Как работает солнечная батарея для дома

Как работают солнечные батареи: принцип, устройство, материалы

Солнечные батареи считаются очень эффективным и экологически чистым источником электроэнергии. В последние десятилетия данная технология набирает популярность по всему миру, мотивируя многих людей переходить на дешевую возобновляемую энергию. Задача этого устройства заключается в преобразовании энергии световых лучей в электрический ток, который может использоваться для питания разнообразных бытовых и промышленных устройств.

Правительства многих стран выделяют колоссальные суммы бюджетных средств, спонсируя проекты, которые направлены на разработку солнечных электростанций. Некоторые города полностью используют электроэнергию, полученную от солнца. В России эти устройства часто используются для обеспечения электроэнергией загородных и частных домов в качестве отличной альтернативы услугам централизованного энергоснабжения. Стоит отметить, что принцип работы солнечных батарей для дома достаточно сложный. Далее рассмотрим подробнее, как работают солнечные батареи для дома подробно.

Немного истории

Первые попытки использования энергии солнца для получения электричества были предприняты еще в середине двадцатого века. Тогда ведущие страны мира предпринимали попытки строительства эффективных термальных электростанций. Концепция термальной электростанции подразумевает использование концентрированных солнечных лучей для нагревания воды до состояния пара, который, в свою очередь, вращал турбины электрического генератора.

Поскольку, в такой электростанции использовалось понятие трансформации энергии, их эффективность была минимальной. Современные устройства напрямую преобразуют солнечные лучи в ток благодаря понятию фотоэлектрический эффект.

Современный принцип работы солнечной батареи был открыт еще в 1839 году физиком по имени Александр Беккерель. В 1873 году был изобретен первый полупроводник, который сделал возможным реализовать принцип работы солнечной батареи на практике.

Принцип работы

Как было сказано раньше, принцип работы заключается в эффекте полупроводников. Кремний является одним из самых эффективных полупроводников, из известных человечеству на данный момент.

При нагревании фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после чего их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Соответственно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.

Эффективность фотоэлементов, созданных при помощи монокристаллического метода нанесения кремния, является существенно выше, поскольку в такой ситуации кристаллы кремния имеют меньше граней, что позволяет электронам двигаться прямолинейно.

Устройство

Конструкция солнечной батареи очень проста.

Основу конструкции устройства составляют:

• корпус панели;
• блоки преобразования;
• аккумуляторы;
• дополнительные устройства.

Корпус выполняет исключительно функцию скрепления конструкции, не имея больше никакой практической пользы.

Основными элементами являются блоки преобразователей. Это и есть фотоэлемент, состоящий из материала-полупроводника, которым является кремний. Можно сказать, что состоят солнечные батареи, устройство и принцип работы которых всегда одинаковый, из каркаса и двух тонких слоев кремния, который может быть нанесен на поверхность, как монокристаллическим, так и поликристаллическим методом.

От метода нанесения кремния зависит стоимость батареи, а также ее эффективность. Если кремний наносится монокристаллическим способом, то эффективность батареи будет максимально высокой, как и стоимость.

Если говорить о том, как работает солнечная батарея, то не нужно забывать об аккумуляторах. Как правило, используется два аккумулятора. Один является основным, второй — резервным. Основной накапливает электроэнергию, сразу же направляя ее в электрическую сеть. Второй накапливает избыточную электроэнергию, после чего направляет ее в сеть, когда напряжение падает.

Среди дополнительных устройств можно выделить контроллеры, которые отвечают за распределение электроэнергии в сети и между аккумуляторами. Как правило, они работают по принципу простого реостата.

Очень важными элементами солнечной назвать диоды. Данный элемент устанавливается на каждую четвертую часть блока преобразователей, защищая конструкцию от перегрева из-за избыточного напряжения. Если диоды не установлены, то есть большая вероятность, что после первого дождя система выйдет из строя.

Как подключается

Как было сказано раньше, устройство солнечной батареи достаточно сложное. Правильная схема солнечной батареи поможет добиться максимальной эффективности. Подключать блоки преобразователей необходимо при помощи параллельно-последовательного способа, что позволит получить оптимальную мощность и максимально эффективное напряжение в электрической сети.

Разновидности солнечных батарей

Существует несколько разновидностей фотоэлементов для солнечных батарей, которые отличаются между собой строением кристаллов кремния.

Выделяют три вида фотоэлементов:

• поликристаллические;
• монокристаллические;
• аморфные.

Первый вид панелей является более дешевым, но менее эффективным, поскольку, если кремний нанесен поликристаллическим способом, то электроны не могут двигаться прямолинейно.

Монокристаллические фотоэлементы отличаются максимальным КПД, который достигает 25 %. Стоимость таких батарей выше, но для получения 1 киловатта нужна существенно меньшая площадь фотоэлементов, чем при использовании поликристаллических панелей.

Из аморфного кремния изготавливают гибкие фотоэлементы, но их КПД самый низкий и составляет 4-6 %.

Преимущества и недостатки

Основные преимущества солнечных батарей:

• солнечная энергия абсолютно бесплатная;
• позволяют получать экологически чистую электроэнергию;
• быстро окупаются;
• простая установка и принцип работы.

• большая стоимость;
• для удовлетворения потребностей небольшой семьи в электроэнергии нужна достаточно большая площадь фотоэлементов;
• эффективность существенно падает в облачную погоду.

Как добиться максимальной эффективности

При покупке солнечных батарей для дома очень важно подобрать конструкцию, которая сможет обеспечить жилище электроэнергией достаточной мощности. Считается, что эффективность солнечных батарей в пасмурную погоду составляет приблизительно 40 Вт на 1 квадратный метр за час. В действительности, в облачную погоду мощность света на уровне земли составляет приблизительно 200 Вт на квадратный метр, но 40 % солнечного света – это инфракрасное излучение, к которому солнечные батареи не восприимчивы. Также стоит учитывать, что КПД батареи редко превышает 25 %.

Иногда энергия от интенсивного солнечного света может достигать 500 Вт на квадратный метр, но при расчетах стоит учитывать минимальные показатели, что позволит сделать систему автономного электроснабжения бесперебойной.

Каждый день солнце светит в среднем по 9 часов, если брать среднегодовой показатель. За один день квадратный метр поверхности преобразователя способен выработать 1 киловатт электроэнергии. Если за сутки жильцами дома израсходуется приблизительно 20 киловатт электроэнергии, то минимальная площадь солнечных панелей должна составлять приблизительно 40 квадратных метров.

Однако, такой показатель потребления электроэнергии на практике встречается редко. Как правило, жильцы израсходуют до 10 кВТ в сутки.

Если говорить о том, работают ли солнечные батареи зимой, то стоит помнить, что в данную пору года сильно снижается длительность светового дня, но, если обеспечить систему мощными аккумуляторами, то получаемой за день энергии должно быть достаточно с учетом наличия резервного аккумулятора.

При подборе солнечной батареи очень важно обращать внимание на емкость аккумуляторов. Если нужны солнечные батареи работающие ночью, то емкость резервного аккумулятора играет ключевую роль. Также устройство должно отличаться стойкостью к частой перезарядке.

Несмотря на тот факт, что стоимость установки солнечных батарей может превысить 1 миллион рублей, затраты окупятся уже в течении нескольких лет, поскольку энергия солнца абсолютно бесплатна.

Солнечные батареи для частного дома. Как выбрать? Что учесть? на сайте Недвио

Отопление домов и их электрификация за счет солнечной энергии с каждым годом становится все более популярной технологией в мире. Все потому что, во-первых солнечные лучи — это экологически чистый источник энергии, а во-вторых, солнце светит над нами каждый день — такое «природное топливо» для владельца дома бесплатно и неиссякаемо.

Конечно, противники альтернативных источников нам тут сразу же возразят — все это не будет работать в России, солнечные панели и все подобное оборудование стоят дорого и никогда не окупятся. На самом деле это не совсем так. И в сегодняшней статье мы расскажем об особенностях солнечных батарей и о том, как их правильно выбрать, чтобы затея с таким отоплением получилась выгодной.

Что можно получить от солнечных батарей?

Обеспечить свой дом теплом и горячей водой бесплатно, только за счет солнечной энергии — сценарий возможный, однако нужно понимать, что это не круглогодичное решение.

Дело в том, что на нашей широте наблюдается неравномерное распределение солнечного света в течение года. В России мы можем наслаждаться прекрасным солнцем только в течение нескольких летних месяцев. В свою очередь, с осени до начала весны лучам приходится пробиваться сквозь густые облака. Следовательно, использование солнечной энергии в этот период ограничено.

По этой причине солнечные батареи могут полностью удовлетворить задачу обогрева дома только в летние месяцы. В оставшиеся месяцы они лишь незначительно будут поддерживать тепло в доме.

В любом случае, установив такую систему на крыше, в течение 5-7 месяцев в году мы сможем бесплатно пользоваться горячей водой, что, безусловно, станет значительным облегчением для семейного бюджета, не говоря уже об охране окружающей среды.

Как работают солнечные батареи для частного дома?

Принцип работы солнечных батарей довольно прост. Солнце нагревается поглотителем в коллекторе, который поглощает солнечное излучение и преобразует его в тепло. В дальнейшем теплоноситель, нагретый в абсорбере (чаще всего вода или антифриз), попадает в бак технической воды и отдает тепло воде.

На рынке представлены коллекторы двух типов: плоские и вакуумные. Первые выглядят как темная простыня. Сверху у них высокопрочное стекло, а с других сторон — изоляционная минеральная вата. Вакуумный коллектор, в свою очередь, состоит из вакуумных трубок, расположенных параллельно друг другу. Здесь поглотитель разделен на полосы, помещенные в трубы.

Плоские модели стоят дешевле, но в холодные месяцы теряют много тепла. Вакуумные насосы лучше изолируют тепло, когда на улице холодно. Однако они более дорогие и более сложные. Тем не менее, именно они более популярны в России, поскольку за более высокую стоимость можно ожидать, что в неблагоприятных погодных условиях они будут давать больше тепла, чем плоские коллекторы.

Кроме того, производители вакуумных коллекторов различают напорные и безнапорные модели. В первом случае вода в резервуаре находится под постоянным давлением. Благодаря этому давление горячей воды, подаваемой в краны, такое же, как и в системе водоснабжения, а коллектор может располагаться в любом солнечном месте. Напротив, в безнапорных коллекторах давление в баке отсутствует. Вода стекает из резервуара под действием силы тяжести. Такие коллекторы стоит размещать на крыше.

Как выбрать солнечные батареи для частного дома?

При выборе подходящих батарей учитывайте вместимость резервуара для воды. Слишком маленький бак не сможет летом получать все тепло от батарей. С другой стороны, в слишком большом баке вода никогда не будет достаточно горячей, и ее придется повторно нагревать.

Для семьи из четырех человек мы рекомендуем использовать резервуары емкостью около 300 л. Для нагрева такого количества воды достаточно 2 или 3 коллектора площадью около 2 кв. м.

Что касаемо выбора самих солнечных панелей, то их можно разделить на три категории по эффективности:

• Высокоэффективные (SunPower);
• Панели со средней эффективностью (REC, QCells, LONGi);
• Бюджетные (полностью поликристаллические модели).

Неэффективность панели вовсе не означает, что она не сможет вырабатывать энергию. Это значит ее более низкую мощность, то есть вам понадобится больше панелей, чтобы получить такой же эффект как у более мощных моделей.

Следует знать, что с увеличением производительности качество изготовления (выражаемое, например, в сроках гарантии на продукт) также увеличивается, но и цена панелей также растет. Так как:

1. Средние и неэффективные фотоэлементы используются в наземных установках, потому что это более выгодно, площадь поверхности не является таким ограничением, и если что-то сломается, то легко заменить;
2. На крышах используются очень эффективные и качественные, среднеэффективные панели, потому что обычно ограничивается поверхность, установка каждой панели стоит дороже, а если что-то сломается, заменить сложнее.

Однако все это лишь общие рекомендации, и все зависит от ситуации и затрат.

Мощность панели определяет, сколько электроэнергии будет производить данная панель (в условиях тестирования), однако ее производительность (или, лучше сказать, эффективность) определяет степень, в которой данная панель преобразует солнечное излучение в электричество.

Обратите внимание, мощность зависит от размера панели, а КПД — нет. Необходимо различать эти две концепции, чтобы можно было хорошо сравнить несколько панелей.

Какие солнечные панели наиболее мощные, эффективные?

Панели Bruk-bet имеют самую высокую мощность, но самую низкую эффективность. Преимущество в мощности просто связано с большим количеством ячеек.

Очень хороши солнечные панели REC и Sharp, хотя первые больше по размерам и тяжелее. Размер панелей важен в том смысле, что пространство на крыше обычно ограничено.

Что касаемо надежности. Солнечные батареи — это устройства, настолько простые по своей конструкции, что они не сломаются без внешнего вмешательства. Исключение составляют изделия, которые перестанут работать из-за производственных дефектов. Однако это, как правило, самые дешевые панели китайского производства.

Тем не менее, товар может быть поврежден при транспортировке. С этой точки зрения важно кто продавец панелей, как выглядит гарантийное и послегарантийное обслуживание. Каждый производитель и каждый поставщик должен определять строгие условия гарантии, и они обычно схожи. Поэтому при покупке солнечных батарей следует обязательно обращать внимание на гарантию.

Лучшие производители солнечных батарей для частного дома

Обратите внимание на следующие бренды производителей солнечных панелей:

• QCells;
• REC;
• Jinko;
• LG Solar;
• LONGi;
• Panasonic;
• Sunport;
• Ja Solar;
• Seraphim;
• Sharp;
• SunPower.

Давайте теперь рассмотрим особенности лучших, на наш взгляд, моделей.

Панели Saronic 300 Вт — точность и долговечность

Первое предложение — это полноценная полнофункциональная фотоэлектрическая электростанция от немецкого производителя — Saronic. Эта компания сегодня является лидером в нише производства солнечных панелей. Продукция также имеет все сертификаты качества, в соответствии со стандартами системы менеджмента качества ISO 9001 и 140001.

Солнечные панели Saronic можно легко адаптировать к потребностям любого частного дома после предварительного контакта с поставщиком. В исходный набор входят поликристаллические модули мощностью 280 Вт или 300 Вт, либо максимально мощные — в 360 Вт.

Помимо панелей, в комплект входят:

• 3-фазный инвертор Fronius и Huawei;
• разрядники постоянного / переменного тока;
• заземление установки и другие элементы защиты, необходимые для установки.

Максимальная мощность этих панелей для частного дома составляет 300 Вт с допустимым положительным отклонением выходной мощности до 5%!

Что это значит на практике? У каждой солнечной панели есть колебания производительности. Панели лучших производителей колеблются только в положительных значениях, что означает, например, что допуск мощности 5% означает, что вместо максимальных 300 Вт система может работать до 105% от значения мощности, то есть 315 Вт.

Панели Sunpal 290W — низкая цена, устойчивость к плохим погодным условиям

Вторыми в нашем списке являются панели для частного дома Sunpal. Они предназначены для менее требовательных к производительности домовладельцев, поскольку их пиковая мощность достигает 295 Вт.

КПД модуля Sunpal составляет всего 18%, однако это компенсируется очень низкой ценой. Отдельную панель можно купить всего за 45.000 руб., что по сравнению с некоторыми предложениями на рынке составляет всего четверть цены!

Солнечные панели MaySun Solar 315 Вт — идеально подходят для российского климата

Это панели, импортированные непосредственно из Дубая из новейшей технологической линии Crystalline Silicon. Это обозначение свидетельствует о том, что они идеально адаптированы к климату России.

Это оборудование достигает максимальной мощности 315 Вт. По заверениям производителя, благодаря закаленному, усиленному защитному стеклу, эти панели намного более устойчивы к любым погодным изменениям, таким как снег, дождь и даже град. Оборудование также более устойчиво к деформации, вызванной неожиданными перепадами температуры.

КПД самого модуля в тестовых условиях составляет около 19%, при этом потери мощности после первого года оцениваются в 3%, а после двух — 0,7%, что является довольно значительной потерей по сравнению с конкурентами. Стоит отметить, что коэффициент полезного действия при температурах выше тестовых составляет менее -0,38%. А это значит, что эффективность оборудования не так сильно падает в жаркие дни, но этот коэффициент мог бы быть лучше.

Одним из недостатков, которые мы видим в этой модели, является тот факт, что допуск выходной мощности составляет всего +3%, в то время как аналогичные модели в среднем дают +5% от значения. Однако мы считаем, что из-за стольких положительных сторон этих панелей это небольшое неудобство не должно повлиять на решение о покупке.

Exiom — солнечные модули из Испании

Монокристаллические фотоэлектрические модули мощностью 330-340 Вт, изготовленные по технологии PERC. В этой модели 60 ячеек размером 158,75 x 158,75 мм были соединены 5 шинами (токопроводящими дорожками).

Качественное самоочищающееся стекло панелей Exiom идеально подходит для российских условий. Модули соответствуют рыночным стандартам по статической нагрузке и ударопрочности от града диаметром 25 мм. Гарантия на продукт составляет 20 лет, а гарантия на мощность — 30 лет.

Seraphim Blade — солнечные модули из Китая

Это монокристаллические фотоэлектрические модули мощностью 315 Вт, произведенные по технологии Full Blue или Full Black.

Особенность этих панелей для выработки энергии от Солнца заключается в инновационной технологии половинной резки — когда стандартный фотоэлемент разрезается лазером на две части. Такое разделение повышает устойчивость к повреждениям и снижает негативное влияние частичного затемнения модуля.

Гарантия на продукт составляет 10 лет, а гарантия на мощность — 25 лет (при снижении эффективности всего на 80,68%).

Q-Cells Q-Peak G5.1 310 Mono 310W солнечные панели — современный дизайн, эффективность

Оснащенные ячейками Q-ANTUM нового поколения, эти солнечные панели достигают эффективности до 310 Вт, что, несомненно, удовлетворит потребности любого небольшого загородного дома. Новая клеточная технология позволяет снизить производственные затраты.

В солнечных установках Q-Cells и Q-Peak производитель сделал упор на довольно элегантный дизайн самого оборудования. Благодаря использованию черного цвета поверхности, панели не только не нарушат визуальную гармонию всего дома, но и смогут обогатить его своей футуристической, минималистичной и элегантной формой.

Итак, как мы видим, солнечные панели — разумное вложение для владельцев частных домов. Даже в условиях российского климата. Даже в пасмурную погоду они дают значительную экономию на электричестве и независимость от поставщиков горячей воды.

Не забудьте добавить сайт Недвио в Закладки. Рассказываем о строительстве, ремонте, загородной недвижимости интересно, с пользой и понятным языком.

Солнечная электростанция на дом 200 м2 своими руками

Частенько в сети проскакивают сообщения о борьбе за экологию, развитие альтернативных источников энергии. Иногда даже проводят репортажи о том, как в заброшенной деревне сделали солнечную электростанцию, чтобы местные жители могли пользоваться благами цивилизации не 2-3 часа в сутки, пока работает генератор, а постоянно. Но это всё как-то далеко от нашей жизни, поэтому я решил на своем примере показать и рассказать, как устроена и как работает солнечная электростанция для частного дома. Расскажу обо всех этапах: от идеи до включения всех приборов, а также поделюсь опытом эксплуатации. Статья получится немаленькая, поэтому кто не любит много букв могут посмотреть ролик. Там я постарался рассказать то же самое, но будет видно, как я все это сам собираю.

Исходные данные: частный дом площадью около 200 м2 подключен к электросетям. Трехфазный ввод, суммарной мощностью 15 кВт. В доме стандартный набор электроприборов: холодильник, телевизоры, компьютеры, стиральные и посудомоечные машинки и так далее. Стабильностью электросеть не отличается: зафиксированный мною рекорд — отключение 6 дней подряд на период от 2 до 8 часов.

Что хочется получить: забыть о перебоях электроэнергии и пользоваться электричеством, невзирая ни на что.

Какие могут быть бонусы: Максимально использовать энергию солнца, чтобы дом приоритетно питался солнечной энергией, а недостаток добирал из сети. Как бонус, после принятия закона о продаже частными лицами электроэнергии в сеть, начать компенсировать часть своих затрат, продавая излишки выработки в общую электросеть.

С чего начать?

Всегда есть минимум два пути для решения любой задачи: учиться самому или поручить решение задачи кому-то другому. Первый вариант предполагает изучение теоретических материалов, чтение форумов, общение с владельцами солнечных электростанций, борьбу с внутренне жабой и, наконец, покупку оборудования, а после — установку. Второй вариант: позвонить в специализированную фирму, где зададут много вопросов, подберут и продадут нужное оборудование, а могут и установить за отдельные деньги. Я решил совместить эти два способа. Отчасти потому что мне это интересно, а отчасти для того, чтобы не напороться на продавцов, которым надо просто заработать, продав не совсем то, что мне нужно. Теперь пришло время теории, чтобы понять, как я делал выбор.

На фото пример «освоения» денег на строительство солнечной электростанции. Обратите внимание, солнечные панели установлены ЗА деревом – таким образом, свет на них не попадает, и они просто не работают.

Типы солнечных электростанций

Сразу отмечу, что говорить я буду не о промышленных решениях и не о сверхмощных системах, а об обычной потребительской солнечной электростанции для небольшого дома. Я не олигарх, чтобы разбрасываться деньгами, но я придерживаюсь принципа достаточной разумности. То есть я не хочу греть бассейн «солнечным» электричеством или заряжать электромобиль, которого у меня нет, но я хочу, чтобы в моем доме все приборы постоянно работали, без оглядки на электросети.

Теперь расскажу про типы солнечных электростанций для частного дома. По большому счету, их всего три, но бывают вариации. Расположу, по росту стоимости каждой системы.

Сетевая Солнечная Электростанция — этот тип электростанции сочетает в себе невысокую стоимость и максимальную простоту эксплуатации. Состоит всего из двух элементов: солнечных панелей и сетевого инвертора. Электричество от солнечных панелей напрямую преобразуется в 220В/380В в доме и потребляется домашними энергосистемами. Но есть существенный недостаток: для работы ССЭ необходима опорная сеть. В случае отключения внешней электросети, солнечные батареи превратятся в «тыкву» и перестанут выдавать электричество, так как для функционирования сетевого инвертора нужна опорная сеть, то есть само наличие электричества. Кроме того, со сложившейся инфраструктурой электросети, работа сетевого инвертора не очень выгодна. Пример: у вас солнечная электростанция на 3 кВт, а дом потребляет 1 кВт. Излишки будут «перетекать» в сеть, а обычные счетчики считают энергию «по модулю», то есть отданную в сеть энергию счетчик посчитает, как потребленную, и за нее еще придется заплатить. Тут логично подходит вопрос: куда девать лишнюю энергию и как этого избежать? Переходим ко второму типу солнечных электростанций.

Гибридная Солнечная Электростанция – этот тип электростанции сочетает в себе достоинства сетевой и автономной электростанции. Состоит из 4 элементов: солнечные панели, солнечный контроллер, аккумуляторы и гибридный инвертор. Основа всего – это гибридный инвертор, который способен в потребляемую от внешней сети энергии подмешивать энергию, выработанную солнечными панелями. Более того, хорошие инверторы имеют возможность настройки приоритезации потребляемой энергии. В идеале, дом должен потреблять сначала энергию от солнечных панелей и только при ее недостатке, добирать из внешней сети. В случае исчезновения внешней сети инвертор переходит в автономную работу и пользуется энергией от солнечных панелей и энергией, запасенной в аккумуляторах. Таким образом, даже если электроэнергию отключат на продолжительное время и будет пасмурный день (или электричество отключат ночью), в доме всё будет функционировать. Но что делать, если электричества нет вообще, а жить как-то надо? Тут я перехожу к третьему типу электростанции.

Автономная Солнечная Электростанция – этот тип электростанции позволяет жить полностью независимо от внешних электросетей. Она может включать в себя больше 4 стандартных элементов: солнечные панели, солнечный контроллер, АКБ, инвертор.

Дополнительно к этому, а иногда вместо солнечных панелей, может быть установлена ГидроЭлектроСтанция малой мощности, ветряная электростанция, генератор (дизельный, газовый или бензиновый). Как правило, на таких объектах присутствует генератор, поскольку может не быть солнца и ветра, а запас энергии в аккумуляторах не бесконечен – в этом случае генератор запускается и обеспечивает энергией весь объект, попутно заряжая АКБ. Такая электростанция легко трансформируется в гибридную, при подключении внешней электросети, если инвертор обладает этими функциями. Основное отличие автономного инвертора от гибридного – это то, что он не умеет подмешивать энергию от солнечных панелей к энергии из внешней сети. При этом гибридный инвертор, наоборот, умеет работать в качестве автономного, если внешняя сеть будет отключена. Как правило, гибридные инверторы соразмерны по цене с полностью автономными, а если и отличаются, то несущественно.

Что такое солнечный контроллер?

Во всех типах солнечных электростанций присутствует солнечный контроллер. Даже в сетевой солнечной электростанции он есть, просто входит в состав сетевого инвертора. Да и многие гибридные инверторы выпускаются с солнечными контроллерами на борту. Что же это такое и для чего он нужен? Буду говорить о гибридной и автономной солнечной электростанции, поскольку это как раз мой случай, а с устройством сетевого инвертора могу ознакомить детальнее в комментариях, если будут запросы в комментариях.

Солнечный контроллер – это устройство, которое полученную от солнечных панелей энергию преобразует в перевариваемую инвертором энергию. Например, солнечные панели изготавливаются с напряжением кратно 12В. И АКБ изготавливаются кратно 12В, так уж повелось. Простые системы на 1-2 кВт мощности работают от 12В. Производительные системы на 2-3 кВт уже функционируют от 24В, а мощные системы на 4-5 кВт и более работают на 48В. Сейчас я буду рассматривать только «домашние» системы, потому что знаю, что есть инверторы, работающие на напряжениях в несколько сотен вольт, но для дома это уже опасно.

Итак, допустим у нас есть система на 48В и солнечные панели на 36В (панель собрана кратно 3х12В). Как получить искомые 48В для работы инвертора? Конечно, к инвертору подключаются АКБ на 48В, а к этим аккумуляторам подключается солнечный контроллер с одной стороны и солнечные панели с другой. Солнечные панели собираются на заведомо большее напряжение, чтобы суметь зарядить АКБ. Солнечный контроллер, получая заведомо большее напряжение с солнечных панелей, трансформирует это напряжение до нужной величины и передает в АКБ. Это упрощенно. Есть контроллеры, которые могут со 150-200 В от солнечных панелей понижать до 12 В аккумуляторов, но тут протекают очень большие токи и контроллер работает с худшим КПД. Идеальный случай, когда напряжение с солнечных панелей вдвое больше напряжения на АКБ.

Солнечных контроллеров существует два типа: PWM (ШИМ – Широтно-Импульсная Модуляция) и MPPT (Maximum Power Point Tracking – отслеживание точки максимальной мощности). Принципиальная разница между ними в том, что ШИМ-контроллер может работать только со сборками панелей, не превышающими напряжения АКБ. MPPT – контроллер может работать с заметным превышением напряжения относительно АКБ. Кроме того, MPPT-контроллеры обладают заметно бОльшим КПД, но и стоят дороже.

Как выбрать солнечные панели?

На первый взгляд, все солнечные панели одинаковы: ячейки солнечных элементов соединены между собой шинками, а на задней стороне есть два провода: плюс и минус. Но есть в этом деле масса нюансов. Солнечные панели бывают из разных элементов: аморфных, поликристаллических, монокристаллических. Я не буду агитировать за тот или иной тип элементов. Скажу просто, что сам предпочитаю монокристаллические солнечные панели. Но и это не всё. Каждая солнечная батарея – это четырехслойный пирог: стекло, прозрачная EVA-пленка, солнечный элемент, герметизирующая пленка. И вот тут каждый этап крайне важен. Стекло подходит не любое, а со специальной фактурой, которое снижает отражение света и преломляет падающий под углом свет таким образом, чтобы элементы были максимально освещены, ведь от количества света зависит количество выработанной энергии. От прозрачности EVA-пленки зависит, сколько энергии попадет на элемент и сколько энергии выработает панель. Если пленка окажется бракованной и со временем помутнеет, то и выработка заметно упадет.

Далее идут сами элементы, и они распределяются по типам, в зависимости от качества: Grade A, B, C, D и далее. Конечно, лучше иметь элементы качества А и хорошую пайку, ведь при плохом контакте, элемент будет греться и быстрее выйдет из строя. Ну и финишная пленка должна также быть качественной и обеспечивать хорошую герметизацию. В случае разгерметизации панелей, очень быстро на элементы попадет влага, начнется коррозия и панель также выйдет из строя.

Как правильно выбрать солнечную панель? Основной производитель для нашей страны – это Китай, хотя на рынке присутствуют и Российские производители. Есть масса OEM-заводов, которые наклеят любой заказанный шильдик и отправят панели заказчику. А есть заводы, которые обеспечивают полный цикл производства и способны проконтролировать качество продукции на всех этапах производства. Как узнать о таких заводах и брендах? Есть пара авторитетных лабораторий, которые проводят независимые испытания солнечных панелей и открыто публикуют результаты этих испытаний. Перед покупкой вы можете вбить название и модель солнечной панели и узнать, насколько солнечная панель соответствует заявленным характеристикам. Первая лаборатория – это Калифорнийская Энергетическая Комиссия, а вторая лаборатория Европейская – TUV. Если производителя панелей в этих списках нет, то стоит задуматься о качестве. Это не значит, что панель плохая. Просто бренд может быть OEM, а завод-производитель выпускает и другие панели. В любом случае, присутствие в списках этих лабораторий уже свидетельствует о том, что вы покупаете солнечные батареи не у производителя-однодневки.

Мой выбор солнечной электростанции

Перед покупкой стоит очертить круг задач, которые ставятся перед солнечной электростанцией, чтобы не заплатить за ненужное и не переплатить за неиспользуемое. Тут я перейду к практике, как и что делал я сам. Для начала, цель и исходные: в деревне периодически отключают электроэнергию на период от получаса до 8 часов. Возможны отключения как раз в месяц, так и подряд несколько дней. Задача: обеспечить дом электроснабжением в круглосуточном режиме с некоторым ограничением потребления на период отключения внешней сети. При этом, основные системы безопасности и жизнеобеспечения должны функционировать, то есть: должны работать насосная станция, система видеонаблюдения и сигнализации, роутер, сервер и вся сетевая инфраструктура, освещение и компьютеры, холодильник. Вторично: телевизоры, развлекательные системы, электроинструмент (газонокосилка, триммер, насос для полива огорода). Можно отключить: бойлер, электрочайник, утюг и прочие греющие и много потребляющие устройства, работа которых сиюминутно не важна. Чайник можно вскипятить на газовой плите, а погладить позже.

Как правило, солнечную электростанцию можно купить в одном месте. Продавцы солнечных панелей также продают всё сопутствующее оборудование, поэтому я начал поиск отталкиваясь от солнечных батарей. Один из солидных брендов – TopRay Solar. О них есть хорошие отзывы и реальный опыт эксплуатации в России, в частности, в Краснодарском крае, где знают толк в солнце. В РФ есть официальный дистрибьютор и дилеры по регионам, на вышеозначенных сайтах с лабораториями для проверки солнечных панелей этот бренд присутствует и далеко не на последних местах, то есть можно брать. Кроме того, фирма-продавец солнечных панелей TopRay, также занимается собственным производством контроллеров и электроники для дорожной инфраструктуры: системы управления трафиком, светодиодные светофоры, мигающие знаки, солнечные контроллеры и прочее. Ради любопытства даже напросился на их производство – вполне технологично и даже есть девушки, которые знают, с какой стороны подходить к паяльнику. Бывает же!

Со своим списком хотелок я обратился к ним и попросил собрать мне пару комплектаций: подороже и подешевле для моего дома. Мне задали ряд уточняющих вопросов насчет резервируемой мощности, наличия потребителей, максимальной и постоянной потребляемой мощности. Последнее вообще оказалось для меня неожиданным: дом в режиме энергосбережения, когда работают только системы видеонаблюдения, охраны, связь с инетом и сетевая инфраструктура, потребляет 300-350 Вт. То есть даже если дома никто не пользуется электричеством, на внутренние нужды уходит до 215 кВт*ч в месяц. Вот тут и задумаешься над проведением энергетического аудита. И начнешь выключать из розеток зарядки, телевизоры и приставки, которые в режиме ожидания потребляют по чуть-чуть, а набегает прилично.
Не буду томить, остановился я на более дешевой системе, так как зачастую до половины суммы за электростанцию может занимать стоимость аккумуляторов. Список оборудования получился следующим:

– 9 шт
1. Однофазный Гибридный инвертор на 5 кВт InfiniSolar V-5K-48 – 1 шт
2. Аккумулятор AGM Парус HML-12-100 – 4 шт

Что даёт солнечная электростанция?

Этот комплект может выдать до 5 кВт мощности в автономном режиме – именно такой мощности я выбрал однофазный инвертор. Если докупить такой же инвертор и модуль сопряжения к нему, то можно нарастить мощность до 5кВт+5кВт=10 кВт на фазу. Или можно сделать трехфазную систему, но я пока довольствуюсь и этим. Инвертор высокочастотный, а потому достаточно легкий (порядка 15 кг) и занимает немного места – легко монтируется на стену. В него уже встроено 2 MPPT-контроллера мощностью 2,5 кВт каждый, то есть я могу добавить еще столько же панелей без покупки дополнительного оборудования.

Солнечных панелей у меня на 2520 Вт по шильдику, но из-за неоптимального угла установки они выдают меньше – максимум я видел 2400 Вт. Оптимальный угол – это перпендикулярно солнцу, что в наших широтах составляет примерно 45 градусов к горизонту. У меня панели установлены под 30 градусов.

Сборка АКБ составляет 100А*ч 48В, то есть запасено 4,8 кВт*ч, но забирать энергию полностью крайне нежелательно, поскольку тогда их ресурс заметно сокращается. Желательно разряжать такие АКБ не более, чем на 50%. Это литий-железофосфатные или литий-титанатные можно заряжать и разряжать глубоко и большими токами, а свинцово-кислотные, будь то жидкостные, гелевые или AGM лучше не насиловать. Итак, у меня есть половина емкости, а это 2,4 кВт*ч, то есть порядка 8 часов в полностью автономном режиме без солнца. Этого хватит на ночь работы всех систем и еще останется половина емкости АКБ на аварийный режим. Утром уже встанет солнце и начнет заряжать АКБ, параллельно обеспечивая дом энергией. То есть дом может функционировать и автономно в таком режиме, если снизить энергопотребление и погода будет хорошей. Для полной автономии можно было бы добавить еще аккумуляторов и генератор. Ведь зимой солнца совсем мало и без генератора будет не обойтись.

Начинаю собирать

Перед покупкой и сборкой необходимо просчитать всю систему, чтобы не ошибиться с расположением всех систем и прокладкой кабелей. От солнечных панелей до инвертора у меня порядка 25-30 метров и я заранее проложил два гибких провода сечением 6 кв.мм, так как по ним будет передаваться напряжение до 100В и ток 25-30А. Такой запас по сечению был выбран, чтобы минимизировать потери на проводе и максимально доставить энергию до приборов. Сами солнечные панели я монтировал на самодельные направляющие из алюминиевых уголков и притягивал их самодельными же креплениями. Чтобы панель не сползала вниз, на алюминиевом уголке напротив каждой панели смотрит вверх пара 30мм болтов, и они являются своеобразным «крючком» для панелей. После монтажа их не видно, но они продолжают нести нагрузку.

Солнечные панели были собраны в три блока по 3 панели в каждом. В блоках панели подключаются последовательно — так напряжение удалось поднять до 115В без нагрузки и снизить ток, а значит можно выбрать провода меньшего сечения. Блоки между собой подключены параллельно специальными коннекторами, обеспечивающими хороший контакт и герметичность соединения – называются MC4. Их же я использовал для подключения проводов к солнечному контроллеру, так как они обеспечивают надежный контакт и быстрое замыкание\размыкание цепи для обслуживания.

Далее переходим к монтажу в доме. АКБ предварительно заряжены «умной» автомобильной зарядкой, чтобы выровнять напряжение и подключены последовательно для обеспечения напряжения 48В. Далее, они подключены к инвертору кабелем с сечением 25 мм кв. Кстати, во время первого подключения АКБ к инвертору будет заметная искра на контактах. Если вы не спутали полярность, то всё нормально – в инверторе установлены довольно емкие конденсаторы и они начинают заряжаться в момент подключения к аккумуляторам. Максимальная мощность инвертора – 5000 Вт, а значит ток, который может проходить по проводу от АКБ будет составлять 100-110А. Выбранного кабеля хватает для безопасной эксплуатации. После подключения АКБ, можно подключать внешнюю сеть и нагрузку дома. К клеммным колодкам цепляются провода: фаза, ноль, заземление. Тут всё просто и наглядно, но если для вас починить розетку небезопасно, то подключение этой системы лучше доверить опытным электромонтажникам. Ну и последним элементом подключаю солнечные панели: тут тоже надо быть внимательным и не перепутать полярность. При мощности в 2,5 кВт и неправильном подключении, солнечный контроллер сгорит моментально. Да что там говорить: при такой мощности, от солнечных панелей можно заниматься сваркой напрямую, без сварочного инвертора. Здоровья это солнечным панелям не добавит, но мощь солнца действительно велика. Так как я дополнительно использую разъемы MC4, перепутать полярность просто невозможно при первоначальном правильном монтаже.

Всё подключено, один щелчок выключателя и инвертор переходит в режим настройки: тут надо выставить тип АКБ, режим работы, зарядные токи и прочее. Для этого есть вполне понятная инструкция и если вы можете справиться с настройкой роутера, то настройка инвертора тоже не будет очень сложной. Надо только знать параметры АКБ и правильно их настроить, чтобы они прослужили как можно дольше. После этого, хм… После этого наступает самое интересное.

Эксплуатация гибридной солнечной электростанции

После запуска солнечной электростанции, я и моя семья пересмотрели многие привычки. Например, если раньше стирка или посудомоечная машина запускались после 23 часов, когда работал ночной тариф в электросетях, то теперь эти энергозатратные работы перенесены на день, потому что стиралка потребляет 500-2100 Вт во время работы, посудомоечная машина потребляет 400-2100 Вт. Почему такой разброс? Потому что насосы и моторы потребляют немного, а вот нагреватели воды крайне прожорливы. Гладить оказалось тоже «выгоднее» и приятнее днем: в комнате гораздо светлее, а энергия солнца полностью покрывает потребление утюга. На скриншоте продемонстрирован график выработки энергии солнечной электростанцией. Хорошо виден утренний пик, когда работала стиральная машинка и потребляла много энергии – эта энергия была выработана солнечными панелями.

Первые дни я по несколько раз подходил к инвертору, взглянуть на экран выработки и потребления. После поставил утилиту на домашний сервер, который в реальном времени отображает режим работы инвертора и все параметры электросети. К примеру, на скриншоте видно, что дом потребляет больше 2 кВт энергии (пункт AC output active power) и вся эта энергия заимствуется от солнечных батарей (пункт PV1 input power). То есть инвертор, работая в гибридном режиме с приоритетом питания от солнца, полностью покрывает энергопотребление приборов за счет солнца. Это ли не счастье? Каждый день в таблице появлялся новый столбик выработки энергии и это не могло не радовать. А когда во всей деревне отключили электричество, я узнал об этом только по писку инвертора, который оповещал о работе в автономном режиме. Для всего дома это означало только одно: живем как прежде, пока соседи ходят за водой с ведрами.

Но есть в наличии дома солнечной электростанции и нюансы:

1. Я начал замечать, что птицы любят солнечные панели и, пролетая над ними, не могут сдержаться от счастья наличия технологичного оборудования в деревне. То есть иногда всё же солнечные панели надо мыть от следов и пыли. Думаю, что при установке под 45 градусов, все следы просто смывались бы дождями. Выработка от нескольких птичьих следов вообще не падает, но если затенена часть панели, то падение выработки становится ощутимым. Это я заметил, когда солнце пошло к закату и тень от крыши начала накрывать панели одну за другой. То есть лучше располагать панели вдали от всех конструкций, способных их затенить. Но даже вечером, при рассеянном свете, панели выдавали несколько сотен ватт.
2. При большой мощности солнечных панелей и подкачке от 700 Ватт и более, инвертор включает вентиляторы активнее и их становится слышно, если дверь в техническое помещение открыта. Тут либо закрывать дверь, либо крепить инвертор на стену через демпфирующие прокладки. В принципе, ничего неожиданного: любая электроника греется при работе. Просто надо учитывать, что инвертор не стоит вешать там, где он может мешать звуком своей работы.
3. Фирменное приложение умеет отправлять оповещения по электронной почте или в SMS, если произошло какое-либо событие: включение/отключение внешней сети, разряд АКБ и подобное. Вот только приложение работает по незащищенному 25 порту SMTP, а все современные почтовые сервисы, вроде gmail.com или mail.ru работают по защищенному порту 465. То есть сейчас, фактически, оповещения по почте не приходят, а хотелось бы.

Заключение

Полагаю, что это не последний мой рассказ о собственной солнечной электростанции. Опыт эксплуатации в различных режимах и в разное время года однозначно будет отличаться, но я точно знаю, что даже если в Новый Год отключат электричество, в моём доме будет светло. По результатам эксплуатации установленной солнечной электростанции могу отметить, что оно того стоило. Несколько отключений внешней сети прошли незаметно. О нескольких я узнал только по звонкам соседей с вопросом «У тебя тоже нет света?». Бегущие цифры выработки электричества безмерно радуют, а возможность убрать от компа UPS зная, что даже при отключении электроэнергии всё продолжит работать – это приятно. Ну а когда у нас наконец-то примут закон о возможности продажи электроэнергии частными лицами в сеть, я первый подам заявку на эту функцию, ведь в инверторе достаточно изменить один пункт и всю выработанную, но не потребленную домом энергию, я буду продавать в сеть и получать за это деньги. В общем, это оказалось довольно просто, эффективно и удобно. Готов ответить на ваши вопросы и выдержать натиск критиков, убеждающих всех, что в наших широтах солнечная электростанция – это игрушка.

Солнечные батареи для дома: важные моменты

Современные технологии все больше входят в нашу жизнь. Без них не обходится ни одна сфера производственной деятельности, инновации применяются в домашнем обиходе. Так, все чаще стали пользоваться альтернативными источниками энергии не только в крупных масштабах, но и для бытовых нужд. Никто уже не удивляется, увидев солнечные батареи для дома. И, наверное, многие уже не раз задумывались, как получить бесплатную энергию для индивидуальных нужд, как правильно выбрать такое устройство, оправдывает ли оно себя.

Как устроена и как работает солнечная панель

Сейчас каждый домовладелец может самостоятельно оборудовать для собственного использования автономный источник энергии. Для этого необходима солнечная батарея, которая выработает электроэнергию для частного дома, квартиры, дачного домика и даже для сада.

Солнечные батареи для частного использования – удовольствие не из дешевых. Но со временем их стоимость окупается. Тем более, что цены на системы постоянно падают.

Как работают солнечные панели? Они представляют единую цепь из взаимосвязанных между собой звеньев со структурой, которая позволяет перерабатывать падающий на их поверхность свет солнечных лучей в электроэнергию. Все происходит по принципу фотоэффекта.

Такая установка по преобразованию лучей солнца состоит из нескольких компонентов:

• Материал-полупроводник. Образован двумя плотно прилегающими материалами, которые имеют различную проводимость. В качестве таких проводников могут использовать кремний (как монокристаллический, так и поликристаллический). В дополнение к ним берутся иные химические соединения, которые помогают достижению необходимых для фотоэффекта свойств. Чтобы добиться перетекания электронов от одного слоя к другому, нужно, чтобы в одной прослойке находилось чрезмерное количество электронов, а в другом их недоставало.
• Очень тонкая прослойка, располагающаяся между пластами материала-полупроводника. Противостоит перетеканию электронов между прослойками.
• Источник электрического питания. . , который выполняет функцию накопления и сбережения энергии. . Преобразовывает постоянный электроток, который поступает от солнечных батарей, в переменный.
• Стабилизатор напряжения. Применяется для получения напряжения необходимых диапазонов для системы солнечных батарей.

Работает солнечная батарея для дома по такому принципу: энергия от солнечного света проникает на пластину, которая, разогреваясь, высвобождает электроны. Они в свою очередь передвигаются вдоль проводников, а проводники заряжают аккумуляторы.

Самым серьезным показателем системы считается ее мощность. Ее определяют с учетом напряжения и тока на выходе. Мощность тесно связана с интенсивностью солнечного освещения, которое проникает на панели. Чем больше лучей попадет на панель в течение суток и чем длиннее световой день, тем больше энергии выработают системы.

Зная набор используемых компонентов и устройство, можно самому подключить солнечные батареи для дачи или же солнечные батареи для квартиры.

О преимуществах и недостатках батарей

Преимущество солнечных батарей для дома заключается в следующем:

• Экологически чистый источник энергии , нет негативного воздействия на природу.
• Относительная простота в работе.
• Длительный срок эксплуатации: если относиться бережно, то будут бесперебойно работать десятилетиями.

Из недостатков выделяют такие факторы:

• Низкий коэффициент полезного действия. Чтобы солнечная батарея для дачи дала нужную электроэнергию для семьи из 3 или 4 человек, которые за месяц потребляют 200 киловатт, то, по средним подсчетам, понадобится установить пластины площадью в 12 м².
• Медленная окупаемость при достаточной их дороговизне.
• Для самостоятельной установки солнечных батарей для частного дома нужно хорошо разбираться в сложной сборке и отладке работы . Для их монтажа лучше нанять специалистов.

Все эти моменты нужно учитывать перед тем, как принять решение о приобретении солнечных панелей для своих нужд.

На что еще обратить внимание

Хотите сделать полностью автономный дом с солнечными батареями и пользоваться альтернативным электричеством? Стоит принять во внимание несколько важных факторов, которые и помогут определиться с окончательным решением, принесет ли солнечная батарея тот эффект для вашего частного дома, на который вы рассчитываете.

Характер местности

Прежде всего, стоит учитывать местность, где расположено ваше домовладение. От этого будет зависеть мощность, выдаваемая батареей. Если дом находится в окружении высоких деревьев или многоэтажных зданий, то солнечные панели не смогут работать на полную мощность.

В условиях частичного затенения или неполного освещения лучше функционируют поликристаллические панели, а вот монокристаллические производить энергию не смогут. Потому-то для дачи с наличием приусадебного участка, где растут высокие садовые деревья, брать панель на монокристалла х нецелесообразно.

Климат

Солнце – это тот источник, откуда черпает энергию система солнечных батарей. Поэтому следует учитывать климатические условия региона, в котором расположен дом. А именно, сколько солнечных дней бывает в разное время года.

Количество солнечной энергии называется инсоляцией, вычисляемой по формуле: кВт/м²/количество дней. Эта цифра определяет, какой объем солнечного света попадет на панели, чтобы стать электроэнергией. Большое число означает большое количество полученной энергии от солнечных батарей для дома. Чтобы добиться получения необходимой выходной мощности при низкой инсоляции, понадобится большее покрытие поверхности коттеджа панелями.

Реальная потребность в энергии

Следует рассчитать, сколько энергии необходимо для покрытия всех потребностей. От этой цифры зависит, в какой зоне покрытия вы нуждаетесь. Лучше всего такие исчисления доверить профессионалам.

Если говорить о самых приблизительных цифрах, то получится, что в среднем один дом нуждается в 62 панелях, площадь которых составляет 65 м².

Обслуживание

При приобретении батареи для частного дома нужно быть готовыми к тому, что придется осуществлять ее обслуживание своими силами. Если панели корректно установлены, они прослужат долго, не выходя из строя. Но вот позаботиться об их чистоте предстоит самим владельцам.

Осадки в виде снега, пыльный налет, экскременты птиц, другие загрязнения закрывают доступ солнечного света к панелям. Электроснабжение дома будет при таких условиях значительно снижаться. Для очистки системы применяется полив водой из шланга. Если солнечная батарея для квартиры размещена на балконе, уход в этом случае намного проще, чем за теми, которые располагаются в доме на крыше.

Также следует следить за исправностью всех элементов.

Утилизация

Срок эксплуатации солнечных панелей доходит до 50 лет, вспомогательных компонентов (контроллеров и инверторов) – до 20 лет, аккумулятор прослужит с учетом его типа и условий использования до 10 лет.

Стоит подумать об утилизации отработанных элементов. Мало кто принимает отработанные солнечные модули для переработки, но все же спрос на них ежегодно увеличивается. Повторная переработка даст им новую жизнь, они найдут свое достойное применение. Бывшие в использование солнечные батареи на даче станут хорошей альтернативой привычному электричеству.

Область альтернативной электроэнергетики постоянно развивается, совершенствуются уже имеющиеся технологии. Стоит надеяться на удешевление современных разработок и их доступность в будущем для тех, кто желает иметь собственный независимый источник энергии.