Энергия от солнечных батарей оборудование

Солнечные батареи для дома: схема оборудования, расчет стоимости комплекта

Глядя на океан энергии, льющейся с небес на землю, мы остаемся зависимыми от электросетей.

Если в городе поставка тока более-менее стабильна, то за его пределами жители регулярно становятся участниками «конца света».

Как обеспечить свой дом надежным источником электроэнергии и не лишить себя комфорта, невозможного без «направленного движения электронов»? Ответ достаточно прост в теории, но почти незнаком многим на практике.

Это солнечные батареи для частного дома они являются главным условием автономного существования.

Что представляют собой эти устройства, их виды, характеристики и эффективность применения мы рассмотрим в данной статье.

Виды солнечных батарей

Из школьного курса физики нам знаком фотоэлектрический эффект. Он возникает в полупроводниках под действием света. На этом принципе работают все солнечные батареи.

Не будем углубляться в теорию процесса, а отметим лишь самые важные практические моменты:

• Существует три вида солнечных батарей: монокристаллические и поликристаллические и панели из аморфного кремния (гибкие).
• Все они вырабатывают постоянный ток (напряжением 12 или 24 В).
• Срок службы данных устройств превышает 20 лет.
• Мощная батарея не может эффективно работать без дополнительного оборудования (контроллера, аккумулятора, инвертора).

Теперь пройдем подробно по каждому пункту. Монокристаллическая панель по сравнению с поликристаллической выдает более высокую мощность с единицы поверхности. При этом цена у нее существенно выше.

Производительность поликристаллической ячейки на 15-20% меньше, но зато при облачной погоде она снижается незначительно. У монокристалла, напротив, при рассеянном освещении резко уменьшается выработка электричества. Солнечная батарея из аморфного кремния дешевле поликристаллической, но срок ее службы в 2-3 раза меньше. Исходя из перечисленных фактов, выгоднее покупать поликристаллические панели.

Набор оборудования для солнечной станции

Мощная солнечная батарея для дачи – устройство не самодостаточное. Полученную энергию нужно где-то запасти, чтобы вечером и в пасмурную погоду полноценно пользоваться бытовыми электроприборами.

Поэтому емкий и живучий аккумулятор нам в любом случае потребуется. В его выборе есть один важный нюанс: не пытайтесь сэкономить, покупая стартовый автомобильный аккумулятор. Он плохо подходит для цикличного запасания энергии и не переносит глубокого разряда. Его главное предназначение – дать мощный, но кратковременный ток для пуска двигателя.

Для запасания и медленного расходования энергии нужны аккумуляторы другого типа: AGM или гелевые. Первые дешевле, но имеют небольшой срок службы (до 5 лет). Гелевые аккумуляторы дороже, но зато работают значительно дольше (8-10 лет).

Контроллер – еще один важный элемент автономной гелиостанции. Он выполняет несколько задач:

• Отключает батарею от аккумулятора в момент полного заряда и включает ее для новой закачки электричества.
• Выбирает оптимальный режим зарядки, повышая количество запасаемой энергии.
• Обеспечивает максимальный срок службы аккумулятора.

Существует несколько типов контроллеров, используемых в солнечных станциях:

Самый дешевый прибор просто отключает солнечную панель от аккумулятора при возрастании напряжения на его клеммах до максимального уровня. Это не лучший вариант, поскольку в этот момент аккумулятор еще не полностью заряжен.

Более дорогой PWM-контроллер действует «умнее». После набора максимального напряжения, он понижает его до заданного уровня и держит еще пару часов. Так достигается более полный уровень накопления энергии.

И наконец, самый интеллектуальный контроллер MPPT- типа максимально эффективно использует мощность солнечной панели на всех режимах ее работы. Это позволяет запасти в аккумуляторе дополнительно от 10 до 30 % электричества.

Независимо от вида используемых полупроводниковых материалов (поликристаллы, монокристалл, аморфный кремний) устройство солнечной батареи представляет собой цепочку последовательно соединенных ячеек-модулей. Каждый из них генерирует небольшое напряжение (в пределах 0,5 вольт) и слабый ток (десятые доли ампера). Работая вместе, они «сливают» накопленную энергию в общий канал и на выходе из батареи мы получаем ток большой силы и постоянного напряжения (12 или 24 Вольт).

Стандартные бытовые электроприборы рассчитаны на 220 Вольт, поэтому работать от «постоянки» не будут. Преобразование постоянного тока в переменный выполняет отдельное устройство-инвертор. Им завершается цепочка оборудования, необходимого для солнечной батареи.

