Солнечные батарейки для дома


Солнечные батареи: особенности использования панелей для частного дома

В последнее время отмечается необыкновенный рост популярности альтернативных источников энергии. И если несколько лет назад покупка солнечных батарей для частного дома считалась неведанной роскошью, то сегодня такие конструкции появляются на многих загородных домах и коттеджах. С точки зрения экономичности, надежности и простоты обслуживания солнечные панели являются весьма выгодным решением.

Причина популярности солнечных панелей для частного дома очевидна и заключается в возможности снизить расходы на электроэнергию и обеспечить помещение экологически чистым источником жизнеобеспечения. Однако нужно знать, как правильно обустроить такую систему и сколько это будет стоить.

Применение энергии солнца для добычи электричества не считается чем-то инновационным. В течение нескольких десятилетий жители европейских стран, Америки и Австралии активно использовали тепло для восполнения своих ежедневных потребностей в электроэнергии. Однако в северных регионах, где солнечная активность не такая высокая, как на юге, панели не обрели широкой популярности. Из-за этого в такой местности установка батарей считается дополнительным или запасным вариантом энергообеспечения.

Принцип добычи энергии из солнечного света основан на взаимодействии ультрафиолетовых лучей с коллекторами или батареями. Установка аккумулирует солнечную энергию, а затем поставляет ее напрямую к бытовым приборам.

Сама конструкция солнечной панели выглядит незамысловато. Ключевой деталью батареи являются фотоэлемент на одной стороне и фиксирующий механизм на другой. Если владеть определенными навыками и знаниями, тогда изготовить такое оборудование можно своими руками. Однако гораздо проще и удобнее приобрести готовый элемент в магазине, тем более выбор моделей и предложений очень обширный.

Чтобы достичь максимальных показателей КПД, панели размещаются на динамических механизмах, которые похожи на систему слежения (они способны поворачиваться вслед за направлением солнечных лучей). Преобразование солнечной энергии в электрическую осуществляется в специальных трубках, которые расположены внутри конструкции.

Что касается гелиосистем, то, в отличие от обычных солнечных панелей, которые способны аккумулировать электроэнергию, эти установки только нагревают теплоноситель. Зачастую их используют для обустройства автономного отопления в загородных домах и коттеджах.

Плюсы и минусы

Если в недалеком прошлом солнечная электроэнергия упоминалась только в футуристических фильмах и считалась чем-то нереальным, то сегодня она активно внедряется при обустройстве источников жизнеобеспечения для частного дома. Солнечные батареи характеризуются массой плюсов, которые делают их востребованными и продаваемыми. Среди самых важных преимуществ:

  1. Полная экологичность. Солнечная энергия считается безопасной как для людей, так и для окружающей среды. Она является наиболее чистым источником тепла, который не выбрасывает вредных веществ в атмосферу, не вредит природе и жильцам дома.
  2. Автономность и независимость от тарифов на электроэнергию или экономических изменений в государстве.
  3. Общедоступность. Для монтажа панелей на крыше собственного дома не нужно получать каких-либо разрешений или оформлять многочисленные документы.
  4. Экономичность. Если в помещении обустроена традиционная система отопления, монтаж солнечных панелей может стать хорошим способом снизить расходы на обогрев и горячее водоснабжение.

Однако кроме плюсов у таких источников энергии есть и минусы. К ним относится высокая стоимость оборудования, монтажных работ и технического обслуживания системы. Чтобы определить эффективность работы панелей, нужно следить за ними в течение 3 лет (при условии, что солнечная энергия вырабатывается активно и постоянно).

Владельцы таких конструкций становятся зависимыми от географического расположения и погодных условий, ведь чем меньше солнечной активности замечается в их регионе, тем ниже будет КПД оборудования. При использовании панелей необходимо заранее обустраивать резервные источники энергии, например, газовые или твердотопливные котлы. В качестве хорошей альтернативы может использоваться гелиосистема.

Для достижения высокой продуктивности работы важно постоянно следить за исправностью коллекторов, чистить их от технического мусора, а также избегать появления наледи в период сильных морозов. Если система устанавливается в регионах с высокой вероятностью ночных морозов, ее нужно дополнительно защищать от холода.

Основные типы

Перед тем как отправиться за покупкой панелей и установить их на крыше своего дома, нужно тщательно разобраться в рабочих характеристиках, принципе работы и других особенностях оборудования. С технической точки зрения панель представляет собой фотоэлектрическую систему электроснабжения, которая преобразовывает солнечные лучи в источник электроэнергии и работает по принципу физического закона фотоэффекта.

В течение двух столетий ученые работали над усовершенствованием подобных установок, поэтому современные батареи демонстрируют отличные результаты и являются высокопродуктивными. Показатели КПД новых панелей варьируются в диапазоне от 1 до 46%. Более того, на рынке представлены десятки моделей подобного оборудования, которые отличаются не только своими техническими характеристиками, но и эффективностью работы и преимуществами. В настоящее время все типы солнечных систем, доступных на рынке, относятся к трем группам:

  1. Первая категория включает в себя установки, которые работают автономно и без взаимодействия с централизованной электрической сетью. Работа таких панелей базируется в собственном контуре, что позволяет запускать прямое электропитание бытовых приборов. Встроенные аккумуляторы способны накапливать энергию на долгое время, что необходимо для восстановления электроснабжения при падении интенсивности солнечного света или превышении потребляемой мощности выше допустимого уровня.
  2. Вторая группа солнечных панелей состоит из открытых ФСЭ. В конструкции таких систем не предусмотрены аккумуляторы, при этом они зависимы от общей сети электропитания. Если уровень потребляемой мощности не превышает значение вырабатываемой, тогда основная сеть отсоединяется. В противном случае ФСЭ отключится, а электроэнергия будет поставляться основной сетью. Представители второй категории характеризуются максимальной надежностью, дешевизной и доступностью.
  3. К третьей категории солнечных батарей относятся комбинированные системы. Они совмещают в себе свойства двух предыдущих типов, что гарантирует высокий показатель КПД и открывает дополнительное свойство — оставшаяся энергия, которая вырабатывается или накапливается панелью, передается в основную сеть и может использоваться для коммерческих целей.

