Солнечные батареи на даче

Исходные данные для расчетов

Теперь рассмотрим как рассчитать солнечные батареи? Основной цифрой, необходимой для расчетов, является общее энергопотребление за определенный период. Если панели устанавливаются в электрифицированном загородном доме, то расход электроэнергии можно определить по счетчику. Однако, если электроснабжение подключается впервые, необходимо составить список всех имеющихся потребителей с указанием мощности каждого из них.

Например, холодильник потребляет 350 Вт/ч. В сутки он потребит около 1 кВт/ч, а в течение месяца – около 30 кВт/ч. Точно так же нужно подсчитать расход электроэнергии у осветительных и других приборов.

Полученные цифры складываются и вначале определяется общее суточное энергопотребление. Далее результат умножается на количество дней в месяце, что даст предварительное значение. К примеру, расход электроэнергии составляет 100 кВт/ч. Эта цифра будет относительной, поскольку к ней следует добавить еще 40% на потери в аккумуляторе и при работе инвертора.

Таким образом, общий расход электроэнергии в месяц составит 140 кВт/ч. В сутки получается 140:30:7 = 0,67 кВт/ч. Следовательно, необходимы панели с минимальной мощностью 0,7 кВт. Однако их будет достаточно лишь при хорошей погоде в летнее время и частично весной и осенью. Необходимо учесть и пасмурные дни, которые нередко наблюдаются и в летние месяцы. В связи с этим, требуется увеличить количество панелей не менее чем в два раза, в противном случае электроэнергия будет поступать с перебоями.

Максимальный эффект от солнечной системы получается лишь при условии согласованной работы всех составляющих частей и компонентов. В первую очередь нужно правильно рассчитать батареи на основе исходных данных, потому что именно от этих расчетов будет зависеть эффективность работы всей энергетической установки.

Определяемся с размерами и количеством фотоэлементов

В хороших солнечных батареях на 12 вольт должно быть 36 элементов, на 24 вольта — 72 фотоэлемента. Это количество оптимально. При меньшем числе фотоэлементов вы никогда не получите заявленный ток. И это — лучший из вариантов.

Не стоит покупать сдвоенные солнечные панели — по 72 и 144 элемента соответственно. Во-первых, они очень большие, что неудобно при перевозке. Во-вторых, при аномально низких температурах, которые у нас периодически случаются, они первыми выходят из строя. Дело в том, что ламинирующая пленка при морозах сильно уменьшается в размерах. На больших панелях из-за большого натяжения она отслаивается или даже рвется. Теряется прозрачность, катастрофически падает производительность. Панель идет в ремонт.

Солнечная панель на 4 В имеет 7 элемента

Второй фактор. На больших по размерам панелях должна быть больше толщина корпуса и стекла. Ведь увеличивается парусность и снеговые нагрузки. Но далеко не всегда это делают, так как значительно возрастает цена. Если вы видите сдвоенную панель, а цена на нее ниже, чем на две «обычных», лучше ищите что-то другое.

Еще раз: лучший выбор — солнечная панель для дома на 12 вольт, состоящая из 36 фотоэлементов. Это оптимальный вариант, проверенный практикой.

Схема электропитания дома от солнца

Система солнечного электроснабжения включает:

1. Гелиопанели.
2. Контроллер.
3. Аккумуляторы.
4. Инвертор (трансформатор).

Контроллер в этой схеме защищает как солнечные батареи, так и АКБ. С одной стороны он препятствует протеканию обратных токов по ночам и в пасмурную погоду, а с другой – защищает аккумуляторы от чрезмерного заряда/разряда.

Аккумуляторные батареи для гелиопанелей следует подбирать одинаковые по возрасту и емкости, иначе зарядка/разрядка будут происходить неравномерно, что приведет к резкому снижению срока их службы

Для трансформации постоянного тока на 12, 24 либо 48 Вольта в переменный 220-вольтовый нужен инвертор. Автомобильные аккумуляторы применять в такой схеме не рекомендуется из-за их неспособности выдерживать частые перезарядки. Лучше всего потратиться и приобрести специальные гелиевые AGM либо заливные OPzS АКБ.

