Как использовать солнечные батареи для дома?

Как использовать солнечные батареи для дома?

Солнечные батареи для дома и личного пользования

Использование солнечной энергии для обеспечения жизненных потребностей в 21 веке является актуальным вопросом не только для корпораций, но и для населения. Теперь использование солнечных батарей для получения экологической электроэнергии привлекает много людей своей доступностью, автономностью, неиссякаемостью и минимальными вложениями. Теперь эти явления настолько привычны и обыденны, что уже давно прочно обосновались в нашу каждодневную жизнь.

Данный источник электроэнергии используется для освещения, функционирования бытовых электроприборов и отопления. Уличные фонари на солнечных батареях используются повсеместно в городской черте, на дачных участках и территориях загородных коттеджей.

Содержание

Принцип работы солнечной батареи

Устройство предназначено для непосредственного преобразования лучей солнца в электричество. Этот действие называется фотоэлектрическим эффектом. Полупроводники (кремневые пластины), которые используются для изготовления элементов, обладают положительными и отрицательными заряженными электронами и состоят их двух слоев n-слой (-) и р-слой (+). Излишние электроны под воздействием солнечного света выбиваются из слоев и занимают пустые места в другом слое. Это заставляет свободные электроны постоянно двигаться, переходя из одной пластины в другую вырабатывая электричество, которое накапливается в аккумуляторе.

Как работает солнечная батарея, во многом зависит от ее устройства. Первоначально фотоэлементы изготавливались из кремния. Они и сейчас очень популярны, но поскольку процесс очистки кремния достаточно трудоемок и затратен, разрабатываются модели с альтернативными фотоэлементами из соединений кадмия, меди, галлия и индия, но они менее производительны.

КПД солнечных батарей с развитием технологий вырос. На сегодняшний день это показатель возрос от одного процента, который регистрировался в начале столетия, до более двадцати процентов. Это позволяет в наши дни использовать панели не только для обеспечения бытовых нужд, но и производственных.

Технические характеристики

Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:

  • Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;
  • Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;
  • Контроллер уровня заряда аккумулятора.

Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.

Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

(Tesla Powerwall — аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт — и домашняя зарядка для электромобилей)

Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.

Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.

Установка солнечных батарей

Если конструкции будут использоваться для электрообеспечения жилых пространств, то место установки следует выбирать тщательно. Если панели будут загорожены высотными зданиями или деревьями, то трудно будет получить необходимую энергию. Их необходимо разместить там, где поток солнечных лучей максимален, то есть на южную сторону. Конструкцию лучше установить под наклоном, угол которого равен географической широте месторасположения системы.

Солнечные панели должны размещаться таким образом, чтобы хозяин имел возможность периодически очищать поверхность от пыли и грязи или снега, поскольку это приводит к более низкой способности выработки энергии.

Солнечная батарея своими руками

Те, кто хочет сэкономить, задумываются, как сделать солнечную батарею в домашних условиях самостоятельно, чтобы она обладала необходимыми эксплуатационными параметрами и полностью обеспечивала энергетические потребност. Это особенно актуально для мест отдаленных от главных артерий цивилизации.

Солнечные батареи своими руками в домашних условиях изготавливаются из соответствующих элементов, которые можно купить в открытом доступе в специализированных компаниях или через интернет магазины. Если кремниевые пластины должны приобретаться у производителей, то остальные элементы, такие как лента, рамка, пленка, стекло, припой и прочее можно вполне обнаружить и дома в хозяйстве.

Солнечная батарея своими руками из подручных средств изготавливается некоторыми умельцами из медных листов, зажимов, мощных электроплит, соли и из других материалов. Такие кустарные устройства не смогут полностью обеспечить необходимой электроэнергией и могут использоваться лишь в небольших масштабах.

Лучше всего солнечные батареи купить у производителя, поскольку они обладают гарантией и необходимыми функциональными и эксплуатационными параметрами, и, значит, не подведут. Производство солнечных батарей базируется на применении новейших технологий, которые постоянно развиваются, предлагая более усовершенствованные модели. В зависимости от размеров устройств, они могут использовать для различных целей в местах, где нет снабжения электроэнергией. Они встречаются на калькуляторах, часах, различных мобильных устройствах.

Так, например, рюкзак с солнечной батареей будет незаменимым помощником тех, кто любит путешествовать с комфортом. Он накопит достаточно энергии, чтобы зарядить фонарик для освещения туристической палатки или чтобы во время похода заряжать необходимые гаджеты. Судя по отзывам, солнечные батареи используются часто и с удовольствием для удовлетворения разнообразных нужд не только на природе, но и в быту.

