Солнечные батареи: особенности использования панелей для частного дома

Окупаются ли солнечные батареи для частного дома

Одним из преимуществ собственного дома является возможность его модификации. В том числе и источниками альтернативной энергии. Солнечные батареи для частного дома – наилучший на данный момент способ обеспечить себя экологичным электричеством.

С чего начать

Подсчет затрат электроэнергии. Для установления необходимой мощности системы солнечных панелей, нужно подсчитать, сколько электричества вы расходуете. Очень многое в этом вопросе зависит от того, используется ли частный дом постоянно или только как дача в определенные сезоны года. Для подсчета возьмите квитанции по оплате за электроэнергию за год и установите общее количество киловатт, затраченных за этот период, затем разделите на 12 (количество месяцев) – вы получите среднемесячный расход электроэнергии.

Расчет среднемесячного расхода потребляемого электричества

Как показывает опыт и отзывы реальных потребителей, в средней полосе России полученный результат необходимо умножить на коэффициент 16, чтобы получить необходимую мощность батарей в Ваттах.

Рассмотрим пример. За год вы потратили 1625 кВт, делим эту цифру на 12 месяцев и умножаем на коэффициент 16 – получается, 2166 Ватт. Т.е. система солнечных батарей будет обеспечивать такой дом, если ее мощность будет не менее 2200 Ватт/час

Где крепить?

Крыша. Закрепление солнечных батарей на крыше – очевидное, но не всегда лучшее решение для частного дома. Направленный на юг скат крыши действительно обеспечивает наилучший результат из стационарных способов крепления солнечных батарей, но на этом варианты не ограничиваются.

При таком закреплении скат крыши должен быть на ЮГ

Стены. Если стена «смотрит» на юг – она отлично подходит для размещения на ней солнечных батарей. Понаблюдайте, не падает ли на стену тень от деревьев, хозяйственных построек, забора, иных объектов. Не размещайте солнечные панели в этих местах.

Желательно также использовать южную стену

Не стоит ставить панели на восточной или западной стенах. Таким образом, в самый интенсивный период светового дня вы будете получать на свои панели только косые лучи, что значительно снижает эффективность системы

Свободное размещение. Самый эффективный вариант размещения солнечных батарей, но требует свободной площади во дворе. При свободном размещении солнечных батарей в частном доме их можно закреплять на шарнирах и таким образом, направляя их поверхность к солнцу под 90°.

Такое расположение батарей позволяет получить от них максимум мощности

Что входит в систему

Солнечные панели. О том, как их собрать, мы писали в этой статье (откроется в новом окне). Вы можете купить готовый комплект солнечных батарей для дома, но для экономии средств можно приобрести поликристаллические фотоэлементы и собрать солнечные батареи для своего дома своими руками.

Инвертор. Солнечные батареи вырабатывают постоянный ток, близкий к 12 или 24 вольтам (в зависимости от подключения), инвертор преобразует его в переменный 220 В и 50 Гц, от которого можно питать все бытовые приборы.

Аккумулятор. Даже их система. Солнечная энергия вырабатывается не постоянно. В пиковые часы её может быть переизбыток, а с наступлением сумерек её выработка прекращается вовсе. Аккумуляторы накапливают электричество в течении светового дня и отдают его вечером/ночью. Как выбирать аккумулятор для солнечной электростанции написано в этой статье (откроется в новом окне).

Важно знать. Не рекомендуется использовать для этих целей обычные автомобильные аккумуляторы – они приходят в негодность за 2-3 года эксплуатации (на такой срок службы они и рассчитаны)

Контроллер. Обеспечивает полный заряд аккумуляторной батареи и защищает её от перезарядки и закипания. О том, какой контроллер выбрать мы писали в этой статье (откроется в новом окне).

Выгодны ли солнечные батареи для частного дома

В западных странах мода на солнечную энергетику продиктована больше заботой об экологии, чем поиском экономической выгоды. У нас реалии несколько иные.

При сохранении нынешних цен на поставляемое электричество, система из солнечных батарей, собранная своими руками для одного частного дома и семьи из 4 х человек, полностью окупается за 4-5 лет. При этом срок службы фотоэлементов – составляет 20-25 лет, а вот аккумуляторы придется менять через 5-7 лет в зависимости от качества батарей.

Пока нигде в мире (и Россия не исключение) не наблюдается снижения цен на поставляемое электричество, поэтому за срок службы фотоэлементов в солнечной панели, система успеет окупиться как минимум 4-5 раз.

Видео. Как рассчитать необходимое количество солнечных батарей для дома

В ролике наглядно показан порядок расчета площади солнечных батарей для частного дома. Полезно для тех, кто хочет учесть все расходы на сооружение системы автономного солнечного электроснабжения уже на этапе планирования.


Солнечные батареи: особенности выбора, принцип работы, размещение

Сегодня человечество делает все возможное, чтобы как можно меньше зависеть от не восполняемых источников энергии, таких как нефть и природный газ. Наиболее популярной альтернативой им являются, конечно же, солнечные батареи. С каждым днем они становятся все более компактными и доступными. Поэтому уже сейчас никого не удивляет вид крыши с несколькими установленными на ней панелями.

Преимущества

Самым важным плюсом солнечных батарей является, конечно же, их экономичность. Установив несколько панелей, вы сможете снизить расходы не только на электроэнергию, но также на отопление помещений и водонагрев. При этом фотоэлементы имеют длительный срок службы. Правда, не стоит забывать и о постоянном уходе. Ведь пыль и всевозможные осадки могут не только заметно снизить КПД установки, но со временем вывести ее из строя.

Еще одном важным аспектом является автономность. Любая, даже самая дешевая и маломощная солнечная батарея абсолютно не зависит от каких-либо других источников энергии. Для отдалённых сельских районов, где еще нет нормальной инфраструктуры, такое решение будет настоящим спасением.

Не стоит переживать и по поводу неблагоприятных погодных условий. Современные солнечные батареи великолепно справляются со своими функциями даже в пасмурные зимние дни.

Как выбрать?

Каждая солнечная батарея состоит из нескольких фотоэлементов, которые объединены в единую систему. В процессе работы происходит преобразования солнечной энергии в электрическую, а также последующее накопление последней.

Прежде чем покупать указанное устройство, необходимо разобраться в существующих его разновидностях. Наиболее выгодным вариантом считаются поликристаллические кремниевые батареи. Их КПД составляет порядка 15 процентов, что в данном случае можно считать весьма высоким показателем. Вместе с тем, подобные батареи отличаются весьма демократичной стоимостью, что сделало их очень популярными не только среди частых потребителей, но и на производстве. Готовый блок имеет квадратную форму и синий цвет поверхности.

Следующий тип фотоэлементов, монокристаллический, превосходит предшественника по коэффициенту полезного действия, тут этот показатель может достигать 18 процентов, но стоит несколько дороже. Кроме того, такие батареи отличаются небольшим весом, гибкостью конструкции. Также важно заметить, что они практически не подвержены влиянию влаги и не выйдут из строя даже при постоянных перепадах температур. Другими словами, если вы один раз потратитесь на подобный товар, то сможете впоследствии пользоваться им еще очень долго.

Самой дешевой разновидностью солнечных батарей являются тонкопленочные. Они отличаются большой площадью, что с одной стороны существенно усложняет процесс монтажа, а с другой – гарантирует стабильную работу системы даже при неблагоприятных погодных условиях. КПД таких фотоэлементов едва достигает десяти процентов.

Относительно молодым типом батарей являются гибридные модели. Они изготавливаются на основе как кристаллического, так и аморфного кремния. Такой подход позволил заметно повысить эффективность работы при существенном снижении стоимости.

При выборе солнечной батареи необходимо учитывать такие факторы, как:

  • тип местности;
  • климат;
  • желаемое количество потребляемой энергии.

К примеру, в лесистой местности солнечные лучи рассеиваются сильнее, поэтому панели лучше выбирать с как можно большей площадью. В горах и прибрежных районах, напротив, вполне можно обойтись и более компактными и удобными моделями. Если вы проживаете в северных широтах, где световой день отличается своей непродолжительностью, старайтесь подбирать батареи с высокой мощностью и емким аккумулятором. Жителям юга можно несколько сэкономить на этих показателях.

Обязательно тщательно просчитайте, какое именно количество энергии вам понадобится для комфортной жизни. Сложите вместе мощность все имеющихся в доме приборов, а также определитесь с тем, будете ли вы тратить электричество для отопления и нагрев воды. Выбранная вами батарея должна вырабатывать немного больше энергии, чтобы не работать постоянно на пределе своих возможностей.

К примеру, каждый месяц вы собираетесь расходовать порядка 300 кВт/час. Средняя мощность одной солнечной панели составляет 250 Вт. Это значит, что она будет выдавать приблизительно 25 кВт/час каждый месяц. Учитывая, что летом и в хорошую погоду номинальная мощность может быть получена в течение шести часов, несложно подсчитать, что для полного перекрытия ваших потребностей вам необходимо установить 12 таких панелей. Если приобрести весь комплект сразу вам будет проблематично, можете производить установку поэтапно.

Принцип действия

Конечно же, солнечная батарея устроена довольно сложно, а объяснить все происходящие в ней процессы непосвящённому человеку будет крайне сложно. Поэтому ниже будет изложена, возможно, и несколько примитивная, но зато понятная каждому схема.

