Fotovoltinė vandens šildymo sistema

Saulės kolektorių pardavėjai dažnai teigia, jog vandens šildymas su saulės fotoelektriniais moduliais yra nenašus bei brangus. Ir jie yra teisūs: tiesiogiai sujungus saulės fotoelektrinius modulius su elektriniu kaitinimo elementu teigiamų rezultatų galima tikėtis tik saulėtą dieną. Tuo tarpu ryte, vakare arba apsiniaukusią dieną tiesiogiai prijungtas kaitinimo elementas dėl netinkamos varžos apkraus saulės modulius, sumažės įtampa ir efektyvaus vandens šildymo nebebus (apie tai galite pasiskaityti šiame straipsnyje). Ne ką geriau bus naudojant impulso pločio moduliacijos principu (PWM) veikiančius saulės valdiklius.

Tačiau, elektrinį teną prie saulės modulių prijungus per maksimalios galios taško sekimo valdiklį (MPPT), saulės moduliai tampa konkurencinga saulės kolektoriams vandens šildymo priemone. Tokios sistemos naudingumo koeficientas yra žemesnis už saulės kolektorių našumą, tačiau vandens šildymo su saulės moduliais privalumai neabejotinai padaro šią sistemą patrauklia.

Norime jums pristatyti naujausią UAB „Giminija“ gaminį – maksimalios galios taško sekimo valdiklį (MPPT), skirtą vandens šildymui su saulės fotoelektriniais moduliais.

Tai yra produktas, kuris savo efektyvumu ir paprastumu lenkia klasikinę artimo galingumo saulės kolektorių sistemą.

• Visiškai neaptarnaujamas: absoliučiai jokių vamzdžių, cirkuliacinių siurblių, skysčių, problemų su sistemos užšalimu.
• Įrangos paprastumas: jokių akumuliatorių, inverterių, įkrovimo valdiklių, maitinimo iš 220 V AC tinklo.
• Didesnis sistemos naudingumo koeficientas žiemos metu: kuo šalčiau lauke, tuo sistema yra našesnė. Lyginant su saulės kolektoriais, ši sistema saulėtą žiemos dieną pagamins daugiau karšto vandens, negu saulėtą vasarą.
• Jokių vamzdžių lauke: nėra jokios problemos su sistemos užšalimu, iš saulės modulių nutiesiamas tik laidas, kuris prijungiamas prie valdiklio, įrengto viduje šalia boilerio.
• MPPT – šiuolaikinis maksimalios galios taško sekimas. Tenas nuo ryto iki vakaro naudoja maksimalią galią, kurią konkrečiu momentu gamina saulės fotoelektriniai moduliai.
• Valdiklio naudingumo koeficientas – 97 %.
• Lengvai plečiama sistema: galimybė įrengti iki 1,25 kW galios fotovoltinę sistemą arba į boilerį įpjauti dar vieną kaitinimo elementą ir įrengti dar vieną sistemą su atskiru valdikliu.
• Gamtai draugiška sistema: jokio CO₂ išskirimo, jokio papildomo energijos naudojimo. Valdiklis yra maitinimas vien tik iš saulės modulių, jokių papildomų maitinimo šaltinių.
• Itin paprastas sistemos įrengimas: sumontuojate saulės modulius ir iš jų nusivedate du laidus iki valdiklio, kuris tiesiog prisukamas prie sienos. Saulės moduliai yra lengvi ir jų montavimui nereikia jokių specialių žinių ir didelių pastangų.
• Saulės modulių įrengimas jums patogioje vietoje: moduliai gali būti įrengti tiek ant stogo, tiek ant žiemės. Tuo tarpu saulės kolektoriai gali būti montuojami tik ant stogo.
• Autonominis veikimas: sistema gali būti naudojama net ten, kur nėra elektros įvado, jai nereikalingas joks išorinis elektros maitinimas.
• Pagaminta Lietuvoje: valdiklis surinktas Lietuvoje, MPPT algoritmas sukurtas, optimizuotas ir įdiegtas JAV. Tai yra profesionalus gaminys, atitinkantis IEC, UL, NEC ir NEMA standartus.
• Pulsuojanti išėjimo įtampa: į kaitinimo elementą yra paduodama pulsuojanti įtampa, primenanti kintamą, todėl su šia sistema gali būti naudojamas įprastas, kartu su boileriu tiekiamas, termoreguliatorius, atjungiantis kaitinimo elementą, pakilus vandens temperatūrai virš nustatytos ribos.
• Sistema prijungiama prie jūsų turimo boilerio: jokių papildomų modifikacijų, jums tereikia pakeisti kaitinimo elementą į galingesnį, kurio varža suderinama su šia sistema. Tenas yra įtrauktas į valdiklio kainą.
• Galimybė šildyti vandenį iš elektros tinklo: nesant pakankamai saulės spinduliuotei tenas lengvai gali būti atjungtas nuo valdiklio ir prijungtas prie jūsų elektros tinklo.
• Sistema pritaikyta 100–150 litrų talpos boileriams: iki 100 litrų boileriams patariame rinktis 0,75–1 kW fotovoltinių modulių galią (3–4 saulės moduliai), o virš 100 litrų boileriams – 1,25 kW instaliuotą galią (5 saulės moduliai).
• Pinganti technologija: kasmet mažėja saulės modulių kainos, todėl ateityje tokios sistemos kaina bus vienareikšmiškai mažesnė už saulės kolektorių kainą.

