Что нужно для солнечной батареи чтобы она работала

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.

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.

Источник

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.

Источник