Некоторое время назад идея автономной электрификации казалась чем-то недостижимым. Однако с появлением солнечных батарей она стала скорее реальной, чем фантастической.
Некоторое время назад идея автономной электрификации казалась чем-то недостижимым. Однако с появлением солнечных батарей она стала скорее реальной, чем фантастической. В Европе очень много домов, «питающихся»от солнечных батарей. У нас такой способ подачи электроэнергии только приживается. И, надо сказать, весьма успешно. Если вы решили установить подобную конструкцию на даче, то самое время начать собирать информацию о том, что это такое и с чем его едят.
Принцип работы солнечных батарей
Чтобы понять, как работает солнечная батарея, придется освежить знания по физике на тему преобразования световой энергии в электрическую:
Виды солнечных батарей
Сегодня из всего ассортимента наибольшей популярностью пользуются 3 вида батарей, сделанных из кремния:
1. Монокристаллические батареи
Их можно легко узнать по внешнему виду: это панели со скошенными углами. Фотоэлементы квадратной формы черного цвета и «смотрят» в одну сторону.
КПД достаточно высок - от 15% до 25%. Такие панели всегда должны быть обращены лицевой стороной к солнцу. Если день пасмурный, солнце село или еще не взошло, мощность будет на минимуме.
Поликристаллические батареи
Квадратные пластины темно-синего цвета, иногда с вкраплениями кристаллов кремния.
По сравнению с первыми имеют большую площадь и прекрасно подходят для установки на больших поверхностях. КПД ниже - от 12% до 15%. Но, несмотря на это, именно поликристаллические батареи смогут работать в ненастный день.
Аморфные кремниевые батареи
Этот вид батарей дешевле двух предыдущих. Каждая панель похожа на пленку с синими фотоэлементами.
КПД у них небольшой - около 6%. Да и напыленные кремниевые слои быстро прогорают под солнечными лучами. Зато хорошо поглощают рассеянный свет и ИК-лучи, поэтому имеет смысл устанавливать из в тех местностях, где часто бывает облачно.
Что входит в комплект
Кому стоит обратить внимание на солнечные батареи
На вопрос о том, кто чаще всего покупает солнечные батареи для дачи, специалисты отвечают вполне однозначно.
Немногие делают подобное приобретение в целях заботы об экологии. Кого-то привлекает экономия средств. Другие же хотят обеспечить свой дом надежным автономным источником энергии, чтобы не зависеть от капризов коммунальщиков (жители поселков, где часто отключают электричество или же его вообще нет).
Что можно подключить к солнечной батарее
Перед установкой комплекта солнечных батарей стоит задуматься, на что будет расходоваться электричество. Ведь мощность может быть разной, и рассчитывать ее нужно исходя из того, сколько «ест» техника. Обычный комплект батарей сможет осилить:
В этом случае мощность батареи будет 600 Вт.
На что обратить внимание при выборе
Плюсы и минусы солнечных батарей
К несомненным плюсам этого оборудования можно отнести:
Есть у них и минусы:
Достойная альтернатива это централизованному электричеству или нет, покажет время. А пока солнечные батареи только начинают свой «путь» на наши дачи. опубликовано Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .
Аккумулятор
– обязательная часть электростанции, занимающейся преобразованием солнечной энергии в электрическую. Основной функцией аккумулятора является накопление энергии и ее последующая отдача.
Дело в том, что солнечная батарея может функционировать только при поступлении солнечного света, то есть в светлое время суток.
Другими словами, энергия не будет вырабатываться в пасмурную погоду и в темное время суток. Именно в это время аккумулятор будет отдавать энергию. Срок автономной работы солнечной батареи определяется энергетической емкостью аккумулятора.
Помимо емкости, еще одним существенным параметром данного элемента солнечной электростанции является наибольшее количество циклов полного заряда и полного разряда аккумулятора, а также возможная продолжительность его эксплуатации.
С учетом некоторых особенностей работы солнечной электростанции к ее аккумуляторам предъявляются следующие требования:
На сегодняшний день выпускаются специальные аккумуляторы, предназначенные именно для солнечных батарей. Подобные аккумуляторы соответствуют всем приведенным выше требованиям. В отличие от прочих аккумуляторов они отличаются низким показателем саморазряда, а также низкой чувствительностью к зарядкам и разрядкам, соответственно эффективность их работы, а также продолжительность службы высокая.