Современные устройства со встроенными солнечными модулями

  • Power bank с солнечной батареей – внешний накопитель с фотоэлементами для преобразования солнечных лучей в заряд аккумулятора. Он обладает несколькими портами и предназначен для зарядки смартфонов или планшетов. Это незаменимое устройство для тех кто, много времени тратят в дороге и пользуются гаджетами. Устройство, зависимо от модели может дополняться различными функциями, как, к примеру, фонариком.
  • Робот конструктор – наборы с различными элементами, из которых можно собрать несколько конструкций, которые двигаются автономно. Это лучшая игрушка для любознательных детей. Робот конструктор на солнечной батарее купить интересно будет не только малышам, но и вполне взрослым дяденькам, поскольку захватывающим является не только движение робота, но и сам процесс сборки.
  • Уличные садовые светильники на солнечных батареях – идеальное решение для сада, огорода или приусадебного участка. Благодаря накопленному заряду они будут светиться всю ночь. Для этого не нужно прокладывать специальную проводку. Их можно брать с собой на рыбалку или семейный поход. Чрезвычайная мобильность, компактность и удобство делают фонари самыми востребованными изделиями на солнечных батареях.

Возможности эксплуатации настолько разнообразны, а технологии так быстро развивается, что скоро солнечные модули охватят все сферы жизни современного человека.

Гибридная солнечная электростанция 3 кВт

Гибридная солнечная электростанция SA-3000 предназначена для использования в частном доме в качестве системы автономного электроснабжения в период весна — осень или в качестве дополнительного источника электроэнергии с целью уменьшения счетов за электричество.

Главные особенности гибридной СЭС Victron SA-3000:

  • возможность подмешивания солнечной энергии к сетевой, не используя ресурс аккумуляторов, что увеличит их срок службы до 10-15 лет (аккумуляторы не будут разряжаться и всегда будут заряжены на 100%, чтобы обеспечить электроснабжение дома при отключении сетевого напряжения, например, в момент аварии в сети);
  • возможность ограничения потребления энергии от сети 220 Вольт на любом уровне (можно установить нулевое потребление от сети и пока достаточно энергии от солнечных панелей и/или от аккумуляторов, счетчик электроэнергии будет остановлен);
  • отключаемая возможность продажи излишков электроэнергии в общую сеть (будет актуальна в будущем, когда в России разрешат продажу электроэнергии частным лицам);
  • возможность временно увеличивать мощность подключения к сети, используя энергию солнца и энергию в аккумуляторах. При работе этой функции включается инвертор и его выходной ток подмешивается к току сети, увеличивая тем самым суммарную выходную мощность (при этом аккумуляторные батареи разряжаются, если недостаточно солнечной энергии);
  • возможность локального наблюдения за работой системы с любого смартфона, планшета, ноутбука через WiFi;
  • возможность удаленного наблюдения за работой системы из любой точки мира через интернет;
  • возможность подключения 2 групп электропотребителей — одна группа с резервированием от АКБ (свет, холодильник, водяной насос, аудио и видеотехника, компьютерная техника и т.п.) и одна группа без резервирования (мощные электроприборы, например, бойлер, чайник, электроплитка и т.п.). При этом солнечная энергия будет равномерно распределяться между двумя группами при наличии сети, а при отключении сети — вся энергия пойдет на первую группу;
  • все компоненты СЭС, кроме АКБ, имеют срок службы более 20-25 лет.

Мощности инвертора в системе достаточно для длительной работы любых электроприборов суммарной мощностью до 3 кВт с пиковой пусковой мощностью до 6 кВт. Например, для любого холодильника, освещения, телевизора, ноутбука, насоса, котла отопления (кроме электрического), любых электроинструментов, любых зарядных устройств, пылесосов, микроволновок и прочей бытовой техники. При необходимости увеличить мощность, можно добавить еще один инвертор или можно заменить инвертор на более мощный (вплоть до 15 кВт).

Шесть солнечных батарей суммарной мощностью 1,5 кВт будут выдавать в солнечную погоду в средней полосе России около 9 кВт*час электроэнергии в сутки. Т.к. весной и летом в средней полосе России в среднем около 20 солнечных дней в месяц, то в течение месяца среднесуточное поступление энергии от батарей составит около 5 кВт*час в сутки.

Годовая выработка электроэнергии в средней полосе России составит около 1500 кВт*час, а в регионах с высокой инсоляцией, например, в Крыму, до 2000 кВт*час. При этом нужно понимать, что распределение выработки электроэнергии по месяцам будет неравномерное и максимальная выработка будет в летние месяцы.

Получаемую от Солнца электроэнергию можно использовать, например, для питания следующих электроприборов:

  1. Холодильник класса А++ с потреблением 600 Вт*ч/сутки — 600 Вт*ч
  2. Скважинный насос (800 Вт, 2 часа/день) — 1600 Вт*ч
  3. Энергосберегающие лампы освещения (10 шт. по 20 Вт по 3 часа/день) — 600 Вт*ч
  4. LCD телевизор 40″ (100 Вт, 3 часа в день) — 300 Вт*ч
  5. Зарядное устройство смартфона (10 Вт, 3 часа) — 30 Вт*ч
  6. Ноутбук (50 Вт, 5 часов в сутки) — 250 Вт*ч
  7. Пылесос (1500 Вт, работает 30 минут или 0,5 часа) — 750 Вт*ч
  8. Микроволновка (1500 Вт, работает 15 минут или 0,25 часа) — 375 Вт*ч
  9. Электрический чайник (2000 Вт, работает 10 минут или 0,17 часа) — 340 Вт*ч
  10. Прочие электроприборы с потреблением 155 Вт*ч/сутки

Итого: 5 кВт*ч в сутки.

