Солнечное излучение все активнее используется населением в качестве альтернативного источника электроэнергии. Владельцы частных домов и дач становятся независимыми от централизованных поставок энергоносителей. На практике для этих целей используются специальные системы солнечные батареи для дома, которые можно приобрести в готовом виде или собрать самостоятельно. Использование фотоэлектрических панелей экономически выгодно, несмотря на их высокую стоимость. Со временем они полностью окупаются, и тогда получаемая электроэнергия становится бесплатной для потребителей.
Применение солнечных батарей
В основе работы солнечных энергетических систем заложен принцип фотоэффекта, представляющий собой один из законов физики. Если описывать коротко его действие, то вся полученная энергия от солнечных батарей превращается в микроскопические разряды электрического тока.
Солнце является практически неограниченным и неисчерпаемым источником энергии. Даже той небольшой части, которая доходит до поверхности земли хватает, чтобы с достаточной эффективностью получать электрический ток. Современные установки на солнечных батареях становятся более производительными, активно используются в промышленности и в быту.
В частном доме и на даче они служат основным или дополнительным источником электроэнергии. Здесь больше возможностей и вариантов для их установки. Польза этих устройств особенно ощутима при отсутствии централизованного электроснабжения. Когда работает солнечная панель, все затраты, связанные с приобретением и установкой оборудования, окупаются в течение 5-10 лет, в зависимости от стоимости используемых компонентов.
Совершенно другая ситуация, когда планируется использование солнечных батарей в квартирах многоэтажных жилых домов. Здесь возникает много сложностей, преимущественно технического плана, поэтому их установка в квартирах нецелесообразна. Особенно это касается тех районов, где отсутствуют перебои с электроснабжением.
В первую очередь, потребуется множество согласований с различными органами, что само по себе достаточно сложно. Кроме того, дорогостоящая панель не может быть установлена должным образом, с подключением к сложным схемам управления. Ее полезная мощность не будет полностью реализована, поскольку солнечный свет попадает на поверхность фотоэлементов в ограниченном количестве. Монтажные работы крайне неудобные, а количество подходящих мест для установки ограничено площадью балкона.
В целом, задача конечно решаемая, но ее практическое воплощение будет стоить значительно дороже, чем в частном доме.
Также следует учитывать комплектацию оборудования, которое нужно правильно разместить. В комплект входит не только солнечные батареи для дома, но и аккумулятор, контроллер заряда, инвертор. Всем компонентам требуется определенная площадь, а для АКБ необходимо еще и отдельное помещение.
Выбор панелей и всей системы
Эффективность преобразования энергии во многом зависит не только от солнечных батарей, но и от правильного выбора всей системы. Но, начинать выбор следует все-таки с панелей и быть при этом внимательным, поскольку они выпускаются в разных вариантах.
В основном спросом пользуются изделия на основе кристаллического кремния:
- Монокристаллические. Наиболее мощные солнечные батареи. В этих панелях используются чистые кристаллы с односторонней направленностью и однородной структурой. Их КПД составляет 20-24%, и стоят они дороже других образцов. Внешний вид определяется по насыщенному синему цвету и отсутствию острых углов. Одна панель, мощностью 250 Вт стоит в среднем от 170 до 200 долларов.
- Поликристаллические. Состоят из мелких частиц, объединенных в фотоэлементы. Их хаотичная направленность создает бледную неоднородную структуру. КПД этих панелей не превышает 18%. Благодаря более дешевому и простому производству, стоят они гораздо ниже. Цена изделия на 250 Вт составляет около 150 долларов.
- Аморфные. Представляют собой гибкую или жесткую подложку, на которые методом напыления наносится гидрид кремния. Хорошо подходят для криволинейных поверхностей. Средний КПД не более 10%. Отличаются хорошим поглощением света и наиболее эффективны при пасмурной погоде. Цена достаточно высокая, стоимость 150-ваттной панели 250 долларов.
Таким образом, выбор основан на таких критериях, как финансовые возможности потребителя и наличие свободных площадей. Если свободного места много, можно сэкономить и купить изделия из поликристаллов. При ограниченной площади лучше воспользоваться монокристаллическими панелями, чтобы получить от них максимум электроэнергии. Следует учитывать ежегодное снижение производительности. За 25 лет панели из монокремния теряют свои качества на 17-20%. Для поликремния этот показатель достигает 30%.
Что касается выбора всей системы, то здесь также возможны варианты:
- Автономный. Данная схема используется при полном отсутствии стационарных электрических сетей. Требуются аккумуляторы с большей емкостью, для полного обеспечения потребностей в темное время суток и в пасмурную погоду.
- Открытый. Не требуют АКБ, производят электричество только в дневное время. С наступлением темноты подача электричества осуществляется из общей сети через инвертор.
- Комбинированный. Используется полный комплект оборудования. При пиковых нагрузках, когда АКБ не хватает, недостающее количество электроэнергии поступает из сети через инвертор.
Расчет солнечной батареи
Количество солнечных батарей зависит от потребностей в электроэнергии того или иного загородного дома. Для расчета нужной мощности, следует знать количество потребляемой энергии за установленный период. Если по счетчику выходит 100 кВт в месяц, то и панели должны вырабатывать соответствующее количество электроэнергии.
