Оборудование дома солнечными батареями расчет

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

Как рассчитать солнечные панели

Солнечные батареи – это отличная альтернатива традиционным источникам энергии, они экологичны и экономичны. Но чтобы гелиоустановки давали требуемый результат, работали бесперебойно, безаварийно и продуктивно, очень важно правильно рассчитать солнечные батареи для дома или квартиры. Для этого учитывают множество показателей, который влияют на производительность солнечных панелей.

Обычно расчет солнечной батареи или электростанции – вопрос индивидуальный. Многое зависит от потребностей, места расположения, климатических условий. Специалисты для расчета солнечных батарей для дома используют специальные алгоритмы и программы-калькуляторы, берут в расчет метеорологические условия (солнечную инсоляцию, температуру, скорость ветра и т.д.). Единого подхода к расчету различных солнечных панелей не существует, но зато есть общие принципы, как это сделать с учетом тех или иных параметров. Ниже мы рассмотрим основные из них и попробуем разобраться, как же все-таки правильно рассчитать солнечные батареи.

Что учитывать при расчете солнечных батарей

Прежде чем рассчитать солнечные панели для дома или квартиры, нужно определиться с задачей. А именно, будут ли использоваться солнечные панели только для резервного питания, как дополнительный источник энергии или полностью должны обеспечить потребности объекта в электрической энергии. Затем надо определить суммарную мощность приборов, которые нуждаются в стабильной и бесперебойной поставке электроэнергии, генерируемой солнечными батареями. Важно запомнить, что существует прямо пропорциональная зависимость потребляемой приборами мощности «на выходе» и продолжительности их работы с увеличением емкости массива АКБ, мощности инверторов и, в конечном итоге, стоимости всей гелиоустановки.

Кроме того, расчет солнечных батарей будет зависеть от того, планируется ли бесперебойно обеспечивать солнечной энергией полностью все приборы и оборудование в доме/квартире либо планируется обеспечение только определенных приборов, например, котлов, насосов, автоматики системы отопления, освещения в местах общего и наиболее частого использования. В первом случае потребитель может не ограничивать себя в комфорте, ведь система будет работать бесперебойно по полной программе. Но и стоить такое удовольствие будет значительно дороже. Во втором случае после определения приоритетности приборов можно добавлять солнечные батареи, исходя из возможностей, уже потраченных средств и полученной целесообразности. Еще важно определиться с типом батарей, площадью, которую они будут занимать, их мощностью. Зная все эти данные, можно приступать к расчетам.

Как проводить непосредственно расчеты солнечных панелей – порядок действий

• Вычисляем необходимую потребителю мощность приборов.

Для начала необходимо рассчитать точное количество приборов, которые нужно обеспечить электроэнергией с учетом энергопотребления каждого из них. Сюда могут входить бытовая техника (холодильник, телевизор, стиральная машина, микроволновка, утюг, электрочайник и другая мелкая бытовая техника), компьютерная техника, системы освещения, бойлеры, котлы, насосы, газонокосилки, снегоуборочная техника и т.п. Для этого либо анализируем и усредняем среднесуточные показатели электросчетчика, либо просто складываем все мощности приборов, которые будут работать при помощи солнечных батарей. Это можно сделать согласно инструкции на приборах или найти информацию по усредненным значениям техники в специальной литературе или интернете.

Если вы решили установить солнечные батареи, при подсчете мощности всех приборов обязательно нужно учесть потери, которые составляют примерно 20%. К примеру, если потребляемая суточная мощность приборов составляет 5 кВт/ч, то общее среднесуточное потребление с учетом потерь составит: 5 х 1,2 = 6 (кВт/ч). Такой запас энергии понадобится нам в сутки для бесперебойной работы всех приборов.

• Рассчитываем необходимую емкость аккумулятора солнечных панелей.

Это можно изобразить такой упрощенной формулой с условными обозначениями: Е = М/Н, где Е – емкость АКБ солнечных панелей, М – потребляемая приборами мощность, Н – напряжение сети. В нашем примере при напряжении 12В получим:

Е = 6кВт/12В = 500 (А/ч).

• Выясняем коэффициент инсоляции или месячный уровень радиации, который зависит от региона/города проживания. Это открытая информация, которую несложно найти в интернете и справочниках. К примеру, в Харькове среднегодовой коэффициент уровня радиации составляет 3,49 кВт/ч/м 2 , минимальное его значение в декабре – 0,93 кВт/ч/м 2 /день, а максимальное в июне – 5,89 кВт/ч/м 2 /день. А в Одессе среднегодовой показатель – 3,41 кВт/ч/м 2 , минимум в декабре – 0,87 кВт/ч/м 2 /день, максимум в июле – 6,39 кВт/ч/м 2 /день.

• Рассчитываем дневную производительность выбранной солнечной батареи.

Чтобы рассчитать, сколько солнечных батарей нужно для дома или квартиры, используем формулу: П = К х S x КПД, где П – производительность одной батареи, К – коэффициент инсоляции (уровня радиации), S – площадь одной батареи, КПД – эффективность батареи в процентах. Рассмотрим на практике. К примеру, для батареи мощностью 250 Вт, площадью 2 м 2 и с эффективностью (КПД) 15% мы получим:

Среднесуточная производительность, Харьков:

годовая: 3,49 кВт/ч/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 1,047 кВт;

мах: 5,89 кВт/ч/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 1,767 кВт;

мin: 0,93 кВт/ч/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 0,279 кВт.

Среднесуточная производительность, Одесса:

годовая: 3,41 кВт/ч/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 1,023 кВт;

мах: 6,39 кВт/ч/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 1,917 кВт;

мin: 0,87 кВт/ч/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 0,261 кВт.

• Рассчитываем необходимое количество солнечных панелей.

Это можно сделать по следующей формуле: С = М/П, С – необходимое количество солнечных панелей, М – потребляемая приборами мощность (ее мы уже определили выше), а П – производительность одной солнечной батареи.

В наших примерах получим:

Для Харькова:

мах: 6 кВт/ч / 1,767 кВт = 3 батареи

мin: 6 кВт/ч / 0, 279 кВт = 22 батареи

Для Одессы:

мах: 6 кВт/ч / 1,917 кВт = 3 батареи

мin: 6 кВт/ч / 0, 261 кВт = 23 батареи

Что еще учесть при расчете солнечных панелей

Еще учитывайте, что приведенные выше алгоритмы – это приблизительный вариант, дающий в общих чертах понимание, как рассчитать солнечные панели для дома. При более детальных расчетах учитываются и другие уточняющие коэффициенты, угол наклона батарей, их месторасположение и пр. Кроме того, вы должны помнить, что рассчитанная мощность может вами корректироваться в зависимости от потребностей – если они вырастут, количество электроэнергии легко увеличить, добавив N-е количество солнечный батарей. Но только после соответствующих расчетов, которые предпочтительно уточнить у специалистов.

И еще один момент. На этапе подготовки к расчету солнечной установки, необходимо знать потребности в электроэнергии конкретного потребителя, технические нормы и требования законодательства, текущий проект дома, квартиры или объекта, где планируется установка гелиосистемы. Если вы планируете использовать генерируемую солнечными панелями энергию не только для собственных нужд домохозяйства/предприятия, но и для продажи излишков электроэнергии, учитывайте требования к солнечным установкам согласно Зеленому тарифу и договору с поставщиком электроэнергии (РЭС).

Видео

Источник