Несмотря на относительно высокую стартовую стоимость компонентов солнечной станции, ее эксплуатация получается выгодной благодаря большому ресурсу «жизни» главных элементов: фотокристаллической панели и аккумулятора.

Сколько нужно солнечных батарей для дома и дачи?

Здесь все просто. Покупателю не нужно заниматься сложным расчетом мощности солнечной станции и подбирать для нее батареи. Эту работу уже проделали специалисты компаний, выпускающих и продающих данное оборудование.

Потребителю остается лишь выбрать из предложенного ряда готовый комплект, исходя из своих потребностей. В качестве примера рассмотрим несколько стандартных вариантов, которые представлены на сайтах продавцов (актуально на 2016 год).

Гелиостанция, построенная на одной панели мощностью 250 Ватт, рассчитана на энергоснабжение потребителей, перечисленных в таблице №1.

Ее ориентировочная цена складывается из стоимости устройств, указанных в таблице №2.

Солнечная станция мощностью 500 Ватт способна обеспечить электричеством набор бытовых приборов, указанный в таблице №3.

Ее ориентировочную стоимость (с разбивкой по видам и моделям оборудования) вы найдете в таблице №4.

Гелиостанция на 1000 Ватт способна питать током не только экономные светодиодные лампочки, телевизор, ноутбук и спутниковую антенну. Одновременно с ними она «потянет» микроволновку, водяной насос или мощную электроплиту (таблица №5).

Основа данной гелиостанции — 4 солнечные панели мощностью по 250 Ватт каждая. За весь комплект оборудования (без стоимости монтажа, соединительных муфт и кабеля) нужно заплатить сумму, указанную в таблице №6

Изучая представленные комплекты оборудования, нетрудно заметить, что стоимость инвертора сравнима с ценой солнечной батареи. Поэтому некоторые владельцы солнечных станций предпочитают обходиться без инверторного преобразователя. Они покупают для своего дома бытовые приборы, работающие от постоянного тока напряжением 12 Вольт. Помимо высокой цены инвертор при работе потребляет около 10% энергии, получаемой от солнечной батареи. Поэтому его исключение из цепочки оборудования дает неплохую экономию.

Особенности монтажа

Установка солнечных батарей – процесс технически несложный, но весьма ответственный. Площадь и вес мощных панелей достаточно большие, поэтому им требуется надежное крепление с помощью направляющих и специальных крепежных элементов. Кроме этого на крыше необходимо предусмотреть возможность легкого доступа к батареям для очистки от пыли и снега.

От величины угла, под которым солнечные лучи падают на фотоэлементы, напрямую зависит выработка энергии. Поэтому солнечные батареи не фиксируют в одном положении, а монтируют на поворотных устройствах.

Существует два основных позиции гелиопанелей: летняя и зимняя. Меняя угол наклона, от солнечной станции получают максимальный КПД.

Характерные отзывы

Их можно разделить на две группы: отзывы тех, кто уже пользуется данными устройствами и мнения всех, кто только изучает вопрос автономного энергоснабжения.

Большинство владельцев солнечных станций довольны своим выбором. Оснастив ими свой загородный дом, они отмечают надежность, всесезонность и эффективность гелиопанелей. Размышляющие о покупке, высказывают сомнения в экономической целесообразности, опасаясь долгого срока окупаемости оборудования.

Мы выскажем свои соображения по данной теме. Принимая в расчет стабильный рост стоимости электроэнергии, получаемой из внешних сетей, использование гелиостанции нельзя назвать убыточным. Если же речь идет о районах, где энергоснабжение полностью отсутствует или характеризуется частыми отключениями, то гелиостанция — безальтернативный вариант.

Самостоятельная сборка

Попробовать свои силы в сфере солнечной энергетики домашних умельцев побуждают два фактора: стремление снизить стоимость гелиопенелей и новизна данной работы.

Экономия, получаемая при самостоятельной сборке, впечатляет. Комплект «сделай сам», состоящий из фотоячеек и монтажной токопроводящей ленты почти на 50% дешевле батареи, собранной на заводе. Купить его можно на российских торговых интернет-площадках или заказать прямую доставку из страны-производителя.

Ответов на вопрос как сделать солнечную батарею для дома своими руками во всемирной сети можно найти очень много. Кроме устного описания процесса, здесь можно найти толковые видеоролики, наглядно демонстрирующие основные его этапы.

Практические советы, которые содержатся в подобных руководствах, основаны на бесценном опыте проб и ошибок. Они помогают новичкам без серьезных финансовых потерь успешно выполнить данную работу.

Сборка солнечной батареи включает следующие этапы:

• последовательную пайку фотоячеек в единую энергоцепочку с помощью токопроводящей ленты;
• изготовление рамки корпуса со стеклом.

