Πράσινος

Συστήματα Ηλιακής Ενέργειας 101


Η ηλιακή ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να κάνει όλα τα είδη των εργασιών γύρω από το σπίτι, από την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος για τα φώτα και τις συσκευές στη θέρμανση μιας πισίνας, spa, ντους ή δωμάτιο. Αλλά πόσο καλά λειτουργεί ένα ηλιακό σύστημα για εσάς θα εξαρτηθεί από δεκάδες παράγοντες, συμπεριλαμβανομένου του τόπου στον οποίο ζείτε, της έκθεσής σας στον ήλιο, του ηλεκτρικού σας ρυθμού, του τι πληρώνετε για τα καύσιμα θέρμανσης, του προϋπολογισμού σας και της δέσμευσής σας να αξιοποιήσετε την ενέργεια του ήλιου από τους υπάρχοντες παρόχους.

Η καρδιά κάθε ενεργού ηλιακού συστήματος, ανεξάρτητα από το αν παρέχει ηλεκτρική ενέργεια ή θερμότητα, είναι ο συλλέκτης (μερικές φορές ονομάζεται πάνελ ή μονάδα). Τα παθητικά συστήματα βασίζονται στις φυσικές δυνάμεις για να λειτουργούν, όπως η κίνηση της θερμότητας από το κρύο στο θερμό και το γεγονός ότι τα καυτά υγρά αυξάνονται. Αντίθετα, ένα ενεργό σύστημα απαιτεί άλλο εξοπλισμό, όπως φυσητήρες, αντλίες και μετατροπείς, για να χρησιμοποιήσει την ενέργεια που συλλαμβάνει από τον ήλιο.

ΚΟΙΝΟΙ ΤΥΠΟΙ ΣΥΛΛΕΚΤΩΝ
Υπάρχουν ουσιαστικά δύο τύποι ηλιακών συλλεκτών, ηλεκτρικοί (αυτοί που μετατρέπουν τις ακτίνες του ήλιου σε ηλεκτρισμό) και θερμικοί (εκείνοι που το μετατρέπουν σε θερμότητα). Και οι δύο βρίσκονται συνήθως σε στέγες, αν και οι συστοιχίες μπορούν να τοποθετηθούν σε έδαφος ή σε πόλο.

Ηλιακοί ηλεκτρικοί πίνακες (που μερικές φορές αναφέρονται ως φωτοβολταϊκά ή φωτοβολταϊκά στοιχεία) αποτελούνται συνήθως από πλακίδια ηλιακής κυψέλης με πλακίδια μεγέθους πλακιδίων, ενσύρματα και συναρμολογημένα σε πίνακα ή ενότητα. Συχνά έχουν ένα μπλε ή πράσινο cast αλλά μπορούν επίσης να είναι μαύροι. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι οικιακών ηλιακών ηλεκτρικών συλλεκτών είναι:

• Κρυστάλλινα φωτοβολταϊκά πλαίσια αποτελούν τη συντριπτική πλειοψηφία των ηλιακών ηλεκτρικών συλλεκτών στην αγορά. Κατασκευάζονται με τεμαχισμό πλινθωμάτων από πυρήνα πυριτίου από ανθρωπογενείς ράβδους ή βράνες, σε βάζα με καθένα από τα οποία φέρουν θετικό και αρνητικό ηλεκτρόνιο. Οι πλακιδίων είναι ενσύρματοι για να σχηματίσουν δομοστοιχεία και οι ενότητες συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν συστοιχίες. Όταν οι γκοφρέτες χτυπηθούν από το φως του ήλιου, ένα ηλεκτρικό ρεύμα τρέχει από τις μπροστινές επαφές στις πίσω επαφές, διανέμοντας το φορτίο από την ενότητα στη μονάδα.

• Μονάδες λεπτού υμενίου και ελασματοποιημένα φύλλα κατασκευάζονται με την τοποθέτηση διαφόρων υλικών ημιαγωγών σε πολύ λεπτά στρώματα σε διάφορα υποστρώματα, όπως γυαλί και εύκαμπτα υποστρώματα. Παράγουν επίσης ηλεκτρική ενέργεια. Εάν το ημιαγωγό υλικό προστατεύεται από γυαλί, οι ηλιακοί συλλέκτες λεπτής μεμβράνης αναφέρονται ως μονάδες. Όταν το ημιαγωγό υλικό έχει ένα εύκαμπτο προστατευτικό κάλυμμα, ονομάζονται ελασματοποιημένα φύλλα.

