Tấm pin mặt trời trên mái nhà: mô tả, phương pháp lắp đặt, nguyên lý hoạt động, đánh giá

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Cho đến gần đây, việc sử dụng ánh sáng mặt trời để thay thế cho các nguồn năng lượng truyền thống được coi là điều gì đó tuyệt vời hoặc chỉ có thể thực hiện được trong những điều kiện đặc biệt. Ngày nay, những giải pháp như vậy không có vẻ gì là khó tin, nhưng những vấn đề trong việc triển khai chúng trong thực tế đối với người tiêu dùng bình thường vẫn còn. Bản thân, việc lắp đặt các tấm pin mặt trời trên mái nhà khá đơn giản và tối ưu hóa, nhưng điều này không loại bỏ được những khó khăn trong việc tổ chức hoạt động của các tấm pin đó.

Bộ cơ bản của hệ thống

Cơ sở hạ tầng làm việc của máy phát điện năng lượng mặt trời bao gồm trạm pin, bộ biến tần, bộ chuyển đổi năng lượng, bộ điều khiển và thiết bị điều khiển, các tấm pin trực tiếp với tế bào quang và các phụ kiện lắp và kết nối. Mỗi thành phần có thể được đại diện bởi các thiết bị khác nhau khác nhau về các đặc tính kỹ thuật và hoạt động. Ví dụ,một tòa nhà dân cư nhỏ với các tấm pin mặt trời trên mái được cung cấp điện từ 1,5-2 kW. Cần lưu ý rằng có cả các trạm địa phương và phức hợp có thể phục vụ các nhóm người tiêu dùng khác nhau. Pin mạnh mẽ cung cấp đủ năng lượng để đáp ứng mọi nhu cầu điện của bạn, từ đèn đường đến lò sưởi. Hệ thống năng suất thấp hơn dành cho các ngôi nhà nông thôn mùa hè, mặc dù các thiết bị tiêu thụ năng lượng dưới dạng trạm bơm và thiết bị năng lượng làm việc thường được sử dụng tại các khu vực này.

Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời

Bộ phận nổi bật và nổi bật nhất của nhà máy điện mặt trời là bảng biến tần. Có nhiều công nghệ khác nhau để sản xuất nó, thực tế là các nhà sản xuất đang phát triển các công thức bí mật cho chất độn quang tinh thể. Các thiết bị tiêu chuẩn bao gồm một bảng điều khiển silicon với lớp phủ dựa trên boron và phốt pho. Nó có thể là một tấm duy nhất hoặc một tấm kết hợp - từ hai phần tử trở lên. Có các điện tử hoạt động trong các lớp khác nhau của lớp phủ, dưới tác động của ánh sáng, bắt đầu chuyển động của các hạt, gây ra sự tạo ra dòng điện.

Sự tích tụ năng lượng nhận được được cung cấp bởi các dải đồng kết nối với các tấm. Họ có thể truyền dòng điện tới các thiết bị lưu trữ năng lượng, hoặc trực tiếp đến người tiêu dùng, ví dụ, thiết bị chiếu sáng đặt tại khu vực này. Để các tấm pin mặt trời trên mái nhà có vị trí thuận lợi nhất đối với sự xuất hiện của các tia sáng, thiết kế cũng cung cấp khả năng tự động hóa. Nhờ cảm biến nhiệt, nó phản ứngra ánh sáng và hướng các tấm về phía mặt trời.

Chọn vị trí lắp đặt

Để ban đầu tăng hiệu suất của hệ thống, cần xem xét vị trí tối ưu của các tấm trên mái. Thực hiện theo các quy tắc sau:

• Kế toán đổ bóng. Nếu khu vực lắp đặt ở dưới bóng cây cao trong hầu hết thời gian ban ngày, tất nhiên hiệu quả sẽ cực kỳ thấp và thậm chí không thể hoàn trả chi phí duy trì mô-đun. Do đó, khu vực tiếp xúc nhiều nhất với tia nắng mặt trời được chọn.
• Hướng bảng điều khiển chính xác. Ngay cả khi thiết kế cung cấp hệ thống tự động xoay, ban đầu bạn nên chọn vị trí có lợi nhất khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tế bào quang điện.
• Tính toán độ dốc. Một sai lầm phổ biến trong việc lắp đặt các tấm pin là vị trí của chúng ở một góc tương ứng với độ dốc. Nói cách khác, thiết kế chỉ đơn giản là phù hợp với độ dốc mà không cần bất kỳ sự chỉnh sửa nào. Đây là một cách tiếp cận sai về cơ bản, vì các góc của sườn dốc (30-45 độ) có thể không khớp với độ dốc, điều này sẽ có lợi nhất trong một khu vực cụ thể. Các chuyên gia khuyên bạn nên lắp đặt các tấm pin mặt trời trên mái nhà ở một góc bằng vĩ độ địa lý của khu vực địa phương. Tức là, góc sẽ tương ứng với vĩ độ.
• Xác định tính khả dụng. Hoạt động của các tấm sẽ gắn liền với việc bảo trì thường xuyên và hỗ trợ kỹ thuật của cấu trúc. Do đó, khả năng tiếp cận vật lý với các tấm trên mái cũng được đánh giá trước.

