристик и различий между двумя основными типами солнечной энергии для дома: фотоэлектрической и тепловой.

Фотогальваника

Концепция фотоэлектрической энергии - это выработка электроэнергии нетрадиционным способом, то есть за счет солнечного излучения, без необходимости проходить фазу тепловой энергии.

Как и в гелиотермической, в фотоэлектрической солнечной энергетической системе есть несколько моделей коллекторов (или солнечных панелей), которые обладают большей или меньшей энергоэффективностью. Наиболее распространены монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные.

Основными компонентами фотоэлектрической энергетической системы являются панели, несущая конструкция, контроллеры заряда, инверторы и батареи.

Не забудьте убедиться, что используемые компоненты сертифицированы Национальным институтом метрологии, качества и технологий (Inmetro), который ввел в действие Постановление № 357 в 2014 году с целью установления правил для генерирующего оборудования.

Срок окупаемости варьируется и зависит от количества энергии, необходимой для собственности. Несмотря на это, преимущество домашней системы связано с тем, сколько пользователь может сэкономить: по истечении срока окупаемости счета за электроэнергию больше не нужно будет оплачивать.

Как это работает?

Солнечные панели или панели - это системы генерации микроэнергии, состоящие из фотоэлектрических элементов. Набор панелей формирует солнечный модуль. Фотоэлементы изготавливаются из полупроводниковых материалов, таких как кремний. Когда пластинчатая ячейка подвергается воздействию света и захватывает его энергию, часть электронов в освещенном материале поглощает фотоны (частицы энергии, присутствующие в солнечном свете).

Свободные электроны переносятся полупроводником в потоке до тех пор, пока их не притягивает электрическое поле, которое формируется в области соединения материалов разностью электрических потенциалов, существующей между этими полупроводниковыми материалами. Затем свободные электроны выводятся из солнечного элемента и становятся доступными для использования в качестве электрической энергии.

В отличие от гелиотермальной системы, фотоэлектрическая система не требует высокой солнечной радиации для своей работы. Однако количество генерируемой энергии зависит от плотности облаков, поэтому небольшое количество облаков может привести к большему производству электроэнергии по сравнению с днями полностью открытого неба из-за явления отражения солнечного света.

Эффективность преобразования измеряется долей солнечного излучения, падающего на поверхность элемента, которое преобразуется в электрическую энергию. В настоящее время наиболее эффективные элементы обеспечивают КПД около 25%.

По данным Министерства окружающей среды, в настоящее время правительство разрабатывает проекты по производству фотоэлектрической энергии для удовлетворения энергетических потребностей сельских и изолированных сообществ. Эти проекты сосредоточены на таких областях, как:

  • Перекачка воды для бытовых нужд;
  • Орошение и рыбоводство;
  • Уличное освещение;
  • Системы коллективного пользования (электрификация школ, медицинских пунктов и общественных центров);
  • Домашний уход.

Есть также два разных типа фотоэлектрических систем: подключенные к сети (на сетке или сетка) или изолированные от сети (от сетки или самозанятые). Одним из основных отличий между ними является состав комплекта, так как первый не имеет накопителей энергии, то есть не требует использования аккумулятора и контроллера заряда. Еще одно важное различие между ними заключается в том, что первый необходимо подключить к обычной сети распределения электроэнергии, а второй можно установить в более удаленных регионах.

Для систем, подключенных к сети, Закон 10438/02 предоставляет экономические выгоды в виде энергетических кредитов тем, кто производит в своем собственном доме больше энергии, чем им требуется, то есть немедленную экономию денег, которая будет связана с оплатой. счета за электричество за те месяцы, когда дом вырабатывает меньше энергии, чем ему нужно.

К сожалению, в Бразилии по-прежнему мало стимулов и линий финансирования для этого вида энергии, которые по-прежнему труднодоступны и мало применимы. Ожидается, что с ростом потребления фотоэлектрических энергетических систем появятся более применимые и доступные стимулы для общего жилищного строительства.

Тепловая эксплуатация

Еще один способ воспользоваться солнечным излучением - это тепловое отопление. Тепловое отопление может осуществляться за счет поглощения солнечного света коллекторами, которые обычно устанавливаются на крышах зданий, кондоминиумов и жилых домов.

