Солнечные батареи для жилья

Солнечные панели как резервный источник питания для квартиры

О целесообразности использования солнечных батарей для загородного дома в отсутствии центрального энергоснабжения и говорить не стоит. Такие системы полностью окупаемы и крайне экономичны, если сравнивать с генераторами, работающими на ископаемом топливе. А как же быть с квартирой? Насколько целесообразны солнечные панели для многоквартирных домов или отдельных квартир? Каковы особенности установки и эксплуатации подобных систем мы попробуем разобрать в этой статье.

Особенности установки и эксплуатации солнечных электростанций в многоквартирных домах

В последние годы стало крайне модно строить «Эко дома», в том числе многоэтажные комплексы с низким потреблением энергии, энергоэкономичным освещением на светодиодных лампах или геотермальном отоплении. Проснулся интерес людей и к солнечной энергии, как возобновляемому и бесконечному источнику электрической энергии. Солнечные электростанции столь часто стали встречаться в пригородах мегаполисов и новостных СМИ, что вероятно не осталось ни одного человека, который хоть краем уха не слышал об этой технологии. Но использование новой технологии в высотных, многоквартирных комплексах подчас таит в себе много ограничений:

• пространство, возможное для установки солнечного массива, как правило, слишком мало в отношении к потреблению энергии на квадратный метр площади здания;
• затенения от рядом стоящих зданий;
• высокая первоначальная стоимость оборудования,

Все это делает невозможным внедрение солнечных систем в уже существующую инфраструктуру. Ведь обосновать каждому жителю многоквартирного дома стоимость внедрения новинки подчас невозможно. Поэтому на практике «солнечные дома» проектируют еще задолго до того, как они буду возведены, подбирая места расположения и инфраструктуру, наиболее удовлетворяющую требованиям систем энергообеспечения. На этапе проектирования инженеры продумают все нюансы, максимально снижая будущие энерго- затраты жильцов. Или солнечные панели устанавливают в домах для обеспечения общих нужд, таких как:

• освещение подъездов и близлежащих территорий;
• питание системы безопасности и связи;
• бесперебойное энергоснабжение электрики котельных и прочие системы общего пользования.

Обосновать такие системы значительно проще, а затраты на их первоначальную установку, как правило ниже и окупаются быстрее, принося пользу каждому жильцу.

Третий вариант применения фотоэлектрических элементов в многоквартирных домах – индивидуальные системы резервного энергоснабжения, установленные жильцами отдельных квартир для собственных нужд. Как правило, проблемы, с которыми сталкиваются владельцы квартир, мечтающие о солнечных электростанциях, имеют самый широкий спектр:

• невозможность установки системы на крыше здания по причине отказа управляющей компании;
• отсутствие окон и соответственно прилегающих стен (иногда балконов) ориентированных на юг;
• затенения от деревьев и близлежащих зданий, и как результат, ограниченные площади для размещения массива солнечных батарей;
• запрет управляющих компаний на монтаж постороннего оборудования на фасад дома;
• прочие ограничения по установке остальных компонентов оборудования.

Но, несмотря на длинный список ограничений, находчивые жильцы многоэтажных домов все же устанавливают резервные системы, лаконично вписывающиеся в дизайн высотных многоэтажек.

Нестандартный дизайн балкона или мини-электростанция в квартире?

Балкон, расположенный на юг и радиотехническое образование владельца этой квартиры предопределили будущее её жильцов. Теперь им не страшны временные отключения или перебои в электросети. А счета за свет будут мелькать меньшими цифрами. Ведь на балконе этой квартиры, вместо привычных ПВХ панелей — стоят солнечные батареи.

Четыре монокристаллические солнечные панели идеально вписались в каркас обычного балкона, заменив не функциональные его элементы. Ориентированные почти строго на юг, они не затенены рядом стоящими домами, и вырабатывают почти максимум возможной энергии. При этом батареи не нарушают общий дизайн здания, не бросаясь в глаза и лаконично сосуществуя с другими элементами дома.

Летом такая система вырабатывает 1.0 -1.5 кВтч в сутки и может обеспечивать энергией небольшой холодильник или энергосберегающее освещение квартиры. Зимой, когда инсоляция в значительной степени падает, система будет выполнять функцию «бесперебойника», при отключении сетевого электричества.

Источник

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