Расчет солнечных панелей

Необходимая мощность солнечных панелей рассчитывается в соответствии с погодой в данной местности и интенсивностью излучения в разное время года. Большое значение при расчетах имеют углы наклона по горизонтали и вертикали. Этот показатель особенно важен, если солнечная система будет эксплуатироваться круглый год. От этого будет зависеть и место размещения оборудования. Если угол наклона не требует регулировок, то панели могут размещаться непосредственно на крыше здания.

Наиболее ответственным мероприятием является расчет солнечных батарей, количества модулей и их эффективности. Данные берутся по самому лучшему и самому худшему месяцу с точки зрения энергоэффективности. Для расчетов стандартной инсоляции выбирается площадь в 1 м2, а для определения номинальной мощности требуется температура 25С, при стандартном световом потоке 1 кВт/м2.

Определение производительности солнечной батареи в течение месяца осуществляется по следующей формуле: Есб = Еинс х Рсб х η/Ринс. Ее переменные соответствуют таким показателям:

• Есб – количество энергии, вырабатываемое батареей.
• Еинс – результат месячной инсоляции 1 м2.
• η – величина общего КПД при передаче тока по проводникам.
• Рсб – номинальная мощность солнечной панели.
• Ринс – наибольшая мощность инсоляции 1 м2 поверхности Земли.

При расчетах необходимо использовать единицы, одинаковые для всех показателей. Как правило, это джоули или киловатт-часы. Вычислив месячную инсоляцию, можно легко определить номинальную мощность солнечной панели, необходимую для выработки месячного объема электроэнергии: Рсб = Ринс х Есб / (Еинс х η).

Следует учесть, что напряжение на выходе солнечной панели будет на 15-40% выше напряжения аккумулятора. При использовании дешевых контроллеров эта разница неизменно уходит в потери. Более дорогие современные модели позволяют снизить этот показатель до 2-5%.

Солнечное излучение имеет разные показатели мощности, в зависимости от времени года и конкретного месяца. Номинальная мощность самой панели остается неизменной, поэтому большое значение приобретает правильный выбор места ее установки. Используя формулы, приведенные выше, можно определить лишь приблизительное количество модулей. Чтобы получить точное значение с необходимым запасом, берется двойное количество панелей с поправкой на ночное время, пасмурные дни, снегопады и другие факторы, снижающие эффективность системы.

Мощность солнечных батарей для частного дома и их производительность, во многом зависит от правильного выбора аккумуляторной батареи и инвертора.

Принцип работы солнечной электростанции в домашних условиях

Солнечная электростанция – это система состоящая из панелей, инвертора, аккумулятора и контроллера. Солнечная панель трансформирует лучистую энергию в электричество (как было сказано выше). Постоянный ток попадает в контроллер, который распределяет ток по потребителям (например, компьютер или освещение). Инвертор преобразовывает постоянный ток в переменный и обеспечивает работу большинства электрических бытовых приборов. В аккумуляторе накапливается энергия, которая можно расходовать в темное время суток.

Видео описание

Наглядный пример расчетов, показывающий, сколько панелей нужно для обеспечения автономного энергоснабжения, смотрите в этом видеоролике:

Как солнечная энергия используется для получения тепла

 Гелиосистемы применяются для нагревания воды и отопления жилища. Они могут давать тепло (по желанию владельца) даже тогда, когда отопительный сезон закончится, и обеспечивать дом горячей водой бесплатно. Простейшее устройство представляет собой металлические панели, которые устанавливают на крыше дома. Они аккумулируют энергию и согревают воду, которая циркулирует по скрытым под ними трубам. Функционирование всех гелиосистем основано на этом принципе, несмотря на то, что конструктивно они могут отличаться друг от друга.

Солнечные коллекторы состоят из:

• бака-аккумулятора;
• насосной станции;
• контроллера;
• трубопроводы;
• фиттингов.

По типу конструкции различают плоские и вакуумные коллекторы. У первых дно покрыто теплоизоляционным материалом, а жидкость циркулирует по стеклянным трубам. Вакуумные коллекторы отличаются большой эффективностью, потому что теплопотери в них сведены к минимуму. Этот тип коллектора обеспечивает не только отопление солнечными батареями частного дома – его удобно использовать для систем горячего водоснабжения и подогрева бассейнов.