Используемый мощный контроллер заряда позволяет добавить в систему еще 500 Вт солнечных панелей. Кроме того, можно установить дополнительный контроллер и добавить в систему нужное количество панелей, что увеличит среднесуточную выработку электроэнергии.

  • Правило добавления солнечных панелей:
    на каждый 1 кВт панелей необходимо добавить не менее 2 АКБ по 200 Ач.

Используемые в составе этого готового решения 4 гелевых аккумулятора емкостью 200 Ач и напряжением 12 Вольт, способны запасти около 10 кВт*час электрической энергии, которой хватит на 2 суток автономной работы при пасмурной погоде. При необходимости увеличения времени автономной работы до 4 суток, можно добавить в систему еще 4 АКБ.

Приведенный выше расчет сделан с учетом эксплуатации электростанции в период весна-лето. Поэтому нужно понимать, что при эксплуатации системы осенью-зимой или при расходе электроэнергии больше 5 кВт*час в сутки, будет периодически использоваться электроэнергия из сети, либо от установленного генератора (при отсутствии возможности подключения к сети).

Для справки: 5 кВт*час в сутки или 5*30=150 кВт*час в месяц — это типичное потребление электроэнергии в доме, где проживают 2-3 человека, при условии использования газовой плиты. Потребление в своем доме Вы можете проверить по счетчику электроэнергии или по квитанции на оплату за месяц.

При сборке электростанции в техническом отделе нашей компании, инвертор, контроллер и контрольная панель по желанию заказчика программируются на один из многих вариантов работы, например:

  • Автономная работа без подключения к сети (вход инвертора настраивается на подключение генератора, автозапуск генератора «по сухому контакту реле» возможен после разряда АКБ до заданного уровня, при превышении заданной мощности нагрузки, по расписанию).
  • Работа с постоянным подключением к сети 220 Вольт. В этом случае, при наличии энергии от солнечных батарей будет использоваться в первую очередь энергия Солнца, а при недостатке солнечной энергии — будет использоваться электроэнергия из сети. В случае отключения сети, ночью будет использоваться энергия из аккумуляторов, а днем — из аккумуляторов и солнечная энергия. Отдача излишков солнечной энергии в общую сеть запрещена.
  • Работа с постоянным подключением к сети 220 Вольт и с резервным генератором. В отличие от предыдущего варианта, кроме использования сети происходит автоматическое использование дизельгенератора при отсутствии сети (автозапуск генератора возможен по различным настраиваемым параметрам).

На основе приведенного выше расчета потребления электроэнергии Вы можете сделать свой расчет и понять, достаточно ли для Вашего дома такой гибридной системы. Если её мощности недостаточно для Вашего случая, то мы поможем выбрать необходимые компоненты для Вас — звоните по телефону 8 (495) 000-00-00 или напишите нам.

Состав и параметры солнечной электростанции для дома

  • Солнечные батареи (1.5 кВт): Chinaland CHN250-60P (250 Вт) — 6 шт.
  • Контроллер заряда (2 кВт): Victron BlueSolar MPPT 150/70-Tr
  • Инвертор с зарядным устройством (3 кВт): Victron MultiPlus 24/3000/70-50
  • Выносная контрольная панель с подключением к интернету: Victron Venus GX
  • Аккумуляторы (10 кВт*ч): Delta GEL 12-200 (12 В, 200 А*ч) — 4 шт.
  • Предохранитель с держателем: 100 Ампер
  • Автоматы постоянного тока для СБ и инвертора: 32 Ампера и 175 Ампер
  • Комплект кабелей и разъемов: один комплект с длиной кабелей для солнечных батарей 15 м.
  • Постоянное рабочее напряжение: 24 Вольта
  • Переменное напряжение на выходе: 220 В, 50 Гц, чистый синус
  • Тип входных контактов 220 В: винтовые клеммы для кабеля до 13 кв.мм. и кабель с вилкой
  • Тип выходных контактов 220 В: винтовые клеммы для кабеля до 13 кв.мм. и кабель с колодкой с 3 розетками
  • Максимальная выходная мощность: 3 кВт
  • Продолжительность работы при отсутствии солнца на нагрузку 5 кВт*ч/сутки (при 100% разряде): 2 суток
  • Температура эксплуатации оборудования: от -20°C до +50°C
  • Температура эксплуатации солнечных панелей: от -40°C до +85°C
  • Общий вес всех компонентов солнечной электростанции, кг: 440

Дополнительно возможна комплектация монтажным комплектом для солнечных панелей, стеллажом для АКБ и инвертора, программаторами для инвертора и контроллера и пр.

