Солнечные батареи для дома как работают

Содержание

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%.

солнечные батареи для дома как работают

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.

солнечные батареи для дома как работают

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).

солнечные батареи для дома как работают

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.

Галерея изображений

Фото из

Монокристаллический элемент солнечной батареи

Минусовые токоведущие линии на пластине

Поликристаллические элементы для сборки солнечной батареи

Стороны поликристаллического элемента гелиосистемы

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.

Галерея изображений

Фото из

Установка солнечных панелей на скатах крыши

Монтаж на террасах, верандах, балконах мансард

Гелиосистема на покатой крыше пристройки

Внутренний блок солнечной мини электростанции

Расположение на свободной площадке участка

Сооруженный на улице блок аппаратуры для батареи

Сборка солнечной панели из готовых батарей

Изготовление солнечной батареи своими руками

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.

Галерея изображений

Фото из

Шаг 1: Подготовка к сооружению мини электростанции

Шаг 2: Стандартная комплектация солнечной батареи

Шаг 3: Транспортировка элементов гелиосистемы

Шаг 4: Сборка батарей согласно инструкции производителя

Шаг 5: Угол наклона элемента солнечной электростанции

Шаг 6: Специфика расположения солнечной панели

Шаг 7: Установка аппаратуры для управления гелиосистемой

Шаг 8: Сборка масштабной солнечной электростанции

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.

Солнечные батареи считаются очень эффективным и экологически чистым источником электроэнергии. В последние десятилетия данная технология набирает популярность по всему миру, мотивируя многих людей переходить на дешевую возобновляемую энергию. Задача этого устройства заключается в преобразовании энергии световых лучей в электрический ток, который может использоваться для питания разнообразных бытовых и промышленных устройств.

Правительства многих стран выделяют колоссальные суммы бюджетных средств, спонсируя проекты, которые направлены на разработку солнечных электростанций. Некоторые города полностью используют электроэнергию, полученную от солнца. В России эти устройства часто используются для обеспечения электроэнергией загородных и частных домов в качестве отличной альтернативы услугам централизованного энергоснабжения. Стоит отметить, что принцип работы солнечных батарей для дома достаточно сложный. Далее рассмотрим подробнее, как работают солнечные батареи для дома подробно.

Немного истории

Первые попытки использования энергии солнца для получения электричества были предприняты еще в середине двадцатого века. Тогда ведущие страны мира предпринимали попытки строительства эффективных термальных электростанций. Концепция термальной электростанции подразумевает использование концентрированных солнечных лучей для нагревания воды до состояния пара, который, в свою очередь, вращал турбины электрического генератора.

Поскольку, в такой электростанции использовалось понятие трансформации энергии, их эффективность была минимальной. Современные устройства напрямую преобразуют солнечные лучи в ток благодаря понятию фотоэлектрический эффект.

Современный принцип работы солнечной батареи был открыт еще в 1839 году физиком по имени Александр Беккерель. В 1873 году был изобретен первый полупроводник, который сделал возможным реализовать принцип работы солнечной батареи на практике.

Принцип работы

Как было сказано раньше, принцип работы заключается в эффекте полупроводников. Кремний является одним из самых эффективных полупроводников, из известных человечеству на данный момент.

При нагревании фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после чего их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Соответственно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.

Эффективность фотоэлементов, созданных при помощи монокристаллического метода нанесения кремния, является существенно выше, поскольку в такой ситуации кристаллы кремния имеют меньше граней, что позволяет электронам двигаться прямолинейно.

Устройство

Конструкция солнечной батареи очень проста.

Основу конструкции устройства составляют:

  • корпус панели;
  • блоки преобразования;
  • аккумуляторы;
  • дополнительные устройства.

Корпус выполняет исключительно функцию скрепления конструкции, не имея больше никакой практической пользы.

Основными элементами являются блоки преобразователей. Это и есть фотоэлемент, состоящий из материала-полупроводника, которым является кремний. Можно сказать, что состоят солнечные батареи, устройство и принцип работы которых всегда одинаковый, из каркаса и двух тонких слоев кремния, который может быть нанесен на поверхность, как монокристаллическим, так и поликристаллическим методом.