Обустройство отопления

Не секрет, что современные солнечные батареи для дома могут использоваться не только для питания бытовых приборов, но и для обустройства автономной отопительной системы. Чтобы воплотить такой замысел в реальную жизнь, нужно собрать специальную конструкцию с накопительным баком, где будет осуществляться нагрев теплоносителя. Как только жидкость прогреется до определенных показателей, она начнет циркулировать по трубам, выполняя обогрев помещения. Для обустройства системы отопления можно использовать три типа панелей:

  1. Монокристаллические. Они представляют собой тонкие пластины из чистого кремния, которые создаются из специального кристалла. Показатели КПД таких конструкций достигают 17—18%, а лучшей температурой для работы считается диапазон от 5 до 25 °C.
  2. Поликристаллические. В качестве материала изготовления используются специальные пластины, созданные посредством охлаждения кремниевого расплава. Создаются такие панели по немного упрощенной технологии, но их КПД составляет всего лишь 12%.
  3. Аморфные. Второе название — пленочные. Такие панели изготавливаются с помощью испарительной фазы, в результате чего конденсат кремния оседает на полимерной гибкой основе, превращая конструкцию в фотоэлемент. Из-за невысокой стоимости аморфные модели пользуются широким спросом, однако показатели их производительности не превышают 7%.

При обустройстве отопительной системы в северном регионе желательно использовать монокристаллические системы. И хоть их цену нельзя назвать маленькой, она оправдывается лучшей продуктивностью работы и долговечностью.

Внешние элементы эффективно поглощают ультрафиолетовые лучи, а затем концентрируют высвобожденную энергию в специальный носитель. Один монокристаллический элемент способен аккумулировать около 100—250 Вт энергии, а целая панель, занимающая площадь 25—30 квадратных метров, свободно обслуживает целый жилой домик. Если задача заключается в подготовке системы отопления, то энергии нужно в 2—3 раза больше.

В качестве преобразователя постоянного тока может использоваться инвертор, ведь отопительное оборудование и все бытовые приборы функционируют только от переменного тока.

Эффективность использования

Чтобы не задумываться над тем, оправдывает ли себя покупка панелей для дома, желательно сразу составить оптимальную схему расположения таких конструкций и выбрать наиболее подходящий тип, руководствуясь географическими условиями, финансовыми возможностями и другими критериями выбора. Если на крыше уже имеется продуктивная панель с генератором, которая отлично обслуживает бытовые приборы и решает задачу горячего водоснабжения, то нет смысла тратить много средств на покупку еще одной такой системы.

Вместо этого можно обойтись доступными фотоэлектрическими преобразователями, например, кремниевыми панелями с показателем КПД до 23—25%. К установке дополнительно подключается отопительный прибор, как правило, котел с распределительной разводкой.

Правильная организация солнечной системы в частном доме — залог быстрого и доступного восполнения потребительских нужд в отоплении и горячем водоснабжении. В большинстве случаев об успешном монтаже батарей можно узнать по внешнему виду кровельной конструкции — она будет полностью заполнена панелями. Более того, порой приходится возводить дополнительно стоящие конструкции, ведь площади кровли может не хватить.

Проведение расчетов и обзор факторов

К сожалению, даже самые тщательные математические расчеты не дают возможности точно определить количество требуемой энергии и схему монтажа системы. На эффективность работы подобного оборудования могут влиять разные препятствия и факторы. Среди них:

  1. Погодные условия. Точное число солнечных дней в году неизвестно, ведь даже в самых южных районах встречается затяжная пасмурная погода. На севере предугадать такой фактор вообще невозможно.
  2. Нерегулярность получения электричества. В зимнюю пору продолжительность светового дня в северных районах очень короткая. Это значит, что существенный процент выработанной энергии уходит на освещение. Да и солнечная активность в такой промежуток времени совсем незначительная.
  3. Временные сбои в работе и поломки. К сожалению, как и любые другие технические устройства, солнечные панели могут выходить из строя и терять свой рабочий потенциал. Объясняется это повреждением отдельных деталей, контактов и защитных поверхностей.

Учитывая такие факторы, можно сказать, что определить эффективность солнечных панелей для дома можно только через какой-то промежуток времени. В идеале он занимает один год, но на практике — не меньше трех. Перед тем как решиться на покупку такого оборудования, нужно тщательно взвесить все за и против, проконсультироваться с экспертом, а также оценить рентабельность своего решения.

220v.guru

Выгоден ли частный дом на солнечных батареях

Одним из преимуществ собственного дома является возможность его модификации. В том числе и источниками альтернативной энергии. Солнечные батареи для частного дома – наилучший на данный момент способ обеспечить себя экологичным электричеством.