Опции:

  • замена солнечных батарей на батареи другой мощности (150, 200, 260, 300, 320 Вт)
  • замена аккумуляторов на аккумуляторы другой емкости и/или иного типа (OPzV)
  • замена инвертора на инвертор другой мощности (2 кВт, 5 кВт, 10 кВт, 15 кВт)
  • трёхфазная модификация гибридной СЭС на 380 Вольт

Монтаж электростанции:

При покупке солнечной электростанции Вы получаете подробную инструкцию по установке и эксплуатации этой модели со схемой соединений. Максимальное количество электрических соединений и настройка контроллера и инвертора уже сделаны при сборке и тестировании в техническом отделе компании Солнечные.РУ.

Покупателю остается только подключить аккумуляторы (прикрутить клеммы) и закрепить солнечные батареи, ориентировав их на юг.

Любой человек, даже не разбирающийся в электрике, сможет произвести монтаж в течение дня.

Солнечные батареи на даче

Что делать, если на даче по какой-то причине нет электричества? Можно, конечно, приспособиться и к такой жизни, наслаждаясь проверенными временем технологиями: для освещения пользоваться свечами и керосиновой лампой, для хранения продуктов выкопать погреб, воду носить ведрами и греть на огне, от телевизора отказаться и т.д. Однако такой «отдых» вряд ли будет по-настоящему комфортным: рано или поздно все равно придется искать способы получения электричества с помощью альтернативных источников энергии.

Чаще всего об этом задумываются в следующих случаях:

  • нет возможности подключить дачный или загородный дом к электросети;
  • подключение к электросети стоит неоправданно дорого;
  • на подстанции постоянно происходят аварии, из-за которых подолгу не бывает света;
  • участку выделена слишком малая мощность и ее постоянно не хватает (обычно это случается в садовых товариществах со старыми электросетями);
  • хочется сэкономить на чрезмерно высоких счетах за электричество.

Солнечная батарея для дома дачи

Самый простой и доступный из альтернативных источников энергии – солнечные батареи. Фотоэлементы на основе кремния, соединенные в электрическую цепь для преобразования энергии солнечного света в электроэнергию, были изобретены в США и начали использоваться на американских и советских космических спутниках еще в 1958 году. В наше время на них работает портативная техника (калькуляторы, термометры, фонарики), космические аппараты, электромобили и яхты, даже разрабатывается самолет, который будет летать за счет энергии, полученной от солнечных батарей.

Солнечная батарея для дома дачи

Во многих странах созданы крупные солнечные электростанции, а правительство Франции планирует уложить 1 000 км автодорог со встроенными солнечными панелями, чтобы каждый километр такого покрытия обеспечивал электроэнергией 5 000 человек (без учета отопления). Солнечные батареи нашли применение даже в медицине: в Южной Корее крошечные фотоэлементы вживляют в кожу пациента для бесперебойной работы имплантированных приборов, например, кардиостимулятора. Такой длительный опыт и широкое применение солнечных батарей свидетельствует о надежности, экономичности и высокой эффективности этой технологии.

Солнечная батарея для дома дачи

В этой статье я расскажу о собственном опыте использования солнечных батарей на даче. Прежде всего необходимо заметить, что для обеспечения потребностей небольшого дачного дома в электроэнергии требуется собрать целую мини-электростанцию, в которую, кроме самих солнечных батарей, входят аккумуляторы для накопления заряда, контроллер для управления системой и инвертор для преобразования постоянного тока в переменный.

Содержание:

Солнечные батареи для дачи

На российском рынке представлены солнечные батареи (солнечные панели) отечественного, европейского и китайского производства. На нашей даче установлены отечественные солнечные панели — мы купили их непосредственно у производителя в Зеленограде. В Москве работает несколько специализированных фирм, которые предлагают как отдельные элементы для самостоятельной установки солнечной мини-электростанции, так и полный комплект необходимого оборудования с доставкой и установкой под ключ. Специалисты этих компаний дают профессиональные советы и консультации, просчитывают для каждого клиента необходимую мощность и состав системы.

Солнечные батареи имеют неограниченный срок службы. Они вырабатывают постоянный ток напряжением 12В. В зависимости от размера панели бывают разной мощности. Чтобы собрать автономную солнечную мини-электростанцию, нужно приобрести несколько солнечных батарей. Точное количество батарей (точнее, их необходимая мощность) высчитывается, исходя из необходимого вам потенциального расхода электроэнергии. В летние солнечные дни эффективность работы панелей максимальная. В пасмурную погоду панели тоже вырабатывают электроэнергию, но в меньшем количестве. Это надо учитывать при расчете мощности системы, если вы планируете пользоваться ей не только в летнее время, но и зимой.

Солнечная батарея для дома дачи

Аккумуляторы глубокого разряда

Электрическая энергия, которую вырабатывают солнечные панели, накапливается в аккумуляторах. Для эффективной работы системы лучше всего использовать специальные гелевые аккумуляторы глубокого разряда, которые не требуют специального обслуживания, герметичны и безопасны при установке внутри дома. Для небольшого дачного домика с минимальным потреблением электроэнергии требуется как минимум 3-4 аккумулятора емкостью по 100-120 А*ч каждый. Они надежны, долговечны и выдерживают много циклов заряда и глубокого разряда.