От метода нанесения кремния зависит стоимость батареи, а также ее эффективность. Если кремний наносится монокристаллическим способом, то эффективность батареи будет максимально высокой, как и стоимость.

Если говорить о том, как работает солнечная батарея, то не нужно забывать об аккумуляторах. Как правило, используется два аккумулятора. Один является основным, второй — резервным. Основной накапливает электроэнергию, сразу же направляя ее в электрическую сеть. Второй накапливает избыточную электроэнергию, после чего направляет ее в сеть, когда напряжение падает.

Среди дополнительных устройств можно выделить контроллеры, которые отвечают за распределение электроэнергии в сети и между аккумуляторами. Как правило, они работают по принципу простого реостата.

Очень важными элементами солнечной назвать диоды. Данный элемент устанавливается на каждую четвертую часть блока преобразователей, защищая конструкцию от перегрева из-за избыточного напряжения. Если диоды не установлены, то есть большая вероятность, что после первого дождя система выйдет из строя.

Как подключается

Как было сказано раньше, устройство солнечной батареи достаточно сложное. Правильная схема солнечной батареи поможет добиться максимальной эффективности. Подключать блоки преобразователей необходимо при помощи параллельно-последовательного способа, что позволит получить оптимальную мощность и максимально эффективное напряжение в электрической сети.

Разновидности солнечных батарей

Существует несколько разновидностей фотоэлементов для солнечных батарей, которые отличаются между собой строением кристаллов кремния.

Выделяют три вида фотоэлементов:

  • поликристаллические;
  • монокристаллические;
  • аморфные.

Первый вид панелей является более дешевым, но менее эффективным, поскольку, если кремний нанесен поликристаллическим способом, то электроны не могут двигаться прямолинейно.

Монокристаллические фотоэлементы отличаются максимальным КПД, который достигает 25 %. Стоимость таких батарей выше, но для получения 1 киловатта нужна существенно меньшая площадь фотоэлементов, чем при использовании поликристаллических панелей.

Из аморфного кремния изготавливают гибкие фотоэлементы, но их КПД самый низкий и составляет 4-6 %.

Преимущества и недостатки

Основные преимущества солнечных батарей:

  • солнечная энергия абсолютно бесплатная;
  • позволяют получать экологически чистую электроэнергию;
  • быстро окупаются;
  • простая установка и принцип работы.

Недостатки:

  • большая стоимость;
  • для удовлетворения потребностей небольшой семьи в электроэнергии нужна достаточно большая площадь фотоэлементов;
  • эффективность существенно падает в облачную погоду.

Как добиться максимальной эффективности

При покупке солнечных батарей для дома очень важно подобрать конструкцию, которая сможет обеспечить жилище электроэнергией достаточной мощности. Считается, что эффективность солнечных батарей в пасмурную погоду составляет приблизительно 40 Вт на 1 квадратный метр за час. В действительности, в облачную погоду мощность света на уровне земли составляет приблизительно 200 Вт на квадратный метр, но 40 % солнечного света – это инфракрасное излучение, к которому солнечные батареи не восприимчивы. Также стоит учитывать, что КПД батареи редко превышает 25 %.

Иногда энергия от интенсивного солнечного света может достигать 500 Вт на квадратный метр, но при расчетах стоит учитывать минимальные показатели, что позволит сделать систему автономного электроснабжения бесперебойной.

Каждый день солнце светит в среднем по 9 часов, если брать среднегодовой показатель. За один день квадратный метр поверхности преобразователя способен выработать 1 киловатт электроэнергии. Если за сутки жильцами дома израсходуется приблизительно 20 киловатт электроэнергии, то минимальная площадь солнечных панелей должна составлять приблизительно 40 квадратных метров.

Однако, такой показатель потребления электроэнергии на практике встречается редко. Как правило, жильцы израсходуют до 10 кВТ в сутки.