UAB „Giminija“ atliko vandens šildymo su saulės fotoelektriniais moduliais ir saulės kolektoriais matematinius skaičiavimus bei parengė dviejų sistemų palyginimą. Skaičiavimams buvo panaudoti saulės kolektorių naudojimo Lietuvoje statistiniai duomenys ir jų sukurtos saulės fotoelektrinės sistemos, pritaikytos vandens šildymui, bandymų rezultatai.

Saulės kolektoriai yra plačiai naudojama technologija, leidžianti tiesiogiai panaudoti saulės energiją vandens šildymui. Ši technologija yra jau stipriai išvystyta ir neverta tikėtis ženklių našumo padidėjimų ateityje. Tik vis dar tobulinami terminė izoliacija ir absorberių sluoksniai. Nagrinėjant saulės kolektorių sistemas galima įžvelgti tam tikrus apribojimus ir trūkumus. Tam, kad saulės kolektorių sistema funkcionuotų, reikalingi vamzdžiai, vožtuvai, siurbliai, cirkuliuojantis glikolis ir atitinkama sistemos eksploatacijos sauga. Taip pat, kas kelis metus turi būti keičiamas šilumą transportuojantis skystis. Kitas apribojimas yra sistemos našumo sumažėjimas šaltuoju laikotarpiu. Minėti trūkumai atveria kelią alternatyvių sistemų, tokių kaip saulės fotoelektriniai moduliai su MPPT valdikliu ir boileryje įmontuotu elektriniu kaitinimo elementu (tenu), naudojimui. Pagrindinis saulės fotoelektrinių modulių naudojimo vandens šildymui privalumas, lyginant su saulės kolektoriais – didesnis naudingumo koeficientas esant žemai aplinkos temperatūrai. Kitas didelis privalumas – itin lengvas tokios sistemos įrengimas, kuris įveikiamas kiekvienam be specialisto pagalbos.

UAB „Giminija“ atliktame tyrime buvo naudojami du galingi plokštieji saulės kolektoriai ir lietuviški SOLET 250 W saulės fotoelektriniai moduliai, kurie turėjo aprūpinti karštu vandeniu keturių asmenų šeimą. Skaičiavimuose buvo vertinama Ukmergės r. geografinė padėtis (55.15N, 24.68E). Meteorologiniai duomenys buvo paimti iš PVGIS, naudojant duomenų bazę CM-SAF, sudarytą iš 1998–2010 metų mėnesių vidurkių. Saulės kolektorių ir fotoelektrinių modulių pasvyrimo kampas – 45 laipsniai horizonto atžvilgiu.

Remiantis šiais duomenimis atlikome saulės kolektorių ir saulės fotoelektrinių modulių, naudojamų vandens šildymui, palyginimą.

KARŠTO VANDENS POREIKIS

Suvartojamo karšto vandens kiekiui nustatyti panaudojome norminius duomenis, kuriais remiantis keturių asmenų šeima per parą sunaudoja apie 160 litrų karšto vandens.