Контроллер заряда аккумуляторов

Между солнечными панелями, вырабатывающими электроэнергию, и аккумуляторными батареями, которые эту энергию накапливают, устанавливается контроллер. Контроллеры различаются по техническим характеристикам и стоимости. Как ни странно, это самый главный элемент управления солнечной мини-электростанцией: контроллер защищает аккумуляторы от полного разряда и от перезаряда, которые для них очень опасны. В случае недопустимо низкого разряда аккумуляторов контроллер отключает нагрузку. В том случае, когда аккумуляторы полностью заряжены, контроллер не дает энергии от солнечных батарей поступать в аккумуляторы.

Солнечная батарея для дома дачи

Инвертор

Солнечные батареи вырабатывают постоянный ток напряжением 12В, в то время как большая часть электроприборов работает от переменного тока напряжением 220В. Поэтому в систему солнечной мини-электростанции включают инвертор, который преобразует постоянный ток 12В в переменный ток 220В. Лучше всего использовать более дорогие инверторы, которые выдают ток так называемой чистой синусоиды («чистый синус»). Более дешевые инверторы, вырабатывающие ток модифицированной синусоиды, для некоторой техники могут не подойти.

Потребители электроэнергии

Как правило, во всех солнечных мини-электростанциях устанавливаются отдельные розетки для приборов (потребителей), работающих от постоянного (12В) и переменного тока (220В). От постоянного тока могут работать энергосберегающие осветительные приборы, водяные насосы, холодильники и даже телевизоры. Вся остальная техника требует переменного тока напряжением 220В. По возможности выбирайте оборудование, которое потребляет как можно меньше электроэнергии, – на современном рынке бытовой техники существует огромный выбор таких энергосберегающих устройств.

Собственный опыт и впечатления

На нашей даче небольшая система из солнечных батарей успешно проработала несколько лет, пока не появилась возможность подключиться к общей электросети. Конечно же, когда после установки солнечных батарей мы смогли включить нормальный свет, холодильник, насос для воды, антенну и телевизор, это было просто чудо.

Однако за системой необходимо постоянно следить и поддерживать ее в правильном, работоспособном состоянии. Например, контакты на месте соединения проводов от солнечных панелей с контроллером заряда периодически окисляются и перестают качественно проводить заряд. Поэтому их необходимо периодически зачищать и подключать заново. Если этого не делать, то заряд от батарей поступает в аккумуляторы не полностью, мини-электростанция накапливает меньший запас электричества, чем рассчитывалось, и при включении обычной (рассчитанной для нее) нагрузки уже не справляется: скорость разряда становится быстрее скорости заряда. Кроме того, если система бюджетная и не очень мощная, необходимо очень четко понимать, какие электроприборы можно включать одновременно, а какие – нет.

Читайте также  Каркас или брус что выбрать для дома?

Пока у нас с мужем была возможность часто ездить на дачу и следить за солнечными батареями, все хорошо работало и никаких проблем не возникало. Но когда обязанность поддерживать систему в рабочем состоянии легла на плечи наших пожилых родителей, начались проблемы с ее функционированием, потому что у них не хватало знаний и опыта. В итоге было принято решение воспользоваться появившейся возможностью подключиться к обычной электросети, чтобы не нагружать их лишними заботами.

Основываясь на нашем опыте, я могу сказать, что собрать достаточно бюджетную автономную мини-электростанцию на солнечных батареях вполне реально. И она действительно будет надежно и эффективно работать, обеспечивая основные потребности небольшого дачного домика. Однако для поддержания ее в хорошем состоянии нужно тщательно изучить вопрос и периодически проводить ее диагностику и профилактику.

Солнечные батареи для умного дома: основные виды и анализ их эффективности

Солнечная энергетика на сегодня является одним из наиболее экологически чистых способов получения электричества и тепла. Интерес к этой сфере растёт с каждым годом, в том числе и с точки зрения автономного энергообеспечения «умного дома». Разберём подробнее, выгодны ли солнечные батареи в частном доме, какие их виды имеются в продаже, каковы нюансы их использования для получения электричества и отопления помещений.

солнечные панели для умного дома

Принцип работы солнечных батарей

Принцип работы солнечной энергоустановки основывается на полупроводниковом эффекте. Впервые данный эффект был открыт французским физиком Беккерелем ещё в первой половине 19 века. Реально действующий полупроводник был создан в 1873г., однако, до середины ХХ века не удавалось создать эффективно работающей солнечной батареи, способной вырабатывать значительное количество электричества.

Основу конструкции составляет кремний, как один из наиболее эффективных полупроводников. Из него изготавливаются фотоэлементы, составляющие верхний слой пластин батареи. Под воздействием солнечных лучей в блоке преобразователя начинается высвобождение из атомов кремния отрицательно заряженных частиц. Высвободившиеся электроны захватываются атомами нижерасположенной пластины. В соответствии с физическими законами они стремятся вернуться в своё первоначальное положение.

Возвращаясь в верхнюю кремниевую пластину, они перемещаются по тонким проводам, при этом частью своей энергии заряжая аккумулятор, подключённый к фотоэлементам. Работа солнечных батарей, созданных на основании монокристаллической методики нанесения кремниевого слоя, намного эффективней. Это связано с тем, что в данном случае образуемая кремнием кристаллическая решётка имеет меньшее число граней, а это даёт электронам возможность прямолинейного передвижения.

