Эксплуатационный эксперимент в квартире в румынском городе Бухарест показал, что полупрозрачные фотоэлектрические окна могут напрямую питать водонагреватель постоянным током, используя бак для воды в качестве средства теплового хранения вместо электрического аккумулятора. Согласно опубликованным владельцем эксперимента измерениям, система покрывала от 43,7% до 46,7% потребности семьи из четырёх человек в энергии для горячего водоснабжения в течение двух последовательных периодов наблюдения.
Эксперимент, представленный Адрианом Бэйсаном из компании PhotoVoltaic Windows SRL, направлен на решение практической проблемы, с которой сталкиваются жители квартир: отсутствия собственного пространства на крыше для установки солнечных панелей. В таких случаях окна, балконы и стеклянные ограждения становятся одними из немногих доступных поверхностей для выработки энергии, однако производство электроэнергии не всегда совпадает с её потреблением в доме.
Что произошло в квартире на практике?
Система была установлена на застеклённом балконе, ориентированном на юг, и состоит из 11 полупрозрачных фотоэлектрических окон. Их скорректированная номинальная мощность составляет около 845 Вт пиковой мощности, тогда как в предыдущих документах проекта указывалось 683 Вт пиковой мощности на основании более раннего технического паспорта от 2021 года. Производитель пояснил, что поставленное стекло относится к более новым моделям с большей мощностью. Эта корректировка не меняет измеренные энергетические результаты или долю покрытия потребности в горячей воде.
Окна работают вне домашней электрической сети, поскольку подключены непосредственно к резистивному нагревательному элементу обычного водонагревателя. Когда солнечной энергии недостаточно, контроллер после захода солнца переключает водонагреватель на переменный ток из сети, пока не будет достигнута температура, заданная термостатом. Благодаря такой архитектуре системе не требуются солнечный инвертор или электрохимический аккумулятор.
В период с 2023 по 2024 год окна передали водонагревателю 446 кВт·ч, покрыв 46,7% потребности дома в энергии для горячего водоснабжения. В период с 2024 по 2025 год переданная энергия выросла до 462 кВт·ч, однако доля покрытия составила 43,7%. Каждый период фактически включает около 11 месяцев использования, поскольку семья примерно месяц находилась вне дома.
Почему вместо аккумулятора выбрали нагрев воды?
Основная идея заключается в разделении времени производства энергии и времени её использования. Бак для воды может принимать 100, 300 или 500 Вт в течение нескольких часов, а затем сохранять энергию в виде тепла для последующего использования. Это отличается от традиционной солнечной системы, подключённой к мгновенным электрическим нагрузкам: система может вырабатывать 500 Вт, тогда как дом в тот же момент потребляет лишь 150 Вт.
В материале приводится справочный пример Федерального ведомства по охране окружающей среды Германии UBA для балконной фотоэлектрической системы мощностью 800 Вт, установленной вертикально и ориентированной на юг. Её годовая выработка оценивается примерно в 532 кВт·ч, а непосредственное потребление в квартире без аккумулятора — примерно в 240 кВт·ч, или около 45%. Направление солнечной электроэнергии непосредственно на водонагреватель позволяет поглощать выработку в течение более длительного времени, что может повысить использование доступной энергии без добавления электрического накопителя.
Электрическое согласование — решающий фактор
Результаты не означают, что фотоэлектрическое стекло по своей природе эффективнее традиционных кремниевых панелей. Наиболее важным является соответствие между напряжением массива и нагревательной нагрузкой. При непосредственном подключении двух традиционных панелей общей мощностью около 800 Вт к нагревательному элементу мощностью 3 кВт и напряжением 230 В, согласно приведённому в материале сравнению, передаваемая мощность может не превышать примерно 300 Вт из-за характеристик напряжения и тока.
В свою очередь, в фотоэлектрических окнах используется большее количество генерирующих элементов меньшей мощности, что позволяет конфигурировать их для достижения напряжения постоянного тока, более подходящего для нагревательного элемента, при сохранении умеренной общей мощности. Система зафиксировала измеренный пик в 499 Вт на водонагревателе при скорректированной номинальной мощности 845 Вт пиковой мощности.
Активный MPPT-преобразователь может повысить мгновенную мощность при некоторых условиях освещения, однако он не обязательно преобразует это увеличение в такой же объём полезной годовой энергии: нагреватель отключается после достижения заданной температуры, а преобразователь добавляет собственное потребление, потери, стоимость и сложность. Этот вывод остаётся связанным с конфигурацией эксперимента и не является общим правилом, отменяющим необходимость силовой электроники в каждой системе.
Дополнительные преимущества и ограничения, которые следует учитывать
В материале говорится, что местное производство горячей воды сократило время ожидания её поступления из централизованной системы в душ. Исходя из измеренного расхода 6,7 литра в минуту и ожидания около пяти минут до достижения примерно 43 °C в конце сентября, модель данного случая оценила ежегодный расход около 62,1 м³ воды во время ожидания для семьи из четырёх человек. Источник подчёркивает, что это оценка, относящаяся к конкретному случаю, а не универсальное значение, поскольку длина труб, система циркуляции и условия эксплуатации различаются в разных зданиях.
Фотоэлектрическое стекло также выполняет функцию затенения. Из общей площади остекления около 12,9 м² полупрозрачное фотоэлектрическое стекло занимает 7,92 м². Согласно оценке модели, его замена прозрачного стекла снизила солнечные теплопритоки через фасад примерно на 40%, а сокращение потребления энергии на охлаждение в этой квартире летом оценивается в диапазоне от 433 до 481 кВт·ч, при центральной оценке около 457 кВт·ч. Это расчётные показатели, а не фактические измерения экономии на кондиционировании воздуха.
Редакционный вывод certi.news: значение эксперимента заключается в переосмыслении использования солнечной энергии в квартирах: не всегда необходимо преобразовывать электричество в переменный ток или хранить его в аккумуляторе; уже имеющийся бак для воды может быть гибкой и полезной нагрузкой. Однако сами по себе результаты не доказывают экономическую целесообразность или возможность масштабирования, а данные получены от организации, связанной с самой технологией; кроме того, некоторые преимущества в охлаждении и водоснабжении основаны на моделях и оценках. Поэтому сравнение с традиционными панелями, стоимость установки, требования безопасности и нормативные требования для зданий нуждаются в независимой оценке до распространения этого решения.