Skaičiavimuose buvo vertinamas 10 m atstumas nuo saulės kolektorių ir fotoelektrinių modulių iki boilerio. Pusė šio atstumo buvo pastato išorėje. Name nebuvo įrengtas cirkuliacinis kontūras, t. y. karštas vanduo buvo naudojamas tik buitiniams poreikiams, o ne pastato šildymui. Boileris kombinuotas su galimybe vandenį šildyti iš katilo.

Per metus tokio kiekio vandens pašildymui reikia sunaudoti 2708 kWh energijos.

SISTEMŲ PALYGINIMAS

Toliau yra pavaizduotos saulės kolektorių ir saulės fotoelektrinių modulių sistemos, skirtos vandens šildymui. Saulės kolektorių sistema susideda iš vamzdžių, išplėtimo indo, cirkuliacinio siurblio, apsauginio vožtuvo, valdiklio ir temperatūros kolektoriuje matuoklio. Fotovoltinė sistema susideda tik iš saulės modulių, maksimalios galios taško sekimo (MPPT) valdiklio ir elektrinio kaitinimo elemento (teno).

Vandens šildymas su saulės kolektoriais

Bandymų metu buvo naudojama dviejų standartinių saulės kolektorių sistema su tokiais techniniais parametrais: saulės kolektoriaus plotas 2,25 m², naudingas plotas: 2,01 m², kolektoriaus naudingumo koeficientas 0,78, naudingas šilumos kiekis 4,5 kJ/(m²K), skaidraus paviršiaus atspindys esant lygiagrečiai spinduliuotei 0,82 ir 0,88 – esant 45° kampu horizonto atžvilgiu išdėstytam paviršiui, spinduliuotei.

Šildant vandenį su saulės kolektoriais, sistemos naudingumo koeficientas (įskaitant visus energijos transportavimo nuostolius) yra virš 33 %. Bendras pagamintas energijos kiekis per metus, atskaičius nuostolius, yra 1625 kWh, kas atitinka apie 60 % visos per metus reikiamos energijos vandens pašildymui. Nuostoliai vamzdžiuose sudaro 293 kWh per metus. Dviejų plokščių saulės kolektorių sistemos kaina yra apie 5000 Lt su PVM. Į kainą neįtraukti vamzdžiai, boileris ir montavimo konstrukcijos. Taip pat papildomai apie 2000–2500 Lt kainuos komplekto pristatymas ir montavimo darbai.

Vandens šildymas su saulės fotoelektriniais moduliais

Pasinaudojant specializuota programine įranga „Homer“ buvo apskaičiuota reikiama saulės fotoelektrinių modulių galia. Saulės fotoelektrinių modulių naudingumo koeficientas apie 20 %. Saulės modulių temperatūrinis koeficientas yra -0,40 %/ °C ir 0,9 % metinis saulės modulių galios sumažėjimas. Remiantis energijos kiekiu, kurį sugeneruoja aprašyta saulės kolektorių sistema, nustatėme reikiamą saulės modulių skaičių, kuris pagamina panašų energijos kiekį. Paaiškėjo, jog dviejų saulės kolektorių analogas yra 1,75 kWp instaliuotos galios saulės fotovoltinė sistema, kuri užima 13,58 m² ploto ir per metus pagamina 1670 kWh energijos vandens pašildymui (62 % reikiamo metinio energijos kiekio). Elektros energijos transportavimo nuostoliai 6,4 kWh per metus. Tokios sistemos naudingumo koeficientas yra apie 11 %. Įrangos kaina virš 7000 Lt.

Sistemų palyginimas

Gauti abiejų sistemų naudingumo koeficientai galutiniam vartotojui gaminamo energijos kiekio prasme visai nieko nereiškia. Ir viena ir kita sistema pagamins beveik vienodą energijos kiekį. Tiesiog užimamo ploto prasme saulės kolektorių sistema yra žymiai kompaktiškesnė. Tačiau, saulės fotoelektriniai moduliai efektyviau panaudoja energiją, kadangi nuostoliai laiduose yra net 30–40 kartų mažesni, lyginant su saulės kolektorių sistemoje naudojamais vamzdžiais. Saulės fotovoltinės sistemos privalumas yra toks, jog jos naudingumo koeficientas kyla žiemos metu, tuo tarpu kai saulės kolektoriai žiemą praktiškai visai nenaudingi. Taip pat, įdiegus papildomas technines priemones, perteklinė saulės fotoelektrinių modulių gaminama energija (įšilus vandeniui), gali būti naudojama elektros energijos gamybai.