С чего начать

Подсчет затрат электроэнергии. Для установления необходимой мощности системы солнечных панелей, нужно подсчитать, сколько электричества вы расходуете. Очень многое в этом вопросе зависит от того, используется ли частный дом постоянно или только как дача в определенные сезоны года. Для подсчета возьмите квитанции по оплате за электроэнергию за год и установите общее количество киловатт, затраченных за этот период, затем разделите на 12 (количество месяцев) – вы получите среднемесячный расход электроэнергии.

Расчет среднемесячного расхода потребляемого электричества

Как показывает опыт и отзывы реальных потребителей, в средней полосе России полученный результат необходимо умножить на коэффициент 16, чтобы получить необходимую мощность батарей в Ваттах.

Рассмотрим пример. За год вы потратили 1625 кВт, делим эту цифру на 12 месяцев и умножаем на коэффициент 16 – получается, 2166 Ватт. Т.е. система солнечных батарей будет обеспечивать такой дом, если ее мощность будет не менее 2200 Ватт/час

Где крепить?

Крыша. Закрепление солнечных батарей на крыше – очевидное, но не всегда лучшее решение для частного дома. Направленный на юг скат крыши действительно обеспечивает наилучший результат из стационарных способов крепления солнечных батарей, но на этом варианты не ограничиваются.

При таком закреплении скат крыши должен быть на ЮГ

Стены. Если стена «смотрит» на юг – она отлично подходит для размещения на ней солнечных батарей. Понаблюдайте, не падает ли на стену тень от деревьев, хозяйственных построек, забора, иных объектов. Не размещайте солнечные панели в этих местах.

Желательно также использовать южную стену

Не стоит ставить панели на восточной или западной стенах. Таким образом, в самый интенсивный период светового дня вы будете получать на свои панели только косые лучи, что значительно снижает эффективность системы

Свободное размещение. Самый эффективный вариант размещения солнечных батарей, но требует свободной площади во дворе. При свободном размещении солнечных батарей в частном доме их можно закреплять на шарнирах и таким образом, направляя их поверхность к солнцу под 90°.

Такое расположение батарей позволяет получить от них максимум мощности

Что входит в систему

Солнечные панели. О том, как их собрать, мы писали в этой статье (откроется в новом окне). Вы можете купить готовый комплект солнечных батарей для дома, но для экономии средств можно приобрести поликристаллические фотоэлементы и собрать солнечные батареи для своего дома своими руками.

Инвертор. Солнечные батареи вырабатывают постоянный ток, близкий к 12 или 24 вольтам (в зависимости от подключения), инвертор преобразует его в переменный 220 В и 50 Гц, от которого можно питать все бытовые приборы.

Аккумулятор. Даже их система. Солнечная энергия вырабатывается не постоянно. В пиковые часы её может быть переизбыток, а с наступлением сумерек её выработка прекращается вовсе. Аккумуляторы накапливают электричество в течении светового дня и отдают его вечером/ночью. Как выбирать аккумулятор для солнечной электростанции написано в этой статье (откроется в новом окне).

Важно знать. Не рекомендуется использовать для этих целей обычные автомобильные аккумуляторы – они приходят в негодность за 2-3 года эксплуатации (на такой срок службы они и рассчитаны)

Контроллер. Обеспечивает полный заряд аккумуляторной батареи и защищает её от перезарядки и закипания. О том, какой контроллер выбрать мы писали в этой статье (откроется в новом окне).

Выгодны ли солнечные батареи для частного дома

В западных странах мода на солнечную энергетику продиктована больше заботой об экологии, чем поиском экономической выгоды. У нас реалии несколько иные.

При сохранении нынешних цен на поставляемое электричество, система из солнечных батарей, собранная своими руками для одного частного дома и семьи из 4 х человек, полностью окупается за 4-5 лет. При этом срок службы фотоэлементов – составляет 20-25 лет, а вот аккумуляторы придется менять через 5-7 лет в зависимости от качества батарей.

Пока нигде в мире (и Россия не исключение) не наблюдается снижения цен на поставляемое электричество, поэтому за срок службы фотоэлементов в солнечной панели, система успеет окупиться как минимум 4-5 раз.

Видео. Как рассчитать необходимое количество солнечных батарей для дома

В ролике наглядно показан порядок расчета площади солнечных батарей для частного дома. Полезно для тех, кто хочет учесть все расходы на сооружение системы автономного солнечного электроснабжения уже на этапе планирования.

Подбираем аккумулятор для солнечной электростанции Реальное применение тонкопленочных солнечных батарей Фотомануал: солнечная батарея своими руками шаг за шагом Виды садовых светильников и фонарей на солнечных батареях, как и где использовать.

electricadom.com

Солнечные батареи для дачи и дома: принцип работы и устройство

Наука подарила нам время, когда технология использования энергии солнца стала общедоступной. Заполучить солнечные батареи для дома имеет возможность всякий собственник. Дачники не отстают в этом вопросе. Они чаще оказываются вдали от централизованных источников устойчивого электроснабжения.

Познание устройства, принципов работы и расчета рабочих узлов гелиосистемы приближает реальность обеспечения своего участка природным электричеством.

Устройство и действие солнечной батареи

Когда-то пытливые умы открыли для нас природные вещества, вырабатывающие под воздействием частиц света солнца, фотонов, электрическую энергию. Процесс назвали фотоэлектрическим эффектом. Ученые научились управлять микрофизическим явлением. На основе полупроводниковых материалов они создали компактные электронные приборы – фотоэлементы.