Принцип действия солнечного коллектораИсточник 21ek.ru

Популярные производители солнечных батарей

Чаще всего на прилавках встречается продукция компаний Yingli Green Energy и Suntech Power Ко. Также популярностью пользуются панели HiminSolar (Китай). Их солнечные батареи производят электроэнергию даже в дождливую погоду.

Производство солнечных батарей налажено и у отечественного производителя. Этим занимаются такие компании:

• ООО «Хевел» в Новочебоксарске;
• «Телеком-СТВ» в Зеленограде;
• «Sun Shines» (ООО «Автономные Системы Освещения») в Москве;
• ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов»;
• ЗАО «Термотрон-завод» и другие.

По стоимости всегда можно найти подходящий вариант. Например в Москве на солнечные батареи для дома стоимость будет варьироваться от 21 000 до 2 000 000 руб. Стоимость зависит от комплектации и мощности устройств.

Солнечные батареи не всегда плоские – есть ряд моделей, которые фокусируют свет в одной точкеИсточник pinterest.com

Этапы монтажа батарей

1. Для установки панелей выбирается самое освещенное место – чаще всего это крыши и стены зданий. Чтобы устройство функционировало максимально эффективно, панели монтируются под определенным углом к горизонту. Учитывается также уровень затемненности территории: окружающие предметы, которые могут создавать тень (постройки, деревья и т. п.)
2. Устанавливаются панели при помощи специальных крепежных систем.
3. Затем модули соединяются с аккумулятором, контроллером и инвертором, и производится наладка всей системы.

Для монтажа системы всегда разрабатывается персональный проект, который учитывает все особенности ситуации: как будет выполняться установка солнечных батарей на крыше дома, цена и сроки. В зависимости от вида и объема работ, все проекты рассчитываются в индивидуальном порядке. Клиент принимает работу и получает на нее гарантию.

Установка солнечных батарей должна производиться профессионалами и с соблюдением мер безопасностиИсточник pinterest.ca

Как итог – перспективы развития солнечных технологий

Если на Земле максимально эффективной работе солнечных батарей мешает воздух, который в известной мере рассеивает излучение Солнца, то в космосе такой проблемы не существует. Учеными ведется разработка проектов гигантских орбитальных спутников с солнечными батареями, которые будут работать 24 часа в сутки. От них энергия будет передаваться на наземные приемные устройства. Но это дело будущего, а для уже существующих батарей усилия направлены на повышение энергоэффективности и уменьшение размеров устройств.

С какими целями можно использовать фотоэлектрические станции?

В зависимости от типа установки, совокупной мощности СЭС и предполагаемого распределения генерации, станцию на солнечных панелях можно использовать:

1. Для полностью автономного обеспечения дома или дачи электричеством, не завися от качества работы централизованных электросетей и постоянно растущих тарифов на электроэнергию. В этом случае потребуется определиться с необходимой и достаточной мощностью, купить соответствующее количество солнечных батарей и АКБ для накопления энергии.
2. В роли вспомогательного источника снабжения энергией на случай форс-мажорных ситуаций в классической сети. Такая гибридная станция обойдется дешевле, но все равно застрахует вас от порчи продуктов в холодильнике, невозможности включить насос или зарядить ноутбуки и телефоны.
3. Для дополнительного заработка за счет продажи «зеленой» электроэнергии государству. СЭС данного типа будет сетевой, и чем больше солнечных батарей Вы решите купить, тем быстрее окупятся вложения и большей окажется последующая прибыль.

Очевидные преимущества современных фотоэлектрических модулей

Переход с классической схемы электроснабжения на использование комплекта полупроводниковых панелей предоставляет владельцам следующие значимые преимущества: 

• отсутствие беспокойства об исчерпании источника энергии – солнце будет исправно светить еще миллиарды лет;
• стоимость солнечной батареи сегодня вполне доступна и продолжает регулярно падать;
• минимальная необходимость ухода за станцией – летом грязь с панелей смывают дожди, а зимой снег не накапливается на поверхности из-за высокого угла наклона. Команды специалистов для обычно требуются для обслуживания лишь крупных СЭС;
• полная экологическая безопасность – купленные и установленные солнечные панели не выделяют в окружающую среду продукты горения (в отличие от углеводородных видов топлива);
• доходы вместо расходов – вырабатываемое электричество по сути ничего не стоит, а после завершения периода окупаемости станция начинает приносить прибыль;
• независимость от нестабильной работы внешних сетей – процесс преобразования излучения в электрический ток производится «на месте», а «человеческий фактор» из него максимально исключен;
• надежность и длительный срок службы – производители дают до 25 лет только гарантийного срока на батареи высокого качества. Ни один другой тип обогревательной системы без периодического технического обслуживания и ремонта на такое неспособен.