Saulės modulių, naudojamų vandens šildymui, įrengimas yra itin paprastas ir nereikalauja jokių specifinių žinių. Tuo tarpu saulės kolektoriams įrengti dažnai reikia kvalifikuotų specialistų pagalbos.

Ekonomine prasme saulės fotoelektrinė sistema yra brangesnė. Tačiau, kasmet pingant saulės moduliams, kainos su laiku susilygins arba fotovoltinės sistemos net taps pigesnės už klasikinius saulės kolektorius. Nagrinėjant abiejų sistemų gamybos aspektus, saulės kolektorių gamybai yra sunaudojama mažiau resursų, todėl jų atsipirkimo laikas yra keliais metais trumpesnis.

Abejų sistemų privalumas yra toks, jog jos 100 % perdirbamos.

IŠVADOS

Saulės fotoelektriniai moduliai nusileidžia saulės kolektorių našumui, jie užima didesnį plotą ir yra brangesni. Tačiau jų įrengimo ir eksploatavimo paprastumas, o taip pat didesnis našumas žiemos metu, kada karšto vandens daugiausiai reikia, padaro juos patraukliais ir konkurencingais.

UAB „GIMINIJA“ SPECIALUS PASIŪLYMAS JUMS

Išnagrinėję atliktus skaičiavimus ir gautus bandymų rezultatus sukūrėme saulės fotoelektrinių modulių sistemą vandens šildymui, skirtą iki 150 litrų talpos boileriams. Jeigu pagal normas skaičiuojama, jog keturių asmenų šeima sunaudoja 160 litrų karšto vandens per parą, tai praktika parodo, jog Lietuvoje plačiausiai naudojami nuo 80 iki 150 litrų boileriai. Sistemą sudaro našus MPPT valdiklis, kaitinimo elementas jūsų turimam boileriui, laidai ir 4–5 SOLET 250 W saulės fotoelektriniai moduliai (4 saulės moduliai iki 100 l ir 5 saulės moduliai virš 100 l vandens talpoms). Įrengus 1,25 kW saulės fotoelektrinę sistemą 80 litrų boileriui, per metus vandens šildymui bus pagaminta apie 89 % visos reikiamos energijos, o tokio pat dydžio sistema 150 l boilerio pašildymui per metus pagamins apie 50 % visos reikiamos energijos. Kadangi dažniausiai yra naudojami kombinuoti boileriai, tai žiemos metu trūkumas bus padengtas šilumine energija iš katilo.

1 kW saulės fotoelektrinės sistemos kaina yra 4600 Lt, o 1,25 kW – 5300 Lt

Į kainą įeina saulės fotoelektriniai moduliai, MPPT valdiklis, laidai ir didesnės galios tenas, kuris pakeis jūsų turimą teną.

Sistemos įrengimas yra labai paprastas ir nereikalauja jokių techninių žinių. Valdiklis yra tiesiog kabinamas ant sienos ir prie jo yra prijungiami laidai iš saulės modulių ir kaitinimo elemento.

Saulės moduliai yra lengvi ir gali būti nesunkiai sumontuoti ant stogo ar žemės, panaudojant savadarbes konstrukcijas, kurias galima pasigaminti neviršijant 200 Lt sumos.

„Apsilankykite mūsų elektroninėje parduotuvėje, susisiekite su mumis, užduokite jums rūpimus techninius klausimus, susijusius su fotovoltine sistema, skirta vandens šildymui ir labai tikimės, jog įsigilinę į šią sistemą, ji jums pasirodys patraukli ir verta jūsų dėmesio. Atlikome daugybę matematinių skaičiavimų ir realių bandymų, todėl esame pajėgūs atsakyti į visus Jūsų klausimus“, – kviečia UAB „Giminija“.