Производители освоили технологию объединения миниатюрных преобразователей в эффективные гелиопанели. КПД панельных солнечных модулей из кремния широко производимых промышленностью 18-22%.

Из описания схемы наглядно видно: все комплектующие элементы электростанции одинаково важны – от их грамотного подбора зависит согласованная работа системы (+)

Из модулей собирается солнечная батарея. Она является конечным пунктом путешествия фотонов от Солнца до Земли. Отсюда эти составляющие светового излучения продолжают свой путь уже внутри электрической цепи как частицы постоянного тока.

Они распределяются по аккумуляторам, либо подвергаются трансформации в заряды переменного электротока напряжением 220 вольт, питающего всевозможные домашние технические устройства.

Солнечная батарея представляет собой комплекс последовательно соединенных полупроводниковых устройств — фотоэлементов, преобразующих солнечную энергию в электрическую

Виды солнечных модулей-панелей

Гелиопанели-модули собираются из солнечных элементов, иначе – фотоэлектрических преобразователей. Массовое применение нашли ФЭП двух видов. Они отличаются используемыми для их изготовления разновидностями полупроводника из кремния, это:

  • Поликристаллические. Это солнечные элементы, изготовленные из кремниевого расплава путем длительного охлаждения. Несложный метод производства обуславливает доступность цены, но производительность поликристаллического варианта не превышает 12%.
  • Монокристаллические. Это элементы, полученные в результате нарезки на тонкие пластины искусственно выращенного кремниевого кристалла. Самый продуктивный и дорогой вариант. Средний КПД в районе 17 %, можно найти монокристаллические фотоэлементы с более высокой производительностью.

Поликристаллические солнечные элементы плоской квадратной формы с неоднородной поверхностью. Монокристаллические выглядят как тонкие однородной поверхностной структуры квадраты со срезанными углами (псевдоквадраты).

Так выглядят ФЭП – фотоэлектрические преобразователи: характеристики солнечного модуля не зависят от разновидности применяемых элементов – это влияет лишь на размеры и цену

Панели первого исполнения при одинаковой мощности больше размером, чем вторые из-за меньшей эффективности (18% против 22%). Но процентов, в среднем, на десять дешевле и пользуются преимущественным спросом.

Схема работы солнечного электроснабжения

Когда проводишь взглядом по загадочно звучащим названиям узлов, входящих в состав системы питания солнечным светом, приходит мысль о супертехнической сложности устройства. На микроуровне жизни фотона это так. А наглядно общая схема электрической цепи и принцип ее действия выглядят очень даже просто. От светила небесного до «лампочки Ильича» всего четыре шага.

Солнечные модули – первая составляющая электростанции. Это тонкие прямоугольные панели, собранные из определенного числа стандартных пластин-фотоэлементов. Производители делают фотопанели различными по электрической мощности и напряжению, кратному 12 вольтам.

Устройства плоской формы удобно располагаются на открытых для прямых лучей поверхностях. Модульные блоки объединяются при помощи взаимных подключений в гелиобатарею. Задача батареи преобразовывать получаемую энергию солнца, выдавая постоянный ток заданной величины.

Аккумуляторы – известные всем устройства накопления электрического заряда. Их роль внутри системы энергоснабжения от солнца традиционна. Когда домашние потребители подключены к централизованной сети, энергонакопители запасаются электричеством. Они также аккумулируют его излишки, если для обеспечения расходуемой электроприборами мощности достаточно тока солнечного модуля.

Аккумуляторный блок отдает цепи требуемое количество энергии и поддерживает стабильное напряжение, как только потребление в ней возрастает до повышенного значения. То же происходит, например, ночью при неработающих фотопанелях или во время малосолнечной погоды.

Схема энергообеспечения дома с помощью солнечных батарей отличается от вариантов с коллекторами возможностью накапливать энергию в аккумуляторе (+)

Контроллер – электронный посредник между солнечным модулем и аккумуляторами. Его роль регулировать уровень заряда аккумуляторных батарей. Прибор не допускает их закипания от перезарядки или падения электрического потенциала ниже определенной нормы, необходимой для устойчивой работы всей гелиосистемы.

Инвертор – переворачивающий, так дословно объясняется звучание этого слова. Да, ведь на самом деле, этот узел выполняет функцию, когда-то казавшуюся электротехникам фантастикой. Он преобразует постоянный ток солнечного модуля и аккумуляторов в переменный с разностью потенциалов 220 вольт. Именно такое напряжение является рабочим для подавляющей массы бытовых электроустройств.

Поток солнечной энергии пропорционален положению светила: устанавливая модули, хорошо бы предусмотреть регулировку угла наклона в зависимости от времени года

Пиковая нагрузка и среднесуточное энергопотребление

Удовольствие иметь собственную гелиостанцию стоит пока немало. Первая ступень на пути к обладания могуществом энергии солнца – определение оптимальной пиковой нагрузки в киловаттах и рационального среднесуточного энергопотребления в киловатт-часах домашнего или дачного хозяйства.

Пиковая нагрузка создается необходимостью включения сразу нескольких электрических приборов и определяется их максимальной суммарной мощностью с учетом завышенных пусковых характеристик некоторых из них.

Подсчет максимума потребляемой мощности позволяет выявить, жизненно нужна одновременная работа каких электроприборов, а которых не очень. Такому показателю подчиняются мощностные характеристики узлов электростанции, то есть итоговая стоимость устройства.