Выбирать эту разновидность стоит только в том случае, если место, где будет установлен аккумулятор, будет иметь хорошую вентиляцию. Подобная разновидность аккумуляторов, предназначенных для работы в составе солнечной электрической станции, отличается довольно высоким показателем саморазряда. Их используют в тех случаях, когда солнечная батарея вынуждена функционировать в тяжелых условиях.
Подобные устройства можно назвать наилучшим вариантом в таких случаях, когда осуществлять постоянное обслуживание системы невозможно. Помимо этого гелевые аккумуляторы незаменимы в случае установки в плохо вентилируемом помещении. Однако подобные накопители электрической энергии нельзя назвать бюджетным вариантом. К тому же продолжительность эксплуатации подобных аккумуляторов относительно невелика. Положительными качествами подобных элементов можно назвать малые потери электрической энергии, что значительно продлит работу станции в ночные часы и пасмурную погоду.
Основой работы данных накопителей электрической энергии являются абсорбирующие стекломаты. Между стекломатами располагается электролит в связанном состоянии. Использовать по назначению аккумулятор можно в абсолютно любом положении. Стоимость подобных аккумуляторов относительно невелика, а уровень заряда достаточно высокий.
Срок продолжительности эксплуатации данного аккумулятора составляет около пяти лет. Помимо этого отличительными особенностями аккумулятора AGM-типа, являются: возможность перемещения в полностью заряженном состоянии, способность выдерживать до восьми сотен циклов полного заряда и разряда, относительно небольшие размеры, быстрая зарядка (около семи с половиной часов).
Данный аккумулятор работает в диапазоне температур от пятнадцати до двадцати пяти градусов. Однако подобные аккумуляторы плохо переносят неполный заряд.
Электролит в данном аккумуляторе имеет консистенцию желе. Конструкция подобных аккумуляторов отличается высокой устойчивостью к заряду и разряду. Они не нуждаются в многочисленных мероприятиях по их обслуживанию. Стоимость подобного элемента относительно невысокая. Потери энергии также не существенны.
Электролит в данных аккумуляторах находится в жидком состоянии. Они не нуждаются в постоянном обслуживании. В большинстве случаев необходимо контролировать уровень электролита примерно раз в год. Подобные устройства, предназначенные для аккумулирования электрической энергии, разработаны для разрядки небольшими токами, а также могут выдерживать большое количество циклов полной зарядки и разрядки.
Однако стоимость подобных устройств довольно высокая, так что их целесообразно использовать в мощных электростанциях, занимающихся преобразованием солнечной энергии в электрическую.
При выборе аккумулятора для электрических станций, занимающихся преобразованием солнечной энергии необходимо принимать во внимание следующие критерии:
Выбирая аккумулятор для солнечных батарей и рассчитывая параметры данного устройства, обязательно нужно помнить, что при аккумулировании и в процессе преобразования, устройства теряют часть электрической энергии. Как правило, эффективность современных моделей для солнечных электрических станций составляет восемьдесят пять процентов.
Для начала необходимо рассчитать мощность ожидаемой выработки энергии. Расчеты производятся на основе мощности излучения солнца, составленных с учетом погоды в разное время года.
Помимо этого при получении результата необходимо в обязательном порядке учесть углы наклона панели солнечной батареи, причем неважно – горизонтально или вертикально она сориентирована.
Угол наклона крайне важен, поэтому его нужно выбирать правильно.
Если планируется эксплуатировать систему в течение всего года, то лучше всего сориентировать панель под угол на пятнадцать градусов больше, чем значение географической широты расположения объекта, где находится система.
Помимо всего этого необходимо учитывать, что в процессе эксплуатации на панели солнечной батареи будет скапливаться пыль, наледь и снег. Для московского региона угол наклона панели составляет семьдесят процентов с ориентацией на южную сторону. Если планируется использовать фотоэлектрическую батарею, то её можно установить на фасаде дома или на крыше, при этом угол наклона должен быть сориентированным в восточном или западном направлении.
После выбора угла наклона панели солнечной батареи нужно провести расчет возможной производительности солнечной электростанции, требуемого числа солнечных модулей, необходимых для функционирования системы в определенном режиме. Все расчеты осуществляются на примере самого худшего месяца, чаще всего этим месяцем является январь, и самого лучшего для солнечной электростанции – июль, а также для большей части года, периода с последнего месяца зимы, февраля, по последний месяц осени, ноябрь.
Именно в этот период солнце наиболее активно. Стандартный показатель инсоляции рассчитывается для площади в один квадратный метр, при этом номинальное значение мощности определяется при температуре в двадцать пять градусов стандартного потока света в один киловатт на один квадратный метр.
Принимая максимальное значение инсоляции (мощность излучения солнца, падающего на поверхность), расчет показывает, что значение вырабатываемой батареей электрической энергии относится к значению показателя инсоляции одного квадратного метра, точно также, как и вырабатываемая энергия к значению мощности солнечного излучения на поверхности земли при ясной погоде, которая приходится на один квадратный метр, то есть тысячи ватт.
Умножая значение месячной инсоляции на значение вырабатываемой мощности солнечной батареи, поделенное на максимальное значение инсоляции, можно более точно узнать возможную месячную выработку энергии солнечной батарей.
Расчет выработки солнечной панели проводится при помощи перемножения значения месячной инсоляции, выработки электрической энергии и соотношения КПД солнечной батареи и номинального значения мощности батареи.
В свою очередь, значение номинальной мощности устройства рассчитывается при помощи перемножения максимального значения мощности инсоляции и выработки электрической энергии, получаемой от солнечной электростанции, поделенных на произведение месячной инсоляции и КПД.
Выпуском аккумуляторов для солнечных электрических станций занимаются такие компании, как:
Все представленные выше компании, успевшие с самой лучшей стороны зарекомендовать себя на рынке, занимаются выпуском аккумуляторов для солнечных батарей. Продукция каждой из компаний отличается своими особенностями. Например, аккумуляторы, выпускаемые фирмой Haza изготовлены с использованием технологий AGM и HZY.
Для автономных систем лучше всего подходят аккумуляторы, изготовленные с использованием технологии Gel “глубокого разряда” или аккумуляторы технологии OPzV. Таким характеристикам соответствуют аккумуляторы, выпущенные фирмой Delta.
Стоимость аккумуляторов для солнечных батарей во многом зависит от показателя емкости устройства.
Разберем стоимость аккумуляторов для батарей на примере гелевых аккумуляторов, выпускаемых компанией Delta:
Является самой дешевой моделью, который имеет емкость двенадцать ампер часов.
Стоимость 1900 рублей.
Имеет емкость сто ампер часов.
Стоимость 13200 рублей.
Является одной из самых дорогих моделей аккумуляторов для солнечных батарей, емкость которого равняется двумстам ампер часам.
Стоимость 29430 рублей.
Как выбрать солнечную панель? Для этого надо вначале определиться с типом выбираемого устройства, а затем уже подбирать, опираясь на остальные характеристики прибора. Ниже будут рассмотрены критерии выбора солнечной батареи.
Любая энергетическая панель этого типа имеет несколько частей: рамка, стекло, специальная пленка нескольких типов, элементы, коробка. Для устранения риска перегрева отдельных элементов используются защитные диоды. Ламинирующие пленочные покрытия нужны для герметизации внутреннего пространства и избежания потерь мощности, а также защиты от воздействия атмосферы.
Характеристики батареи со временем ухудшаются из-за длительного воздействия ультрафиолета на пленку. Сами элементы обычно из строя не выходят на протяжении 12-17 лет, если, конечно, конструкция сделана по лучшим стандартам.
Выбор солнечной батареи начинают с ознакомления с репутацией ее производителя. Выбирать надо панели фирм, имеющих многомиллионное производство: обычно они не экономят на комплектующих изделиях, которые влияют на сроки эксплуатации устройства.
Чтобы для дома подобрать лучшие солнечные батареи, нужно сравнить характеристики продукции нескольких производителей и отзывы о них. Для этого желательно использовать открытые источники информации. Чтобы выбрать солнечные панели для своего дома, надо подобрать батарею исходя из качества элементов, составляющих модуль.
Они подразделяются на 3 вида:
Как выбрать солнечную батарею по количеству кремниевых диодов? Каждый такой элемент может выдавать максимум 0,5 В. Стандартные солнечные модули могут дать 12 В и содержат 36 одинаковых элементов, а их мощность зависит от габаритов каждого элемента. Практически солнечные панели собираются из указанных модулей, которые могут зарядить аккумулятор, так как на выходе у них напряжение достигает 18 В. Запас нужен для компенсации потерь в проводах и контроллере.
Существуют модули, в которых соединены 72 элемента. Они могут дать 24 В.
Но есть и модульные конструкции, которые при указанном количестве элементов могут давать 12 В. Надо учитывать, что подобные типы панелей стоят намного дешевле стандартных, так как их набирают из оставшихся отходов солнечных элементов.
То есть используются не полные квадраты, а отрезанные от них треугольники и другие геометрические фигуры. Надежность таких батарей сравнительно низкая, так как в них намного больше стыков и соединений, а также микротрещин во внутренних структурах элемента.
Но во многих случаях покупателю приходится сталкиваться с нестандартными батареями, в которых не 36 или 72 элемента, на намного больше. Тогда надо учесть, что обычный PWM-контроллер для таких конструкций не подходит, так как потери мощности могут составить около 35 % от номинала. Для этих установок предусмотрен MPPT-контролер.
Таким образом, если покупатель хочет воспользоваться стандартными блоками по 12, 24 или 48 В, то ему надо подбирать панели с числом элементов, кратным 36. В этом случае нормальную работу всего устройства может обеспечить PWM-контроллер.
Чтобы правильно выбрать солнечную панель, надо знать, что батареи, производимые различными фирмами (как поликристаллические, так и монокристаллические), на сегодняшний день могут достигать эффективности не более 12-18 %. Для потребителя эти цифры показывают габариты будущей установки. Например, если нужно получить мощность в 100 Вт, то батарея с элементами, дающими 12 % эффективности, будет больше по размерам, чем установка с модулями, состоящая из диодов с эффективностью в 18 %. Но при этом она будет дешевле стоить.
Но надо учитывать и тот факт, что чем ниже напряжение в точке максимальной мощности, тем лучше будет работать PWM-контроллер. При этом мощность будет максимальной, например, для 12-вольтовой батареи при напряжении 17-18 В это дает 1-2 % выигрыша в мощности, и хотя это кажется немного, но на самом деле любой прирост дает возможность батарее стабильно выдавать нужные характеристики.
Если потребитель имеет возможность применить MPPT-контроллер, то на эффективность можно вообще не обращать внимания.
Большое внимание надо уделить подбору номинального напряжения. Если применен PWM-контроллер, то оно должно быть равно напряжению аккумулятора на выходе инвертора. Для увеличения мощности обычно соединяют вместе несколько панелей, которые имеют одинаковое выходное напряжение. Для этого можно приобрести специальные переходники.
При покупке надо удостовериться в наличии всех необходимых кабелей и герметичных разъемов.
При этом надо учесть, что батареи с мощностью до 50 Вт такими материалами не укомплектованы. Если мощность панели более 70 Вт, то разъемы и кабели могут быть в наличии или отсутствовать, что может привести к дополнительным расходам при монтаже.
Для правильного выбора надо остановиться на продукции наиболее популярного производителя, приобретать качественные компоненты (тип А), смотреть, чтобы было стандартное количество элементов в модуле (36 или 72). Рекомендуется проверить наличие защитных диодов, нужного напряжения, соединительных разъемов и кабелей. Если финансы не позволяют приобрести тип А, то придется покупать менее надежные модули, что уменьшит срок службы батареи, мощность при больших габаритах.
Солнечный свет, в качестве альтернативного источника энергии, активно используют во всем мире. И это не только независимость от природных ископаемых, которые не безграничны, но и значительный вклад в экологию всей планеты.
Одним из способов получения такой энергии являются солнечные панели или батареи. По научному эти системы называются фотоэлектрическими панелями.
Фотоэлектрические системы энергоснабжения (ФСЕ) работают по принципу физического закона фотоэффекта. Не вдаваясь в подробности его можно описать как превращение солнечного света в электрические микроразряды.
Как известно, солнце это неограниченный источник энергии, но только незначительная ее часть доходит к поверхности земли. Однако и этой энергии вполне достаточно, учитывая что современные панели могут использовать до 45% от ее количества.
Солнечные панели на крышах частных домов
Современный мир уже давно использует ФСЕ в промышленных масштабах, особенно это актуально для стран где солнечный свет активен большую часть года. Сегодня же, благодаря снижению цен на это оборудование и росту стоимость электричества, их часть используют частные дома и дачи в качества основного или дополнительного источника энергии.
А что же с квартирами ? Здесь все сложнее, во первых нет достаточной свободной площади для установки панелей. Во вторых это сложно согласовать в различными надзорными органами.
В целом, такую задачу можно решить, но обойдется установка оборудования в многоквартирном доме значительно дороже, чем в частном доме.