Самый ответственный момент – заливка фотоячеек прозрачным герметиком и их объединение с остекленной рамкой. Здесь существует отработанная технология, основой которой служит толстый лист поролона, предохраняющий хрупкие фотоэлементы от разрушения.

Знатоки ручной сборки рекомендуют не экономить на герметике. Если он положен слишком тонким слоем, то в батарею может проникнуть влага. Она разрушает гелиоячейки и токопроводящие дорожки.

Источник

Электроснабжение при помощи солнечных батарей: сборка системы своими руками

Статья рассматривает практическое применение солнечных батарей, подробно описывает необходимые для бесперебойного электроснабжения узлы, самостоятельное подключение и настройку солнечных батарей.

Оборудование системы электроснабжения: ассортимент, характеристики

В предыдущей статье мы рассмотрели виды солнечных батарей. Но в системах генерации солнечной энергии эти элементы являются лишь первичными преобразователями. Для создания полноценной домашней электростанции нам понадобится такой комплект оборудования:

• контроллер заряда аккумуляторной батареи
• аккумуляторная батарея (АКБ)
• инвертор напряжения

Контроллеры заряда АКБ бывают двух типов: ШИМ-контроллеры (PWM-контроллеры) и ОТММ-контроллеры (MPPT-контроллеры).

ШИМ-контроллер более простое и более дешевое устройство, управляющее зарядом АКБ. КПД ШИМ-контроллера обычно выше, чем у ОТММ-контроллера в силу того, что на начальном этапе зарядки он подключает аккумулятор практически напрямую к солнечной батарее без преобразования генерируемого напряжения. ОТММ-контроллеры рекомендуют использовать с модулями с нестандартным выходным напряжением от 28 В и выше.

Экономически оправданным использование ОТММ-контроллеров будет в системах генерации номинальной мощностью более 400 Вт. Еще одно основание для использования такого контроллера — проектирование солнечной станции для круглогодичной выработки электроэнергии. В пасмурные зимние дни при зарядке аккумуляторов ОТММ-контроллер проявит себя с лучшей стороны.

Аккумулятор в системе солнечного электроснабжения играет роль буфера, накапливающего электрическую энергию.

В отличие от всего остального оборудования гелиостанции аккумулятор является расходным элементом. Поэтому чем дольше он проработает без замены, тем меньше будет срок окупаемости приобретенных вами компонентов. Чтобы АКБ прослужила долго, нужно ответственно подойти к его выбору. Основные параметры АКБ, интересующие потенциального владельца, — это:

• напряжение (Вольт, В) — в продаже есть аккумуляторы для солнечных батарей на напряжение 12, 24 и 48 В. Для небольших домашних станций мощностью 200–300 Вт вполне подходят АКБ на 12 В;
• электрическая емкость (Ампер⋅час, А⋅ч) — характеризует количество электроэнергии, которую можно аккумулировать. Соответственно, чем больше этот параметр, тем больше электросистема может проработать в автономном режиме (в пасмурную погоду или в темное время суток);
• уровень саморазряда (% от номинальной емкости) — чем ниже этот параметр, тем лучше АКБ.

Инвертор напряжения предназначен для преобразования постоянного напряжения аккумулятора в переменное напряжение сети 220 В, питающей бытовую нагрузку.

На рынке есть большой ассортимент инверторов, обладающих разнообразными функциями. Среди самых важных параметров следует отметить следующие:

• мощность инвертора;
• напряжение первичной цепи (напряжение подключаемого аккумулятора);
• наличие встроенных защит (от перегрузки, от переполюсовки аккумулятора, от короткого замыкания в нагрузке, от чрезмерного разряда аккумулятора);
• синусоидальность выходного напряжения (принципиально, если в подключаемой нагрузке есть двигатели, например, стиральные машины, холодильники, циркуляционные насосы, вентиляторы и т. п.).

Следует также отметить, что избыточное количество функций приводит лишь к удорожанию прибора и усложнению его настройки и эксплуатации.

Схема подключения оборудования гелиостанции

Сборка схемы солнечной электростанции достаточно проста. Ниже будет приведена последовательность подключений, проиллюстрированная фотографиями. Для сборки простой системы используется солнечная панель с поликристаллическими элементами, контроллер заряда и аккумулятор. Сборку начинаем с подключения кабеля к солнечной батарее.

Для батарей, которые идут в комплекте с кабелем, этот шаг не требуется. К выходным клеммам контроллера подключаем АКБ. Далее провода, идущие от панели, необходимо присоединить к входным клеммам контроллера заряда.

Все присоединения производятся по принципу «+» к «+», а «-» к «-». На входные клеммы инвертора подаем питание от аккумулятора. После включения контроллера заряда и инвертора мы видим, что генерируемое солнечной панелью электричество начинает зарядку аккумулятора.

Для того чтобы определить полярность выводов солнечной батареи, достаточно замерить напряжение на клеммах с помощью мультиметра. Если возле показаний величины напряжения стоит знак «минус», то положение черного щупа соответствует плюсовой клемме (проверьте правильность подключения щупов перед измерением). Если знак «минус» отсутствует, то положение черного щупа соответствует отрицательной клемме батареи.

Монтаж солнечных панелей и вспомогательного электрооборудования

Монтаж электрооборудования гелиостанции производится медным проводом. Сечение медного провода для одной панели стоит выбирать не менее 2,5 мм². Это обусловлено тем, что нормальная плотность тока в медном проводнике 5 ампер на 1 мм². То есть при сечении 2,5 мм² допустимый ток будет составлять 12,5 А.

При этом ток короткого замыкания панели RZMP-130-T мощностью 145 Вт составляет всего 8,5 А. При объединении нескольких панелей с параллельным подключением сечение общего выходного кабеля должно подбираться исходя из максимального суммарного тока всех панелей по вышеописанной концепции (5 А на 1 мм²).

В продаже есть разнообразные кабели для подключения солнечных батарей. Их отличительная особенность в том, что внешняя изоляция кабеля подверглась специальной обработке и имеет повышенную стойкость к ультрафиолетовому излучению. Покупать такие кабели необязательно. Солнечные батареи можно подключить кабелем с обычной ПВХ-изоляцией, но проложить его в гофрированном рукаве, который предназначен для прокладки внешней проводки. Такой вариант обойдется на 30–40% дешевле.

Контроллер заряда АКБ и инвертор необходимо разместить в сухом помещении с комнатной температурой, например, в кладовке или прихожей. Размещать это оборудование вне помещения нецелесообразно, так как электронные узлы аппаратуры не должны подвергаться значительным колебаниям температуры и влажности. Саму аккумуляторную батарею можно разместить вместе с электроникой.

Если вы решили использовать кислотные или щелочные аккумуляторы, то следует их разместить в хорошо проветриваемом нежилом помещении, так как при их эксплуатации выделяются вредные для здоровья испарения электролита. Кроме того, в помещении с аккумуляторами не должно быть источников искровой и огневой опасности, так как выделяющиеся кислород и водород в плохо проветриваемых помещениях могут образовать взрывоопасную смесь.

Солнечная панель может устанавливаться двумя способами:

• неподвижная установка предполагает стационарное размещение панелей на крыше дома или на кронштейне, закрепленном на стене или фундаменте. При этом панели должны быть направлены на юг, горизонтальный наклон панелей должен составлять угол, равный широте местности плюс 15°. Широту вашего местоположения можно определить, например, по показаниям GPS-навигатора или в сервисе Google Maps;
• подвижная установка панелей производится на траверсу, которая способна поворачиваться азимутально (в направлении движения солнца вдоль горизонта) и зенитально, наклоняя панели для того, чтобы солнечные лучи падали на них перпендикулярно. Такая система установки позволяет увеличить КПД используемых солнечных батарей, но требует дополнительных ощутимых финансовых затрат на конструкцию траверсы, приводные двигатели и систему для их управления.

Пути повышения эффективности автономного электроснабжения

Для повышения эффективности солнечной электростанции можно идти двумя путями: увеличивать количество генерируемой электроэнергии с одной стороны и уменьшать её потребление с другой. Пути для увеличения генерируемой электроэнергии могут быть следующие:

• установка солнечных батарей на подвижную траверсу или на механизм управления зенитальным наклоном (полумера, но тоже достаточно эффективная, в основном для монокристаллических панелей);
• использование качественных аккумуляторов с малым процентом саморазряда и долгим сроком службы без значительного снижения емкости;
• регулярное техническое обслуживание системы: чистка панелей от пыли и снега, обслуживание разъемных и клеммных соединений с целью уменьшения контактных сопротивлений и, как следствие, потерь мощности.

Со стороны нагрузки энергоэффективность может быть увеличена следующим образом:

• выделение цепи низковольтного питания напрямую от аккумулятора, например, для подключения светодиодного освещения. Это позволит избежать двойного преобразования энергии в инверторе;
• отключение инвертора при отключении нагрузки на его выходе, так как инвертор, работающий вхолостую, все равно потребляет небольшое количество энергии;
• установка совместно с освещением датчиков движения с таймером, чтобы исключить досадное расходование электроэнергии из-за того, что просто забыли выключить лампу в прихожей.

Источник