Tùy chọn để tạo cơ sở tàu sân bay

Để lắp đặt các tấm pin, bạn nên gắn một khối nguồn để cố định khung của tế bào quang điện. Thiết kế này có thể được thực hiện ở nhà. Bạn sẽ cần một góc kim loại và dây buộc. Việc tạo kết nối bằng cách hàn là mong muốn - một lần nữa, với sự trợ giúp của biến tần, ngay cả một người thợ gia đình thiếu kinh nghiệm cũng sẽ tạo ra các mối nối. Điều quan trọng nhất là tính toán chính xác cơ sở về kích thước và trọng lượng để nó không xuyên thủng tấm lợp và về nguyên tắc, cho phép bạn thực hiện cố định đáng tin cậy. Sự phức tạp của việc lắp các tấm pin mặt trời trên mái nhà nằm ở việc lắp đặt giá đỡ vào hệ thống giàn. Thực tế là việc sửa chữa như vậy không được thực hiện cho các phần mái, mà cho các dầm mái trong không gian dưới mái.

Từ phía bên của gác xép, một khung chịu lực mạnh đang được làm, trên cơ sở đó sẽ cố định kết cấu biên dạng hàn. Tốt nhất là sử dụng các kết nối bắt vít để có thể ngắt cài đặt bất cứ lúc nào. Để làm được điều này, các lỗ được tính toán trước, cấu hình của bố cục tương hỗ được hình thành, v.v. Rõ ràng, cần phải tạo ra một lỗ hổng công nghệ trong tấm lợp.

Quy trình lắp đặt tấm pin mặt trời trên mái nhà

Mỗi bảng điều khiển có tế bào quang điện được bao bọc trong một khung kim loại. Các nhà sản xuất ban đầu nghĩ về cấu hình của giá đỡ trong tương lai, để lại những khoảng trống và lỗ hổng để sửa chữa. Ở giai đoạn cài đặtcác tấm phải được chuẩn bị với thiết bị buộc thích hợp và trên nền tảng của tàu sân bay.

Ngoài ra cần chuẩn bị các vật liệu cách nhiệt, giảm chấn. Chúng sẽ bảo vệ hệ thống lắp đặt khỏi bị ăn mòn và các rung động mạnh từ tải trọng gió. Đây là một loại lớp lót giữa kết cấu hỗ trợ và các tấm. Tiếp theo, các tấm pin mặt trời được lắp đặt trên mái nhà tại điểm đã chọn - bằng phần cứng thông qua các lỗ công nghệ, thân tấm pin được vặn vào các thanh kim loại. Nếu có thể, hãy sử dụng chốt điều chỉnh hoặc chốt xoay để điều chỉnh vị trí của các tấm.

Biện pháp điện

Giai đoạn không kém phần quan trọng là tổ chức hệ thống dây mạng và kết nối thiết bị. Có nhiều cách khác nhau để giải quyết những vấn đề này, nhưng phương pháp đáng tin cậy nhất được coi là kết nối tự động của các tấm pin mặt trời trên mái nhà với một nguồn điện độc lập. Các tấm có bộ chuyển đổi và khối lưu trữ được đưa vào hệ thống cung cấp điện tự trị. Điều này sẽ yêu cầu máy phát điện có công suất nhỏ khoảng 500 W với điện áp hộ gia đình lên đến 220 V.

Kết nối dây được thực hiện bằng cáp ngoài trời xoắn đôi tiêu chuẩn. Tất cả các kết nối của thiết bị được thực hiện bằng bộ tiếp xúc điện - theo quy luật, chúng được bao gồm với các tấm pin mặt trời. Là một giải pháp thay thế, bạn có thể nghĩ đến khả năng kết nối với lưới điện trung tâm, nhưng sau đó sẽ không thể sử dụng nhà máy điện nhưnguồn điện dự phòng.

Tích hợp cửa sổ năng lượng mặt trời trên mái nhà

Một phiên bản được tối ưu hóa về thiết kế của bảng điều khiển năng lượng mặt trời giúp loại bỏ sự cần thiết của các biện pháp lắp đặt đặc biệt. Bảng điều khiển đã được tích hợp sẵn trong cửa sổ mái, vì vậy chỉ cần lắp đặt cấu trúc khung. Nếu muốn, bảng điều khiển có thể được tháo ra khỏi thân đỡ và để lại một cửa sổ có rèm che hoặc các phụ kiện bảo vệ khác.

