Панели для солнечного освещения

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

Уличное освещение на солнечных батареях

Обновлено: 23 февраля 2021

Автономное солнечное освещение на улице: плюсы и минусы

При всей своей необходимости, уличное освещение — весьма затратная статья. Даже на участке частного дома оплата электроэнергии, использованной на наружное освещение, составляет заметную сумму, а если оценить расходы в масштабах города, то величина расходов возрастает в сотни раз.

Вариантов снижения затрат найдено немало. Один из привлекательных вариантов — уличное освещение на солнечных батареях, позволяющее исключить потребление энергии из сетевых источников. Рассмотрим, насколько эта идея способна решить проблему и заменят ли «солнечные» фонари традиционные технологии наружного освещения.

Замысел создать независимую от сетевых источников систему наружного освещения, которое будет само обеспечивать себя электроэнергией, привлекателен и весьма заманчив. Возникает комплекс осветительных приборов, созданный на совершенно иных принципах и создающий новые возможности.

Поскольку соединения с линией электропитания у светильников не имеется, отпадает необходимость в привязке к одному месту. Фонари можно перемещать по мере необходимости, временно устанавливая то в одном, то в другом месте. Значительно упрощается прокладка линий освещения, исчезает необходимость в проведении земляных работ, отпадает потребность в большом количестве дорогостоящего кабеля.

Однако, рассматривая автономную систему освещения, нельзя видеть только положительные стороны от ее использования. Необходимо учесть, что каждый светильник должен обладать собственным комплектом солнечных батарей и накопительной емкостью, позволяющей лампе работать на протяжении всего темного времени суток. Чем оно длительнее, тем мощнее должны быть аккумуляторы и больше площадь фотоэлементов, что усложняет конструкцию и делает ее значительно дороже. В результате может получиться ситуация, когда создание автономной системы окажется значительно дороже, чем монтаж стационарной линии.

Важно! Необходимо сначала собрать максимально полную информацию о качествах и стоимости оборудования, произвести тщательный расчет, и только после этого принимать решения.

Назначение

Автономное освещение на солнечных батареях предназначено для обеспечения нормальной видимости на улицах города или на участках частных домов в темное время суток. В отличие от стационарных фонарей, уличные фонари на солнечных батареях для освещения улиц требуют определенного времени на зарядку аккумуляторов, которая производится в светлое время суток. Как правило, освещение в такие часы не требуется, поэтому оборудование имеет возможность восстановить истраченный за ночь запас энергии.

Подобные комплексы могут выполнять разные функции:

• освещение автомобильных или пешеходных дорог;
• уличные фонари на солнечных батареях для дачи или загородного дома;
• подсветка территории промышленных предприятий, складов;
• осветительные приборы для подсветки лестниц, переходов, перил или парапетов, других сооружений и ограждений;
• ландшафтная подсветка.

Возможны и другие места установки фонарей для решения различных задач. Главной особенностью подобных систем является универсальность, возможность перемещения или изменения конфигурации приборов. Поскольку функции у них одинаковы, то выполняемые задачи могут быть самыми разнообразными, на режим работы приборов это практически не повлияет.

Эффективность

Стационарные фонари устанавливаются с расчетом стабильности и неизменности окружающей обстановки. Если будет произведен перенос каких-либо зданий, изменение конфигурации построек, появятся пристрои и прочие дополнительные сооружения, режим работы светильника может полностью измениться, что потребует переноса фонаря. Это означает необходимость земляных работ, новое подключение, монтаж и т.д.

Автономные солнечные уличные светильники могут быть перемещены намного проще и быстрее. Кроме того, их можно настроить, разворачивая или направляя в наиболее удобном направлении.

Поток свети от автономных светильников, как правило, значительно меньше, чем от стационарных фонарей. Это вызвано тем, что лампа на солнечной батарее использует ресурсы, накопленные собственным аккумулятором. Его емкость ограничена, что вызывает необходимость расходовать запасы экономно. Поэтому использование автономных фонарей, как правило, ограничивается обслуживанием локальных площадок или декоративно-вспомогательным оформлением территории.

Емкость аккумуляторов не позволяет обеспечить длительную работу, но разработаны светильники с датчиками движения, включающиеся только при возникновении необходимости, а в режиме ожидания энергия не расходуется.

