Альтернативные источники электроэнергии постоянно развиваются и совершенствуются, приобретая широкую популярность среди населения. К основным преимуществам этих систем можно отнести их экологическую чистоту и практически бесплатное электричество. Всеми этими качествами обладает солнечная батарея для дачи, комплект которой состоит из нескольких компонентов. Данные устройства обладают различными техническими характеристиками, сроками эксплуатации и отличаются по стоимости, в зависимости от выбранной модели.
Монтаж оборудования можно выполнить собственными силами, а при отсутствии знаний и навыков, рекомендуется воспользоваться услугами квалифицированных специалистов, которые смонтируют солнечные батареи под ключ.
Общие сведения о солнечных системах
Данные устройства, предназначенные для частного дома, работают на основе фотоэлектрических элементов, составляющих единую солнечную панель. Их основная функция состоит в преобразовании световой энергии в электричество, используя для этих целей фотоэффект. Солнечные системы постоянно улучшаются и к настоящему времени коэффициент полезного действия некоторых моделей достигает 46%.
Сегодня рынок электроники предлагает немало модификаций, из которых можно выбрать наиболее подходящий вариант. Уверенно ориентироваться во всем разнообразии продукции поможет знание конструктивных и технических особенностей того или иного прибора, его функций и возможностей в процессе эксплуатации. Среди них выделяются основные солнечные батареи для частного дома, разделяющиеся на две категории.
Одна из них предназначена для автономного электроснабжения, которое не работает вместе с основными электрическими сетями и не подключается к ним. Они образуют собственный замкнутый контур, напрямую питающий бытовые приборы, технику и оборудование. В комплекте имеется аккумуляторная батарея, накапливающая электроэнергию. Когда солнечное излучение становится менее интенсивным, солнечная панель отдает потребителям накопленное электричество. То же самое происходит, когда приборы и оборудование начинают потреблять больше мощности, чем вырабатывает система.
В некоторых случаях осуществляется прямое подключение нагрузки до 3 кВт к солнечным батареям, без использования аккумулятора. Такой вариант считается более дешевым, но и менее эффективным.
Второй вариант электроснабжения на солнечных батареях предполагает открытое использование панелей. В таких системах отсутствуют аккумуляторы, а соединение с основной сетью осуществляется с помощью инвертора. Если потребление электроэнергии находится на уровне с вырабатываемой панелями, то основная сеть находится в отключенном состоянии. В случае превышения потребителями установленной мощности, солнечные батареи для дачи отключаются, и питание начинает поступать из общей сети. Данные системы стоят дешевле, однако их работа полностью зависит от перечисленных факторов.
Существует еще одна категория, работающая по комбинированной схеме от солнечных панелей, в формате двух первых вариантов. В этом случае они постоянно вырабатывают дополнительную электроэнергию, которая передается в общую сеть и позволяет снизить затраты на энергопотребление. Данные системы считаются наиболее дорогими, требующими использования сложных зарядных устройств и сетевых фотоэлектрических инверторов.
В условиях дачи, расположенной за городом, может возникнуть ситуация, когда заметно снижается солнечная активность, и одновременно, общая сеть прекращает свою работу и электропитание. На подобные случаи рекомендуется запастись еще одним резервным источником питания электрогенератором с небольшой мощностью, в пределах 2-5 киловатт.
Принцип действия
Каждая солнечная батарея для дачи содержит комплект обязательных компонентов, взаимно связанных между собой. Основным элементом является солнечная батарея или панель, работающая на принципе фотоэффекта и выполняющая преобразование световой энергии в электричество.
Конструкция состоит из двух слоев полупроводниковых материалов, плотно совмещенных между собой. Они обладают разной проводимостью, а добавляемые химические соединения придают дополнительные свойства, благодаря которым и возникает фотоэффект. В одном из материалов избыточно количество электронов, а в другом их недостает. Граница между ними известна, как р-п-переход. В этом месте очень тонким слоем наносится материал, препятствующий свободному переходу электронов, когда система находится в нерабочем состоянии.
Фотоны солнечного света попадают на поверхность полупроводника, после чего их энергия передается электронам. Под действием удара они выбиваются, приобретают дополнительную энергию, успешно переходят через защитный слой и занимают место положительных зарядов, двигающихся в противоположном направлении. Таким образом, возникает направленное движение заряженных частиц, то есть, электрический ток.
Далее в работу включаются другие компоненты, входящие в набор. Аккумуляторная батарея накапливает излишки электричества и сохраняет их. При росте энергопотребления или в ночное время, когда панели не работают, накопленная энергия отдается, а в сети поддерживается стабильный уровень напряжения.
Уровень заряда регулируется контроллером, не допускающим отклонений в сторону его уменьшения или чрезмерного увеличения (перезаряда). Постоянный ток преобразуется в переменный с помощью специального инвертора, а стабилизатор создает напряжение в нужном диапазоне, одновременно устраняя возможные скачки и перепады в сети. В результате, получается устойчивый переменный ток с разностью потенциалов 220 вольт, который может использоваться сколько угодно для большинства домашних приборов и оборудования.
