Элементы солнечных батарей для дома

Как выбрать солнечные батареи для дома

Солнечный свет активно используют в качестве альтернативного источника энергии. Солнечные генераторы позволяют сэкономить на коммунальных платежах и способны запитать даже целую систему отопления. Это вариант для тех, кто хочет не зависеть от центрального отключения электричества.

С увеличением количества производителей стоимость солнечных панелей становится доступнее. В нашем материале – о том, как выбрать солнечные батареи для частного дома. Расскажем, на что обратить внимание при покупке, разберем популярные мифы.

Какую солнечную панель выбрать для дома: вид системы

Стандартный комплект солнечных генераторов включает сами панели, инвертор, контроллер и аккумулятор. Панели выполняют роль приемника и источника энергии. Они принимают солнечный свет и перерабатывают его в электрический сигнал, который передается на аккумуляторные батареи через контроллер.

АКБ соединены с инвертором. Он отвечает за выдачу переменного напряжения 220В, 50 Гц на потребителей. Излишки электроэнергии могут передаваться в централизованную сеть. Все элементы системы находятся внутри дома. Исключение – солнечные панели. Их располагают под определенным углом на крыше.

Однако, в зависимости от назначения система может отличаться.

Автономная

Автономные панели обеспечивают электроэнергией объекты, не подключенные к стационарной сети. Днем электроснабжение получают от панелей. В генераторах накапливается «запас» энергии. Он расходуется в темное время суток.

Сетевая

Популярное название открытых систем — безаккумуляторные. Модели отличаются демократичной стоимостью. Солнечные панели обеспечивают электроснабжение только при солнечной активности ( в дневное время).

В темное время суток электричество потребляется через инвертор, который выбирает источник энергии с учетом текущей нагрузки. В некоторых странах, в том числе и в России, тариф на электричество ночью дешевле. Поэтому открытые системы экономически оправданы.

Реверсная

Реверсные системы используют преимущественно в промышленных целях. Иногда их устанавливают для получения и продажи электричества. Солнечные батареи вырабатывают энергию и отправляют ее в сеть через реверсивный счетчик. Киловатты оплачиваются по так называемому «зеленому тарифу».

Комбинированная

Комплект солнечных батарей включает сами генераторы, инвертор, аккумулятор и контроллер. Если запаса аккумуляторов не хватает, дополнительная мощность берется из сети. Вариант оптимален для частных домов, в которых нет резервного количества солнечных батарей.

Разновидности солнечных панелей

Поликристаллические

Главный элемент панелей – полупроводниковые элементы поликристаллической структуры. Мелкие кремниевые кристаллы объединяются в фотоэлементы, что не позволяет создать однородную поверхность. Отсюда – меньший КПД – 12–17%, в то время как у монокристаллических панелей – от 20%.

Производство поликристаллических солнечных батарей менее сложное. Эти модели дешевле монокристаллических аналогов. Учитывая низкую цену, можно приобрести сразу несколько генераторов и добиться того же «выхлопа», что и у монокристаллических панелей.

Стоимость солнечных батарей начинается от 3 500 руб. за 100 Вт.

Монокристаллические

Монокристаллические солнечные генераторы отличаются наибольшей эффективностью. Их КПД – 20–24%.

Производство включает несколько этапов. Сначала выращивают монокристалл, а затем из нескольких кремниевых ячеек собирают панель нужной мощности. Самые популярные модели – с 36, 60 и 72 элементами.

За счет одностороннего направления кремниевых кристаллов генераторы лучше преобразуют энергию солнца. Если есть возможность потратить чуть больше, лучше сделать выбор в пользу монокристаллических солнечных батарей. Они окупятся быстрее и прослужат – в среднем 25–30 лет.

Аморфные

Аморфные солнечные батареи представляют собой слой кремневодорода (полупроводника). Его получают путем воздействия электрического тока на кремний. Элемент испаряется и оседает на подложку. Поверхность гибких панелей хорошо гнется, поэтому их можно устанавливать даже на криволинейных поверхностях.

КПД аморфных генераторов чуть меньше, чем у монокристаллических – 18%. Аморфные генераторы имеют более высокое поглощение и эффективны даже в пасмурную погоду. Панели подойдут для регионов, в которых преобладают частые дожди. Жителям южных районов лучше сделать выбор в пользу монокристаллических генераторов.

Сегодня на рынке представлено три поколения аморфных панелей. Разница – в эффективности работы. Первый вариант был выпущен с КПД 5%. Сейчас можно приобрести модели с КПД 12%. Аморфные генераторы не такие популярные. Они уступают в производительности кремниевым панелям и стоят дорого.

Пленочные

В составе пленочных панелей – селенид меди или теллурид кадмия. Они выпускаются в виде рулонов. Пленку можно разложить не только на крыше, но и любой другой поверхности, резать и «подгонять» под нужный размер.