Поскольку падение солнечной радиации на земную поверхность невелико, необходимо установить несколько квадратных метров коллекторов. Каждая модель коллектора (открытого, закрытого или вакуумного трубчатого) имеет характерную энергоэффективность и может нагревать воду до определенных температур. Поэтому всегда есть более подходящая модель, в зависимости от предполагаемого использования подогретой воды (например, для ванн, плавательных бассейнов, отопления помещений).

По данным Национального агентства по электроэнергетике (Aneel), для обеспечения подачи горячей воды в доме из трех-четырех жителей необходимо 4 м² коллекторов. Несмотря на то, что спрос на эту технологию преимущественно в жилищном секторе, существует также интерес со стороны коммерческого сектора, такого как общественные здания, больницы, рестораны, отели и другие компании.

Срок окупаемости инвестиций в солнечную тепловую энергию обычно колеблется в пределах от 18 до 36 месяцев. Срок службы солнечного нагревателя оценивается примерно в 240 месяцев, что делает систему очень выгодной и экономичной.

Как это работает?

Принцип работы теплового использования прост: поверхность панели имеет ребра из меди или алюминия, обычно окрашенные в темный цвет для лучшего поглощения солнечного излучения. Таким образом, эти плавники улавливают солнечное излучение и преобразуют его в тепло. Тепло поглощается жидкостью, находящейся внутри панелей (обычно водой), которая затем перекачивается по изолированным трубам, пока не достигнет резервуара с горячей водой (термобак или бойлер).

Бак для горячей воды изготовлен из изоляционного материала, который предотвращает охлаждение воды и позволяет подавать ее при приятной температуре даже в периоды без солнца.

Каковы плюсы и минусы солнечной энергии?

Солнечная энергия считается возобновляемым и неиссякаемым источником энергии. В отличие от ископаемого топлива, в процессе производства электроэнергии из солнечной энергии не выделяются диоксид серы (SO2), оксиды азота (NOx) и углекислый газ (CO2) - все загрязняющие газы, оказывающие вредное воздействие на здоровье человека и способствующие глобальному потеплению.

Солнечная энергия также выгодна по сравнению с другими возобновляемыми источниками, такими как гидравлика, поскольку требует менее обширных площадей. Кроме того, солнечная энергия имеет быструю, быструю установку и полностью бесшумную систему.

Поощрение использования солнечной энергии в Бразилии оправдано потенциалом страны, которая имеет большие площади с падающим солнечным излучением и расположена близко к экватору. В соответствии с Совет по экологическому строительству (GBC Brasil), еще одним преимуществом установки солнечной энергии является оценка недвижимости (экологически чистая недвижимость подорожает до 30%).

В случае фотоэлектрической энергии наиболее часто упоминаемым недостатком является ее реализация, которая по-прежнему является относительно дорогой. Помимо стоимости, есть еще невысокий КПД процесса, который варьируется от 15% до 25%. Однако еще один чрезвычайно важный момент, который следует учитывать в производственной цепочке фотоэлектрической системы, - это социальное воздействие и воздействие на окружающую среду, вызванное сырьем, наиболее часто используемым при производстве фотоэлектрических элементов, - кремнием.

Добыча кремния, как и любая другая горнодобывающая деятельность, оказывает влияние на почву и грунтовые воды в районе добычи. Кроме того, важно, чтобы работникам были созданы хорошие условия труда, чтобы избежать несчастных случаев на производстве и развития заболеваний. Международное агентство по изучению рака (IARC) указывает, что кристаллический кремнезем является канцерогенным и может вызвать рак легких при хроническом вдыхании.

В отчете Министерства науки и технологий указываются два других важных момента, связанных с фотоэлектрической системой: утилизация панелей должна осуществляться надлежащим образом, поскольку они представляют потенциальную токсичность; а переработка фотоэлектрических панелей пока не достигла удовлетворительного уровня.

Другой важный момент заключается в том, что, несмотря на то, что Бразилия является крупным производителем металлического кремния, технология очистки кремния на солнечном уровне все еще находится в стадии разработки. Поэтому, даже будучи возобновляемой и не выделяющей газы, солнечная энергия все еще сталкивается с технологическими и экономическими препятствиями. Несмотря на многообещающие перспективы, солнечная энергия станет экономически жизнеспособной, со снижением цены только при сотрудничестве между государственным и частным секторами и с инвестициями в исследования для улучшения технологий, охватывающих весь производственный процесс.