Итак, представьте солнечную панель в виде пластин, расположенных параллельно друг другу, образуя два уровня. На первом из них находится некоторое количество воды. Частицы солнечного света попадают на панель и приводят жидкость в движение, разбрызгивая ее. Нечто подобное можно наблюдать, бросив пригоршню мелких шариков в наполненную доверху водой миску. В результате жидкость попадает на второй уровень, но в силу специальной конструкции батареи, не может там задерживаться и по желобу стекает на первый, параллельно приводя в движение колесо, которое и вырабатывает энергию.

Если общий принцип вам понятен, замените воду на негативно заряженные частицы, то есть электроны, которые приводятся в движение с помощью фотонов света. Затем под действием электромагнитного поля они скапливаются в одном месте и вновь попадают на первый уровень, параллельно вырабатывая некоторое количество энергии.

Советы по установке

Первое, что нужно решить перед монтажом – будете ли вы делать это самостоятельно, или обратитесь за помощью к профессионалам. Первый вариант имеет два важных преимущество, а именно существенную экономию денег и получение бесценного опыта. Но если вы все же решитесь на самостоятельный монтаж, то предварительно обязательно нужно изучить массу учебных материалов. Кроме того, рекомендуется приобретать полный комплект, включающий в себя не только панели, но также АКБ, инвертор и всю соединительную аппаратуру.

Если же вы не уверены в собственных силах, то лучше не рисковать и обратиться за помощью к профессионалам. Это, конечно же, повлечет за собой некоторые дополнительные затраты, но зато вы будете уверены в правильности монтажа.

Читайте также:  Атмосферное электричество: особенность возникновения, виды проявлений, защита от опасности

Очень важно правильно выбрать место установки панели. При этом следует учитывать следующие особенности:

  • затененность;
  • ориентация;
  • уклон;
  • доступность для обслуживания.

Первый критерий самый важный. Если вашу батарею будут загораживать от солнечного света деревья, другие строения и так далее, ее продуктивность существенно снизится. А значит, сократится и количество вырабатываемой энергии. Кроме того, батарея, установленная в затененном месте, быстрее придет в негодность, и вы не успеете полностью окупить ее.

Старайтесь устанавливать панель таким образом, чтобы прямые солнечные лучи падали на нее как можно дольше на протяжении всего светового дня. Что касается угла наклона, то многие эксперты считают, что он должен соответствовать широте вашего проживания. Кроме того, для большей эффективности в зимнее и летнее время угол должен несколько отличаться. Поэтому старайтесь устанавливать панель на такое крепление, которого позволяет проводить подобные манипуляции.

Солнечные панели не нуждаются в особом уходе. Но иногда их обязательно нужно отчищать от пыли и грязи, а в зимнее время – от снега. Это делается для того, чтобы продуктивность системы всегда была на самом высоком уровне. Поэтому, устанавливая батареи, убедитесь в том, что у вас всегда будет доступ к ним.

Проще всего поставить панель на скат крыши, если она имеет подходящий угол. Если у вам плоская кровля, придется дополнительно соорудить металлический каркас. Нередко батареи монтируются на специальные столбы. Такое решение обеспечивает наиболее простой доступ к ним.

Солнечные батареи: характеристики и особенности использования

Ежеминутно на поверхность нашей планеты попадает много солнечной энергии, без которой жизнь на Земле невозможна. Однако это еще не все, на что она способна, сегодня мы вступаем в эру альтернативных возобновляемых источников энергии, используя активность Солнца, ветра и воды. Крупнейшие солнечные электростанции уже вырабатывают около 1% всей мировой электроэнергии, поэтому будущее за новыми разработками. И этим мы обязаны науке и современным технологиям, благодаря которым это стало возможным.

Устройство панелей

Растущая в цене электроэнергия поневоле заставляет задуматься об экономии. И отличной альтернативой в данном случае считаются природные источники энергии. Оптимальным решение для частного дома является альтернативная электростанция – солнечная батарея.

Изначально может показаться, что вся система солнечной батареи слишком большая, а принцип ее работы невероятно сложен. И чтобы понять, как функционирует солнечная батарея в деле, необходимо детально рассмотреть ее конструкцию.

В действительности гелиосистема устроена довольно просто и состоит из четырех основных элементов.

  • Солнечная батарея – по форме и размерам представляет собой прямоугольную панель с определенным количеством пластинок. В основу солнечной батареи входят полупроводниковые материалы. Миниатюрные преобразователи собираются в модули, а модули – в единую систему гелиоколлектора.
  • Контроллер – выполняет функцию посредника между солнечным модулем и аккумулятором. Он необходим для отслеживания уровня заряда аккумулятора. Его роль крайне важна во всей цепи – контроллер не дает закипать или падать электрическому потенциалу, который необходим для стабильного функционирования всей системы.
  • Инвертор – преобразует постоянный ток солнечного модуля в переменный 220-230 вольт. Гибридный сетевой инвертор может использовать для своей работы как постоянный, так и переменный ток. Но стоит учитывать, что для работы инвертора тоже необходима энергия, и его расход составляет порядка 30% потерь на преобразование. И в пасмурную погоду или в темное время суток вся энергия для работы будет расходоваться из аккумулятора. То есть если аккумулятор разрядится, то инвертор перестанет работать.
  • Аккумулятор – преобразованная в электричество солнечная энергия не всегда используется в доме в полном объеме. Излишки могут накапливаться в аккумуляторе и использоваться в темное время суток и в пасмурную погоду.

Но перед тем как приступить к выбору и установке солнечной батареи на крыше, необходимо разобраться в принципах работы устройства, а также рассчитать рабочие узлы гелиосистемы.

Технические характеристики

Основным элементом каждой солнечной батареи является фотоэлектрический преобразователь.

В массовом производстве используется три типа элементов из кремния.

  • Монокристаллические – искусственно выращенные кремниевые кристаллы нарезаются на тонкие пластины. В основу модуля входит очищенный чистый кремний. Поверхность больше похожа на пчелиные соты или небольшие ячейки, которые соединяются между собой в единую структуру. Готовые маленькие пластинки соединяются между собой сеткой из электроводов. В данном случае процесс производства более трудоемкий и энергозатратный, что отражается на конечной стоимости солнечной батареи. Но монокристаллические элементы обладают большей производительностью, а средний КПД составляет около 24%. Срок службы монокристаллических батарей больше, они прослужат в среднем около 30 лет.
  • Поликристаллические – в основе кремниевый расплав. Такие модули считаются оптимальным решением для жилого частного дачного дома. Несколько кристаллов из кремния объединяются в один фотоэлемент. Поверхность поликристаллической солнечной батареи имеет неоднородную поверхность, из-за чего хуже поглощает свет. И КПД, соответственно, ниже, находится в пределах 20%. Срок службы поликристаллической панели составляет 20-25 лет. Они имеют характерное отличие – темно-синий цвет покрытия. Такие модули дешевле аналогов, что позволяет окупить всю систему примерно за 3 года.
  • Тонкопленочные – имеют гибкую подложку, что позволяет монтировать батарею на любую поверхность с углами и изгибами. Тонкий слой полупроводников наносится методом напыления на поверхность батареи. Такие системы имеют очевидный недостаток – маленький КПД. Производительность в среднем составляет около 10%. То есть для обеспечения энергией дома потребуется в два раза больше тонкопленочных батарей, чем поликристаллических. И срок службы таких панелей меньше других аналогов – в среднем ресурс работы составляет около 20 лет.

Идеально, если солнечные батареи могут полностью обеспечить дом электроэнергией. Но довольно часто энергия Солнца используется для горячего водоснабжения или же для отопления. Но чтобы выполнить любую из этих целей, необходимо высчитать реальную мощность на квадратный метр и необходимое количество модулей. Мощность солнечного модуля зависит от количества солнечных лучей, которые попадают на поверхность батареи. Чтобы правильно сделать выбор, также следует изучить принцип действия домашней мини-электростанции.

Принцип действия

Первый прототип гелиоколлектора, который всем известен еще с прошлого века – это дачный летний душ. Он представлял собой большую емкость, которая окрашивалась в черный цвет, в течение дня вода в ней нагревалась, что позволяло каждому дачнику вечером принимать теплый душ.

Гелиоколлектор – это плоская панель, которая располагается на улице, как правило, на крыше, и способна преобразовывать 90% солнечного излучения в энергию. В дальнейшем энергия отправляется в систему и распределяется на нужды электроснабжения. Но если гелиосистема используется для отопления или горячего водоснабжения, то энергия при помощи маломощного насоса направляется в бак-аккумулятор.

В разное время суток и в разные сезоны уровень освещения меняется. Поэтому для обеспечения бесперебойной поставки энергии в дом солнечная батарея имеет целую систему. Ученые научились управлять таким микрофизическим явлением, как фотоэлектрический эффект. И хотя, на первый взгляд, принцип действия кажется технически сложным, в действительности, принцип действия и схема электрической цепи выглядят очень просто.

Основная задача всей системы заключается в том, чтобы преобразовать энергию солнца и выдать постоянный ток определенной величины.

Плюсы и минусы

Установить солнечные батареи в своем доме может каждый желающий.

К тому же они имеют множество преимуществ.

  • Энергоэффективность – в зависимости от своего вида солнечные батареи имеют разный показатель. Но в среднем КПД составляет от 14 до 30%.
  • Солнечные батареи особенно востребованы на дачных участках. И этому есть два разумных объяснения. Во-первых, дачные участки зачастую находятся вдали от централизованных источников энергоснабжения в районах с малоразвитой инфраструктурой. И во-вторых, преобразование солнечных лучей в энергию особенно актуально именно в разгар дачного сезона – летом.
  • При необходимости мини-электростанцию можно дополнять новыми солнечными батареями для увеличения мощности.
  • Экономия – для южных регионов страны использование солнечной батареи для горячего водоснабжения позволяет сэкономить до 60% энергии в среднем за год: 30% зимой и 100% летом.
  • Подобные системы актуальны не только для частного использования, например, для дома, но и для предприятий, образовательных и медицинских учреждений. В производственном цехе солнечную батарею можно использовать в качестве дополнительного источника тепла для центрального отопления зимой, а летом – для подачи технологической горячей воды.
  • Выгода – заплатить за оборудование необходимо только один раз, впоследствии система не требует никаких вложений и обслуживания.
  • Экологический источник энергии – особенно важный аспект в планетарном плане, потому что запасы энергоносителей на Земле не безграничны.
  • Надежность – в данном случае многое зависит от выбранной модели и правильности установки.

Несмотря на множество плюсов, солнечные батареи имеют один весомы недостаток: их разумнее использовать в регионах с малым числом пасмурных дней в году, а таких на территории России очень ограниченное количество.

Стоит отметить, что система окупается через несколько лет и позволяет владельцу в будущем экономить колоссальные деньги. К примеру исходя из сегодняшних тарифов на электричество и дизель, можно с уверенностью сказать, гелиосистема окупится за 3-4 года в частном загородном коттедже для семьи из 5-7 человек. А при переходе с газа – окупаемость составит до 8-10 лет.

Солнечные батареи и их особенности. Принципы выбора оборудования для частного дома

Оглавление:

Среди нас существует множество источников бесплатной энергии, самая доступная и выгодная – солнечная. Для её добычи используются специальные элементы – солнечные панели. О том, что понадобится для устройства солнечной электростанции в частном доме, о нюансах использования солнечной энергии мы сегодня и поговорим.

Составные части солнечной электростанции

Условно можно выделить две группы систем солнечных батарей – с малыми и большими панелями. В первом случае речь идет о аккумуляторах, способных «выдавать» до 24 В. Для полноценного обеспечения дома электроэнергией потребуются панели второго типа. Рассмотрим устройство подобных систем.

Солнечные элементы

Важнейшей частью солнечной электростанции являются сами элементы. Они выполнены из специального материала, который способен преобразовывать солнечную энергию в электрическую.

Панель состоит из нескольких отдельных элементов, которые соединяются в сборки последовательно и параллельно. При параллельном соединении увеличивается выходное напряжение, при последовательном – выходной ток.

У каждой солнечной панели есть несколько основных характеристик, которые стоит учитывать при выборе.

Мощность (Вт)

Подбирается с учетом уровня оснащения электрическими приборами. Так, семья из трех человек, потребляет около 5 кВт/ч ежедневно. Значит, суммарная мощность фотоэлементов не должна быть меньше 1500 Вт. Есть еще ряд нюансов, которые надо учитывать.

Напряжение (В)

Для частного дома предпочтительней системы, которые выдают 24 В

Металлический или пластиковый. Первый тяжелее, но долговечнее.

Коннекторы или выводы. Первый вариант практичнее и надежнее, но стоит дороже.

Не забывайте, что вам придется регулярно чистить элементы от грязи и пыли. Делать это гораздо удобнее, если панели находятся в надежной металлической рамке.

Читайте также:  Ветрогенератор для частного дома: формальности при установке ветряка, компоненты и расчеты

Солнечные панели можно купить уже готовыми, но гораздо выгодней и удобнее собрать их самому. Так вы сможете неплохо сэкономить. Сами элементы можно заказать в интернете. Соединяя их параллельно и последовательно, вы сможете добиться необходимой мощности и напряжения. Для каркаса можно использовать алюминиевые уголки и лист стекла или прозрачного пластика.

Помните, что пластик со временем может помутнеть, что уменьшит количество энергии, получаемой с панелей. Стекло в этом плане более долговечно, но оно менее прочное.

Контроллер

Контроллер распределяет заряд между потребителем и аккумулятором. Если мощность, выдаваемая солнечными батареями, больше потребляемой, то остаток идет на зарядку аккумуляторов. Если же мощность нагрузки больше, чем выделяют элементы, то в работу подключаются аккумуляторные батареи.

Контроллер так же обеспечивает правильный заряд аккумуляторов. Выбирать его стоит исходя из мощности солнечных батарей, емкости аккумуляторов и величины нагрузки. Современные контроллеры могут сообщать вам всю информацию о вашей станции через интернет.

Батареи

Аккумуляторы накапливают излишнюю мощность с солнечных батарей, что позволяет пользоваться электричеством и в ночное время суток. Кроме того, если размер потребляемой электроэнергии превышает максимально возможное производство в панелях – подключается аккумулятор.

Самый важный параметр АКБ – емкость. Минимальная необходимая емкость аккумулятора – это то количество электроэнергии, которое вы потребляете за ночь. Если в темное время суток вы потребляете 2 кВт/ч, то и аккумулятор должен отдавать не менее 2 кВт/ч.

Емкость рассчитывается следующим образом:

Необходимая емкость=потребление (Вт/ч)/напряжение АКБ (в вольтах).

Если вы потребляете 2 кВт/ч, а напряжение аккумулятора равно 12 В, то необходимая емкость равна 166 А/ч (2000/12).

Но КПД батареи не 100 %, а 70 или даже 50 %. В облачность выработка электроэнергии сильно снижается, поэтому надо рассчитывать АКБ, исходя из потребления за двое суток. Тогда, в случае пасмурной погоды, вы сможете комфортно дождаться солнечных дней.

Инвертор

Инвертор преобразует 12 В с аккумуляторной батареи в 220 В для работы приборов. Главный его параметр – мощность. Рассчитывается она из потребления электроэнергии всеми приборами в один момент времени.

Это значение надо подбирать с запасом, так как КПД данного прибора далеко не 100 %. При подключении нагрузки с суммарной мощностью большей, чем способен отдать инвертор, он просто сгорит или уйдет в защиту.

Есть один нюанс при выборе инвертора. Приборы с электродвигателем (холодильник, дрель, пылесос и т.д.) требуют для работы чистую синусоиду. Поэтому при выборе инвертора следует обращать внимание не только на мощность, но и на тип выходного напряжения.

Проводка

Провода соединяют все элементы воедино. Выбирать их стоит исходя из мощности, которая по ним протекает. Запас в этом случае необходим, так как на проводах может теряться часть выдаваемой энергии.

Если провода работают на пределе своих возможностей, то они могут греться, что приведет к пожару.

Солнечные батареи обычно устанавливаются на крышу дома, но если крыша расположена неудачно, то их можно установить и на земле, используя специальные крепления. В этом случае оборудование будет удобно очищать от грязи и пыли.

Направление установки также играет большую роль. Необходимо выяснить, в какой стороне продолжительность освещения солнечных панелей будет максимальна для вашего региона.

Интересные факты

Батареи на солнечной энергии имеют ряд особенностей, о которых многие люди не подозревают. Мы подобрали интересные факты, которые могут поменять ваше представление об этом источнике электроэнергии.

Монокристаллические панели перестают аккумулировать солнечную энергию даже при частичном затемнении. Поликристаллические элементы в таких же условиях лишь снижают выдаваемую мощность.

На качество работы влияет инсоляция – чем она ниже, тем больше вам потребуется пластин.

Количество пластин не зависит от общей площади крыши.

Установка солнечных батарей в целях экономии – долгосрочные инвестиции. Цена качественной системы может достигать десятков тысяч долларов, окупаемость настанет через несколько десятилетий.

Панели служат не более 50 лет, аккумуляторы – до 10 лет. Проблема утилизации фотоэлементов в России не решена.

Можно сэкономить на оборудовании, если воспользоваться онлайн – площадками по покупке/продаже модулей.

Солнечные батареи для обогрева и электрификации дома

Здесь вы узнаете:

Обогрев и освещение домов альтернативной энергией – это не мечты, а реальность. Уже сегодня мы можем полностью питать дома от собственного источника электроэнергии и использовать часть солнечного тепла для подпитки отопительных систем. Основой подобных систем отопления и освещения является солнечная батарея, обеспечивающая трансформацию энергии. Давайте посмотрим, как можно обогреть и осветить дом с помощью солнца.

В этом обзоре мы затронем следующие вопросы:

  • Как работают солнечные батареи;
  • Чем отличаются одни виды батарей от других;
  • Как запитать дом электричеством от солнечного света;
  • Как обогреть жилище с помощью солнечной энергии.

Таким образом, мы дадим ответы на максимум вопросов.

Электрические солнечные батареи

Интерес к альтернативным источникам электроэнергии не утихает, а наоборот – растет. Причин тому много, начиная от высоких тарифов «на свет» и заканчивая банальным отсутствием возможности подключиться к электросети. Последняя проблема актуальна для владельцев загородных домов и дач – отсутствие электрификации делает длительное проживание невозможным. Что касается стоимости электроэнергии в России, то она постоянно растет.

Солнечная батарея – это альтернативный источник электроэнергии. И сегодня популярность таких источников растет, как растет и их эффективность. Если первые батареи не могли похвастаться высоким КПД преобразования энергии солнца в электроэнергию, то современные образцы отличаются довольно высокой мощностью и эффективностью – например, одна солнечная панель AXITEC AC-260P/156-60S при размерах 1640х992х40 мм обладает мощностью 240 Вт.

Солнечный модуль AXITEC AC-260P/156-60S

Отдав под установку солнечных батарей довольно большую площадь, можно в полном объеме обеспечить свое домовладение практически дармовой электроэнергией. Сегодня ими пользуются дачники, владельцы загородных домов, владельцы мобильных домов (трейлеров). Востребованы они и там, где нужно обеспечить энергией какие-то небольшие объекты – оборудование мониторинга уровня рек, метеостанции, осветительные лампы на загородных трассах.

Давайте посмотрим, каковы преимущества от использования солнечных батарей:

  • Независимость от поставщиков электроэнергии – внезапные отключения света теперь не страшны;
  • Экологическая чистота – солнечные батареи не загрязняют окружающую среду;
  • Полная бесшумность – в отличие от дизельных, бензиновых и газовых генераторов, батареи работают без каких-либо звуков;
  • Для установки оборудования не нужны какие-либо разрешения, лицензии и прочие документы.

Есть и недостатки – некоторых из них довольно серьезные:

Эти панели нуждаются в регулярной чистке от пыли и грязи.

  • Высокая стоимость оборудования – цены на готовые комплекты составляют от 20000 рублей и выше;
  • Необходимость в регулярном обновлении аккумуляторов (отдают энергию в ночное время) – со временем они теряют свой ресурс;
  • Падение эффективности системы в зимнее время – наблюдается недостаток света для работы оборудования на полную мощность;
  • Батареи нужно регулярно очищать – на них оседает пыль, что несколько снижает их эффективность. Зимой они будут залеплены снегом;
  • В некоторых регионах использование солнечных батарей затруднено из-за малого количества солнечных дней. К тому же, некоторые панели боятся сурового российского климата.

Недостатки есть, и некоторые из них довольно серьезные. Одна солнечная панель стоит от 7-8 тыс. рублей и выше, а для того чтобы выработать достаточное количество электроэнергии, понадобятся несколько таких батарей. Сюда же следует включить затраты на покупку аккумуляторов и преобразователей.

Принцип работы солнечных батарей очень прост – они преобразуют солнечную энергию в электрическую за счет применяемых в их конструкции преобразователей. Максимальный показатель эффективности преобразования составляет около 40% (в идеальных условиях). На практике эффективность падает из-за постепенного старения фотоэлементов, снижения прозрачности стекол и оседающей на панелях грязи. Для достижения максимальной энергоэффективности они монтируются на южных скатах крыш (угол около 40-45 градусов).

Оборудование для получения электроэнергии

В минимальный комплект входят: сама панель, АКБ, инвертор и контроллер.

Солнечная панель дает нам постоянный ток – 12 или 24 В. Этого достаточно для работы многих бытовых приборов, вроде радиоприемников, настенных электронных часов и прочего оборудования. Но в большинстве случаев техника нуждается в электросети с напряжением 220 В. Следовательно, нужно как-то преобразовать постоянный ток напряжением 12-24 В в переменный ток напряжением 220 В – для этого потребуется дополнительное оборудование.

Для преобразования электроэнергии применяются инверторные преобразователи, отличающиеся высоким КПД. Но есть еще одна проблема – ночью батареи не работают, поэтому нам потребуются еще и аккумуляторы. К ним прибавляем зарядные устройства (или приобретаем автоматические преобразователи/контроллеры, которые самостоятельно выбирают источники питания и заряжают аккумуляторы).

Далее необходимо определиться с видом панелей. Солнечные батареи для дома представлены следующими разновидностями:

  • Пленочные (гибкие) – характеризуются легкостью монтажа и небольшим весом, но не могут похвастаться высокой эффективностью;
  • Монокристаллические – для их работы необходимо яркое солнце, в облачную погоду их эффективность падает практически до нуля;
  • Поликристаллические – самые современные солнечные батареи, которые могут работать в облачную погоду.

Гибкие солнечные панели не самый лучший вариант для постоянного использования.

Гибкие солнечные панели не подходят для длительного применения. Поэтому мы рекомендуем обратить свое внимание на последнюю категорию батарей – они представлены самым широким ассортиментом.

Далее нам нужно определиться с мощностью оборудования. Если солнечные батареи будут использоваться только для осветительных целей, можно обойтись панелями небольшой площади и малой мощности. Если к местной сети будут подключаться мощные потребители – пылесосы, микроволновые печи, чайники и многое другое – придется приобрести большое количество батарей, мощные преобразователи и аккумуляторы с высокой суммарной емкостью.

Затраты будут довольно высокими – стоимость солнечной батареи на 300 Вт составляет около 23 тыс. рублей (есть и дешевле), за инвертор (отечественный) нужно отдать от 4500 рублей. В дополнение к этому нужно приобрести аккумулятор и контроллер заряда. Комплект такой мощности, из самых недорогих комплектующих, обойдется примерно в 27 тыс. рублей – к нему можно будет подключать маломощных потребителей (лампы, мелкая бытовая техника и многое другое).

Маломощные комплекты с солнечными батареями нередко используются и в электрифицированных зданиях – для подпитки энергозависимых отопительных котлов в периоды отключения электроэнергии. Приобрести все это электрохозяйство можно в специализированных магазинах и в интернет-магазинах. Типичным тому примером является онлайн-магазин «Солнечная корона» – в нем можно приобрести солнечные аккумуляторы, аккумуляторы, инверторы, зарядные устройства, контроллеры и низковольтную технику.

Солнечные батареи для отопления

Принцип действия гелиосистемы отопления дома.

Мы уже разобрались, как выбрать и купить солнечные батареи на дом, поговорили об их принципе действия, достоинствах и недостатках. Теперь следует поговорить о солнечных панелях, используемых для обогрева домовладений – они отличаются по своей конструкции. Принцип их работы заключается в преобразовании энергии солнца в тепло. Такие батареи правильнее называть солнечными коллекторами (гелиосистемами).

Читайте также:  Автономное уличное освещение на солнечных батареях: устройство светильников и их применение

Солнечное отопление наиболее выгодно в регионах с максимальным количеством солнечных дней. Здесь батареи смогут переработать максимум энергии, представленной световым и инфракрасным излучением. Затраты на приобретение и установку оборудования окупаются за несколько лет (от 2 до 5) при общем сроке службы до 30 лет. Следует отметить, что данные системы отопления не могут работать самостоятельно, поэтому их используют совместно с другими источниками тепла – это отопительные котлы, электронагреватели.

Давайте рассмотрим основные достоинства солнечных батарей (гелиосистем):

  • Существенная экономия на коммунальных услугах или топливе для работы отопительного оборудования;
  • Снижение затрат на горячую воду – максимальная экономия проявляется в летний период;
  • Возможность обогрева зданий любого назначения – от жилых построек до предприятий;
  • Отсутствие влияния на окружающую среду – какие-либо выбросы здесь отсутствуют;
  • Возможность работы с отопительными котлами любого типа.

Есть и недостатки:

Для регионов с обильными снегопадами лучше использовать плоские солнечные батареи с режимом оттайки.

  • Отопление с помощью солнечных батарей не может полностью заменить другие источники тепла – оно является вспомогательным;
  • Высокая стоимость оборудования – прежде чем покупать технику, нужно провести расчеты целесообразности ее применения;
  • Низкая эффективность в сильные морозы и в пасмурную погоду – мощный многодневный снегопад станет серьезным препятствием для работы отопления;
  • Коллекторы, как и электрические солнечные батареи, нуждаются в периодической чистке – от пыли и снега.

Недостатки серьезные, как и в случае с электрическими солнечными батареями – и ничего нут не поделаешь.

Оборудование для отопления

Солнечные коллекторы подразделяются на две основные категории. К первой категории относятся плоские солнечные батареи. Они обладают простой конструкцией – по трубам протекает теплоноситель, поступающий в отопительную систему и в систему подачи горячей воды. Такие установки характеризуются низкой эффективностью, а их главными достоинствами являются простота и дешевизна.

Ко второй категории солнечных батарей относятся вакуумные трубчатые коллекторы. Здесь за забор тепла от нашего естественного светила отвечают стеклянные трубки, из которых откачан воздух. Процессы преобразования протекают двумя способами:

Устройство вакумного трубчатого коллектора с медной трубкой внутри.

  • Прямым – внутри стеклянных трубок проходят трубки с теплоносителем, который поступает в отопительную систему или в контур ГВС. Для такого способа характерна высокая эффективность, но вся конструкция получается неразборной. Сломается один элемент – придется менять весь модуль;
  • Двойным – здесь в каждой стеклянной вакуумной трубке располагается медная трубка, в которую закачана жидкость с низкой температурой кипения. Нагреваясь, она испаряется, поднимается вверх и отдает тепло в массивный наконечник – далее тепло передается в гребенчатый медный коллектор (манифолд). Эффективность таких солнечных батарей чуть ниже, но у них есть один плюс – каждый элемент здесь является съемным, если одна из трубок лопнет, ее можно будет заменить (как батарейки).

Солнечные батареи согревают теплоноситель, который поступает во внешний теплообменник. Оттуда тепло отправляется в накопительный бак большого объема (буферный накопитель). Так как солнечные батареи у нас выступают в роли вспомогательного тепла, к теплообменнику подключается отопительный котел. Батареи отопления подключаются к буферному накопителю, для движения теплоносителя задействуется циркуляционный насос. Тепло для контура ГВС забирается через еще один теплообменник, располагающийся в буферном накопителе.

Схем подключения много, какую из них выбрать – зависит от конкретных условий эксплуатации. Вы можете воспользоваться готовыми схемами или привлечь силы специалистов. Кроме того, для управления системой могут задействоваться отопительные котлы. В отопительный период, за счет солнечного тепла, экономия на энергоносителях (газ, сжиженный газ, электроэнергия, дрова) может достигать 25-30%, а то и выше – в зависимости от уличной температуры.

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.

Видео

Как устроена солнечная батарея, расскажет наше видео.

Добавить комментарий