A diferencia del potente y costoso sistema de calefacción que está equipado en las viviendas normales, una casa energéticamente eficiente no quema combustible ni convierte la electricidad de la red en calor (excepto en casos de caída crítica de temperatura). Una casa así retiene tenazmente en su interior, gracias a un cuidadoso aislamiento térmico, ventilación con recuperación y la ubicación óptima del edificio, el llamado calor pasivo. Y cualquier cosa puede usarse como fuente de esta energía pasiva:
- luz solar directa que penetra por las ventanas;
- el calor generado por los electrodomésticos, e incluso por los residentes y las mascotas;
- y, por supuesto, dispositivos cuya función principal es suministrar energía solar a la casa: los paneles solares (baterías), de los que hablaremos más adelante.
Los paneles solares encajan armoniosamente en una casa pasiva, ya que cumplen plenamente el principio fundamental de su construcción: utilizar energía renovable del medio ambiente.
El principio de funcionamiento de los paneles solares y su interacción con otros sistemas domésticos.
- El funcionamiento de los paneles solares se basa en la conversión de la radiación térmica que incide sobre las obleas de silicio en electricidad;
- Los paneles solares permiten utilizar energía solar para operar electrodomésticos, sistemas de ventilación y (parcialmente) calefacción;
- Si la capacidad de los paneles solares es mayor que las necesidades domésticas, entonces el excedente de energía se puede utilizar en sistemas para almacenar y convertir electricidad.
- Si la demanda de electricidad supera la capacidad de los paneles, la parte que falta se puede obtener de la red (opción de estación solar de red) o de un generador de combustible líquido (estación solar autónoma).
Tipos de módulos solares
La clasificación de los sistemas fotovoltaicos se realiza según el criterio de los materiales y diseños utilizados. Las baterías solares son:
- En forma de paneles de silicio (los más comunes, los más potentes y los más caros), la eficiencia es de hasta el 22%; Se fabrican en tres subtipos: monocristalinos (el más fiable), policristalinos y amorfos; en las dos primeras posiciones se utiliza silicio puro, en la tercera, hidrógeno de silicio, que se aplica al sustrato;
- Película: fabricada con telururo de cadmio, seleniuro de cobre-indio y polímeros. Tienen un precio más bajo, pero también un rendimiento más bajo (eficiencia 5-14%), por lo que para adecuar la batería a los "apetitos" del hogar será necesario aumentar la superficie que recibe la radiación.
Las propiedades de consumo de los paneles de energía solar se describen mediante las siguientes características:
- Fuerza.Cuanto mayor sea el área del panel solar, mayor será su potencia; Para generar energía de 1 kWh/día en verano se necesitarán alrededor de 1, 5 m2 de paneles solares. La potencia más eficiente se manifiesta cuando los rayos caen perpendicularmente sobre la superficie de la batería, lo que no se puede garantizar constantemente, por lo que cambiar el rendimiento del panel durante las horas del día es un proceso natural. Para conseguir que en primavera y otoño se obtenga la cantidad de energía necesaria, a esta superficie hay que añadir aproximadamente un 30%;
- Eficiencia(eficiencia) de los paneles solares modernos: en promedio, alrededor del 15-17%;
- Duración de la batería y pérdida de energía con el tiempo.. Los fabricantes, por regla general, ofrecen una garantía para el funcionamiento de los paneles solares durante 25 años, prometiendo una reducción de potencia durante este período de no más del 20% de la original (para algunos fabricantes, la vida útil varía entre 10 y 25 años). con garantía de reducción de potencia no superior al 10%). Los módulos cristalinos son los más duraderos, su vida útil estimada es de 30 años. La primera batería solar del mundo lleva más de 60 años en funcionamiento. La disminución en la producción de módulos solares se produce principalmente debido a la destrucción gradual de la película selladora y al enturbiamiento de la capa entre el vidrio y las células solares, debido a la humedad, la radiación ultravioleta y los cambios de temperatura;
- Batería incluida, que garantiza el funcionamiento del panel por la noche, es un buen complemento a las capacidades del generador solar. La batería suele durar menos que el propio módulo solar, una media de 4 a 10 años;
- Disponibilidad de nodos adicionales– tales como un estabilizador de voltaje, un controlador de carga de la batería, un inversor (convertidor de CC a CA de 220 V para uso doméstico) hacen que sea más conveniente operar el dispositivo y su integración en el sistema "Smart Home";
- Costo de la batería– depende directamente de su superficie: cuanto más potente es el dispositivo, más caro es. Además, los paneles fabricados en el extranjero siguen siendo más baratos que los nacionales, ya que los paneles solares son más populares allí que en nuestro país. Pero al comparar los precios de nuestros dispositivos y los importados, es necesario, en primer lugar, comparar la eficiencia operativa de los paneles solares entre sí; aquí los fabricantes nacionales logran buenos indicadores de eficiencia, hasta un 20%.
Selección y uso de baterías fotovoltaicas.
A la hora de seleccionar paneles solares para una vivienda particular, nos basamos, en primer lugar, en la carga que tendrán que soportar. Además, es necesario relacionarse con la geometría de la casa y la planificación de actividades de mantenimiento preventivo, que en conjunto requieren una cuidadosa consideración de los siguientes aspectos:
- Consumo energético diario de los dispositivos que se prevé que funcionen con energía solar (iluminación de habitaciones, consumidores eléctricos domésticos, dispositivos de seguridad y automatización, etc. ). Debe tenerse en cuenta que cargar y descargar baterías también consume energía (aproximadamente un 20%), y los equipos adicionales también tendrán sus pérdidas (por ejemplo, en un inversor en promedio: 15-20%);
- La relación entre las dimensiones requeridas de los paneles de trabajo y las correspondientes áreas del techo y su geometría;
- La capacidad de limpiar las superficies de trabajo de las baterías de suciedad, nieve y otros factores que afectan el funcionamiento de los fotoconvertidores.
Puntos importantes en el funcionamiento de los paneles solares.
- Evite daños físicos al panel (los rayones y los daños a la integridad de la película protectora pueden provocar cortocircuitos y/o corrosión);
- En condiciones climáticas adversas, se recomienda equipar las estaciones solares con estructuras que bloqueen el viento;
- Las inspecciones periódicas, la limpieza y el mantenimiento son obligatorios.
Costo y recuperación de la inversión de los paneles solares.
Para la zona media de nuestro país, cada kilovatio de potencia de paneles solares genera la siguiente cantidad de energía:
- en verano - 5 kWh/día (mayo-agosto);
- en primavera y otoño: 3-4 kWh/día (marzo-abril, septiembre-octubre);
- en invierno - 1 kWh/día.
Al calcular los costos de una estación solar autónoma, además del costo de una unidad de energía generada por los paneles (alrededor de 60 rublos por 1 W), es necesario tener en cuenta el costo de equipos adicionales: desde accesorios y cableado hasta baterías, dispositivos de protección e inversores (que representa al menos el 5 % del coste total, pero los precios pueden variar significativamente, según los fabricantes y la potencia).
Según las recomendaciones de los expertos, los costos óptimos para un sistema solar durante todo el año se obtienen utilizando el esquema "opción de verano más un generador eléctrico de respaldo". Es cierto que el generador deberá encenderse en primavera y otoño, y mucho menos en invierno (las baterías solares nunca están diseñadas para cargarse completamente en la temporada de invierno).
Al calcular el periodo de recuperación de una instalación de energía solar, se compara su producción con el parámetro que se toma como base. En una estación solar de red, estas son tarifas eléctricas, en el caso de un sistema de energía solar autónomo, este es el costo de la energía producida por un generador eléctrico de combustible líquido. La recuperación de la inversión se estima basándose en el hecho de que una batería solar de 1 kW producirá aproximadamente 1000 kWh de energía al año.
Si tomamos el precio medio de 1 kWh de electricidad como 5 rublos, entonces el período de recuperación de una estación solar en red será: 80. 000 rublos / 5 rublos * 1000 kWh = 16 años.
Con una garantía de 30 años para una instalación solar en red, la amortización (a una tarifa de 5 rublos/kWh) se producirá en un plazo de 16 años, y en los próximos 14 años la electricidad se suministrará de forma gratuita.
En cuanto a un sistema de energía solar autónomo, en rigor, la cantidad de energía que producirá al año será inferior a los 1. 000 kWh designados, que comparte con el generador eléctrico. Pero para cálculos aproximados, no es necesario reducir este número, para tener en cuenta aproximadamente el aumento en el consumo específico de combustible que se produce cuando el generador está parcialmente cargado (es decir, periódicamente, no constantemente). Entonces, el período de recuperación del sistema autónomo (basado en el costo de la energía producida por el generador de combustible líquido - 25 rublos por 1 kWh) se ve así: 150. 000 rublos / 25 rublos * 1000 kWh = 6 años.
Además de los indicadores técnicos, la eficiencia de los paneles solares que forman parte de una planta de energía solar autónoma se confirma por su período de recuperación de la inversión, que es de 6 años.
Los aranceles no se reducen.
Pero los ejemplos de instalaciones de energía solar dados sugieren que ahora las tarifas se pueden "congelar" individualmente y se puede empezar a ahorrar aprovechando las capacidades de los paneles fotovoltaicos. Solo necesita comprarlos de fabricantes de marca probados en el mercado para que sus parámetros sean predecibles tanto en diseño como en funcionamiento.
Y es mejor abordar cuestiones tales como: incluso en la etapa de diseño de una casa energéticamente eficiente:
- procurar que la fachada sur no quede en sombra;
- selección del ángulo de inclinación del techo y superficies de trabajo de los paneles;
- correcta orientación de la casa a los puntos cardinales;
- evitando el sombreado de las zonas de trabajo de los paneles solares, su obstrucción con hojas de árboles, etc.
En este caso, todos los parámetros se vincularán de manera óptima entre sí y se garantizará el funcionamiento más eficiente de los paneles solares para una estructura en particular.