Автономная солнечная электростанция для дома своими руками

Собрать собственную гелиостанцию несложно, она содержит всего четыре составных элемента:

• солнечные панели;
• аккумулятор заряда;
• контроллер;
• инвертор.

Как рассчитать количество гелиопанелей

Выбор гелиостанции начинается с поиска информации по инсоляции в вашей местности — количеству солнечной энергии, которое попадает на земную поверхность (измеряется в ваттах на кв. метр). Эти данные можно найти в специальных метеосправочниках или интернете. Обычно инсоляцию указывают отдельно для каждого месяца, потому что уровень сильно зависит от сезона. Если вы планируете пользоваться гелиостанцией круглый год, то ориентироваться нужно по месяцам с самыми низкими показателями.

Далее нужно подсчитать ваши потребности в электроэнергии на каждый месяц. Помните, что для автономной системы электроснабжения роль играет не только эффективность накопления энергии, но и экономное ее использование. Меньшие потребности позволят значительно сэкономить при покупке гелиопанелей и создании бюджетной версии солнечной электростанции своими руками.

Сравните ваши потребности в электричестве с уровнем инсоляции в вашей местности и вы узнаете площадь гелиопанелей, которая необходима для вашей гелиостанции. Учтите, что КПД панелей составляет всего 12-14%. Всегда ориентируйтесь на самый низкий показатель.

Таким образом, если уровень инсоляции в самый неблагоприятный месяц в вашей местности равен 20 кВт-час/м², то при КПД равном 12% одна панель площадью 0.7м² будет вырабатывать 1.68 кВт-час. Ваша энергопотребность, например, составляет 80 кВт-час/месяц. Значит, в самый несолнечный месяц удовлетворить эту потребность смогут 48 панелей (80/1,68). Подробнее о том, как выбирать солнечные батареи, вы можете почитать в нашей предыдущей статье. А тут можно узнать, как сделать свечи в домашних условиях.

Как установить гелиопанель

Для наилучшего КПД устанавливать гелиопанель нужно так, чтобы лучи солнца падали на нее под углом 90 градусов. Поскольку солнце постоянно перемещается по небу, то здесь есть два решения:

• Динамичная установка. Используйте сервопривод, чтобы гелиопанель поворачивалась по мере того, как солнце перемещается по небосводу. Сервопривод позволит собрать на 50% больше энергии, чем статичная установка.
• Стационарная установка. Чтобы извлечь максимальную пользу из неподвижного положения гелиопанели, необходимо найти тот угол установки, при котором панель соберет максимально возможное количество лучей солнца. Для круглогодичной работы этот угол рассчитывается по формуле +15 градусов к широте местности. Для летних месяцев это -15 градусов к широте местности.

Как подобрать контроллер заряда

Еще один способ, как самому собрать солнечную электростанцию, чтобы заставить ее работать эффективно, это использовать контроллер заряда, который позволяет отслеживать точки максимальной мощности (англ. MPPT). Такой контроллер может накапливать энергию даже во время низкой освещенности и продолжает подавать ее на аккумулятор в оптимальном режиме.

Как выбрать аккумулятор

Итак, от солнечных панелей энергия поступает на аккумулятор. Это позволяет накапливать энергию, чтобы использовать ее даже при отсутствии солнечного света. Кроме того, аккумуляторы сглаживают неравномерное поступление энергии, например, при сильном ветре или облачности.

Чтобы правильно выбрать и установить аккумулятор для домашней солнечной электростанции своими руками, необходимо учесть два параметра:

Очень важно, чтобы ток зарядки (от панелей) не превышал 10% от уровня номинальной емкости для кислотных аккумуляторов и 30% — для щелочных устройств.
Конструкция инвертора с напряжением на низкой стороне.