Если говорить о том, работают ли солнечные батареи зимой, то стоит помнить, что в данную пору года сильно снижается длительность светового дня, но, если обеспечить систему мощными аккумуляторами, то получаемой за день энергии должно быть достаточно с учетом наличия резервного аккумулятора.

При подборе солнечной батареи очень важно обращать внимание на емкость аккумуляторов. Если нужны солнечные батареи работающие ночью, то емкость резервного аккумулятора играет ключевую роль. Также устройство должно отличаться стойкостью к частой перезарядке.

Несмотря на тот факт, что стоимость установки солнечных батарей может превысить 1 миллион рублей, затраты окупятся уже в течении нескольких лет, поскольку энергия солнца абсолютно бесплатна.

Видео

Как устроена солнечная батарея, расскажет наше видео.

Альтернативные источники энергии активно захватывают потребительский рынок. Лет десять назад большинство людей не представляло себе возможность приобретения таких инженерных разработок, как ветряная электростанция или станция, работающая на солнечных батареях. Сейчас это становится возможным. Солнечные батареи для дома: стоимость комплекта, затраты на монтаж и техническое обслуживание – экономически выгодное решение сегодняшнего дня.

Солнечные батареи относятся к альтернативным источникам электроэнергии

Общие характеристики и возможность купить солнечные батареи для частного дома

Если говорить о солнечных батареях в техническом плане, нужно понимать, что речь идет о фотоэлектрических системах электроснабжения (ФСЭ). Основная цель таких устройств – это преобразование энергии солнечного света в электрическую на основе физического закона фотоэффекта. Около двухсот лет продолжается процесс усовершенствования солнечных установок по выработке электроэнергии. В настоящее время инженерная мысль достигла значительных результатов в разработке фотоэлектрического оборудования, особенно в показателях полезного действия – от 1 до 46% (доля преобразованной солнечной энергии).

Современный рынок солнечных систем электроснабжения можно считать в достаточной мере сформированным, так как он позволяет делать выбор товара из немалого числа предложений, из очень большого рыночного сегмента. Чтобы ответить на самый часто задаваемый вопрос, сколько стоят солнечные батареи для частного дома, необходимо разобраться в технологических и конструктивных особенностях ФСЭ. Структуризация предлагаемого рынком оборудования предполагает три основные категории солнечных систем, основываясь на их функциональных, конструктивных и технических особенностях.

К первой категории ФСЭ относятся автономные системы, которые не подключены к основной сети электроснабжения. Такие системы работают в собственном контуре сети для прямого электропитания подключенного оборудования. Максимальная эффективность работы достигается наличием в комплекте аккумулирующего устройства (аккумуляторные батареи), которое позволяет использовать накопленную электроэнергию в случае падения интенсивности солнечного света (т.е. пониженная вырабатываемая мощность) и в случае моментов превышения потребляемой мощности над вырабатываемой.

Также автономным можно считать установленный комплект солнечных батарей для дома, используемый напрямую источниками нагрузки без аккумуляторных элементов.

Ко второй категории относятся открытые ФСЭ. В своей комплектации данные системы не имеют аккумуляторов и подсоединяются к основной сети электропитания через специальный инвертор. Если потребляемая мощность не превышает значение вырабатываемой, основная сеть отключена. В противном случае отключается ФСЭ и потребление производится из основной сети. Такие системы очень надежные, более дешевые, но если нет электропитания от основной сети, то и солнечная станция не работает.

Автономная система ФСЭ с аккумулятором и фотоэлектрическим инвертором

Третью категорию представляют комбинированные ФСЭ. Они представляют собой объединенный формат первой и второй категории. Это позволяет иметь в своем функционале дополнительное качество – лишняя вырабатываемая или накопленная электроэнергия может передаваться в основную сеть и иметь коммерческую ценность.

Данная категория наиболее дорогая, так как использует в своей конфигурации сложные сетевые фотоэлектрические инверторы и зарядные устройства.

Полезный совет! Для бесперебойного режима электроснабжения в случаях одновременного прекращения работы общей сети и воздействия негативных метеоусловий, необходимо иметь резервный источник электропитания. В качестве такого источника может быть небольшой (2-5 кВт) электрогенератор, работающий на бензине или дизельном топливе.

