Некоторое время назад идея автономной электрификации казалась чем-то недостижимым. Однако с появлением солнечных батарей она стала скорее реальной, чем фантастической.
Что это такое?
Солнечная батарея – это далеко не один прибор, как представляют себе многие обыватели, а несколько компонентов, которые в совокупности могут преобразовывать энергию лучей солнца в электрическую энергию.
Солнечная электростанция работает бесшумно, не выделяет вредных компонентов и электроэнергия, генерируемая ею – совершенно бесплатна. Срок службы солнечных панелей может составлять до 25-30 лет. Но для успешной эксплуатации всего комплекта необходимо предварительно представить себе целесообразность данной покупки, учесть множество параметров при выборе нужных солнечных батарей.
Стоит также обратить свое внимание на низкий КПД многих современных солнечных батарей в определенный сезон года.
Рассмотрим, что входит в обычный комплект для электрификации дачного домика.
- Солнечные панели. Их количество порою может быть совершенно разным в зависимости от поставленных задач. Соединение может быть как последовательным, так и параллельным. Это напрямую будет зависеть от того, какое именно напряжение потребуется для инвертора.
- Контроллер заряда. Он включается в цепь между аккумулятором и солнечными панелями последовательно. Его роль заключена в качественном обеспечении постоянного напряжения на инверторе.
- Инвертор. Необходим для преобразования тока. Его нужно подключать параллельно к имеющимся аккумуляторам.
- Аккумуляторы – тоже могут существенно отличаться друг от друга.
- Провода, различные разъемы и другие дополнительные детали.
Принцип работы
Панели преобразователя состоят из двух тонких пластин из чистого кремния, которые сложены вместе. На одной пластине будет слой бора, а на второй – фосфора. В слоях, которые покрыты фосфором и возникают свободные электроны, а в тех, что покрыты бором – появляются отсутствующие электроны.
Под воздействием света солнца электроны начинают движение своих частиц, и между ними появляется электрический ток. Чтобы снять ток с пластин их аккуратно пропаивают тоненькими медными полосками. Одной пластины из кремния будет достаточно для зарядки небольшого фонарика. Соответственно, чем больше будет площадь самой панели, тем больше энергии она сможет выработать, и тем больше сможет обеспечить достаточное для вашего дома электроснабжение.
Где лучше установить панели?
Первое, что необходимо сделать перед тем, как установить и подключить солнечную батарею – определиться с местом размещения агрегата.
Для установки фотоэлектрических модулей удобно использовать стационарные конструкции, выполненные из металлических профилей, либо же более модернизированные поворотные аналоги
Солнечные батареи можно размещать практически в любой хорошо освещаемой точке:
- на крыше загородного коттеджа;
- на балконе многоквартирного дома;
- на прилегающей к дому территории.
Главное – обеспечить необходимые условия для получения максимальной выработки электроэнергии. Одним из таковых является ориентация и угол наклона относительно горизонта. Так светопоглощающая поверхность агрегата должна быть направлена в южную сторону.
В идеале солнечные лучи должны падать на нее под 90°. Чтобы добиться этого эффекта, необходимо подобрать оптимальный угол уклона в зависимости от климатических условий региона. Для каждого региона этот показатель свой.
Чтобы обеспечить максимальную производительность солнечных батарей, угол наклона устройств рекомендуется менять 2-4 раза в год: 18 апреля, 24 августа, 7 октября и 5 марта
К примеру, в московском регионе угол наклона размещения поверхности солнечных батарей для летних месяцев составляет 15-20°, а в зимние месяцы изменяется до отметки в 60-70°.
Галерея изображений
Фото из
Чаще всего комплекс солнечных панелей, объединенных в мини электростанцию, монтируют на крышах домов, гаражей, хозпостроек. Их располагают также на навесах, способных держать вес гелиоустановки
Расположение солнечных панелей на установках, способных двигаться вслед за перемещением солнца, существенно увеличивает КПД системы
Если солнечные батареи нужны лишь для зарядки мобильных устройств и в качестве вспомогательных источников энергии, возможна их установка на фасаде. Желательно выбрать наиболее освещаемую сторону и выбрать оптимальный угол наклона
Неплохой производительностью, хотя и меньшей, чем при расположении на скатах крыши, обладает система, зафиксированная на перила мансарды, террасы, веранды
Самое популярное место для установки солнечных батарей
Расположение на вращающихся подставках
Крепление солнечных батарей на фасаде
Солнечные батареи на ограждении мансарды
При размещении солнечных батарей на прилегающей к дому территории, панели лучше приподнять над поверхностью почвы как минимум на полметра – на случай выпадения большого количества снега. Такое решение правильно и в том плане, что обеспечивает достаточное расстояние для циркуляции воздуха.
Стоит помнить, что даже небольшая тень пагубно влияет на выработку электричества агрегатом. Панели нужно размещать лишь в местах, которые не подвержены даже малейшему затенению.
Некоторые «умельцы» с целью защиты батарей устанавливают сверху панелей дополнительное стекло, но даже при видимой прозрачности стеклянная прослойка способна снизить КПД панелей на 30%
Существует несколько способов фиксации панелей:
- посредством задействования прижимных фиксаторов;
- путем болтового соединения через сквозные отверстия, расположенные в нижней части рамки.
Опорная конструкция должна быть выполнена из корозионностойких материалов. Независимо от способа монтажа в конструкцию панелей нельзя самостоятельно вносить изменения и просверливать дополнительные отверстии.
Задача домовладельца – поддерживать панели в чистом виде. Скопления на экране пыли, снега и птичьего помета как минимум на 10% уменьшает количество электроэнергии, произведенной системой.
Нагрузки и энергопотребление
Принудить энергию солнца работать на себя непросто и дорого. Первый шаг — определить для своего хозяйства оптимальную пиковую нагрузку и рациональное среднесуточное энергопотребление. Первый параметр определяют в киловаттах, а второй — в киловатт-часах.
Пик нагрузки приходится на тот момент, когда возникает необходимость включить одновременно несколько единиц домашней техники. Для вычисления мощности, каждую из них суммируют, учитывая высокие пусковые характеристики отдельных ее частей. Владея сведениями о максимуме потребляемой мощности, можно исключить те электроприборы, одновременная работа которых не так уж необходима. От этого показателя зависит выбор мощностных характеристик элементов электростанции, а следовательно, и стоимость ее в целом. Если мощность электроприбора и время, в течение которого он функционирует на протяжении суток, перемножить, узнаем потребность его в электроэнергии на сутки.
Путем сложения суточного электропотребления каждой единицы домашней техники вычисляют общую среднесуточную потребность в электроэнергии. Только при таком подходе можно расходовать солнечное электричество рационально. Полученные итоговые значения нужны и для вычисления емкости аккумуляторов. Стоимость этой важной единицы системы также зависит от итогов вычислений.
Плюсы и минусы
- Возобновляемость. В отличие от газа или угля, энергия солнца почти бесконечна. По заверениям НАСА Солнце будет согревать Землю еще не менее 6.5 млрд лет.
- Доступность. Солнечные лучи освещают планету в должной мере почти везде (может быть кроме полюсов), продолжительности солнечного дня хватит для конвертации в электричество.
- Экологичность. Солнечная энергетика – наиболее перспективная отрасль добычи энергии под человеческие нужды с точки зрения борьбы с загрязнениями. В процессе добычи не выделяются вредные соединения, не портится ландшафт, не сбрасываются отходы.
- Бесшумность. Добыча электроэнергии из панелей не создает шума.
- Отсутствует необходимость в ежедневном обслуживании. При эксплуатации системы нет необходимости наблюдать за ней, достаточно раз в год очистить панели и раз в пять лет провести техническое обслуживание.
- Высокая стоимость. Оборудовать дом солярными панелями может вылиться в копеечку.
- Применение дорогостоящих и редких материалов. Вытекает из предыдущего пункта. Основной фактор высокой стоимости и редкости (особенно в наших широтах) применения.
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.
Плюсы и минусы
Несомненными плюсами такого необычного вида оборудования можно назвать:
- возможность приобрести собственный автономный источник электроэнергии – и таким образом получить независимость от работы местной электростанции;
- экономию на счетах за электричество;
- солнечные батареи могут обходиться без технического обслуживания много лет, а значит, прослужат вам максимально длительный срок и будут надежны;
- обычные электростанции наносят непоправимый вред окружающей среде, а вот солнечные батареи считаются экологически чистыми приспособлениями, которые никак не влияют на окружающую среду.
Есть у применения солнечных батарей и отрицательные моменты:
- довольно высокая стоимость;
- зависимость от погодных факторов, времени суток и поры года;
- риск приобрести не совсем качественный товар и пригласить для установки недобросовестных установщиков, так как услуга по монтажу подобного рода систем пока еще не очень распространена.
Будут ли солнечные батареи достойной альтернативой централизованному электричеству или нет, покажет лишь время. А в настоящий момент солнечные батареи всего лишь начинают свой «путь» в обычные дома.
Преимущества и недостатки солнечной энергетики
Плюсы:
- На стадии использования — экологичность (почему с оговоркой: производство и утилизация такие же «грязные», как и любая другая электроника).
- После первичных вложений, полученная электроэнергия условно бесплатная (требуются некоторые средства на обслуживание по истечении срока эксплуатации).
- Возможна полная автономия: вы можете организовать энергоснабжение в местах, где даже не планируется централизованная подача электроэнергии.
- Вы не зависите от тарифной политики энергетических компаний.
- При выполнении определенных нормативов, можно «продавать» избыток электроэнергии в городские сети.
Минусы:
- Относительная дороговизна оборудования (как видно на примерах использования, это не всегда является проблемой).
- Зависимость от погодных условий (в регионах, где солнечных дней немного, использование затруднено).
- Оборудование нуждается в периодическом обновлении — присутствует естественный износ.
Солнечные батареи в пасмурную погоду
Фотоэлектрические преобразователи, являющиеся основным элементом солнечной батареи, способны вырабатывать электрический ток даже в пасмурную погоду, когда нет прямых солнечных лучей. Однако в такой ситуации производительность солнечного оборудования значительно снижается.
Так при незначительной облачности эффективность работы понизиться на 20 – 40 % от номинальной, а в пасмурную погоду – на 70 – 80 %.
Какие солнечные панели работают лучше в пасмурную погоду
Разные по конструкции солнечные панели по-разному работают при снижении освещенности, что обусловлено пределом чувствительности фотоэлементов входящих в их состав.
Для кремниевых преобразователей данный показатель составляет 150 – 200 Вт/м2, а для тонкопленочных – 100 – 150 Вт/м2.
К сведению! Панели из аморфного кремния лучше поглощают рассеянный свет, чем монокристаллические аналоги и изготовленные из поликристаллов.
Солнечная батарея в пасмурную погоду хоть и менее эффективна, чем при солнечной погоде, тем не менее она способна обеспечить требуемый заряд аккумуляторов, правда за более продолжительное время
Кроме этого на КПД использования гелио панелей влияет фактура наружной поверхности.
Если эта поверхность рифленая или волнообразная, то производительность увеличивается на 10 -15%. Это обусловлено увеличением площади поверхности улавливающей солнечный свет, особенно если это рассеянные лучи, обеспечивающие работу солнечных приборов в пасмурную погоду.
Как работают солнечные батареи в пасмурную погоду
Может показаться странным, но в пасмурную погоду, когда небо затянуто не полностью, присутствуют лишь отдельные облака в просветы между которыми проникают лучи солнца, производительность солнечных батарей может даже увеличиться.
Причиной такого эффекта является то, что фотоэлементы получают свет не только от нашего светила, но и отраженный от облаков. Соответственно количество лучистой энергии увеличивается, и как следствие, увеличивается и КПД гелио устройств.
При правильном расположении солнечных панелей можно добиться получения максимального количества электрической энергии даже в пасмурную погоду и в зимний период
Для снижения влияния облачности на работоспособность солнечных установок, можно применить несколько способов, вот некоторые из них:
- Если в месте где установлена солнечная электростанция облачность или туман преобладают в определенное время дня (утром, днем, вечером), то панели следует развернуть так, чтобы была возможность их использования с максимальной отдачей (тучи днем, значит развернуть больше на восток, тучи утром — значит направить их западнее, и т.д.).
- Площадь используемых панелей должна быть достаточной, чтобы осуществить зарядку накопителей электрической энергии (аккумуляторов) даже при плохой погоде.
- Мощность контроллера, обеспечивающего работу солнечной станции, должна быть достаточной, чтобы обеспечить зарядку аккумуляторов в часы пик работы станции (полдень + отраженный свет от облаков).
В заключение настоящей статьи хочется отметить, что как бы не противились скептики развитию альтернативной энергетики в нашей стране, она тем не менее развивается по всем направлениям.
Солнечные электростанции работают в Крыму и на Алтае, Республике Башкортостан и Хакасии, в Оренбургской, Саратовской и Белгородской области, а также в Хабаровском крае и Волгоградской области. Во всех этих регионах климат различен, но, тем не менее солнечные станции успешно справляются с поставленными перед ними задачами.
Установленная мощность солнечных электростанций в нашей стране составляет более 800 МВт.
О том, сколько станций используется на бытовом уровне информации в настоящее время нет, но количество желающих установить солнечные батареи у себя на даче или в загородном доме постоянно увеличивается.
Отопление с помощью солнечных батарей
Отопление дома (если у вас нет подвода газопровода) можно полностью сделать электрическим. Это возможно осуществить с помощью солнечных модулей, если они покрывают большую площадь.
Причем существует два варианта такого обогрева:
- Непосредственное. К источнику тока прямо подключаются нагревательные приборы (плитка, калорифер и прочее).
- Косвенного нагрева, например, водное. В электрокотле закипает жидкость, которая, проходя по трубам, разогревает их и разносит тепло (при помощи насоса) по всем помещениям.
Первый вариант считается эффективным. Его достоинства в заключаются в отсутствии труб, экономичности и простоте эксплуатации.
Отопление частного дома солнечными батареями
Из недостатков выделяют быстрое остывание и большое потребление энергии, ведь приборы должны быть все время включены на полную мощность (1-3 кВт в каждой комнате).
Второй вариант намного дороже, но имеет много положительных качеств:
- Малое потребление электричества. Подача основного количества энергии нужна только в самом начале – при разогреве жидкости.
- Большую часть времени работает только один маленький насос мощностью 0,3-1 кВт.
- Большая теплоемкость.
Из недостатков:
- затраты на котел, трубы, соединительные элементы;
- оплата монтажных сантехнических работ;
- трудности в установке и подключении.
Схема отопления при участии солнечных батарей и газового котла
Из вышеописанного можно выяснить, что СБ площадью менее 70 кв. м не смогут обогреть все комнаты в полной мере, если у вас установлены приборы непосредственного обогрева – просто не хватит энергии. Но ее вполне может хватить на второй (водный) вариант.
Виды
Сегодня из всего имеющегося ассортимента самой большой востребованностью пользуются 3 подвида солнечных батарей, которые сделаны из кремния.
- Монокристаллические изделия. Их можно легко «опознать» по внешнему виду, так как эти панели имеют скошенные углы. Фотоэлементы имеют квадратную форму и черную расцветку. Они могут «смотреть» только в одну сторону. Их КПД можно назвать высоким — от 15 до 25%. Данные панели всегда должны быть повернуты своей лицевой стороной к источнику питания – солнцу. Если день выдался пасмурный, если солнце закатилось или пока еще не взошло, мощность устройства будет минимальным. При помощи этих панелей можно довольно эффективно использовать площадь, при этом получая максимальные параметры мощности.
- Поликристаллические изделия. Это также квадратные пластины, имеющие темно-синий цвет, иногда имеют вкрапления кристаллов кремния. По сравнению с другими подвидами имеют большую площадь и отлично подходят для монтажа на масштабных поверхностях. КПД, правда, будет ниже — от 12 до 15%. Но такие батареи спокойно будут работать даже в самый ненастный день.
- Аморфные кремниевые устройства. Этот вид батарей намного дешевле двух предыдущих подвидов. Каждая панель очень сильно похожа на пленку с фотоэлементами синего цвета. КПД у них совсем маленький — около 6-7%. Напыленные слои из кремния будут быстро прогорать под лучами солнца. Зато они хорошо поглощают рассеянный свет и ИК-лучи, поэтому можно без проблем устанавливать их в тех местах, где часто бывает слишком облачно. Из-за гибкой основы монтаж этих пластин довольно прост. Но они прослужат вам значительно меньший срок, чем монокристаллические и поликристаллические панели.
- Микроморфные панели. Этот подвид представляет собой симбиоз аморфных устройств, в которых присутствуют микровкрапления кремниевых кристаллов. Их КПД будет составлять 8-12%, и для них характерен длительный срок эксплуатации.
Сравнительная таблица представленных моделей
Краткие характеристики рассмотренных моделей собраны в таблице ниже:
| Модель | Тип | Мощность, Вт | Ток, В/А | КПД, % | Размер, мм |
| E-Power 25Вт | пленка/монокристалл | 25 | 18/1.4 | 20.5 | 560х277х3 |
| SilaSolar 30Вт | монокристалл | 30 | 18/1.67 | 17.12 | 540х440х25 |
| E-Power 50Вт | пленка/монокристалл | 50 | 17.6/2.8 | 21.5 | 545х535х3 |
| TopRaySolar 65П | поликристалл | 65 | 12/3.2 | 19 | 661х628х25 |
| TCM-95A | монокристалл | 95 | 18/5.28 | 18.7 | 1183х563х43 |
| ФСМ-160П | поликристалл | 160 | 18.8/8.51 | 17.5 | 1482x674x35 |
| Seraphim SRP-270-6PB | поликристалл | 270 | 31/8.6 | 19.6 | 1640х992х35 |
Рекомендации по выбору
Разберемся, на что следует обратить внимание при подборе солнечных батарей для дачного дома.
- Мощность. Это один из самых важных критериев выбора. Чем мощность будет больше, тем шире будет и область использования батареи.
- Время автономной эксплуатации. Чем больше будет емкость выбранного аккумулятора, тем больше электроэнергии можно будет накопить на случай пасмурных дней.
- Природные условия. Облачная и дождливая погода не даст батареям работать максимально эффективно. Зимой энергия не будет успевать накопиться. Ночью ситуация будет складываться таким же образом.
- Масштабы площади для монтажа.
- Реальная нагрузка.
- «А» класс работоспособности (он более долговечен).
- Производитель.
О том, как вычислить мощность необходимой вам солнечной системы, смотрите в следующем видео.
Факторы, которые могут повлиять на покупку солнечных батарей
- Необходимость автономии или желание использовать экологически чистую добычу энергии.
- Потребность в резервном источнике при частых отключениях или полном отсутствии электроэнергии
- Желание снизить расходы на оплату коммунальных услуг.
Если вы все-таки хотите устанавливать батареи, то вам необходимо привлечь специалистов-энергетиков, чтобы рассчитать ваше среднесуточное и среднемесячное потребление электричества. И только после этого, учитывая ваши потребности, решите – тратить вам деньги на приобретение СБ или нет.
Работа в темное время суток
Понятно, что с наступлением ночи, когда солнца нет, работать устройства не могут.
И вариантов в этом случае существует два:
- подключаться всегда к общей сети, как только конструкция перейдет в режим ожидания, и получать от последней энергию;
- воспользоваться аккумуляторами, подключив их к устройству.