Еще одно преимущество – небольшой вес. За счет большой энергоотдачи генераторы быстро окупаются. КПД пленочных солнечных генераторов – 10–12%.

Коэффициент полезного действия

КПД – один из главных критериев выбора солнечной батареи. Чем выше показатель, тем лучше работоспособность генератора.

Максимальный КПД солнечной батареи разработали немецкие ученые – 44,7%. Он служит ориентиром для производителей панелей. В любительских целях можно использовать модули с КПД 10–15%. Если вы планируете купить генератор для питания целой системы отопления, обратите внимание на модели с высокой мощностью – 22%.

Важно понимать, что значение КПД на «выходе» не всегда будет соответствовать цифрам, заявленным производителем. КПД зависит от уровня наклона солнечных лучей, наличия тени и уровня радиации.

Максимального КПД можно достичь, разместив солнечный генератор перпендикулярно поверхности (то есть, под углом 90 градусов).

Поверхность панелей должна быть «чистой» и не заслоняться ветками деревьев и другими предметами.

Важно: можно купить трекеры, которые уже оснащены функцией контроля расположения солнца и слежения. Такие устройства сами подстраиваются под правильный угол.

Конструктивное исполнение

По конструктивному исполнению различают:

1. Стационарные модели. Солнечные модули устанавливаются на крышу гаража или частного дома, имеют большой вес. Панели не перемещаются. Стационарные панели – оптимальный вариант, если вы хотите запитать дачу или загородный дом.
2. Переносные панели. Отличаются небольшими размерами и весом. Их используют для подзарядки телефонов, планшетов, походных холодильников, электронных книг. Переносные батареи оснащаются USB–портом. Для туристических походов и кемпингов подойдут мощные панели до 150 Вт. Длина таких генераторов в разложенном состоянии составляет 1–1,3 м.

Мощность

Какую солнечную панель выбрать для дома? Обратите внимание на мощность. Она показывает, какое количество энергии солнечная батарея выдает за единицу времени. Мощность генератора подбирается в зависимости от потребностей:

• для автономного электроснабжения всего частного дома необходимо подбирать массив солнечных батарей от 1000 Вт и выше;
• для питания бытовой техники (например, холодильника и телевизора) оптимальна суммарная мощность панелей от 500 Вт.

Одна солнечная панель может вырабатывать от 100 Вт до 560 Вт энергии. Можно приобрести и маломощные приборы до 50 Вт. Они подойдут для питания осветительных приборов с низким уровнем энергопотребления.

Обратите внимание: при постоянной эксплуатации мощность солнечных панелей снижается в среднем на 10–12% за 10 лет.

Срок службы

Практически все солнечные батареи рассчитаны на длительное применение. В документах указывается срок службы от 25 до 30 лет. Однако, многие солнечные генераторы не выходят из эксплуатации и через 40 лет.

Чтобы увеличить срок службы панелей, достаточно:

1. Не допускать механических повреждений, падений.
2. При необходимости – установить ветрозагородительные конструкции.
3. Регулярно производить уход и чистку солнечной батареи.

Старение панелей

Еще одна важная особенность – коэффициент старения. С каждым годом производительность солнечных блоков снижается. Все зависит от модели:

• производительность поликристаллических элементов за 25 лет снижается до 30%;
• у монокремниевых батарей этот показатель ниже – 17%.

Распространенные мифы о солнечных батареях

1. Многие владельцы частных домов считают, что генераторы работают только в теплом климате, и устанавливать их целесообразно только на юге. Это неверно – для работы генераторов необходим только солнечный свет. Температура воздуха значения не имеет. В прохладную погоду выработка чуть больше.
2. Еще одно распространенное заблуждение: оборудование неэффективно. Монокристальные блоки имеют высокий КПД – 22%. В ближайшие годы этот показатель вряд ли увеличится.
3. Солнечные батареи будут окупаться несколько десятилетий. Все зависит от мощности и количества панелей. В большинстве случаев генераторы окупятся через 6–10 лет.
4. Внешний вид панелей говорит о высоком качестве. Определить качество генератора по внешнему виду трудно даже экспертам.
5. Лучше сэкономить и купить модули из мелконарезанных элементов. Многие продавцы уверяют покупателей, что такие системы ничуть не уступают панелям из целых элементов. На деле ситуация обстоит иначе: при производстве панелей из мелких «кусков» чаще всего используют отбракованные элементы с трещинами и сколами. Из поломанных элементов вырезают целые части и спаивают. Количество мест спайки увеличивается в несколько раз, поэтому надежность модуля снижается.

Подведем итоги

Теперь вы знаете, какую солнечную батарею выбрать для дома. Самый популярный вариант – монокристаллические и поликристаллические солнечные батареи. Аморфные генераторы стоят дорого, но при этом не отличаются высоким КПД. Пленочные панели гибкие: их можно расположить даже на криволинейных поверхностях.

Оптимальная мощность зависит от целей использования.

Солнечные батареи служат минимум 25–30 лет. При правильной эксплуатации срок службы увеличивается.

Источник

Солнечные панели для частного дома: поставь светло себе на службу

Использовать в частных домах и даже дачных домиках альтернативные источники энергии сегодня стало модной тенденцией. Впрочем, это достаточно практично и, как правило, выгодно. Первенство среди таких устройств получили солнечные панели для частного ома (солнечные батареи, солнечные электростанции). Связано это с ежегодным ростом (весьма солидным) производства, снижением цен, многочисленными наработками, упрощающими подбор оборудования и построение систем.

Что это?

Основу любой системы составляют солнечные панели. Они выполняют роль основного источника энергии и, зачастую, становятся наиболее дорогой составляющей.

От их взвешенного выбора зависит:

• производительность домашней электростанции;
• объемы и стоимость работ по монтажу и обслуживанию;
• цена покупки;
• характеристики остальных звеньев.

Критерии выбора

Единственным критерием при проектировании домашней электростанции и выборе оборудования для нее должна стать целесообразность.

Однако понятие это широкое, для его понимания потребуется учет многих факторов:

• Средней и максимальной потребляемой мощности.
• Производительности солнечных модулей.
• Наличия стационарной электросети и режима совместной с ней работы.

• Географического положения местности и климатических условий.
• Финансовых возможностей владельца дома.

Структура домашней солнечной электростанции

Определяется двумя основными положениями:

1. Целью создания и использования.
2. Работой совместно со стационарными электросетями.

Соответственно, рассматривать можно 3 варианта организации солнечного электроснабжения дома:

1. Зависимый от электросети.
2. Полуавтономный с резервированием.
3. Полностью автономный.

Зависимый от сети вариант (электростанция, ведомая сетью)

Такая электростанция строится по простейшей схеме. В ее состав входят:

• Солнечные панели в качестве альтернативного источника энергии.
• Инвертор, преобразующий постоянное напряжение на выходе фотоэлементов в переменное напряжение для потребителей.

Гелиобатареи подключаются на вход инвертора. Его выход соединен с сетью (после счетчика). Основная особенность схемы – отсутствие промежуточных накопителей энергии (аккумуляторов) и устройства для их заряда.

При такой структуре приборы в доме потребляют электроэнергию от солнечных элементов через инвертор. Недостаток мощности восполняется сетью, и, наоборот, ее избыток (например, когда батареи работают в номинальном режиме, а потребители выключены), сбрасывается в сеть.

Достоинства такой схемы:

• Минимальная стоимость по сравнению с другими вариантами.

• Простота настройки и регулировки.

Есть у нее и серьезный недостаток – при отсутствии сетевого напряжения (во время отключения электроэнергии) система не работает.

Автономная схема

В этой системе отсутствует сеть, а электроснабжение дом полностью производится от солнечных батарей.

Такой функционал диктует схему построения:

• Источник энергии – солнечные панели.
• Накопитель (аккумулятор) – берет на себя питание потребителей, когда батареи не вырабатывают электроэнергию (например, в ночное время).
• Контроллер заряда аккумуляторов – устройств, управляющее зарядом накопителей и потребление энергии от фотопанелей.
• Инвертор, как и в предыдущем варианте, преобразующий постоянное напряжение в переменное.

Система работает следующим образом:

• При наличии освещения солнечные батареи вырабатывают энергию.
• Она поступает на вход контроллера, преобразующий ее параметры в нужные для заряда батарей. Аккумуляторы подключены к его выходу.
• К выходу контроллера и зажимам АКБ подключаются входные цепи инвертора. Он преобразует напряжение и подает питание в сеть дома (не путать с централизованной).

Таким образом, при включенных электроприборах они получают энергию непосредственно с солнечных панелей (через контроллер и инвертор), когда светит Солнце. Одновременно, если есть избыток мощности, заряжаются аккумуляторы. Когда солнечный источник не работает, АКБ отдают накопленную энергию (через инвертор) потребителям.

Однако за красивой картинкой обязательно скрываются «подводные камни»:

• Стоимость электростанции выходит весьма значительной.
• Если по каким-либо причинам наблюдается длительный перерыв в работе панелей (поверхность покрыта снегом в зимнее время, дождевые тучи на неделю закрыли Солнце и т.д.), запасенной в аккумуляторах энергии не хватит для работы потребителей.

Решить проблему поможет резервный источник электроэнергии. В вариантах полностью автономных систем его роль может выполнять ветро- или гидро-, дизельный или бензиновый генератор. При наличии сетевого ввода резервным источником выступит стационарная электросеть, а система превратиться в полуавтономную.

Полуавтономная (гибридная) система

Схема такой электростанции практически полностью повторяет предыдущую за единственным исключением – для заряда накопителей используется энергия не только от солнечных панелей, но и от сети. В этом случае контроллер, кроме управления зарядными процессами, получает дополнительную функцию.

В настройках контроллера можно задать приоритет источников:

• При выборе солнечных батарей работающие электроприборы будут, по возможности, запитаны от них, а от сети будут потребляться недостающая мощность и подзаряжаться аккумуляторы.
• При выборе сети до пороговой мощности будет работать стационарный источник, а дополнительную энергию обеспечат гелиопанели.

Монокристаллические

Такие батареи визуально выглядят как панели с сегментами глубокого черного цвета. Получили название за счет конструкции на основе монокристаллов кремния.

Самый существенный недостаток — строгая ориентировка оптических осей кристаллов, что требует точного позиционирования панелей для получения максимальной отдачи. По этой же причине монокристаллы не терпят затенения – генерация энергии значительно снижается.

В настоящий момент обладают самым высоким КПД преобразования – около 22%. При этом стоимость тоже наиболее высокая – порядка 0.9-1.1 доллара за 1 Вт генерируемой мощности.

Поликристаллические модули

Название такие батареи получили за счет размещения на подложке множества кремниевых кристаллов с хаотически ориентированными оптическими осями. Визуально такие модули отличаются синим цветом с «морозным» рисунком.

Естественно, такое расположение кристаллов вызвало потерю КПД преобразования – он находится на уроне 11-16%. Однако это же позволило увеличить эффективность работы при рассеянном свете, что в результате привело к созданию панелей, которые успешно конкурируют с монокристаллическими (при прочих равных, например, размерах) по мощности генерации. Более того, по цене они значительно выигрывают и обходятся в 0.7-0.9 доллара за 1 Вт.

Аморфные

Технология изготовления рабочего тела сходна с поликристаллическими, но в качестве основы выступает аморфный кремний (aSi). При КПД в пределах 8-11% отличаются высокой эффективностью работы в рассеянном свете, могут захватывать и инфракрасный диапазон. В результате обладают лучшей стоимостью – порядка 0.5-0.7 доллара за 1 Вт.

Кроме того, имеют солидное преимущество – гибкую основу. Это означает, что для монтажа не требуется жестких конструкций, материал легко клеится на поверхности любой формы.

Остальные

Модули, предлагаемые производителями, могут быть изготовлены и по другим технологиям:

• Микроморфные, отличаются высокой отдачей при рассеянном и инфракрасном излучении.
• Гибридные, использует несколько полупроводниковых материалов и обеспечивают высокий КПД преобразования (до 44%).
• Полимерные, гибкие с подложкой из полимерных материалов, абсолютные лидеры по стоимости.

Такие предложения следует тщательно изучать, некоторые из них могут оказаться намного выгоднее, чем лидирующие на рынке панели, выполненные по стандартным технологиям.

Вообще, монокристаллические панели можно рекомендовать для установки только жителям южных регионов. Остальным следует выбирать поликристаллы или панели по другим технологиям.

Мощность и количество

Определить, какое количество солнечных панелей необходимо, следует по средней и максимальной мощности потребления. Среднюю легко найти в счетах за электроэнергию – месячное потребление делится на количество дней в месяце. Максимальное находится суммированием мощностей всех имеющихся в доме электроприборов.

Кроме мощности потребителей необходимо учесть:

• Время работы солнечных батарей. Как правило, принимается равным 6 часам, соответственно, мощность генерации нужно кратно увеличить.
• Потери на преобразование при зарядке аккумуляторов и получении переменного напряжения на инверторе. С их учетом необходим запас по мощности не менее 30%.
• Пиковые токи. Например, при средней мощности стиральной машины 500 Вт при работе нагревателя может потребляться до 2 кВт. При пуске насосов или других двигателей, пусковые токи могут превосходить номинальные значения в 5-6 раз. Конечно, львиную долю примут на себя аккумуляторы, но запас модулей по току в 20-30% не помешает.
• Географию и погодные условия местности – коэффициент инсоляции. Найти его для зимнего и летнего времени можно в справочниках.

После расчета необходимой мощности генерации рассчитывается мощность, отдаваемая одной батареей:

Где:

• Кс – стандартный сезонный коэффициент, 0.5 для лета и 0.7 для зимы.
• Wn – мощность панели, заявленная производителем.
• Ki – коэффициент инсоляции, также берется для лета и зимы.

Рассчитанную необходимую мощность генерации делят на оба (летнее и зимнее) значения. Наибольшее из двух чисел будет минимальным количеством панелей, которые потребуются для электроснабжения дома.

Источник