Достоинства

Достоинствами автономных светильников принято считать:

• независимость от сетевых ресурсов, перебоев или внезапных отключений, общего состояния энергосистемы;
• отсутствие необходимости стационарной установки, возможность быстрой и легкой перестройки всей системы;
• компактность, малые размеры светильников;
• простота перемещения, возможность быстрой доставки фонарей в любую точку без использования спецтехники;
• большинство светильников выполняют параллельно декоративную функцию, украшая участок или точку установки;
• есть возможность настройки времени включения и отключения каждого фонаря по отдельности;
• монтаж выполняется очень просто и не требует привлечения высокооплачиваемых специалистов.

Кроме этих важных и полезных достоинств, необходимо упомянуть один из наиболее важных плюсов — полная безопасность. Падение столба, обрыв проводов или иные происшествия со стационарными фонарями способны создать массу проблем и причинить увечья людям. Провод под напряжением, упавший на землю, является весьма коварной ловушкой для пешехода. При использовании светильников на солнечных батареях об этих опасностях можно забыть.

Недостатки

Недостатками автономных светильников следует считать:

• зависимость работы фотоэлементов от времени суток, погодных условий и положение панелей;
• продолжительность работы зависит от емкости аккумуляторов и величины заряда;
• нет возможности освещать большие площади или выдавать большую яркость свечения в течение длительного времени;
• установку таких светильников надо производить на хорошо освещенных участках;
• в морозы аккумуляторы резко снижают работоспособность;
• компактность и мобильность автономных фонарей делает их легкой добычей для злоумышленников.

Для устранения некоторых недостатков можно использовать модуль солнечных батарей. Увеличить время работы и яркость свечения поможет более мощный внешний аккумулятор, но все эти дополнения резко снижают мобильность и требуют проводного соединения всех светильников в единую систему. Это не всегда удобно, особенно, если они располагаются по сторонам от дорожек, лестниц или переходов.

Знание недостатков автономных светильников помогает заранее предусмотреть возможные проблемы и более удачно разместить фонари на территории участка.

Устройство светильника на солнечных батареях

Все уличные светильники на солнечных батареях, для дачи или для освещения городских улиц, имеют единую комплектацию. Независимо от формы, размеров, типа установки они состоят из следующих элементов:

В продаже имеется большое количество светильников подобной конструкции. Все они имеют разные параметры, мощность, уровень яркости и прочие особенности. При этом, фонари для наружной подсветки имеют общую особенность — они не работают напрямую, как это делают часы или калькуляторы, поскольку уличное освещение используется в темное время суток, когда источника энергии на небе нет. Поэтому основным показателем качества фонаря будет емкость аккумулятора и ориентировочное время расходования заряда.

Необходимо обращать внимание на тип фотоэлементов. Наиболее эффективны монокристаллические панели (черного цвета с ячеистой структурой плоскости). Несколько хуже поликристаллические фотоэлементы синего цвета, а самыми слабыми в техническом отношении считаются пленочные панели.

Принцип действия

Фотоэлектрические элементы в светлое время суток принимают поток солнечного света и вырабатывают определенное количество энергии, соответствующее типу конструкции панелей. Эта энергия передается аккумуляторной батарее, которая накапливает ее до полного заряда свей емкости. Если погода пасмурная, зарядка все равно будет происходить, так как некоторое количество энергии панели в любом случае отдадут, но полностью зарядить аккумулятор не удастся. Это сократит время работы фонаря в ночное время.

За количеством энергии и величиной заряда следит контроллер, он же производит перевод системы из режима зарядки в состояние расходования энергии.

При наступлении сумерек срабатывает датчик, переключающий систему в рабочий режим. Энергия аккумулятора передается на инвертор, который преобразует ее в напряжение со стандартными параметрами, после чего оно подается на лампы. Их работа будет продолжаться либо до момента получения сигнала от датчика освещенности на рассвете, либо до полного разряда аккумулятора и прекращения подачи питания.

Существуют конструкции, которые работают по упрощенной схеме. Аккумуляторы накапливают энергию, которую отдают на светильник в том же виде. Это возможно для ламп, работающих на постоянном токе. Стоимость таких фонарей меньше, так как отсутствует большая часть аппаратуры, однако, работоспособность и длительность свечения весьма коротки.

Обратите внимание! Пользователи отмечают, что большинство туристических фонарей не способны заряжаться от солнечного света и нуждаются в подзарядке от сети.