Прежде чем установить такую систему в доме нужно определится с видом самих панелей и комплекта оборудования в целом. И здесь есть несколько очень важных моментов, которые нужно знать и от которых зависеть эффективность установки.
Как выглядит комплект оборудования и как он работает
В комплект солнечных батарей сходят сами панели, аккумулятор, контроллер и инвертор. В некоторых случаях система может быть другой, в зависимости от ее назначения, давайте рассмотрим их подробнее.
Виды панелей
От этого элемента напрямую зависит эффективность работы всей системы, поэтому к их выбору стоит отнестись серьезно. Их всего три вида, но массовое применение получили только два, о них подробнее.
Каждый фотоэлемент состоит из одного кремниевого кристалла. Они самые эффективные за счет одностороннего направления этих кристаллов, КПД составляет 20% – 24%, но и стоят немного дороже. По внешнему виду их легко определить, панели имеют насыщенный синий цвет и округленные края.
Цена панели 250 Вт – 170-200 долларов .
Здесь мелкие кремниевые кристаллы объедены в фотоэлементы, что не позволяет сделать однотонную поверхность. Это отрицательно сказывается на КПД панели, ее эффективность примерно на 18% меньше монокристальных. Однако, производство таких батарей менее сложное, а значит они дешевле.
Цена панели 250 Вт – 150 долларов .
Представляют собой слой полупроводника (кремневодорода), напыленный на гибкую подложку. За счет своей гибкости могут монтироваться на криволинейные поверхности. Невысокий КПД, в среднем 10,4%. Однако, такие панели имеют более высокое поглощение, что делает их эффективнее в пасмурную погоду.
Цена панели 150 Вт – 250 долларов .
Сравнительная таблица уровня КПД
Соотношение производительности разных типов панелей различных производителей
Эффективность работы солнечной электростанции по месяцам
По сути, выбирать панели стоит исходя их двух параметров: финансовых возможностей и доступной свободной площади. Если вы хотите немного сэкономить , но обладаете большими площадями для установки, можете взять поликристалические . Если же место ограничено , но нужно выжать максимум, берите монокристалические .
Еще один важный момент, который нужно знать, это коэффициент старения. С каждым годом производительность блоков немного снижается. Монокремний стареет за 25 лет примерно на 17 – 20%, то для монокристаллических элементов этот показатель может быть все 30%.
Что такое концентрационные солнечные лучи и как они влияют на производительность
Как можно судить из фото иллюстрации, чем больше затенена панель тем меньше ее производительность.
Видео обзор панелей
Подключение инвектора в сети
Без этого элемента система солнечных батарей просто не сможет работать. Он выполняет функцию преобразователя постоянного тока от панелей в переменный с напряжением 220 вольт. Их мощность может быть от 100 до 8000 Вт.Но, не все так просто, существует 3 вида инвекторов:
Автономный инвертор (обозначение off grid). Этот прибор установлен внутри системы, выполняя все функции, но не имеет технической возможности для подключения к внешней сети. Не может перенаправлять электричество в аккумуляторы
Сетевой (или синхронный с обозначением on grid) может функционировать с подключением к внешней энергосети. Он может регулировать потоки энергии в зависимости от необходимой мощности. При недостатке электричества от батарей будет брать необходимое с сети. При переизбытке отправлять излишки в аккумуляторные батареи . Излишки электричества также могут быть перенаправлены во внешнюю сеть (если не подключены АКП или они полностью заряжены).
Многофункциональный инвертор. Универсальный вариант, работающий как оба предыдущие типа устройств. Также он обладает большим количеством дополнительных настроек, поэтому самый дорогой. Лучший вариант для домашних электростанций .
Установка солнечных батарей мощностью до 1 кВт/час = 90 000 руб (без аккумуляторная система, 8 монокристаллов и автономный инвертор). Бытовые нужды, плюс теплые полы.
Считаем рентабельность. Допустим, месяц расходуем:
Таким образом мы вычислили что солнечное электричество в 28 раз дороже обычной сети, цифра пугает, но не все так плохо. Теперь рассчитаем окупаемость:
Стоимость в год, при расхода 600 кВт = 38000 руб.
Вложили 90 000 руб, делим на годовой расход, теоретическая окупаемость наступить через 2.3 года. Однако, средне годичный световой день для Московской области составляет 34 %, это значит что наши батареи будут работать только треть времени, соответственно их срок окупаемости увеличится ровно в 3 раза, то есть до 6.9 года.