Τα δομοστοιχεία λεπτού υμενίου και τα ελασματοποιημένα στοιχεία αντιπροσωπεύουν ένα μικρό κλάσμα των συνολικών πωλήσεων ηλιακών μονάδων, ωστόσο, εν μέρει λόγω του γεγονότος ότι απαιτούν έως και τέσσερις φορές περισσότερους χώρους στέγης για να παράγουν την ίδια παραγωγή kW-hr / έτος. Η οικιστική εφαρμογή που έχει τραβήξει το μεγαλύτερο ενδιαφέρον για την φωτοβολταϊκή τεχνολογία λεπτής μεμβράνης είναι στις μεταλλικές στέγες με στέγη (μεταξύ των κάθετων ραφών) και ως ηλιακή έρπητα ζωστήρα.

Συλλέκτες ηλιακού θερμοσίφωνα χρησιμοποιούνται για εφαρμογές θέρμανσης, είναι γενικά ογκώδεις και στέκονται λίγο περισσότερο από τη στέγη. Υπάρχουν όμως πολλές εξαιρέσεις. Ορισμένοι θερμικοί συλλέκτες μοιάζουν με μεγάλα, επίπεδη κιβώτια ή έχουν κυλινδρικές δεξαμενές συνδεδεμένες με αυτές. Άλλοι αποτελούνται από μια σειρά από μεγάλους γυάλινους σωλήνες. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι ηλιακών θερμικών συλλεκτών περιλαμβάνουν:

• Θερμικοί συλλέκτες επίπεδης πλάκας, που έχουν σχεδιαστεί για θέρμανση, είναι τυπικά ορθογώνια περικαλύμματα πάχους 4'-5 'με γυάλινα καλύμματα στην κορυφή. Μέσα στο περίβλημα είναι ένα μαυρισμένο φύλλο απορροφητήρα με ενσωματωμένες διόδους μέσω των οποίων ρέει ένα υγρό για να τραβήξει τη θερμότητα του ήλιου. Το θερμαινόμενο υγρό μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για οικιακό νερό ή για θέρμανση χώρου. Η σωλήνωση διέρχεται από το περίβλημα του συλλέκτη, ώστε να μπορεί να συνδεθεί με επιπρόσθετους συλλέκτες καθώς και με το δίκτυο παροχής και επιστροφής. Το υγρό που κυκλοφορεί μέσω του συλλέκτη είναι συνήθως νερό ή αντιψυκτικό (γλυκόλη) ή ένας συνδυασμός των δύο.

• Συλλέκτες σωλήνων που εκκενώθηκαν, ένας νεότερος τύπος θερμικού συλλέκτη, είναι κατασκευασμένος από μια σειρά εκκενωμένων σωλήνων, καθένα με τη δική του πλάκα απορρόφησης και σωλήνωση. Το υγρό απομακρύνει τη θερμότητα από την πλάκα απορρόφησης, όπως και με συμβατικό θερμικό συλλέκτη. Η χρήση των συλλεκτών καυσαερίων έχει αυξηθεί τα τελευταία χρόνια, αλλά εξακολουθεί να αντιπροσωπεύει ένα μικρό ποσοστό της σημερινής αγοράς.

• Ακάλυπτες θερμικές συλλογές τυπικά εξωθούνται από ένα μαύρο πολυμερές και περιλαμβάνουν μια σειρά σωλήνων μέσω των οποίων μπορεί να αντληθεί το προς θέρμανση υγρό. Οι ανθεκτικοί θερμικοί συλλέκτες είναι κατάλληλοι για εφαρμογές χαμηλής θερμοκρασίας, όπως αυτές που χρησιμοποιούνται για τη θέρμανση των πισίνων και των spa.

• Συλλέκτες ζεστού αέρα τείνουν να είναι μεγαλύτερες από τους συλλέκτες που θερμαίνουν το υγρό, καλύπτοντας μερικές φορές ολόκληρο το εξωτερικό τοίχωμα ενός κτιρίου. Κατά συνέπεια χρησιμοποιούνται συχνότερα σε εμπορικές εφαρμογές. Ορισμένοι συλλέκτες ζεστού αέρα, που ονομάζονται επίσης "συλλέκτες με αέρα" είναι γυαλισμένοι. Αυτοί οι συλλέκτες χρησιμοποιούνται για τη θέρμανση χώρου. Δεν υπάρχει τίποτα που μπορεί να πάει στραβά μαζί τους, επειδή η κατάψυξη και η υπερθέρμανση δεν είναι θέματα.

ΠΩΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙ ΗΛΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ
Οι ηλιακοί συλλέκτες μετατρέπουν την ηλιακή ακτινοβολία απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα, να αποθηκευτεί σε μπαταρίες ή να αποσταλεί στο ηλεκτρικό δίκτυο. Στην τελευταία περίπτωση, ο ιδιοκτήτης σπιτιού λαμβάνει πίστωση για αυτό που παράγεται, μειώνοντας έτσι τον ηλεκτρικό του λογαριασμό. Στην πραγματικότητα, η εταιρεία κοινής ωφέλειας χρησιμεύει ως αποθήκη ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται κατά τις περιόδους της ημέρας όταν δεν τη χρειάζεστε. Το πλέγμα υπάρχει επίσης ως αντίγραφο ασφαλείας για συννεφιασμένες περιόδους, όταν δεν παράγετε πολλή ηλιακή ενέργεια.

Οι θερμικοί συλλέκτες μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε θερμότητα. Η ακτινοβολία πλήττει την πλάκα απορρόφησης και η θερμότητα αποσύρεται από το υγρό ή τον αέρα. Πρέπει να προβλέπονται διατάξεις για την αντιμετώπιση της υπερθέρμανσης των υγροποιημένων συστημάτων, όταν δεν υπάρχει ζήτηση θερμότητας. Εάν χρησιμοποιείται νερό, πρέπει να γίνει η κατάψυξη. Η θερμότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί αμέσως ή να αποθηκευτεί για μεταγενέστερη χρήση. Στα ηλιακά συστήματα θέρμανσης ζεστού νερού, μια δεξαμενή αποθηκεύει το ζεστό νερό. Στην περίπτωση των πισίνων, η πισίνα λειτουργεί ως δεξαμενή αποθήκευσης.

Στη θέρμανση του ηλιακού χώρου, η θερμότητα μπορεί να αποθηκευτεί σε μεγάλες δεξαμενές νερού ή σε κάποιο είδος τοιχοποιίας, συμπεριλαμβανομένων κάδων γεμισμένων με πέτρα. Ο θερμός αέρας μπορεί να διανεμηθεί σε διάφορους χώρους με αγωγούς ή σωληνώσεις με τον ίδιο τρόπο όπως συμβατικά συστήματα θέρμανσης.

ΚΑΛΥΤΕΡΗ ΕΠΙΣΤΡΟΦΗ ΣΤΗΝ ΕΠΕΝΔΥΣΗ
Διάφορα ομοσπονδιακά και κρατικά κίνητρα μπορεί να είναι διαθέσιμα στους ιδιοκτήτες σπιτιού που επιθυμούν να εγκαταστήσουν ένα ηλιακό σύστημα. Μπορείτε να μάθετε τι είναι διαθέσιμο στην περιοχή σας πηγαίνοντας στη βάση δεδομένων για τα κρατικά κίνητρα για ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και αποδοτικότητα (DSIRE).

Γενικά, οι εφαρμογές θέρμανσης οικιακών ζεστού νερού και πισίνας έχουν τις μικρότερες αποδόσεις (5 έως 7 έτη) και απαιτούν τις μικρότερες επενδύσεις (3.000 έως 10.000 δολάρια πριν τα κίνητρα). Οι εγκαταστάσεις κοστίζουν λιγότερο σε κλιματικά περιβάλλοντα όπου οι θερμοκρασίες κατάψυξης δεν αποτελούν πρόβλημα. Οι εγκαταστάσεις ηλιακής ηλεκτρικής ενέργειας που θα ικανοποιούν σημαντικό μέρος των ηλεκτρικών αναγκών σας απαιτούν πολύ μεγαλύτερες επενδύσεις, αν και το κόστος των εξαρτημάτων μειώθηκε τα τελευταία χρόνια. Εάν γίνει κατά τη διάρκεια της κατασκευής, το κόστος είναι σημαντικά χαμηλότερο.

Τα προγράμματα χρηματοδοτικής μίσθωσης, εάν είναι διαθέσιμα στην περιοχή σας, μειώνουν επίσης δραματικά το κόστος εγκατάστασης ενός συστήματος. Ηλιακή θέρμανση χώρου απαιτεί επίσης μια μεγάλη επένδυση, εκτός αν θέλετε απλά να ζεστάνετε ένα ή δύο δωμάτια στη νότια πλευρά του σπιτιού σας.

Ανεξάρτητα από το είδος του ηλιακού συστήματος που σκέφτεστε, ξεκινήστε να εξοικονομείτε ενέργεια τώρα. Κοστίζει πολύ λιγότερο για να απενεργοποιήσετε τα φώτα, να κάνετε βραχύτερα ντους και να μονώσετε τη σοφίτα και τους τοίχους από ό, τι για να εγκαταστήσετε μια σειρά από ηλιακούς συλλέκτες!

Λαμβάνοντας υπόψη την ηλιακή ενέργεια για το σπίτι σας; Βρείτε έναν επαγγελματία εργολάβο στην περιοχή σας, εδώ.

Συγγραφέας Σημείωση: Εκτός από τη συχνή συμβολή του, ο Joe Provey είναι συν-συγγραφέας, με τον Everett M. Barber, του Μετατρέψτε το σπίτι σας στην ηλιακή ενέργεια (The Taunton Press, 2010)