Использование на дорогах

Осветительные системы на солнечных батареях, работающие на автомобильных дорогах, используют полноценную схему приема, накопления и преобразования энергии. Они устанавливаются на высокие опоры, позволяющие решить одновременно несколько задач:

• обеспечение оптимального положения солнечных панелей для приема максимального количества энергии;
• высокое расположение светильников способствует более широкому охвату площади;
• аппаратура находится в недоступности для вандалов и злоумышленников.

Состав комплекта осветительного оборудования на солнечных батареях ничем не отличается от обычного набора устройств:

• фотоэлектрическая панель;
• аккумулятор, контроллер и преобразователь, размещенные в шкафу с аппаратурой;
• лампа (как правило, светодиодная конструкция);
• кронштейны, соединительные провода.

Система уличного освещения не допускает отказов или отсутствия света по каким-либо причинам. Поэтому качество аппаратуры, емкость аккумуляторов и прочие параметры оборудования подбираются с таким расчетом, чтобы гарантированно обеспечить ответственную часть дороги нормативным потоком света. Для этого требуется солидный запас мощности на случай многодневной пасмурной погоды. Излишки энергии, накопленные в солнечные дни, сбрасываются в сеть или направляются на питание киосков, расположенных поблизости.

Подсветка пешеходных переходов

В темное время суток, особенно в межсезонье, когда видимость на дорогах резко снижается, необходима качественная подсветка пешеходных переходов. Эффективным способом подсветки является использование автоматических светильников на солнечных батареях. Они зажигаются по сигналу от датчика движения и горят, пока человек не перейдет на другую сторону. Состав комплекта обычный, дополненный устройством контроля движения и реле, обеспечивающим работу светильника в течение нужного для перехода отрезка времени.

Выбор фонарей для уличного освещения

Количество осветительных приборов автономного действия на прилавках магазинов нередко ставит в тупик. Солнечные лампы, предлагающиеся пользователям, имеют различные параметры, размеры, уровень мощности и прочие особенности. Выбрать оптимальный вариант довольно сложно, тем более, что в продаже немало изделий из стран Юго-Восточной Азии, полагаться на качество и соответствие заявленным характеристикам которых рискованно. Рассмотрим наиболее важные показатели, на которые следует обращать внимание в первую очередь:

Мощность

Значение мощности светильника в значительной степени зависит от его конструкции. Большинство пользователей неплохо ориентируется в параметрах ламп накаливания, но наиболее эффективные светодиодные конструкции имеют совсем другие показатели.

Например, светодиодная лампочка 6 Вт соответствует по уровню освещенности лампе накаливания 60 Вт. Это надо учитывать, иначе можно приобрести устройство избыточной мощности, или, наоборот, тусклое и не способное справиться с поставленной задачей.

Если появляются сомнения, следует уточнить степень яркости у продавца.

Класс защиты и материал корпуса

Светильники на солнечных батареях для дачи, участка частного дома или коттеджа, других мест установки, имеют одну общую особенность — они работают в условиях улицы. Для того, чтобы обеспечить должную работоспособность и долговечность, светильник должен быть защищен от внешних воздействий. Необходимо выбирать фонари в прочных и герметичных корпусах из надежного и стойкого материала. Оптимальный вариант — алюминий или ударопрочный пластик.

Уровень защиты светильника маркируется обозначением типа IP44. Цифры могут быть разными, но не меньше 44. Первая цифра обозначает условную величину частиц мусора или пыли, вторая — степень герметичности и устойчивости к воздействию влаги.

Вид и способ монтажа

Способ монтажа светильника определяет его возможности — площадь освещения, степень приема солнечных лучей и т.п. Существуют разные варианты:

1. Грунтовый монтаж. Как правило, это уличные светильники для загородного дома на солнечных батареях, которые устанавливаются вдоль дорожек, возле лестниц, входов или иных местах, требующих подсветки. Для установки чаще всего используется штырь, прикрепленный к стойке фонаря, который просто втыкают в почву.
2. Настенный монтаж. Установка на вертикальные поверхности, стены, деревья, заборы и т.п.
3. Подвесные модели. Вариантов установки масса, любые балки, сучья, горизонтальные перекладины.
4. Встраиваемые конструкции. Они устанавливаются так, чтобы плоский плафон составлял единую плоскость с опорной конструкцией. Применяются для освещения ступенек, парапетов, опор столбов и т.д.
5. Декоративные светильники. Украшают и оформляют ландшафт участка.

Оптимальный вариант каждый выбирает исходя из собственных предпочтений, возможностей и необходимости.

Источник