Как выбрать солнечные батареи для дома?

Солнечные батареи

Использование энергии Солнца для обеспечения своего жилища электрическим током началось уже довольно давно. Если первые варианты применялись для дальних экспедиций, космических полетов и в труднодоступных местах, то на сегодняшний день солнечные батареи все чаще встречаются в населенных пунктах, имеющих традиционные, сетевые источники энергии. Независимость, автономность дома привлекает его владельца, возможность освободиться от перебоев, повышений тарифов и прочих нежелательных мероприятий со стороны поставщиков, привлекает пользователей. Энергия неисчерпаема, достается совершенно бесплатно, необходимо только обзавестись соответствующим оборудованием.

Что такое солнечная батарея

Мнение эксперта
Эксперт Energo.House Фомин О. А.
Горный инженер, строитель.
Солнечными батареями принято называть комплексы, преобразующие падающую энергию Солнца в электрический ток. Название распространенное, но не сосем верное, поскольку батареи в составе комплекта обычные, аккумуляторные, специфическим элементом являются только солнечные панели или модули.

Батареи — это не панели!

Нередко термин «солнечные батареи» применяется именно к солнечным панелям, что совсем неверно. Панели (модули) не накапливают, а преобразуют энергию, вырабатывают электрический ток, поэтому батареями они являться не могут. Они состоят из солнечных элементов, плотно набранных в полотно прямоугольного размера.

Электроэнергия вырабатывается благодаря фотоэлектрическому эффекту на p-n переходе, образованном на границе между двумя слоями чистого кремния. Один слой покрыт фосфором, другой — бором, в результате чего на них образуется избыток и, соответственно, недостаток электронов. При подключении к пластинам проводов появляется возможность получить электрический ток.

Производительность

Производительность системы напрямую зависит от степени освещенности, то есть от времени суток, погодных и климатических условий, времени года. Существуют регионы, в которых использование солнечных батарей имеет большую или меньшую эффективность. Чем ближе к экватору, тем производительнее функционируют солнечные батареи, проблемой для которых становится только повышение температуры. Это играет резко отрицательную роль, снижая выработку электроэнергии. При низких, даже отрицательных температурах, солнечные батареи работают производительно, нередко превышая показатели, заявленные производителями.

Виды солнечных модулей-панелей

Существует несколько разновидностей солнечных панелей, созданных в разное время для получения большей производительности или снижения стоимости. Наиболее распространенными являются кремниевые панели, они имеют вполне устойчивые рабочие характеристики и достаточно проверены на практике.

Основная проблема кремниевых модулей — высокая стоимость. С экономической точки зрения приобретение таких устройств не оправданно, окупаемость панелей длится десятилетиями и далеко не всегда наступает вообще. Для того, чтобы получить более дешевые образцы, были разработаны пленочные панели, имеющие несколько меньшую цену, но значительно уступающие кремниевым аналогам в эффективности.

Монокристаллические панели

Монокристаллические панели собираются из элементов, являющихся тончайшими срезами с цельного монокристалла. При изготовлении в расплав чистого кремния помещают основу будущего кристалла, благодаря чему в результате образуется единый кристалл диаметром около 12-20 см и длиной до 2 метров. Элементы солнечной панели являются поперечными срезами с такой заготовки, оформленными в виде прямоугольников и покрытые слоем фосфора или бора. Всю площадь пронизывает тонкая сеть медных проводов, объединяющихся в единый контактный проводник.

Монокристаллические панели имеют высокий КПД (15-18%, по некоторым данным — до 22%), который получается благодаря единому ориентированию пространственной решетки кремния и упорядоченному движению электронов. При этом, цены на такие панели достаточно высоки, что отрицательно влияет на распространение изделий. Внешне они имеют форму прямоугольника черного цвета со срезанными углами.

Поликристаллические панели

Производство поликристаллических панелей намного проще, что сказывается на себестоимости. Расплавленный кремний плавно остужается, его структура имеет характер отдельных зерен с собственной пространственной ориентацией кристаллических решеток. КПД поликристаллических панелей не превышает 15%, но цена значительно ниже, поэтому такие модули встречаются чаще всего.

Особенностью этого вида модулей является хорошая работа в пасмурную погоду, в некоторых случаях они бывают эффективнее и выгоднее всех остальных вариантов. Панели имеют прямоугольную форму и синий цвет, что позволяет легко отличать их от других образцов.

Аморфные батареи

Аморфные модули производятся по другой методике. Они представляют собой гибкую подложку, на которую напыляется (если точнее, осаждается) гидрид кремния. Поскольку растить кристаллы в данном случае не требуется, то и себестоимость продукции снижается, хотя КПД таких панелей поначалу был низок.

Первое поколение аморфных модулей демонстрировало КПД, равный 4-6%. Затем, по мере развития технологии, он увеличился до 6-8%, а современные образцы показывают около 12%, но цены на них пока еще высоки.

Особенностью аморфных панелей является высокая способность к поглощению рассеянных фотонов, что на практике означает высокие показатели при пасмурной погоде. Такие качества важны для российских условий, поэтому технология активно развивается.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:  Особенности солнечных панелей для дома

Комбинированные аналоги

Эти панели представляют собой гибрид гибких (аморфных) и микрокристаллических образований. Основное преимущество этих разработок в снижении себестоимости, увеличении способности работать в сложных условиях. При этом, если с возможностью работать с рассеянными фотонами работы продвигаются удачно, то со снижением цены пока ситуация не радует.

Схема работы солнечного электроснабжения

Система солнечного электроснабжения представляет собой целый комплекс оборудования, выполняющего задачи по выработке, аккумулированию и преобразованию полученной энергии. Состав комплекса включает в себя:

Работа комплекса происходит следующим образом:

  • панели вырабатывают электрический ток
  • напряжение подается на аккумуляторы, за состоянием и количеством заряда которых следит контроллер
  • с аккумуляторов напряжение поступает на инвертор, преобразующий его в стандартные 220 В 50 Гц, после чего напряжение подается на приборы потребления

Некоторые пользователи пытаются исключить какое-либо оборудование, чтобы снизить расходы на приобретение комплекта. Результаты таких мероприятий всегда одинаковы — система или не работает, или позволяет питать напрямую от панелей лишь отдельные приборы, нетребовательные к перепадам напряжения. Состав комплекса отработан на практике и никаких изменение не допускает.

Пиковая нагрузка и среднесуточное энергопотребление

Эти два понятия являются основными критериями расчета потребности дома в электроэнергии. Пиковые нагрузки возникают в самые активные часы, когда одновременно включаются многие электроприборы. Среднесуточное потребление определяет общие потребности в электроэнергии, ее количество, используемое жителями дома в течение суток. Знание этих параметров позволит оптимальным образом организовать систему энергопитания дома, обеспечить потребности в пиковые моменты (например, когда в доме появляются гости или происходят иные события).

Мнение эксперта
Эксперт Energo.House Фомин О. А.
Горный инженер, строитель.
Подсчет прост — берется прибор, определяется, какое время в течение суток он используется, умножается на потребляемую мощность. Подобным образом рассчитываются все приборы, находится сумма, которая и есть среднесуточное энергопотребление дома. Для получения корректного значения надо учесть все приборы потребления, а полученное значение увеличить на 15-20%.

Величина пиковых нагрузок — это уточняющее значение, корректирующее расчеты при необходимости. Кроме того, знание пиковых нагрузок помогает получить более детальное представление о режиме потребления и оптимизировать расход энергии, исключить пользование ненужными в данный момент приборами. Большую помощь окажет график почасового потребления, наглядно иллюстрирующий расход энергии в течение суток.

Подбор узлов гелиоэлектростанции

Создание гелиоэлектростанции — процесс подбора оборудования, соответствующего по своим рабочим параметрам потребностям дома в электроэнергии. В этом вопросе пригодятся среднесуточные и пиковые показатели, по которым производится выбор мощности и прочих параметров системы.

Все узлы системы должны соответствовать друг другу по своим характеристикам, поскольку любая система оценивается по самому слабому элементу. Правильный подбор делает комплект максимально работоспособным, исключает нерациональное пользование или простои.

Определение рабочего напряжения гелиосистемы

Рабочее напряжение обусловлено номиналом аккумуляторных батарей. Особенности конструкции таковы, что все АКБ имеют напряжение, кратное 12 — 12, 24, 48 В. На первый взгляд, оптимальный выбор соответствует наибольшему напряжению батарей, но на практике получается обратный результат.

Специфика пользования позволяет производить замену 12-вольтовых аккумуляторов по одному, тогда как 24-вольтовые приходится менять парами, а 48 В — по 4 штуки сразу, что многократно увеличивает расходы. Выбор напряжения рекомендуется производить, руководствуясь следующей схемой:

напряжение гелиосистемы

С повышением мощности системы приходится повышать рабочее напряжение АКБ. Это обусловлено степенью надежности проводки, которая возрастает с увеличением напряжения и падает при снижении. Поэтому между надежностью и удобством смены АКБ правильнее выбирать надежность.

Комплектование батареи солнечными модулями

Для определения количества солнечных панелей необходимо сделать расчет формула выглядит следующим образом:

расчет количества солнечных панелей, формула

  • Где Pсм — мощность модуля
  • 1000 — принятая светочувствительность солнечных элементов
  • Eсут — суточное энергопотребление
  • K — сезонный коэффициент, принимаемый для учета потерь. Летом — 0,7, зимой — 0,5
  • Син — величина инсоляции, табличное значение, которое можно получить, обратившись к метеорологам

Полученное значение надо разделить на мощность одного модуля, в результате получится количество солнечных панелей, необходимое для данной системы. Результат надо округлять вверх до целого значения.

Обустройство аккумуляторного энергоблока

Выбор АКБ следует производить, руководствуясь следующими правилами:

  • автомобильные АКБ не годятся, выбирать только устройства с маркировкой «Solar»
  • комплект аккумуляторов должен состоять из одинаковых устройств
  • необходимо оборудованное теплое помещение для аккумуляторов. Оптимальная температура составляет +25°. Этот момент важен, так как при -5° заряд АКБ падает наполовину

Необходимо также учитывать, что допустимый разряд батарей не должен превышать 50%, а рекомендуемый — 70%. Эти показатели надо учитывать при выборе емкости АКБ, которые должны полностью удовлетворять потребности дома в энергии при допустимых величинах разряда. Учитываются как среднесуточные, так и пиковые показатели.

Энергозапас одной батареи вычисляется путем умножения напряжения на емкость и на 70% разряда. Полученное значение покажет оптимальную рабочую емкость АКБ. Разделив потребность дома на емкость одной батареи, получим количество АКБ для данной системы.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:  Альтернативный источник энергии — солнечные батареи на дачу 10 кВт

Выбор хорошего контроллера

Контроллер производит диспетчерские функции по переключению режима зарядки АКБ, переходу питания с аккумуляторов на солнечные модули, своевременное переключение АКБ и модулей в зависимости от величины заряда. Чрезмерный заряд вызывает преждевременный выход батарей из строя, поэтому работа контроллера настолько важна.

Подбор производится по нескольким параметрам поочередно. Рассматриваются мощность, напряжение, тип АКБ и возможные нагрузки. Устройство, наилучшим образом соответствующее этим параметрам, приобретается для использования в системе.

Подбор инвертора лучшего исполнения

Основным параметром для хорошего инвертора является способность держать пиковую нагрузку в течение продолжительного времени. Инвертор должен быть рассчитан на напряжение, действующее внутри системы, иметь низкое собственное напряжение, высокую эффективность. Существуют совмещенные приборы, объединенные в единый корпус инверторы и контроллеры. Такой вариант является оптимальным для выбора, так как оба узла в нем максимально соответствуют друг другу и способны давать лучший результат.

Солнечные батареи для дома: стоимость комплекта, цена

Приобретение солнечных батарей для дома можно производить как отдельными элементами с последующей сборкой в единую систему, так и готовыми комплектами. Оба варианта имеют свои достоинства и недостатки. Приобретение комплекта дает готовую систему, нуждающуюся только в установке. При этом, затраты на приобретение будут велики. Расходы на покупку отдельных элементов не меньше, но разделены по частям, что удобно для многих пользователей. При этом, отдельные элементы надо грамотно подобрать и соединить, что сложно и не всем доступно.

Цены надежных производителей

Приобретение готового комплекта будет удачным, если пользователь обратится к известным и надежным производителям. На рынке присутствуют разные системы, которые можно условно разделить на три группы:

  • продукция российского производства
  • системы из Юго-Восточной Азии
  • солнечные батареи от европейских и американских производителей

Цены на оборудование наиболее низкие у китайских производителей. При этом, качество купленных систем постоянно под вопросом, вероятность отказа или полного выхода из строя достаточно высока. Цены находятся в пределах 20-400 тыс руб.

Расходы на российские системы имеют большой диапазон в зависимости от конкретного производителя и мощности комплекта. Качество оборудования может быть разным, от вполне приличного до откровенно слабого. Порядок цен — 30-500 тыс руб. (для комбинированных систем цены могут быть гораздо выше).

Европейское оборудование — сертифицированная и прошедшая все положенные тесты аппаратура. Но цены на такие комплекты слишком высоки, для российского потребителя они, в основном, недоступны. Низший предел цен — от 100 тыс руб и выше.

Примерные расценки на комплектующие элементы

Приобретение по отдельности комплектующих всегда связано с определенным риском. Можно купить не подходящие по каким-либо параметрам приборы, оборудование может оказаться предназначенным для разных систем со своими специфическими параметрами. Тем не менее, периодически приходится менять вышедшие из строя приборы, для чего полезно знать порядок цен.

  • контроллеры могут стоить от 1000 до 27000 руб.
  • инверторы — от 10 до 130 тыс руб.
  • аккумуляторы — от 2 до 30 тыс руб.

Такие широкие различия в стоимости обусловлены разной мощностью и конструктивными особенностями. Кроме того, большое значение имеет производитель — цены на европейское оборудование намного выше, чем стоимость российских или китайских приборов.

Работы по установке

Монтаж солнечных батарей сводится, в основном, к установке и ориентированию панелей. Если для остального оборудования достаточно создать благоприятные условия по температуре (особенно для АКБ), то панели нуждаются в грамотной установке, обеспечивающей максимальное падение солнечной энергии на рабочую поверхность.

Варианты расположения панелей

Основным местом для установки является крыша дома. Такой вариант позволяет освободить полезную площадь на поверхности участка и оптимальным образом распределить соединительные кабели. При этом, монтаж на кровле возможен только при удачном расположении дома, когда один из скатов ориентирован на юг. Другие варианты снижают освещенность панелей и ухудшают возможности системы.

При установке на земле панели можно регулировать, изменяя их положение в зависимости от источника освещения. Широко используются трекер-системы, автоматически направляющие модули под оптимальным углом к расположению Солнца. Такие системы довольно дороги, но эффект от них весьма высок, значительно повышает производительность комплекса.

Общие правила

Производя монтаж солнечных батарей, необходимо обеспечить возможность обслуживания лицевой поверхности панелей. Их приходится очищать в зимнее время от снега, а в теплое время года периодически приходится производить влажную уборку пыли и песка.

Наилучшим решением станет предоставление отдельного помещения для аппаратуры. Аккумуляторы лучше всего отделить перегородкой и создать для них оптимальную температуру, близкую к 25°С.

Установку панелей следует производить в местах наибольшей освещенности. При отсутствии такой возможности панели надо либо поднимать на достаточную высоту, либо переносить на определенное расстояние. Оба варианта имеют массу недостатков, но при отсутствии других способов приходится идти на некоторые жертвы.

При самостоятельном монтаже следует помнить, что некоторые фирмы отказывают в гарантии, если монтаж производился не сертифицированными техниками. Если случилась такая ситуация, лучше обратиться к специалистам, чтобы сохранить право на сервисное обслуживание.

Рейтинг автора
Автор статьи
Фомин Олег Александрович
Горный инженер, строитель.
Написано статей
87
Помогла статья? Оцените её
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (2 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
ВК

Подписывайтесь на нашу группу Вконтакте!

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:  Солнечный коллектор — горячее водоснабжение и отопление