Цена солнечных батарей для дома: стоимость комплекта

Решать вопросы экономии затрат на электроэнергию за счет установки солнечных электростанций необходимо в условиях полного информирования о ценах на весь комплект и предстоящих затратах на их установку и эксплуатацию. Частый вопрос, сколько стоит солнечная батарея для дома, четкого ответа не имеет, так как очень много факторов влияет на ценообразование.

Стоимость минимального комплекта солнечных батарей для дома составляет 120000 рублей

Устоявшаяся цена главного элемента ФСЭ (солнечной батареи) в среднем по минимуму (но также минимуму по качеству) порядка 50-60 руб. за вырабатываемый 1Вт мощности. Следовательно, цена солнечных батарей для частного дома мощностью 100 и 200 Вт будет находиться в размере 6000 и 12000 руб. соответственно.

Состав комплекта станции зависит от ее категории и мощности. В него могут входить контроллер зарядки, аккумуляторная станция, инвертор и соединительная аппаратура. При выборе, например, комплекта первой категории и номинальной мощности порядка 2 кВт (2000 Вт), цена комплекта солнечных батарей для дома составит от 120 тыс. руб. и выше.

А сравнивать весь затрачиваемый капитал необходимо с экономическим эффектом, получаемым от разницы в стоимости 1 кВт/час централизованной сети и стоимости, создаваемой ФСЭ.

Самая «свежая» статистика рынка солнечных батарей показывает, что отношение цен на единицу электроэнергии составляет 8,8 раза. Это значит, что электроэнергия, вырабатываемая солнечной станцией, в 8,8 раза дешевле предоставляемой электроэнергии через общую сеть, взятых в равном эквиваленте.

Важным критерием выбора в направлении использования ФСЭ служит также фактор возможности обеспечить бесперебойную работу автоматики в системах отопления, охранного слежения и пожарного оповещения. К перечню можно отнести компьютерную домашнюю сеть и группы электронных контрольно-измерительных датчиков.

В состав комплекта могут входить помимо солнечных батарей контроллер зарядки, аккумуляторная станция, инвертор, соединительная аппаратура

Применение и цена солнечных батарей для дома

Большой выбор солнечных батарей предоставляет возможность использовать их в разнообразном качестве и применении, так как при желании купить солнечные батареи для дома, цена на сегодняшний день уже позволяет это сделать широким слоям населения. Зная их основные характеристики, такие как стандарт выходящего напряжения (12, 24В и выше), а также параметры вырабатываемой номинальной мощности, можно использовать их локально, не приобретая всего комплекта. На рынке средняя стоимость солнечных батарей для частного дома колеблется в пределах 60 руб. за вырабатываемый 1 кВт электрической мощности.

Если требуется использовать лампочку в темном помещении напряжением 12В и мощностью 25 Вт, то достаточно купить и подключить к ней напрямую солнечную батарею аналогичных параметров и это обойдется не более чем в 2000 руб. и тратить электричество на лампочку в 60-75 Вт в какой-нибудь коморке уже не придется. Можно подключить небольшой колодезный насос для дневного полива любой ландшафтной зоны мощностью 200 Вт и питанием в 24В. При затратах в 11000-12000 руб. можно в течение всего весенне-летнего периода и более 10 лет иметь независимую систему полива.

Необходимый комплект солнечных батарей для дачи

Если рассматривать вопрос о целесообразности применения солнечных систем для дачного участка, следует учитывать факторы стабильности подачи электроэнергии в поселок, уровень его инсоляции (время нахождения под прямыми солнечными лучами), требуемую мощность электрификации и фактор риска воровства в пустующее от хозяев время года. Лучший вариант – это стационарная установка ФСЭ первой категории.

Оптимальный вариант для дачи — стационарная установка ФСЭ первой категории

Учитывая невысокую потребляемую мощность дачи, можно организовать 100% замену централизованного электроснабжения на автономное и дешевое. В другом случае, когда стационарная установка солнечной станции по каким-то критериям не оправдана, можно использовать переездной комплект быстрой сборки.

