Оборудование для солнечных батарей
Солнечные батареи, расположенные по всей южной стороне крыши на одном из домов в Италии
Для того, чтобы решить, какое оборудование для солнечных батарей нужно выбрать, вначале надо изучить, из чего состоят, как работают и какие виды солнечных модулей бывают.
Солнечные батареи – это преобразователи солнечной энергии. Солнце является альтернативным источником для выработки электричества. Для этих целей широко используют солнечные батареи. Благодаря физическому процессу фотоэлектронной эмиссии на поверхности фотоэлементов, из которых состоит солнечная батарея, при воздействии световой энергии лучей солнца получается новый вид энергии – электрическая.
Если выразиться по-другому, используется процесс преобразования световой энергии в электрическую, который называется не иначе, как фотоэлектрическим эффектом. Надо отметить, что для ныне выпускающихся солнечных батарей прямые солнечные лучи не нужны. Для них вполне достаточно дневного света. Облачная погода, пасмурный день или осадки им не помеха.
Солнечные фотоэлектрические модули состоят из нескольких солнечных фотоэлементов, которые функционируют по законам фотоэффекта и вырабатывают электроэнергию из солнечных лучей. Основными материалами для производства фотоэлементов и модулей служат полупроводники на основе кремния. Исходя из того, как атомы кремния размещены в кристалле, различают фотоэлементы разных структур: монокристаллические, поликристаллические и аморфные.
Модули, образованные из фотоэлементов на основе моно- и поликристаллической структуры кремния, имеют сравнительно большой КПД. Множество таких модулей, в свою очередь, образуют солнечную батарею.
Солнечный вентилятор для уменьшения температуры на чердаке
Солнечные батареи или фотоэлектрические комплекты, как выше отметили, типично состоят из кремниевых модулей и являются наиболее распространенными производителями электроэнергии. Эти источники энергии бесшумны и экологически безвредны. Они стабильны и долговечны. Весьма удобно их использовать для электроснабжения отдельных домов и коттеджей, сельских школ и амбулаторий, офисов и гостиниц, разных отдаленных постов и контрольных пунктов, рекламных щитов и электрических панорам.
Комплекты солнечных батарей, соединенные между собой разными комбинациями, образуют солнечные фотоэлектрические системы. Эти системы могут работать в двух основных режимах:
- Автономные фотоэлектрические станции. Они предназначены для энергосбережения отдельного жилого дома, коттеджа или офиса.
- Резервная энергосберегающая система. Эта система в случае аварии на сети передает всю энергию или ее часть в сеть для обеспечения бесперебойного питания важных объектов.
Схема подключения оборудования для солнечных батарей
- при таких циклических режимах используются накопители солнечной энергии – аккумуляторы . Для солнечных батарей аккумулятор нужен как воздух.
Аккумуляторные батареи для «хранения» солнечной энергии
Дневная зарядка аккумулятора от солнечной батареи позволяет по вечерам или ночью использовать их емкость для электропитания таких важных объектов, как компьютеры, средства связи, освещение, факс и другие. Для этих целей повсеместно используют инверторы и блоки бесперебойного питания;
инверторы представляют собой электронное устройство, которое преобразует низкое постоянное напряжение заряженных аккумуляторов в высокое переменное напряжение промышленной частоты. Переменное напряжение необходимо для питания стандартной аппаратуры, питающейся от стандартной сети 220 В, 50-60 Гц.
Настенный инвертор в работе
Инвертор состоит из двух основных частей – широтно-импульсного генератора высокой частоты и преобразователя напряжения (обычно это повышающий трансформатор). Резервная энергосберегающая система по своей сути является ББП более крупного масштаба;
блоки бесперебойного питания (ББП) используются для оборудования и устройств, для которых нежелательно неожиданное исчезновение питающего напряжения.
Блок бесперебойного питания
Те, которые пользуются компьютерами, хорошо знают, как важны ББП для эксплуатации их устройств. Эти блоки при потерях питания от сети подают звуковой сигнал и поддерживают напряжение питания на определенное время для принятия соответствующих мер со стороны пользователя;
контроллер заряда солнечной батареи – это устройство, которое немного напоминает по своему назначению реле-регуляторы старых отечественных автомобилей. Контроллер соединяется на отрезке электрической цепи, идущей от солнечной батареи к аккумуляторам и потребителям.
Небольшой контроллер заряда солнечной батареи
Пока аккумуляторная батарея не заряжена полностью, контроллер не соединяет потребителей. Когда аккумуляторная батарея заряжена и зарядный ток равен нулю, тогда потребители могут быть подключены. Кроме того, при аварийном разряде аккумулятора, контроллер снимает нагрузку. На практике контроллер работает совместно с датчиком освещения, который включает освещение только при наступлении сумерек.
Установка солнечных батарей
Солнечные модули, установленные под углом 45-50 градусов
Солнечные батареи устанавливаются в основном на крышах или балконах на южной стороне. Они монтируются под углом 45-50 градусов к плоскости горизонта. Под ними необходимо оставить свободное пространство для циркуляции воздуха и естественного охлаждения батарей.
Производством солнечных батарей на Западе занимаются самые известные компании – British Petroleum, Sunware, Siemens и другие. В России в основном этим занимаются частные компании и бывшие предприятия оборонного комплекса.
Солнечные электростанции, хотя и дороги, но благодаря своей долговечности и отсутствию дополнительных затрат быстро окупаются. По расчетам, стоимость отечественного оборудования для небольшого дома мощностью 160 Вт, в зависимости от использования видов электробытовых приборов, составляет от 3183 до 6930$. По мнению специалистов, отечественное оборудование лучше импортных аналогов по сроку службы и стоимости. Например, солнечная электростанция мощностью 3 кВт отечественного производства стоит примерно 17000$, а цена импортного оборудования около 25000$. В последние годы появилось разнообразное дешевое китайское оборудование. Специалисты предупреждают, что китайские панели произведены в большинстве своем из аморфного полупроводника, что делает их недолговечными.
Источник
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