Một số nhà sản xuất cung cấp việc lắp đặt các tấm pin mặt trời trên nóc nhà trong các cửa sổ mái làm sẵn. Có nghĩa là, bảng điều khiển được thiết kế và sản xuất đặc biệt cho các kích thước của lỗ mở hiện có, có tính đến các đặc điểm của khung. Sau đó, nó chỉ còn lại để tạo một vài lỗ trong thiết kế của bộ phận cửa sổ và bắt vít bảng điều khiển. Để kết nối cáp, một kênh nhỏ được tạo ra với một tuyến dây dẫn đến gác xép hoặc gác xép. Nhân tiện, có thể đặt thiết bị tích lũy và chuyển đổi năng lượng ở đây.

Hướng dẫn quy trình làm việc chung

Trước khi bắt đầu công việc, bạn nên phác thảo một kế hoạch sơ bộ về vị trí của cấu trúc - điều này sẽ cho phép bạn không chỉ xác định phương pháp buộc tối ưu mà còn giảm thiểu các tính toán sai lầm có thể xảy ra khi lắp đặt. Bạn cũng nên lưu ý đến lời khuyên của các nhà sản xuất về việc lắp các tấm pin mặt trời trên mái của một tòa nhà. Ví dụ, các hướng dẫn thường đề cập đến sự cần thiết phải duy trì khoảng cách giữa bề mặt của thân tấm và tấm lợp. ĐểĐể phân phối năng lượng tối ưu trên toàn bộ khu vực tế bào quang điện, bạn cũng nên đặt các tấm hình chữ nhật theo chiều ngang - nghĩa là với cạnh dài dọc theo đường viền.

Vận hành Hệ thống

Cách tốt nhất để kiểm soát hệ thống là thông qua tự động hóa. Các nhà máy điện mặt trời hiện đại trong nước cho phép sử dụng điều khiển từ xa để lập trình hoạt động của cả tấm pin và thiết bị lưu trữ. Nhưng điều này không có nghĩa là sẽ không cần bảo dưỡng vật lý. Định kỳ cần phải kiểm tra tình trạng của các tấm pin mặt trời. Trên nóc nhà riêng, nên cung cấp một giàn kỹ thuật nhỏ với một bộ dụng cụ và vật tư tiêu hao cần thiết. Đôi khi, các hoạt động điều chỉnh, kiểm tra tế bào quang điện, làm sạch cấu trúc và thay thế vật tư tiêu hao khi cần thiết sẽ cần được thực hiện.

Đánh giá về tấm pin mặt trời

Ở Nga, không có quá nhiều chủ nhà tư nhân đã thử nghiệm khả năng của pin năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, ấn tượng từ lần đầu tiên làm quen với nguồn năng lượng này chủ yếu là tích cực. Ngay cả một phạm vi bao phủ tương đối nhỏ của các thể tích năng lượng cần thiết cũng gây ra các phản ứng tích cực. Người dùng lưu ý khả năng tích lũy và phân phối năng lượng rộng rãi với việc sử dụng hợp lý sau này theo yêu cầu.

Mặt khác, nhiều người trong số những người đã lắp đặt bảng điều khiển năng lượng mặt trời trên mái nhà của họ lưu ý rằng khó khăn trong việc bảo trì và chi phí vật tư tiêu hao cao. Chi phí thiết bị vẫn caovẫn là một rào cản lớn đối với sự mở rộng năng lượng mặt trời.

Kết

Mặc dù có những lợi ích rõ ràng từ việc phát triển các nguồn năng lượng thay thế, nhưng vẫn còn những vấn đề trong việc sử dụng chúng ở mức độ của người tiêu dùng đại chúng. Đây không chỉ là những sắc thái kỹ thuật mà người dùng phải đối mặt, mà còn là những đặc điểm khái niệm về việc tạo ra năng lượng. Ví dụ, việc lắp đặt các tấm pin mặt trời trên mái nhà trong các ngôi nhà ở nông thôn chỉ có thể biện minh cho chính nó ở những vùng ấm áp, nơi có mức độ cách nhiệt cao. Nó là một phép đo năng lượng mặt trời đến trái đất bằng các tia sáng. Và nói riêng ở phía tây nam và đông bắc của đất nước thì không giống nhau chút nào. Ngoài ra, các chuyên gia khuyên bạn nên tính đến tỷ lệ giữa năng lượng cần thiết và khả năng tạo ra bởi pin năng lượng mặt trời. Có thể là ngay cả trong các điều kiện có chỉ số cách nhiệt thuận lợi, một số đặc điểm nhất định của tấm pin sẽ không cho phép bạn đạt được hiệu quả tích cực trong việc tiết kiệm năng lượng.