Классификация солнечных батарей

На сегодня существует большое количество преобразователей солнечной энергии, которые условно классифицируются по нескольким признакам. По количеству вырабатываемой электроэнергии солнечные панели бывают:

  • Маломощные, предназначаемые для электропитания и подзарядки различных гаджетов – ноутбуков, смартфонов, переносных приборов, небольших телевизоров и т.д.
  • Универсальные. Способны обеспечить энергией не только маломощные устройства, но и некоторые бытовые приборы, например, лампы освещения.
  • Собственно солнечные батареи, состоящие из целого ряда фотоэлементов, закреплённых на подложке. Такие панели могут применяться для энергообеспечения коттеджа, подсобных надворных построек, для дачи.

виды солнечных панелей

По своей конструкции электрогенераторы, работающие на солнечной энергии, подразделяют на:

  • Фотоэлектрические. Представляют собой полупроводниковую конструкцию, в которой происходит преобразование тепловой энергии солнца прямиком в электроэнергию. Несколько фотоэлементов объединяются в единую батарею, действующую по принципу полупроводников, описанному выше.
  • Гелиоэлектростанции. Генерирующие устройства данного типа концентрируют энергию солнца, направляя её на движение турбин или прочих устройств, вырабатывающих ток. Принцип концентрации состоит в использовании линз, либо зеркальных поверхностей вогнутой формы. Сфокусированный солнечный луч направляется на некую ёмкость с теплоносителем, который закипает и превращается в перегретый пар. Далее пар пропускается через турбины, вращая их, и вырабатывая электрический ток. В данном случае работа солнечных батарей менее эффективна, так как значительная часть энергии тратится на нагрев и испарение теплоносителя.
  • Тепловые коллекторы – солнечные батареи для отопления частного дома. Относятся к классу низкотемпературных устройств. Принцип действия их прост: аккумулируемая энергия солнечного излучения преобразуется в тепловую, идущую на нагрев воды в системе горячего водоснабжения и отопительном контуре дома. Эффективность работы солнечных батарей подобного типа напрямую зависит от их площади: чем она больше, тем до высших показателей они разогревают воду.

Солнечная энергия для отопления

Одна из областей применения гелиоустановок в системе «умный дом», это отопление помещений в холодное время года, а также нагрев воды, используемой для бытовых нужд в системах горячего водоснабжения. Современные модели солнечных панелей и коллекторов могут функционировать и в зимнее время, когда температура воздуха опускается до -30 о С. Таким образом, они могут составить достойную конкуренцию традиционным способам обогрева частного дома.

Принцип работы панелей с фотоэлементами

Отопление дома от солнечных батарей может производиться двумя способами:

  1. Методом непосредственного нагрева теплоносителя (воды, антифриза) в отопительной системе. Производится это с помощью концентрации солнечных лучей на баках-накопителях, или трубчатых контурах, по которым перемещается вода.
  2. С помощью солнечных панелей, вырабатывающих электроэнергию. В данном случае работа солнечных батарей по обогреву жилья аналогична действию электроэнергии из общей энергосети.

Действуют панели с фотоэлементами при нагреве воды в отопительном контуре по следующему принципу — комплекты солнечных батарей, превращая энергию лучей солнца в электроэнергию, заряжают аккумуляторные батареи. От них ток поступает в инверторы, преобразующие его по напряжению, частоте, силе. Оттуда электричество подаётся непосредственно на нагревательные приборы, например, на электрокотел.

принцип работы солнечных батарей

Эффективность использования фотоэлементов

Преимущество солнечных панелей перед гелиоколлекторами состоит в возможности аккумуляции электричества. А это, в свою очередь, позволяет интегрировать водонагревательную систему, основанную на солнечных батареях, в комплекс «умный дом». Для этого можно использовать датчики и реле, самостоятельно запускающие электроподогрев отопительной системы при снижении температуры ниже установленных показателей.

Также возможно подключение внешнего управления процессом поддержания тепла в доме при помощи интернет-соединения и любого гаджета, имеющего выход во всемирную паутину – смартфона, ноутбука, ПК. Эффективность использования фотоэлементов, по сравнению с гелиоколлекторами состоит в возможности автономной или управляемой регулировки их работы. Наличие заряжаемой аккумуляторной батареи позволяет меньше зависеть от капризов погоды, всегда поддерживать комфортную температуру во внутренних помещениях.

Виды солнечных батарей

Сегодня существует несколько видов солнечных батарей, различающихся по своей конструкции и эксплуатационно-техническим показателям.

alt=»монокристаллические солнечные панели» width=»109″ height=»150″ /> Монокристаллические солнечные панели alt=»поликристаллические солнечные панели» width=»94″ height=»150″ /> Поликристаллические солнечные панели Тонколистовые солнечные панели_ Тонколистовые солнечные панели

Монокристаллические

При изготовлении монокристаллических панелей используют кремний высокой степени очистки. Получить подобный материал возможно только промышленным способом с применением специальных технологий. Такие гелиосистемы довольно дорогостоящи, но отличаются большим КПД, который составляет в среднем 15-20%, а в отдельных случаях достигая даже 20%.