Суточное энергопотребление электроприбора измеряется произведением его индивидуальной мощности на время, что он проработал от сети (потреблял электроэнергию) в течение суток.

Общее среднесуточное энергопотребление рассчитывается как сумма израсходованной энергии электричества каждым потребителем за суточный период.

Последующий анализ и оптимизация полученных данных о нагрузках и энергопотреблении обеспечат нужную комплектацию и последующую работу солнечной энергосистемы с минимальными затратами (+)

Результат потребления энергии помогает рационально подойти к расходу солнечного электричества. Итог вычислений важен для дальнейшего расчета емкости аккумуляторов. От этого параметра цена аккумуляторного блока, немало стоящего компонента системы, зависит еще больше.

Порядок расчета энергетических показателей

Процесс вычислений в буквальном смысле начинается с горизонтально расположенного, в клеточку, развернутого тетрадного листа. Легкими карандашными линиями из листка получается бланк с тридцатью графами, а строками по количеству домашних электроприборов.

Подготовка к арифметическим расчетам

Первая колонка чертится традиционная – порядковый номер. Второй столбик – наименование электроприбора. Третий – его индивидуальная потребляемая мощность.

Столбцы с четвертого по двадцать седьмой – часы суток от 00 до 24. В них через горизонтальную дробную черту заносятся: — в числитель – время работы прибора в период конкретного часа в десятичном виде (0,0),

— в знаменатель – вновь его индивидуальная потребляемая мощность (это повторение нужно для подсчета часовых нагрузок).

Двадцать восьмая колоночка – суммарное время, которое работает бытовое устройство в течение суток. В двадцать девятую – записывается персональное энергопотребление прибора как результат умножения индивидуальной потребляемой мощности на время работы за суточный период.

Составление развернутой спецификации потребителей с учетом почасовых нагрузок поможет оставить больше привычных приборов, благодаря их рациональному использованию (+)

Тридцатая колонка тоже стандартная – примечание. Она пригодится для промежуточных подсчетов.

Составление спецификации потребителей

Следующий этап расчетов – превращение тетрадного бланка в спецификацию бытовых потребителей электроэнергии. С первой колонкой понятно. Здесь проставляются порядковые номера строк.

Во втором столбике вписываются наименования потребителей энергии. Рекомендуется начинать заполнение электроприборами прихожей. Далее описываются другие помещения против или по часовой стрелке (кому как удобно). Если есть второй (и т.д.) этаж, процедура та же: от лестницы – вкруговую. При этом не надо забывать про приборы на лестничных пролетах и уличное освещение.

Третью графу с указанием мощности напротив названия каждого электрического прибора лучше наполнять попутно со второй.

Столбцы с четвертого по двадцать седьмой соответствуют всякий своему часу суток. Для удобства их сразу можно прочеркнуть горизонтальными линиями посередине строк. Полученные верхние половины строчек – как бы числители, нижние – знаменатели.

Эти столбцы заполняются построчно. Числители выборочно оформляются как временные интервалы десятичного формата (0,0), отражающие время работы данного электроприбора в тот или иной конкретный часовой период. Параллельно там, где проставляются числители, вписываются знаменатели с показателем мощности прибора, взятой из третьей графы.

После того, как все часовые столбцы заполнены, переходят к подсчетам индивидуального суточного рабочего времени электроприборов, двигаясь по строчкам. Результаты фиксируются в соответствующих ячейках двадцать восьмой колоночки.

В случае, когда солнечная электростанция играет вспомогательную роль, чтобы система не работала вхолостую, часть нагрузки можно подключить к ней на постоянное питание (+)

На основе мощности и рабочего времени последовательно вычисляется суточное энергопотребление всех потребителей. Оно отмечается в ячеях двадцать девятого столбика.

Когда все строки и столбики спецификации заполнены, производят расчеты итогов. Складывая пографно мощности из знаменателей часовых столбцов, получают нагрузки каждого часа. Просуммировав сверху вниз индивидуальные суточные энергопотребления двадцать девятой колоночки, находят общее среднесуточное.

Расчет не включает собственное потребление будущей системы. Этот фактор учитывается вспомогательным коэффициентом при последующих итоговых вычислениях.

Анализ и оптимизация полученных данных

Если питание от гелиоэлектростанции планируется как резервное, данные о почасовых потребляемых мощностях и об общем среднесуточном энергопотреблении помогают минимизировать расход дорогого солнечного электричества. Этого добиваются, исключая из пользования энергоемкие потребители до момента восстановления централизованного электроснабжения, особенно в часы максимальных нагрузок.

Если солнечная энергосистема проектируется как источник постоянного электрообеспечения, тогда результаты часовых нагрузок выдвигаются вперед. Важно так распределить потребление электричества в течение суток, чтобы убрать намного преобладающие максимумы и сильно проваливающиеся минимумы.

Исключение пиковой, выравнивание максимальных нагрузок, устранение резких провалов энергопотребления во времени позволяют подобрать наиболее экономичные варианты узлов солнечной системы и обеспечивают стабильную, главное, безаварийную долговременную работу гелиостанции.

График раскроет неравномерность энергопотребления: наша задача – сдвинуть максимумы на время наибольшей активности солнца и уменьшить общий суточный расход, особенно ночной.

Представленный чертеж показывает превращение полученного на основе составленной спецификации нерационального графика в оптимальный. Показатель суточного потребления снижен с 18 до 12 кВт/ч, среднесуточная почасовая нагрузка с 750 до 500 Вт.

Такой же принцип оптимальности пригодится при использовании варианта питания от солнца в качестве резервного. Излишне тратиться на увеличение мощности солнечных модулей и аккумуляторных батарей ради некоторого временного неудобства, возможно не стоит.

Подбор узлов гелиоэлектростанции

Для упрощения расчетов будет рассматриваться версия применения солнечной батареи как основного для дачи источника электрической энергии. Потребителем выступит условный дачный домик в Рязанской области, где постоянно проживают с марта по сентябрь.

Наглядности рассуждениям придадут практические вычисления, основывающиеся на данных опубликованного выше рационального графика почасового энергопотребления:

  • Общее среднесуточное энергопотребление = 12 000 ватт/час.
  • Средняя нагрузка потребления = 500 ватт.
  • Максимальная нагрузка 1200 ватт.
  • Пиковая нагрузка 1200 х 1,25 = 1500 ватт (+25%).

Значения потребуются в расчетах суммарной емкости солнечных приборов и прочих рабочих параметров.

Определение рабочего напряжения гелиосистемы

Внутреннее рабочее напряжения всякой гелиосистемы основывается на кратности 12 вольтам, как самого распространенного номинала аккумуляторных батарей. Наиболее широко узлы гелиостанций: солнечные модули, контроллеры, инверторы – выпускаются под популярные напряжения 12, 24, 48 вольт.

Более высокое напряжение позволяет использовать питающие провода меньшего сечения – а это повышенная надежность контактов. С другой стороны, вышедшие из строя аккумуляторы сети 12В, можно будет заменять по одному.

В 24-вольтовой сети, рассматривая специфику эксплуатации аккумуляторных батарей, придется производить замену только парами. Сеть 48V потребует смены всех четырех батарей одной ветки. К тому же, при 48 вольтах уже существует опасность поражения электрическим током.

При одинаковой емкости и примерно равной цене следует приобретать аккумуляторы с наибольшей допустимой глубиной разряда и более максимальным током

Главный выбор номинала внутренней разности потенциалов системы связан с мощностными характеристиками выпускаемых современной промышленностью инверторов и должен учитывать величину пиковой нагрузки:

  • от 3 до 6 кВт – 48 вольт,
  • от 1,5 до 3 кВт – равен 24 или 48V,
  • до 1,5 кВт – 12, 24, 48В.

Выбирая между надежностью проводки и неудобством замены аккумуляторов, для нашего примера остановимся на надежности. В последующем будем отталкиваться от рабочего напряжения рассчитываемой системы 24 вольта.

Комплектование батареи солнечными модулями

Формула расчета требуемой от солнечной батареи мощности выглядит так:

Рсм = ( 1000 * Есут ) / ( к * Син )

Где:

  • Рсм = мощность солнечной батареи = суммарная мощность солнечных модулей (панелей, Вт),
  • 1000 = принятая светочувствительность фотоэлектрических преобразователей (кВт/м²)
  • Есут = потребность в суточном энергопотреблении (кВт*ч, в нашем примере = 18),
  • к = сезонный коэффициент, учитывающий все потери (лето = 0,7; зима = 0,5),
  • Син = табличное значение инсоляции (потока солнечной радиации) при оптимальном наклоне панелей (кВт*ч/м²).

Узнать значение инсоляции можно у региональной метеорологической службы. Оптимальный угол наклона солнечных панелей равен значению широты местности:

  • весной и осенью,
  • плюс 15 градусов – зимой,
  • минус 15 градусов – летом.

Рассматриваемая в нашем примере Рязанская область находится на 55-й широте.

Наибольшая мощность солнечных батарей достигается использованием систем слежения, сезонным изменением угла наклона панелей, применением смешанного дифферента модулей

Для взятого времени с марта по сентябрь лучший нерегулируемый наклон солнечной батареи равен летнему углу 40⁰ к поверхности земли. При такой установке модулей усредненная суточная инсоляция Рязани в этот период 4,73. Все цифры есть, выполним расчет:

  • Рсм = 1000 * 12 / ( 0,7 * 4,73 ) ≈ 3 600 ватт.

Если брать за основу солнечной батареи 100-ваттные модули, то потребуется их 36 штук. Будут весить они килограмм 300 и займут площадь размером где-то 5 х 5 м.

Обустройство аккумуляторного энергоблока

Подбирая аккумуляторные батареи нужно руководствоваться постулатами:

  1. НЕ подходят для этой цели обычные автомобильные аккумуляторы. Батареи солнечных электростанций маркируются надписью «SOLAR».
  2. Приобретать аккумуляторы следует только одинаковые по всем параметрам, желательно, из одной заводской партии.
  3. Помещение, где размещается аккумуляторный блок, должно быть теплым. Оптимальная температура, когда батареи выдают полную мощность = 25⁰C. При ее снижении до -5⁰C емкость аккумуляторов уменьшается на 50%.

Если взять для расчета показательный аккумулятор напряжением 12 вольт емкостью 100 ампер/час, несложно подсчитать, целый час он сможет обеспечить энергией потребителей суммарной мощностью 1200 ватт. Но это при полной разрядке, что крайне нежелательно.

Для длительной работы аккумуляторных батарей НЕ рекомендуется снижать их заряд ниже 70%. Предельная цифра = 50%. Принимая за «золотую середину» число 60%, кладем в основу последующих вычислений энергозапас 720 Вт/ч на каждые 100 А*ч емкостной составляющей аккумулятора (1200 Вт/ч х 60%).

Возможно, покупка одного аккумулятора емкостью 200 А*ч обойдется дешевле приобретения двух по 100, да и количество контактных соединений батарей уменьшится

Первоначально устанавливать аккумуляторы необходимо 100% заряженными от стационарного источника тока. Аккумуляторные батареи должны полностью перекрывать нагрузки темного времени суток. Если не повезет с погодой, поддерживать необходимые параметры системы и днем.

Важно учесть, что переизбыток аккумуляторов приведет к их постоянному недозаряду. Это значительно уменьшит срок службы. Наиболее рациональным решением видится укомплектование блока батареями с энергозапасом, достаточным для покрытия одного суточного энергопотребления.

Чтобы узнать требующуюся суммарную емкость батарей, разделим общее суточное энергопотребление 12000 Вт/ч на 720 Вт/ч и умножим на 100 А*ч:

  • 12 000 / 720 * 100 = 2500 А*ч ≈ 1600 А*ч

Итого для нашего примера потребуется 16 аккумуляторов емкостью 100 или 8 по 200 А*ч, подключенных последовательно-параллельно.

Выбор хорошего контроллера

Грамотный подбор контроллера заряда аккумуляторных батарей (АКБ) – задача весьма специфичная. Его входные параметры должны соответствовать выбранным солнечным модулям, а выходное напряжение – внутренней разности потенциалов гелиосистемы (в нашем примере – 24 вольта). Хорошему контроллеру обязательно надлежит обеспечивать:

  1. !!!Многоступенчатый заряд АКБ, кратно расширяющий их срок эффективной службы!!!
  2. Автоматическое взаимное, АКБ и солнечной батареи, подключение-отключение в корреляции с зарядом-разрядом.
  3. Переподключение нагрузки с АКБ на солнечную батарею и наоборот.

Этот небольшой по размерам узел – очень важный компонент.

Если часть потребителей (например, освещение) перевести на прямое питание 12 вольт от контроллера, инвертор понадобится менее мощный, значит более дешевый

От правильного выбора контроллера зависит безаварийная работа дорогостоящего аккумуляторного блока и сбалансированность всей системы.

Подбор инвертора лучшего исполнения

Инвертор выбирается такой мощности, чтобы смог обеспечивать долговременную пиковую нагрузку. Его входное напряжение обязано соответствовать внутренней разности потенциалов гелиосистемы.

Для лучшего варианта подбора рекомендуется внимание обращать на параметры:

  1. Форма и частота выдаваемого переменного тока. Чем больше близки к синусоиде в 50 герц – тем лучше.
  2. КПД устройства. Чем выше 90% — тем замечательней.
  3. Собственное потребление прибора. Должно соизмеряться с общим энергопотреблением системы. Идеально – до 1%.
  4. Способность узла выдерживать кратковременные двухкратные перегрузки.

Наиотличнейшее исполнение – инвертор со встроенной функцией контроллера.

Полезное видео по теме

Видеофильмы наглядно раскроют тему статьи.

Показ установки солнечных батарей на крышу дома своими руками:

Выбор аккумуляторных батарей для гелиосистемы, виды, отличия:

Дачная солнечная электростанция для тех, кто все делает сам:

Рассмотренные пошаговые практические приемы расчетов, основной принцип эффективной работы современной солнечной панельной батареи в составе домашней автономной гелиоэлектростанции помогут хозяевам и большого дома густонаселенного района, и дачного домика в глуши обрести энергетическую суверенность.

sovet-ingenera.com

Солнечные батареи для дома, коттеджа, квартиры, дачи

Современные технологии все больше входят в нашу жизнь. Без них не обходится ни одна сфера производственной деятельности, инновации применяются в домашнем обиходе. Так, все чаще стали пользоваться альтернативными источниками энергии не только в крупных масштабах, но и для бытовых нужд. Никто уже не удивляется, увидев солнечные батареи для дома. И, наверное, многие уже не раз задумывались, как получить бесплатную энергию для индивидуальных нужд, как правильно выбрать такое устройство, оправдывает ли оно себя.

Как устроена и как работает солнечная панель

Сейчас каждый домовладелец может самостоятельно оборудовать для собственного использования автономный источник энергии. Для этого необходима солнечная батарея, которая выработает электроэнергию для частного дома, квартиры, дачного домика и даже для сада.

Солнечные батареи для частного использования – удовольствие не из дешевых. Но со временем их стоимость окупается. Тем более, что цены на системы постоянно падают.

Как работают солнечные панели? Они представляют единую цепь из взаимосвязанных между собой звеньев со структурой, которая позволяет перерабатывать падающий на их поверхность свет солнечных лучей в электроэнергию. Все происходит по принципу фотоэффекта.

Такая установка по преобразованию лучей солнца состоит из нескольких компонентов:

  • Материал-полупроводник. Образован двумя плотно прилегающими материалами, которые имеют различную проводимость. В качестве таких проводников могут использовать кремний (как монокристаллический, так и поликристаллический). В дополнение к ним берутся иные химические соединения, которые помогают достижению необходимых для фотоэффекта свойств. Чтобы добиться перетекания электронов от одного слоя к другому, нужно, чтобы в одной прослойке находилось чрезмерное количество электронов, а в другом их недоставало.
  • Очень тонкая прослойка, располагающаяся между пластами материала-полупроводника. Противостоит перетеканию электронов между прослойками.
  • Источник электрического питания.
  • Контроллер заряда.
  • Аккумулятор, который выполняет функцию накопления и сбережения энергии.
  • Инвертор. Преобразовывает постоянный электроток, который поступает от солнечных батарей, в переменный.
  • Стабилизатор напряжения. Применяется для получения напряжения необходимых диапазонов для системы солнечных батарей.

Работает солнечная батарея для дома по такому принципу: энергия от солнечного света проникает на пластину, которая, разогреваясь, высвобождает электроны. Они в свою очередь передвигаются вдоль проводников, а проводники заряжают аккумуляторы.

Самым серьезным показателем системы считается ее мощность. Ее определяют с учетом напряжения и тока на выходе. Мощность тесно связана с интенсивностью солнечного освещения, которое проникает на панели. Чем больше лучей попадет на панель в течение суток и чем длиннее световой день, тем больше энергии выработают системы.

Зная набор используемых компонентов и устройство, можно самому подключить солнечные батареи для дачи или же солнечные батареи для квартиры.

О преимуществах и недостатках батарей

Преимущество солнечных батарей для дома заключается в следующем:

  • Экологически чистый источник энергии, нет негативного воздействия на природу.
  • Относительная простота в работе.
  • Длительный срок эксплуатации: если относиться бережно, то будут бесперебойно работать десятилетиями.

Из недостатков выделяют такие факторы:

  • Низкий коэффициент полезного действия. Чтобы солнечная батарея для дачи дала нужную электроэнергию для семьи из 3 или 4 человек, которые за месяц потребляют 200 киловатт, то, по средним подсчетам, понадобится установить пластины площадью в 12 м².
  • Медленная окупаемость при достаточной их дороговизне.
  • Для самостоятельной установки солнечных батарей для частного дома нужно хорошо разбираться в сложной сборке и отладке работы. Для их монтажа лучше нанять специалистов.

Все эти моменты нужно учитывать перед тем, как принять решение о приобретении солнечных панелей для своих нужд.

На что еще обратить внимание

Хотите сделать полностью автономный дом с солнечными батареями и пользоваться альтернативным электричеством? Стоит принять во внимание несколько важных факторов, которые и помогут определиться с окончательным решением, принесет ли солнечная батарея тот эффект для вашего частного дома, на который вы рассчитываете.

Характер местности

Прежде всего, стоит учитывать местность, где расположено ваше домовладение. От этого будет зависеть мощность, выдаваемая батареей. Если дом находится в окружении высоких деревьев или многоэтажных зданий, то солнечные панели не смогут работать на полную мощность.

В условиях частичного затенения или неполного освещения лучше функционируют поликристаллические панели, а вот монокристаллические производить энергию не смогут. Потому-то для дачи с наличием приусадебного участка, где растут высокие садовые деревья, брать панель на монокристаллах нецелесообразно.

Климат

Солнце – это тот источник, откуда черпает энергию система солнечных батарей. Поэтому следует учитывать климатические условия региона, в котором расположен дом. А именно, сколько солнечных дней бывает в разное время года.

Количество солнечной энергии называется инсоляцией, вычисляемой по формуле: кВт/м²/количество дней. Эта цифра определяет, какой объем солнечного света попадет на панели, чтобы стать электроэнергией. Большое число означает большое количество полученной энергии от солнечных батарей для дома. Чтобы добиться получения необходимой выходной мощности при низкой инсоляции, понадобится большее покрытие поверхности коттеджа панелями.

Реальная потребность в энергии

Следует рассчитать, сколько энергии необходимо для покрытия всех потребностей. От этой цифры зависит, в какой зоне покрытия вы нуждаетесь. Лучше всего такие исчисления доверить профессионалам.

Если говорить о самых приблизительных цифрах, то получится, что в среднем один дом нуждается в 62 панелях, площадь которых составляет 65 м².

Обслуживание

При приобретении батареи для частного дома нужно быть готовыми к тому, что придется осуществлять ее обслуживание своими силами. Если панели корректно установлены, они прослужат долго, не выходя из строя. Но вот позаботиться об их чистоте предстоит самим владельцам.

Осадки в виде снега, пыльный налет, экскременты птиц, другие загрязнения закрывают доступ солнечного света к панелям. Электроснабжение дома будет при таких условиях значительно снижаться. Для очистки системы применяется полив водой из шланга. Если солнечная батарея для квартиры размещена на балконе, уход в этом случае намного проще, чем за теми, которые располагаются в доме на крыше.

Также следует следить за исправностью всех элементов.

Утилизация

Срок эксплуатации солнечных панелей доходит до 50 лет, вспомогательных компонентов (контроллеров и инверторов) – до 20 лет, аккумулятор прослужит с учетом его типа и условий использования до 10 лет.

Стоит подумать об утилизации отработанных элементов. Мало кто принимает отработанные солнечные модули для переработки, но все же спрос на них ежегодно увеличивается. Повторная переработка даст им новую жизнь, они найдут свое достойное применение. Бывшие в использование солнечные батареи на даче станут хорошей альтернативой привычному электричеству.

Область альтернативной электроэнергетики постоянно развивается, совершенствуются уже имеющиеся технологии. Стоит надеяться на удешевление современных разработок и их доступность в будущем для тех, кто желает иметь собственный независимый источник энергии.

batteryk.com


Смотрите также