Учитывайте показатели саморазряда аккумуляторов (не всегда указываются производителями). Например, кислотные устройства во избежание поломки подзаряжают каждые полгода.

Как выбрать инвертор

Описание параметров и обязательных функций идеального инвертора:

• сигнал синусоидальный с искажениями не выше трех процентов;
• при подключении нагрузки амплитуда напряжения изменяется не более чем на десять процентов;
• двойное преобразование тока — постоянного и переменного;
• аналоговая часть преобразования переменного тока с хорошим трансформатором;
• защита от короткого замыкания;
• запас по перегрузке.

При моделировании электросистемы вашего дома сгруппируйте нагрузки так, чтобы разные их виды получали питание от разных инверторов.

Что нужно знать, выбирая солнечные батареи

Перед подбором комплекта солнечной электростанции необходимо учитывать следующее:

• Сначала нужно подсчитать, сколько именно энергии необходимо получать от будущей станции. Выполнив все расчеты, можно подсчитать, сколько нужно панелей и какую они потребуют площадь. Модули предпочтительнее устанавливать на южной части дома. Средние показатели составят 150 Ватт на 1 м².
• СЭС смогут производит электричество бесперебойно на протяжение года, если модули будут находиться на самых освещенных местах кровли. Даже если небольшая площадь модуля попадет в тень, система все равно будет работать эффективно.
• Если станция будет подключена к центральной сети, следует уточнить выделенную на дом мощность. Как правило, она составляет 5 киловатт. Если во время регистрации выяснится, что батареи мощнее установленной нормы, нужно будет увеличить лимит. Что подразумевает дополнительные затраты.
• Затем нужно проверить, насколько крыша пригодна для размещения на ней СЭС. Необходимо, чтобы кровля выдерживала нагрузку батарей. Средний ее показатель — 12 кг на 1 кв/м. Вдобавок, стоит продумать возможность доступа к панелям для их последующего обслуживания.
• Лучше всего устанавливать модули на скатной крыше (наклоненной на 35–45 градусов). Если кровля плоская, придется позаботиться об опорах, чтобы обеспечить требуемый наклон.

Шаг 3: Выбор панелей

О том как правильно выбирать солнечных батарей в блоге магазина MyWatt есть отдельная статья, поэтому останавливаться на этом долго не будем. Рассматривать будем только  монокристаллические или поликристаллические, а аморфные и прочие тонкопленочные панели рассматривать не будем, в виду их быстрой деградации – потери мощности.

Основные отличия моно и поли:

Монокристаллические панели дороже и эффективнее, чем поликристаллические панели. Но в целом эффективность отличается незначительно, она зависит не только от типа ячейки, но и от качества самих ячеек и добросовестности производителя.

Характеристики солнечных панелей, как правило, приводятся к стандартным условиям испытаний (STC):

• освещенность = 1 кВт/м2;
• воздушная масса (AM) – 1,5;
• температура – 25°C.

Как самостоятельно рассчитать мощность солнечных батарей?

Мощность солнечных батарей должна выбираться таким образом, чтобы потребляемая мощность нашими электроприборами, была восполнена обратно. Иными словами – сколько взяли, столько и нужно отдать + потери на преобразование, а также собственное потребления инвертора с контроллером заряда.

В связи с тем, что солнечный свет в течение дня поступает непостоянно и с разной интенсивностью, нельзя знать сколько выработает та или иная панель сегодня, но исходя их статистических данных это можно предположить достаточно точно.

Например, для средней полосы России в летнее время хорошим показателем считается если каждый 1 Ватт солнечной батареи выработал 6Вт*ч за световой день, но если рассматривать пасмурный, дождливый день этот показатель может быть в несколько раз меньше, поэтому при расчетах учтем этот факт и вместо 6Вт*ч, подставим 3Вт*ч.

Итак, наше потребление в Ватт-часах, с учетом КПД составило 32,5Ач * 12В = 390Вт*ч, разделим на 3Вт*ч и получим мощность солнечной батареи 130Вт, если у Вас получается не целое число – округляйте вверх.

Зимой и в весенне — осенний период запас по мощности требуется делать значительно больше, поскольку световой день короче — солнце находится над горизонтом меньше времени.

Что собой представляют солнечные батареи

В общей сложности солнечные батареи – это генераторы постоянного тока, к которым подключаются аккумуляторы с контролером заряда и специальные устройства, именуемые инверторами, непосредственно предназначенными для преобразования постоянного в переменный ток.

Множество фотоэлементов на панели предназначены для трансформации солнечной в электрическую энергию.

Благодаря параллельному и последовательному подключению всех отдельных фотоэлементов воедино создаётся определённое количество энергии. Элементы, подключённые параллельно, на выходе дают ток, а последовательная сборка – напряжение.

Скомбинировав оба способа — обеспечивается бесперебойная работа солнечной батареи. В качестве соединяющих элементов для панели используются диоды, которые в свою очередь не допускают её перегрева и одновременно не дают аккумуляторам самостоятельно разрядиться.

Для «сбора» и «хранения» энергии от солнечной панели используются аккумуляторы со специальным контроллёром заряда. Дабы предотвратить поломку всей системы от избыточной мощности, к ней подключается резистор. С помощью инвертора из солнечной батареи поступает преобразованный переменный ток, которым можно пользоваться для решения бытовых потребностей (например, освещение здания).

Комплектация

Базовая комплектация всей системы состоит:

• Солнечная панель (и) – предназначена для приёма солнечного излучения.
• Контроллер заряда – нормализует работу батареи и способствует повышению эффективности выработки электроэнергии.
• Аккумуляторные батареи – благодаря батареям в системе сохраняется полученная электроэнергия.
• Инвертор – необходим для преобразования постоянного в переменный ток, ведь он используется электроприборами.

Преимущества и нюансы

К главным достоинствам относятся:

• Отсутствие затрат во время эксплуатации.
• Долговечность.
• В процессе работы используется природный неиссякаемый ресурс – солнечное излучение.
• Минимальное техническое обслуживание.
• Бесшумность в работе.
• Достаточный уровень КПД.
• 0% загрязнения окружающей среды.

• Относительная зависимость от солнечного света.
• Высокая общая стоимость.
• Необходимы навыки при монтаже.

Виды батарей

• Солнечные батареи из монокристаллического кремния. Получаются от литья кристаллов высокоочищенного кремния. Особое расположение атомов монокристалла повышает КПД до 19%. Фотоэлементы имеют толщину от 200 до 300 мкм. Данного рода батареи надёжны и долговечны, но отличаются от остальных видов батарей повышенной ценой.
• Солнечные батареи из мультикристаллического кремния. Материал для батарей состоит из разных монокристаллических решёток кремния, благодаря чему служит примерно 25 лет, а КПД составляет 14 — 15%.
• Солнечные батареи из поликристаллического кремния. Атомы кремния имеют различную ориентацию, чем немного уступают электрическими показателями монокристаллу. Отличаются средним сроком службы (20 лет), КПД – 14%. В отличии от тёмных аналогов – материал в конечном варианте имеет светло синий цвет.
• Тонкоплёночные батареи. В качестве материала для панелей используется специальная плёнка, которая хорошо поглощает свет. Данные батареи могут использоваться в местах с преобладающей пасмурной погодой. КПД у них небольшой 10%, но этот нюанс компенсируется привлекательной ценой батарей.
• Батареи из аморфного кремния. Батареи эконом варианта с показателем КПД не больше 8%, но особые фотоэлектрические преобразователи позволяют вырабатывать дешёвую электроэнергию.
• Батареи на основе теллуида кадмия. В основе этих батарей лежит плёночная технология. Несмотря на микроскопический слой материала, добивается результат КПД в 11%. Выработанная ими энергия обходится немного дешевле, в отличии от кремниевых панелей.

Область применения

Вырабатываемая дешёвая электроэнергия солнечными батареями востребована в различных отраслях и используется для:

• Освещения жилых и не жилых помещений – дома, дачи, офисы, больницы, тепличные комплексы.
• Обеспечения энергией телекоммуникационного и медицинского оборудования.
• Освещения придомовых территорий, улиц, шоссе.
• Производить зарядку микроэлектроники.
• Особой популярностью солнечные батареи пользуются в космической и автомобильной отрасли.