При расчетах следует учитывать, что преобразование солнечной энергии происходит только в светлое время суток. Заявленной мощности солнечная батарея сможет достичь лишь при ясном небе и воздействии излучения на поверхность под прямым углом. В случае изменения угла падения, мощность заметно снижается. Кроме того, эффективность существенно уменьшается с понижением солнечной активности при пасмурной погоде. В этот период мощность может упасть в 15-20 раз, даже дымка и легкие облака снижают данный показатель в 2-3 раза.
Как правило, для расчетов берется отрезок рабочего времени, равный 7 часам, когда устройства наиболее эффективны с 9.00 до 16.00. В этот период вырабатывается 70% всей энергии, а остальные 30% поступают уже в условиях плохой видимости ранним утром и поздним вечером. Причем это возможно только в летнее время.
Если перевести предварительные расчеты в цифры, то получится, что панели общей мощностью 1 кВт будут выдавать ежедневно 7 кВт*ч электроэнергии в период с 9 до 16 часов. В месяц получается 210 кВт*ч и дополнительные 30% (3 кВт*ч). Последняя цифра будет представлять собой определенный запас на случай переменной облачности. Если панели установлены стационарно и угол падения лучей постоянно меняется, то выдаваемая мощность будет ниже.
От общей массы нужно отнять 5-6 пасмурных дней в летние месяцы. Еще больше таких дней весной и осенью при сокращенном световом дне. В эти периоды эффективность батарей снижается на 30-50%. Обязательно следует учитывать потери в аккумуляторе и в инверторе. Для зимы эти расчеты вообще не актуальны и одними солнечными батареями уже не обойтись.
Из расчетов следует, что невозможно получить 210 Квт*ч в месяц, используя всего одну панель в 1 кВт. Чтобы в реальности получить эту цифру, дополнительно нужны солнечные батареи, количество которых увеличивается в 2 и более раз, принять дополнительные меры по повышению эффективности оборудования.
Параметры аккумулятора, контроллера и инвертора
Минимальная емкость аккумуляторных батарей рассчитывается таким образом, чтобы обеспечивалось нормальное питание потребителей в темное время суток. Если в этот период потребляется электричество в размере 2-3 кВт*ч, то и АКБ должна содержать аналогичный запас энергии.
В качестве примера, какие аккумуляторы выбрать, можно взять батарею на 12 В, емкостью 200 ампер-часов. Теоретически она может выдать: 12 х 200 = 2400 Вт или 2,4 кВт. Однако батареи нельзя разряжать полностью, иначе они быстро потеряют свои качества и выйдут из строя. Максимальная разрядка специализированных АКБ допускается лишь на 70%, а автомобильных на 50%. Поэтому, фактически их потребуется в два раза больше, в противном случае потребуется обязательная ежегодная замена. Общая рабочая емкость батарей рассчитывается на основании данных о суточном потреблении.
Следует учитывать и КПД аккумуляторов. Например, у обычных устройств он составляет около 80%. То есть при полной 100-процентной зарядке, отдается лишь 80%. Этот показатель зависит от величины тока зарядки и разрядки. Чем она больше, тем ниже КПД.
Эффективность работающей системы во многом зависит от параметров инвертора, КПД которого составляет 70-80%. Здесь также теряется электричество в размере порядка 20%, когда постоянное напряжение преобразуется в переменное. В результате, общие потери АКБ и инвертора могут доходить до 40%. Данная проблема решается путем увеличения емкости аккумуляторов и количества используемых солнечных панелей. Следует учесть, что при использовании ШИМ-контроллера, потери увеличиваются еще на 20%. Этого можно избежать, если применять контроллер МРРТ.
ТОП 3 лучших производителя
При решении задачи, как выбрать солнечную батарею для дома, рекомендуется приобретать продукцию только известных производителей.
Японская компания Sanyo
Производят популярные солнечные панели HIT-N230, отличающиеся высокой энергетической эффективностью. Они имеют вдвое меньшую толщину по сравнению с обычными батареями, а КПД при этом составляет 22,8%. Изделия отличаются повышенной прочностью, для поверхности использовано сверхтвердое стекло с угольным покрытием, что дает возможность захватить больше солнечной энергии. Фотоэлементы изготовлены из монокристаллического кремния, на поверхность которого тонким слоем наносится аморфный кремний. Такая инновация делает конструкцию эффективной не только летом, но и зимой.
Китайский производитель Jinko Solar
Считаются одними из крупнейших в данной области. В настоящее время они работают над созданием интеллектуальных модулей, позволяющих исключить эффект, вызванный локальным перегревом элементов. Выбирая наиболее популярное и удачное решение, следует отметить изделие Jinko Solar Eagle PERC с КПД 18% и стоимостью в 14 тысяч рублей. В них каждый фотоэлемент оснащен пятью шинами, позволяющими максимально снизить потери вырабатываемого тока.
Российская компания SOLBAT
Уже 17 лет как работают в данной области. В основном специализируется на монокристаллических модулях, выпускаемых в каркасе и в облегченном бескаркасном варианте. При необходимости, фотоэлементы могут быть изготовлены по размерам заказчика. Выполняется расчет и установка готовых систем на предприятиях и в частном секторе.
Заключение
Существуют определенные плюсы и минусы солнечных батарей при использовании их в реальных условиях. Основным преимуществом считается полная или частичная автономность и экономия на оплате электричества от поставщиков. К недостаткам можно отнести все еще высокую стоимость и зависимость систем от времени суток и погодных условий.