Как использовать солнечные батареи для освещения дома

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

Использование солнечных панелей для освещения и отопления дома

В качестве источника энергии солнечные панели работают по принципу поглощения и преобразования солнечных лучей кристаллами, наделенными свойствами полупроводников. В этих кристаллах участки с недостатком и избытком электронов разделены электронно-дырочным переходом (p-n переход). Электроны p-зоны не могут без внешнего воздействия проникать через запирающий слой. Световые же фотоны несут энергию, способствующую попаданию внешних электронов атома в n-зону, что приводит к разности потенциалов и возникновению электрического тока.

Разновидности фотоэлектрических систем

Солнечные батареи позволяют использовать энергию Солнца для функционирования бытовой техники, систем отопления и вентиляции каркасного дома. Если потребности в электричестве ниже возможностей солнечных панелей, излишки энергии могут накапливаться в аккумуляторах и преобразователях электричества. Недостающую же часть электроэнергии можно добрать из сети или от генератора, работающего на жидком топливе.

Фотоэлектрические системы предлагаются сегодня в двух вариантах.

• Самыми популярными, высокопроизводительными (КПД 20-22%) и одновременно дорогими являются кремниевые панели. Они в свою очередь делятся на монокристаллические, поликристаллические и аморфные. Батареи первых двух типов изготавливаются с использованием чистого кремния. В аморфных же вместо самородных кристаллов присутствует нанесенный на подложку кремневодород.
• В состав пленочных солнечных модулей входит селенид меди-индия, химическое соединение кадмия и теллура, полимеры. Пленочные панели стоят дешевле кремниевых аналогов, но и производительность у них ниже (КПД 5-14%).

Видео строительства каркасных домов наглядно демонстрирует процесс монтажа объединенных в блоки фотоэлементов на кровле.

Какой климат нужен для солнечных батарей?

Некоторые люди думают, что реальную пользу солнечные батареи могут обеспечивать только в жаркой Африке. Чтобы избавиться от подобного заблуждения, посмотрите видео строительства каркасных домов в российских регионах, когда на кровле устанавливают панели с блоками фотоэлементов. Суждение, будто в жаркий летний день эти устройства вырабатывают больше электроэнергии, нежели в такой же безоблачный, но морозный – в корне неверно. Для выработки электротока нужна не температура, а свет. Высокая же температура, напротив, снижает эффективность таких систем.

В пасмурный день, безусловно, панели будут производить меньше энергии, но способность батарей ее аккумулировать позволит им полностью зарядиться и в такую погоду. И все же идеальными условиями для модулей на фотоэлементах являются мороз и солнце.

Возможности солнечных батарей

Солнечные панели могут использоваться в качестве дополнительного источника электроэнергии для обогрева и освещения, если вы задумали строительство каркасного дома. Видеов интернете поможет правильно выбрать модель, учитывая размер здания, количество бытовых приборов и потребности жильцов в электричестве.

Наличие резервного источника оградит обитателей дома от дискомфорта, вызванного временным отключением света, что в наше время не является редкостью. Даже если ваш район обесточат на несколько часов, вы, как и прежде, сможете пользоваться освещением и хотя бы минимальным набором бытовой техники – микроволновкой, холодильником, телевизором, электрочайником, инфракрасным обогревателем.

Однако эффективно солнечные батареи работают только в комплекте с другими приборами:

● аккумуляторами – накопителями энергии;

● инверторами — устройствами для преобразования постоянного тока в переменный;

● контроллерами – приспособлениями, обеспечивающими правильный расход резервной энергии.

Преимущества солнечных панелей

О достоинствах солнечных батарей можно говорить долго.

1. Доступность и неиссякаемость источника.

2. Экологическая безопасность систем.

3. Независимость от поставщика электроэнергии и цен на топливо.

4. Бесшумность, чем солнечные панели выгодно отличаются от ветряков.

5. Совершенно бесплатное электричество после того, как система окупит себя.

6. Возможность постепенного наращивания мощности присоединением новых модулей.

7. Медленный износ, обусловленный отсутствием подвижных деталей.

Для справки: если при строительстве каркасного дома, видео которого мы предлагаем к просмотру, на крышу сразу установить солнечные панели, они прослужат вам не менее 25-ти лет.

Теперь о недостатках

Несмотря на большой список преимуществ, недостатки у солнечных панелей тоже есть. Потенциальный покупатель должен иметь полную информацию обо всех минусах систем:

● для ввода системы в эксплуатацию нужны большие первоначальные инвестиции;

● низкая производительность в сравнении с источниками от поставщика;

● «зеленая» энергия в России чиновниками не приветствуется, поэтому покупка системы – удовольствие дорогое (в Европе дело обстоит иначе);

● зависимость от погоды.

Не стоит рассчитывать, что солнечная батарея станет основным источником электроэнергии, но в качестве дополнения она очень даже хороша. В заключение темы предлагаем посмотреть видео строительства каркасных домов, из которого вы узнаете об основных преимуществах технологии.

Источник