Разновидности солнечных батарей
Большинство солнечных панелей, в том числе и для частного дома, созданы на основе кремния, который считается наиболее распространенным и дешевым материалом с высокой производительностью.
Существует несколько типов батарей с кремниевыми элементами, подходящими для дачного участка.
Монокристаллические
Считаются наиболее дорогими и эффективными. Каждый кристалл является фотоэлементом, а все вместе они соединяются в общую панель. Изготавливаются из кремния с высокой чистотой. Готовые монокристаллы разрезаются на пластинки, толщиной 250-300 мкм. Вся площадь пронизана металлическими электродами, нанесенными в виде сетки. Такая солнечная батарея с высокой мощностью в кВт обладает сравнительно высоким КПД, составляющим около 25%, поэтому она стоит дороже поликристаллических или аморфных аналогов. Ее отличает насыщенный однородный синий цвет и закругленные углы квадратов фотоэлементов.
Поликристаллические
Состоят из нескольких кристаллов, объединенных в общий элемент. Они производятся методом расплава с последующим медленным охлаждением. Данный способ более простой и дешевый, но и структура фотоэлементов получается неоднородной, что снижает уровень поглощения солнечного света. В результате, КПД таких панелей составляет всего лишь 12-18%, то есть, их производительность ниже по сравнению с монокристаллами. Однако, продажа по низкой цене делает эти солнечные батареи для дома более привлекательными для потребителей.
Тонкопленочные или аморфные
В них используется не чистый кремний, а его соединения, напыляемые тонким слоем на гибкую пленочную подложку. Такие батареи отличаются самой низкой производительностью, поскольку их КПД не превышает 5-6%.
Для выработки электроэнергии, сопоставимой с поликристаллическими, потребуется в два раза большая площадь рабочей поверхности. Тем не менее, они также пользуются спросом, благодаря возможности монтажа на стены, на крышу и другие нестандартных площади. Главное, определиться сколько их нужно в данном случае.
Сборка фотоэлементов в отдельные блоки путем параллельного подключения, обеспечивает требуемый уровень напряжения, что дает возможность установить солнечные батареи на дачу 10 квт. Такое объединение производится с использованием однотипных компонентов. При выборе предпочтение следует отдавать одной большой панели, нежели двум маленьким. Во втором варианте используются дополнительные подключения и соединения, снижающие надежность устройства.
Выбор АКБ, контроллера и инвертора
Работоспособность системы во многом зависит и от других компонентов, входящих в комплект солнечных батарей для дома. Особое внимание следует уделить аккумулятору, который в нужное время будет отдавать накопленную электроэнергию. Выбор модели осуществляется в соответствии с потребностью в электроэнергии, поэтому нужно заранее рассчитать ее суточный расход для имеющихся потребителей, в том числе и для освещения. Расчет выполняется с запасом в 10%, учитывающим потери в инверторе во время преобразования тока.
Если система солнечных батарей используется в качестве автономного источника питания, емкость аккумулятора должна быть максимально возможной. Если же планируется аварийный или резервный режим, то в первую очередь нужно рассматривать сроки эксплуатации.
Тип АКБ выбирается по условиям применения. При незначительных нагрузках вполне достаточно обычных стартерных батарей, хотя они и требуют регулярного обслуживания. Гелевым устройствам подобный уход не требуется, но электроэнергии они способны накопить значительно больше. Аккумулятором с герметичной и заливной конструкцией можно пользоваться в течение длительного времени, несмотря на высокую мощность потребителей.
Следующее оборудование для солнечных батарей представляет собой контроллер, подключаемый на участке между АКБ и солнечной панелью. Наиболее сложные и дорогие изделия способны отслеживать изменяющиеся входящие потоки и выравнивать их до требуемых значений. Такие приборы лучше всего подходят для больших солнечных систем, а на даче можно использовать более простые модели, например PWM. Когда аккумулятор заряжается на 80%, эти устройства снижают напряжение на солнечных панелях и далее поддерживают его на определенном уровне. Самые простые и дешевые приборы в таких случаях просто отключают подачу напряжения.
Выбор преобразователя инвертора также требует определенной информации о системе. Входное напряжение должно соответствовать мощности данного устройства. Например, при показателе в 24 В, мощность инвертора составляет не менее 600 ватт. Рекомендуется выбирать инвертор синусоидального типа, обращать внимание на массу, которая зависит от мощности устройства. На каждые 100 ватт приходится 1 кг устройства, следовательно, инвертор на 3 квт будет весить 30 кг. Значение выходного тока должно соответствовать мощности всех подключенных потребителей.
Зная параметры и характеристики основных компонентов, можно собрать их по частям или приобрести готовые комплекты солнечных батарей.