Обратите внимание! Эксперты в области использования ФСЭ провели расчет и выявили, что солнечные батареи стратегически и экономически целесообразны для применения в летнее время года в частных домах и дачных домиках площадью от 50 до 300 м², рассчитанных на семью до четырех человек.

Использование солнечной энергии для получения тепла

Наряду с использованием солнечной энергии для производства электрического тока существуют и не менее распространенные устройства по превращению энергии солнечного света в тепловую энергию. Такие установки называются солнечными коллекторами и служат элементами нагрева для систем отопления и получения горячей воды. Независимо от установленных котлов в отопительных системах и контурах горячего водоснабжения, их комбинация с высокоэффективными солнечными коллекторами позволяет экономить до 36% расходов на отопление и приготовление горячей воды.

Электроснабжение дома с использованием солнечных батарей: 1 — LED-светильники, 2 — электровентилятор, 3 — зарядное устройство для телефона, 4 — маленькая электроплита, 5 — холодильник, 6 — внешнее освещение, А — солнечные фотоэлектрические панели, В — панель управления, С — инвертор + контроллер зарядки + счетчики, D — аккумуляторы, Е — панель обесточивания (отключения), F — резервный генератор

В конструктивном исполнении солнечный коллектор из разряда ходового товара представляет собой прямоугольную панель с габаритами ориентировочно 1х2 м и с толщиной до 100 мм. Главным отличием коллекторов указанных типоразмеров является тепловой поток мощности, т.е. количество тепла, которое может передаться любому жидкому теплоносителю через контактную поверхность. По-другому этот параметр называют коэффициентом потери тепла и который имеет размерность Вт/м²×°К, т.е. передаваемое тепло через площадь для повышения температуры принимающей жидкости. Современные конструкции солнечных коллекторов имеют показатели (одна панель) по тепловой мощности от 1,2 до 5 Вт/м²×°К.

Цены солнечных коллекторов для отопления дома

Главным элементом системы (теплостанции) является панель солнечного коллектора. В зависимости от требуемой мощности ее можно приобрести на рынке по цене 18-20 тыс. руб. за 1 м² полезной площади и среднему коэффициенту потери тепла 2,5-2,7 Вт/м²×°К.

Например, панель европейского качества с габаритами 1,9х1,8 м (площадь 3,5 м²) и с коэффициентом 2,7 будет стоить около 70 тыс. руб.

С учетом конкуренции аналог китайского производства может быть дешевле на 30-55%, а отечественный прототип на 10-25%.

Если говорить о требуемом комплекте, в который входят: бак, аккумулятор, насос и автоматика, тогда среднерыночная цена такой станции составит 160-170 тыс. руб. Комплект отечественного производства с аналогичными параметрами обойдется в 100-120 тыс. руб.

Монтаж солнечных коллекторов на крышу дома

Полезный совет! Совместное использование солнечных коллекторов с солнечными батареями при правильном выборе параметров позволяет снизить расходы тепловой энергии на получение горячей воды до 61%.

Обзор производителей. Солнечные батареи для дома: стоимость комплекта и одной панели

Солнечные технологии как альтернативные источники энергии уверенно заняли передовые позиции на рынке. Большое количество производителей активно конкурирует, предлагая все новые и новые инновации. Лидирующее место в объемах продаж ТОР-15 стран солнечных электростанций и их комплектующих занимает Китай, имея более 50%.

Наиболее популярными брендами являются Еxmork, RENE SOLA, LDK, Helios House, Suntech, JA Solar и др.

Европейских производителей с объемом рынка около 25% представляют такие компании, как германские AXITEC GmbH, Solarworld и Viessmann Group и норвежская Renewable Energy Corporation и др.

Стоимость солнечной панели мощностью 200 Вт составит от 10 до 25 тыс. рублей

Японию, Корею и Тайвань (15%) представляют компании Kyocera, Sharp, Sanyo, Hanwha Solar One и Motech.