Поликристаллические

В данных конструкциях кремний наносится на основание поликристаллическим способом, что снижает эффективность работы солнечных батарей. Дело в том, что в таких кристаллических решётках электроны не могут передвигаться прямолинейно, и отдают в единицу времени меньше заряда. Метод изготовления поликристаллических панелей состоит в нанесении расплавленного кремния на основание, с последующим медленным охлаждением.

Поверхность их отличается ярко-синим цветом. Такие модификации гелиосистем имеют меньшую себестоимость, но и эффективность их также невысока. КПД поликристаллических панелей не превышает 10-12%. Следовательно, для получения 1 Вт электроэнергии потребуется большая площадь фотоэлементов, чем при использовании монокристаллических батарей. А это нивелирует их основное преимущество – низкую стоимость.

Тонколистовые

Тонколистовые солнечные панели изготавливают из аморфного кремния, который наносится на тонкую гибкую основу. Сверху кремниевый слой покрывается защитной плёнкой, предохраняющей его от механических повреждений. Подобные конструкции имеют самую низкую цену за квадратный метр, но, вместе с тем, и самую низкую эффективность. КПД их составляет всего лишь 5-7%. Также невысок и срок их эксплуатации: со временем их технические качества ещё больше снижаются.

Установка солнечных батарей на крыше

Эффективность работы гелиопанелей во многом зависит от правильного их размещения. При установке солнечной батареи на крышу дома, следует соблюдать ряд правил. Во-первых, устанавливать их нужно с наиболее освещённой стороны, то есть с южной и восточной. Другой немаловажный фактор, это угол наклона панели по отношению к горизонту. Поскольку солнце движется под некоторым углом к земле, то и его лучи падают также под наклоном.

установка солнечных панелей

Как использовать солнечные батареи, чтобы максимально полно улавливать солнечное излучение? Специалисты рекомендуют выбирать угол наклона плоскости батареи в соответствии с широтным расположением населённого пункта. Например, Москва находится на широте 55 градусов, значит, и солнечную батарею на московских крышах лучше всего устанавливать под углом 55 о по отношению к плоскости земли.

Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы

Дом с солнечными батареями, несомненно, является высокотехнологичным продуктом научно-технического прогресса. Однако, системы обогрева, основанные на использовании солнечной энергии, имеют как свои неоспоримые достоинства, так и недостатки. К плюсам следует отнести:

  • Экологичность технологии. При выработке «солнечного электричества» не выделяется никаких вредных для человека и природы веществ. Чего нельзя сказать при использовании для нагрева отопительного котла угля или дров.
  • Полная автономность. Нагревательные гелиоустановки позволяют абсолютно не зависеть от коммунальных служб, и от их сезонного графика отключения-подключения отопления.
  • Отсутствие бюрократических проблем. Для установки и подключения систем солнечного энергоснабжения не потребуется получение разрешительных документов от всевозможных инстанций.

солнечные панели для дома

Но имеется в этой достаточно благостной картине и своя ложка дёгтя. Это вопрос окупятся ли солнечные батареи, установленные в частном доме. Стоимость панелей высока, а для нормального автономного функционирования жилого дома требуется значительная площадь генерирующих поверхностей. Как показывают расчёты, полностью окупятся они не ранее трёх лет с начала использования. И то, это при условии активной эксплуатации и размещения в регионе с высоким уровнем солнечного излучения. В районах, где количество ясных дней невелико, сроки окупаемости будут ещё длиннее.

И все же солнечная энергетика на данный момент является одним из самых перспективных сфер развития научно-технического прогресса. Благодаря новым разработкам и научным открытиям, эффективность гелиоэнергетики будет расти, а себестоимость наоборот — снижаться. Всё это делает использование солнечных батарей в системе «умный дом» достаточно правильным решением.

Солнечные батареи для дома. Реальный опыт эксплуатации!

Солнечные батареи для дома. Реальный опыт эксплуатации!

Сначала расскажем о установленной системе с солнечными батареями на объекте и её назначении. Солнечная электростанция установлена в Подмосковье, в трех километрах от г.Орехово-Зуево. Основная задача, поставленная клиентом- это экономия электроэнергии (тариф стандартный для Подмосковья

5,5 руб./кВт*ч), за счет приоритетного использования солнечной энергии, оптимальным вариантом была бы установка сетевой (безаккумуляторной) солнечной электростанции, но так как в поселке происходят довольно частные отключения электроэнергии, система была дополнена источником бесперебойного питания (аккумуляторным инвертором) и аккумуляторными батареями. Ниже приведен полный состав системы:

Аккумуляторная батарея VOLTA GST 12-200 solar х 4 шт. Серия Solar специально разработана для систем с солнечными модулями.

Монтажные комплектующие (солнечный кабель

40 м; байпас; автомат защиты, коннектор МС4)

Система смонтирована и введена в эксплуатацию 12 января 2018 г.

1. Принцип работы системы следующий:

chema.jpg

Все электроснабжение приборов в доме происходит, через ИБП МАП Dominator. Когда сеть от города есть, данный прибор транслирует ее на питание нагрузок, НО! сначала использует энергию приходящую от солнечных модулей (сетевой инвертор SOFAR подключен на выход ИБП МАП), на фотографиях ниже Вы видите: от солнечных модулей приходит 1,5 кВт. электрической энергии, от сети через стабилизатор (он был у клиента до нашего приезда) берется 6А*210В= 1260 Вт, а через МАП транслируется 2,9 кВт. То есть, общая мощность потребления электроэнергии в доме 3 кВт, но «от столба» берется менее 50%, т.к. всю остальную энергию дают солнечные батареи.

SOFAR 1,54.jpg 2,9 кВт с сетью МАП 111.jpg 6А 210В стабилизатор 1111.jpg

Отметим, что 3-4 кВт, это максимальная нагрузка в доме, которую мы наблюдали. Обычная постоянная нагрузка в доме

1,5-2 кВт, поэтому солнечные модули могут перекрывать практически 100% потребления., это мы и увидим на фотографиях ниже: МАП добирает из сети 65 Вт, а на стабилизаторе 0А т.е. потребления электроэнергии от сети (столба) нет.

SOFAR 1,54.jpg IMG_1810 65 ватт.jpg стаб 0.jpg

В момент, отключения основной сети МАП переходит в режим инвертирования, на его напряжение опирается сетевой солнечный инвертор и продолжает работу в нормальном режиме, из аккумуляторных батарей МАП забирает только небольшое опорное напряжение. В таком режиме, пока светит солнце, аккумуляторные батареи практически не будут задействованы, что значительно увеличивает не только срок их службы, но и время резервирования (время работы приборов в доме при пропадании основной сети).

В результате установки солнечной электростанции, клиент получил:

гарантированное бесперебойное электроснабжение всех приборов в доме

максимальную независимость от электросетей

существенную экономию на оплату счетов за электроэнергию (в цифрах по выработке, экономии и т.д. чуть ниже)

использование экологически чистой электроэнергии

Когда мы предлагаем клиентам солнечные электростанции, мы всегда приводим цифры по выработке электрической энергии солнечными батареями. Свои расчеты мы проводим на основании данных NASA Surface meteorology and Solar Energy, и считаем выработку под конкретный адрес.

Вот какие данные мы получили от НАСА и на их основании, мы предоставили клиенту график выработки электроэнергии солнечной станцией:

график выработки орехово-зуево.jpg

Выработка.jpg

После 2-ух месяцев эксплуатации в самые не солнечные месяцы, мы видим следующие цифры (данные приведены на 1 марта 2018 г.):

solarman sofar 11.jpg

Это выработка за 1 марта 2017 г., выработка за день составила 9,34 кВт*ч (коэф. 5.36 (среднемесячные коэф. приведены в данных НАСА). Общая выработка электроэнергии с 12 января 2018 г. составила 220,42 кВт*ч. Так что, все заявленные нами в расчётах цифры полностью подтверждаются.

3. Теперь перейдем к срокам окупаемости.

Стоимость самой солнечной электростанции, без учета системы бесперебойного питания, в составе:

Составляет 145 000 рублей, с учетом доставки оборудования, всех расходных материалов, монтажных работ, запуска системы (то есть «под ключ»). Основываясь на подтвержденных данных НАСА по приходу солнечной энергии, мы считаем, что за год станция сэкономит 2500 кВт*ч, что в рублях (при тарифе 5,5 руб./кВт*ч) составит 13 750 рублей. Полностью станция окупится (с учетом ежегодного роста тарифов не более 5%) через 6-7 лет. И здесь, мы предполагаем рост тарифа всего лишь в 5%, хотя с 2008 года рост тарифов на электроэнергию в нашей стране составил около 300% .

При сроке окупаемости в 6-7 лет, срок службы вашей солнечной электростанции минимум 25 лет, так что, выгода очевидна. И в данном примере, мы рассмотрели не самый солнечный регион нашей страны, и не самый высокий тариф за электричество. В некоторых подмосковных поселках тариф уже выше 6,5 рублей, и естественно, при такой стоимости за 1кВт срок окупаемости сетевой солнечной электростанции будет еще ниже.

Конечно, вы можете задать вопрос: А почему мы не включаем в расчеты стоимость инверторно-аккумуляторной системы?

Ответ прост: мы абсолютно не хотим уменьшить срок окупаемости системы и ввести Вас в заблуждение, просто мы разграничиваем задачи солнечной станции, для экономии электроэнергии достаточно установить сетевую солнечную электростанцию, если же у вас частые отключение э/э и вы хотите дополнительно защититься от них, мы можем доукомплектовать систему бесперебойником и аккумуляторами, но давайте будем честны, система бесперебойного электроснабжения может окупиться за один «ледяной дождь», когда не даст разморозить вашу систему отопления, которая стоит немалых денег.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector