Геліосистема чи сонячна електростанція: що краще для нагрівання води?

Насамперед варто відзначити, що сонячні колектори та сонячні панелі це дві абсолютно різні технології, хоч вони і використовують сонячну енергію. Перша перетворює сонячну енергію на теплову, друга призначена для отримання електрики. Порівняння цих технологій саме собою може здатися не зовсім коректним завданням. Однак, розвиток та здешевлення сонячної фотоелектричної індустрії призвело до появи на ринку пропозицій нагрівання води від сонця сонячними панелями. Чи зможуть фотоелектричні системи скласти конкуренцію тепловим геліосистемам для нагрівання води? У цій статті ми спробуємо розібратися в цьому.

Порівнювати ці технології виключно за ефективністю буде не зовсім правильно, тому я проаналізую дві сонячні установки одразу кільком ключовим факторам:

• ККД перетворення.
• Вартість системи;
• Займана площа на покрівлі;
• Простота монтажу;

Для порівняння систем сонячного нагрівання води скористаємося програмним забезпеченням для моделювання від Valentin softvare. Ця компанія має програмний модуль T*SOL, що дозволяє змоделювати роботу теплової геліосистеми, і програму PV*SOL для моделювання роботи сонячних фотоелектричних установок. Також проведемо невеликий технічний аналіз, для виявлення переваг і недоліків тій чи іншій технології.

Геліосистема для нагрівання води

Щоб максимально коректно порівнювати системи, для розрахунків оберемо обладнання середнього рівня з гарним поєднанням ціна-якість. У більш преміальному чи бюджетному сегменті пропорції мають зберегтися. Таким чином комплект геліосистеми для нагрівання води наступний:

Специфікація геліосистеми для нагрівання води

Умова симуляції: споживання гарячої води – 250 літрів на день із середньою температурою близько 50 °С, нахил покрівлі – 35 ° з орієнтацією на південь. Розташування об’єкту – м. Київ.

Таким чином, геліосистема на базі двох сонячних колекторів здатна покрити в середньому майже 44% від необхідної енергії на нагрівання води за рік.

Результати симуляції роботи гелісистеми у програмі T*SOL

Середньорічний графік вироблення теплової енергії для нагрівання води від сонячних колекторів

Сонячна фотоелектростанція для нагрівання води

Комплектація сонячної системи для нагрівання води на основі сонячних фотоелектричних панелей:

Специфікація сонячної електростанції для нагрівання води

Схема сонячної електростанції для забезпечення ГВП

Для тих самих умов споживання енергії та монтажу панелей на покрівлі, отримуємо результат симуляції, при якому частка покриття від загального споживання становить 32,5 %.

Результати симуляції роботи сонячної електростанції

Таким чином, 2 сонячні колектори завдяки загальному ККД геліосистеми близько 39 % можуть забезпечити більше покриття за рахунок сонячної енергії ніж 6 сонячних панелей з ККД перетворення сонячної енергії всього близько 17 %.

Середньорічний графік вироблення теплової енергії для нагрівання води від сонячних панелей

Вибрана фотоелектрична система дешевша, проте за рахунок меншого вкладу енергії для забезпечення ГВП додатковий нагрівання доведеться включати частіше, що в перспективі зменшує рентабельність у порівнянні з геліосистемою. При цьому додавання сонячних панелей не має особливого сенсу, тому що це майже не дасть збільшення за весь рік, а лише збільшить надлишки електроенергії в літній період. Доцільним було б використання надлишків на інші потреби електричних приладів, що є в будинку, проте в такому разі виникає необхідність застосовувати складніший і дорожчий інвертор або акумуляторні батареї. При цьому розширюється функціонал сонячної фотоелектричної системи та, по суті, це вже не є системою сонячного нагрівання води, яку ми порівнюємо.

Сонячні колектори займаю лише трохи більше 4 м². При цьому для монтажу сонячних панелей потрібно щонайменше 12 м². З урахуванням частого дефіциту придатних площ на даху для встановлення сонячної станції, це може бути ключовим фактором.

Сонячна фотоелектрична система трохи простіше в монтажі, ніж установка геліосистеми. Як у першому, і у другий випадок слід скористатися послугами фахівців, т. до. кожна система має особливості, потребують певних навичок. Загальна вартість монтажних робіт буде порівнянна, оскільки складність монтажу геліосистеми нівелюється великою кількістю сонячних панелей, які необхідно встановити на даху фотоелектричної станції.

Таким чином, при використанні сонячної енергії для нагрівання води явна перевага все ще на боці сонячних колекторів. Однак слід так само віддати належне сонячним панелям, тому що постійне здешевлення технології та підвищення ефективності кремнієвих фотоелементів з кожним роком розширюють сферу їх застосування. І за певних обставин використання сонячних модулів для нагрівання води може бути більш ефективним, наприклад у гірській місцевості, де через низькі температури ККД геліосистеми знижується, але при цьому сприятливо позначається на ефективності сонячних панелей. Також нагрівання води від сонячних панелей, може бути хорошим варіантом додаткового накопичення енергії у вигляді тепла в баку акумуляторі для великих автономних або гібридних сонячних електростанцій.