Отечественная продукция представлена такими компаниями, как Hevel Solar и ТСМ. Американский производитель – компания First Solar.

Купить солнечные батареи для дома можно относительно недорого. Если взять за потребительский образец солнечную панель мощностью 200 Вт, то ценовой ряд будет в пределах:

Страна-производитель Цена солнечной панели 200 Вт, руб. Цена комплекта солнечной станции 2 кВт, руб.
Китай 8000-16000 120000-160000
Европа 15000-17000 190000-250000
Азия 10000-15000 140000-190000
Россия 12000-20000 104000-240000
США 27000 380000

Чтобы увидеть разницу в ценовой политике, в основном зависящей от показателя мощности, возьмем для примера солнечную электростанцию для дома 5 кВт, цена которой в китайском исполнении составит:

  • около 300 тыс. руб. (солнечная батарея);
  • около 420 тыс. руб. (весь комплект).

Комплект солнечной автономной системы для освещения дома

Качество продаж и перспективы развития солнечных технологий

Современны рынок и его технологии продаж не оставляют у покупателя однозначной оценки. Особенно высокотехнологическое оборудование и устройства. Это касается и рынка по продаже солнечных систем электроснабжения. Так как технологии производства сами по себе очень энергоемкие, то при желании приобрести солнечные батареи или купить солнечную электростанцию для дома, цена в обоих случаях будет призывать к детальному анализу не только по техническим и технологическим особенностям, но и по экономическим обоснованиям.

Статья по теме:

Стабилизаторы напряжения для дома: отзывы. Какой лучше выбрать преобразователь

Основные технические характеристики приборов. Обзор современных моделей. Подключение и ремонт выпрямителей.

Немаловажным фактором при покупке ФСЭ является качество услуг продажи. Если под ценой товара мы будем понимать только его чековый номинал, то под стоимостью мы можем в рамках статьи договориться понимать еще и все виды накладных расходов, надежность продавца и товара, а также затраты времени и моральные силы.

Так, стоимость солнечных батарей для дома или стоимость комплекта солнечной электростанции для дома одного и того же производителя у разных продавцов может существенно отличаться. Причина может быть следующей:

  • предварительный инженерный расчет продавец не проводит. Значит, вам требуется обратиться в другое место. А это время и транспорт;
  • продавец проектных работ не осуществляет. Придётся потратиться, использовать дополнительное время и транспорт;

3D-схема установки солнечных панелей

  • некоторые комплектующие у продавца отсутствуют. Вам опять придётся искать товар в другом магазине, что может быть дороже и опять потребуется дополнительное время и транспорт;
  • монтажных бригад по установке оборудования у продавца просто нет. Снова затраты по времени;
  • продавец логистикой не занимается. Значит, возможна ситуация, когда все будет в сборе, но одного важного элемента придётся ждать неизвестное количество дней. И так далее.

Полезный совет! Выбирайте продавца с полным пакетом услуг, начиная от помощи в проекте, качественной комплектации в предоставлении профессиональных монтажников до гарантийного сервисного обслуживания.

Будущее за альтернативными источниками энергии

Стремительное проникновение в нашу жизнь новых технологий применения альтернативных источников электричества и тепла направляет наш выбор все чаще приобретать солнечные электростанции, солнечные коллекторы (теплостанции), бытовые ветро- и гидростанции, а также применять тепловые насосы и разнообразные электрогенераторы. Так за последние годы получен значительный опыт в применении во многих сферах хозяйствования фото электрических систем электроснабжения. Это касается применения солнечных батарей и солнечных коллекторов в бытовых условиях: в частных домах и на дачах.

Использование солнечной энергии — оптимальное решения для дома и дачи

В заключение можно сказать, что рынок солнечных технологий в настоящее время предлагает широкий выбор разнообразного оборудования. И самое главное, учитывая приемлемую стоимость комплектов солнечных батарей для дома, отзывы об их высоком качестве и длительном периоде надежной эксплуатации, можно сделать вывод, что применение данного оборудование становится в большей степени целесообразным и позволяет участвовать в масштабных экологических проектах и программах.


10 месяцев ago

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *