Солнечные батареи для дома

Принцип работы ↑

Рассмотрим полупроводники с разным сопротивлением, которые находятся в контакте. Если воздействовать на них потоком света, то в полупроводниках начинают высвобождаться свободные электроны, причем их количества достаточно для получения электрического тока. Это известный принцип работы фотоэлемента. Десятки таких элементов в совокупности образуют фотоэлектрический модуль или панель. В зависимости от требований, которым он должен удовлетворять, элементы соединяют в параллельную или последовательную цепь. От требований зависит также площадь модуля : она может исчисляться и парой квадратных метров, и парой квадратных сантиметров.

Солнечные батареи для частного дома используют полупроводники с содержанием кремния. Характеристики фотоэлектрического коллектора зависят от того, в каком виде представлен этот химический элемент. Различают модули следующих типов:

Тонкопленочные. Батареи из аморфного кремния представляют собой натянутые пленки. Они очень удобны в использовании, не боятся пыли и неблагоприятных условий. Правда, в облачную погоду их КПД понижается примерно на 20%. Цена солнечных батарей для частного дома этого типа относительно невысокая, однако, для их монтажа необходима большая площадь.
Монокристаллические. Батареи компонуют из индивидуальных ячеек. Они нашли широкое применение в судоходстве, поскольку максимально защищены от воздействия влаги слоем силикона. Их также используют на кровле, однако, следует помнить, что эти модули малоэффективны при рассеянном свете. Батареи отличаются компактными размерами, относительно небольшим весом, простотой монтажа.
Поликристаллические. В отличие от ячеек монокристаллического модуля, кристаллы здесь разнонаправлены. Поэтому менее зависимы от прямого освещения. Эти панели синего цвета, хоть и ненамного, но дешевле монокристаллических. После их установки не только обеспечивается освещение частного дома от установленных батарей, но в ряде случаев и улиц.

Как произвести расчет окупаемости солнечного отопления

Используя таблицу ниже, можно рассчитать насколько сократятся ваши расходы на отопление при использовании солнечных коллекторов, за какое время эта система может окупиться и какую выгоду можно получить за различные сроки эксплуатации. Данная модель разработана для Приморского края, но может также использоваться для оценки использования солнечного отопления в Хабаровском крае, Амурской области, Сахалина, Камчатки и южной части Сибири. В этом случае солнечные коллекторы будут иметь меньший эффект в декабре-январе в более высоких широтах, но общие выгоды будут не меньшими, учитывая более длительный отопительный сезон.

В первой таблице введите параметры вашего дома, системы отопления и цены на энергоносители. Все поля, что помечены зеленым можно изменять и моделировать существующий или планируемый дом.

Сначала введите в первой графе отапливаемую площадь вашего дома.
Затем оцените качество теплоизоляции здания и способ отопления, выбрав соответствующие значения.
Укажите число членов семьи и расход горячей воды — это поможет оценить выгоды от горячего водоснабжения солнечных коллекторов.
Введите цены на ваш обычный источник энергии для отопления — электроэнергию, дизельное топливо или уголь.
Введите значение обычного заработка члена семьи, который в вашем хозяйстве занимается отоплением. Это помогает оценить трудозатраты за отопительный сезон и играет особенно большую роль для твердотопливных систем, где требуется привозить и разгружать уголь, забрасывать в топку, выбрасывать золу и т. п.
Цена системы солнечных коллекторов будет определена автоматически, исходя из заданных вами параметров здания. Эта цена является приблизительной — реальные затраты на установку и параметры оборудования солнечного отопления могут отличаться и рассчитываются специалистами индивидуально в каждом случае.
В графе «Расходы на установку» можно ввести стоимость оборудования и установки традиционной системы отопления — существующей или планируемой

Если система уже установлена, то можно ввести «0».
Обратите внимание на количество расходов за отопительный сезон и сравните с вашими обычными расходами. Если они различаются, то попробуйте изменить параметры.. В графе «Расходы на отопление за сезон» системы отопления на угле принимают в расчет денежное выражение затрат труда

Если вы не хотите их принимать в расчет, то можете уменьшить значение заработка члена семьи, занятого отоплением. Трудозатраты в меньшей степени учитываются для жидкотопливных систем и не учитываются для систем электрокотлов. Регулировка работы солнечных коллекторов осуществляется автоматически и не требует постоянного внимания

В графе «Расходы на отопление за сезон» системы отопления на угле принимают в расчет денежное выражение затрат труда. Если вы не хотите их принимать в расчет, то можете уменьшить значение заработка члена семьи, занятого отоплением. Трудозатраты в меньшей степени учитываются для жидкотопливных систем и не учитываются для систем электрокотлов. Регулировка работы солнечных коллекторов осуществляется автоматически и не требует постоянного внимания.

В графе «Срок эксплуатации» по умолчанию стоит 20 лет — это обычный срок работы систем солнечного отопления с солнечными коллекторами. В зависимости от условий эксплуатации солнечные коллекторы могут служить и дольше этого срока. Вы можете изменять срок эксплуатации и в графе ниже будет отражаться разница между затратами на установку и содержание и выгодой от использования солнечных коллекторов для отопления. Таким образом вы увидите насколько сократятся расходы на отопление и за какой срок эта разница позволит окупить затраты на установку солнечных коллекторов.

Итоговые результаты являются приблизительными, но дают хорошее представление о том сколько может стоить система солнечного отопления и за какое время она может окупить себя

Обратите внимание, что расходы за отопительный сезон можно значительно сократить, используя солнечные коллекторы, систему «теплых полов» и улучшая теплоизоляцию здания. Также расходы на отопление можно уменьшить, если заранее проектировать здание для использования солнечного отопления и применяя технологии экодома. svetdv.ru

svetdv.ru

Обработка данных и их оптимизация

При расчете солнечных батарей на дом стоит определить, каким образом они будут использоваться – в качестве основного источника питания или же резервного. В случае применения солнечных электростанций в качестве дополнительного питания, информация о почасовых нагрузках и среднесуточном потреблении энергии позволит использовать эти мощности более эффективно. Например, при перебоях с основным электричеством, энергоемкие бытовые приборы будут применяться минимальное количество времени, либо вовсе не будут включаться.

А вот в тех домах, где используется только электроэнергия от солнечных батарей, стоит обратить особое внимание на уровень почасовых нагрузок. При этом желательно применять электроприборы таким образом, чтобы предотвратить скачки энергопотребления в сторону минимальных или максимальных значений.

Например, при рациональном распределении нагрузки и эффективном использовании солнечной электроподстанции, можно сократить ежесуточное энергопотребление с 18 до 12 кВт/ч, а потребляемую мощность – с 750 до 500 Вт.

Аналогичным образом производится оптимизация потребления энергии от резервных солнечных батарей. Таким образом, можно будет избежать дополнительных расходов на приобретение аккумуляторов повышенной мощности.

Где крепить?

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

При таком закреплении скат крыши должен быть на ЮГ

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

Желательно также использовать южную стену

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

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

Такое расположение батарей позволяет получить от них максимум мощности

Как установить своими руками ↑

Прежде всего нужно определиться с местом размещения установки. От этого зависит эффективность работы батареи, их КПД.

Оптимальным считается южный скат крыши. Как правило, установленный элемент и направление луча должны составлять 40-60°, хотя более предпочтительным является вариант, допускающий регулировку.

Особенности монтажа

От правильной установки солнечных батарей во многом зависит их эффективность. Если вы решили осуществить монтаж солнечных батарей для дома своими руками, для начала, необходимо определиться с их расположением:

Затененность.

Избегайте тени от деревьев и рядом стоящих построек, в противном случае эффективность установки будет крайне мала и может не окупиться.

Близко расположенные деревья помешают работе установки

Ориентация.

Идеальный вариант – южная сторона.

Угол наклона.

Угол наклона желательно выставлять равным вашей широте. Эта величина является приблизительной и подлежит корректировке в разное время года (достаточно два раза в год).

Иногда угол наклона батареи не совпадает с углом кровли

Возможность доступа.

Поверхность солнечных панелей необходимо чистить от грязи, пыли и снега. Если этого не делать, КПД будет стремительно уменьшаться.

Очистка возможно при помощи современного оборудования

Выбрав место, можно переходить к монтажу. Внимательно ознакомьтесь с инструкцией, ведь в случае ошибки, устройство не будет работать достаточно эффективно.

Наиболее распространённый вариант установки – на крыше. Большинство панелей монтируются по следующей схеме:

Монтаж профиля.
Установка на него панелей при помощи болтов.

Сложным монтаж солнечных батарей назвать нельзя, однако он требует определенных знаний и навыков. Поэтому, если вы не уверены в своих силах, стоит обратиться к профессионалам.

Для того, чтобы лучше разобраться в нюансах монтажа, советуем посмотреть тематическое видео:

Устанавливаем уровень напряжения для солнечных батарей

Чтобы понять, сколько дают энергии солнечные батареи, нужно определиться с уровнем их рабочего напряжения. Это значение всегда кратно 12 вольтам, поскольку такое напряжение характерно большинству аккумуляторов. Чаще всего используются инверторы, контроллеры и солнечные панели с напряжением в 12, 24 или 48 вольт.

Для систем с более высоким уровнем напряжения можно применять питающие кабели с меньшим сечением, что обеспечивает высокую надежность соединений.

В тоже время, аккумуляторы по 12 вольт, если они сломаются, можно заменять поочередно. Особенностью эксплуатации батарей с напряжением в 24 вольта будет необходимость замены узлов только попарно. В случае использования системы с напряжением в 48 вольт необходимо будет менять сразу 4 батареи, расположенных на одной ветке

Кроме того, при неосторожном обращении с батареями в 48 вольт можно получить удар электрическим током.

Рабочее напряжение электросистемы напрямую влияет на то, сколько дает солнечная батарея. Этот фактор учитывается при подборе необходимого оборудования.

Зависимость между мощностью инвертора и пиковыми нагрузками выглядит так:

3-6 кВт – 48 вольт;
1,5-3 кВт – 24 или 48 вольт;
до 1,5 кВт – 12, 24 или 48 вольт.

В рассматриваемом примере выбор между сложностями при замене аккумуляторов и надежностью электропроводки сделаем в пользу последнего. Уровень рабочего напряжения составит 24 вольта.

Какого размера солнечная батарея наиболее оптимальна и экономически эффективна?

Для того, чтобы обеспечить средний дом электроэнергией в течение года автономно и полностью, нужна очень большая солнечная батарея. Исключение составляет случай, если вы применяете только энергоэффективные приборы и озабочены перераспределением потребления в соответствии с приходом солнечной энергии. Что в обычном случае далеко не так – все мы стремимся к максимальному комфорту без необходимости постоянного слежения за тем, “достаточно ли сейчас солнечной энергии для того, чтобы включить стиральную машину, чайник или электроинструмент”.

Для соединенной с сетью системы оптимальной является установка солнечной батареи мощностью примерно 4 кВт (16 солнечных панелей по 250-280 Вт). Такая солнечная батарея позволит вам получить бОльшую часть требуемой для дома электроэнергии в весенне-осенний период. Для того, чтобы ваш дом полностью снабжался электроэнергией от солнечных батарей в этот период, нужна мощность от 6 кВт (24 солнечных панели по 250-280 Вт).

Расчеты по стоимости солнечной электростанции и по ее окупаемости вы можете также посмотреть в статье “Цена средней солнечной электростанции в России“.

Виды солнечных батарей и их комплектации

Батареи делятся на два главных вида:

маленькие фотоэлектрические установки;
большие фотоэлектрические установки.

В первом случае это аккумуляторные панели, функционирующие от напряжения в 12-24В. Такие конструкции позволяют получить электроэнергию для телевизора и нескольких осветительных устройств в доме. Большие установки не только обеспечивают дом энергией, но и играют важную роль в системе отопления. Солнечные батареи не обеспечивают нужным теплом и электричеством большие дома с несколькими этажами. Если вы установите обогрев солнечными батареями, то вдобавок получите еще горячее водоснабжение.

Более того, можно дополнительно установить систему теплый пол. Если в семье проживает три человека, то потребуется в месяц от 200 до 500 кВт энергии. Если вы хотите снабдить дом горячим водоснабжением, то понадобится еще больше электроэнергии. Наиболее продуктивной является универсальная отопительная система, позволяющая подстраховать людей на случай, если вдруг произойдут аварии.

Возможности использования

Как можно использовать солнечные батареи для отопления дома? Только для уменьшения счетов за электроэнергию, а также в качестве резервного источника на случай отключения. Это поможет добиться той самой энергонезависимости, и не заморозить систему отопления при отсутствии централизованного электропитания.

Если включить гелиосистему параллельно с централизованным энергоснабжением, можно сэкономить приличную сумму

Насколько реально солнечная батарея может обеспечит потребности в электричестве? Если говорить о водяном отоплении, то это реально: для поддержания работоспособности системы потребуется максимум 200-300 Вт/ч. Столько в среднем «тянут» электроника котла + циркуляционный насос + возможные управляющие устройства и контролеры. Если система у вас больше, возьмите паспорта и посчитайте необходимую мощность. Для 300 Вт/ч будет достаточно двух солнечных панелей средней мощности (их суммарная производительность должна немного превышать потребность).

И не нужно думать, что при отсутствии солнца электричества не будет. В систему входят обязательно аккумуляторы и инвертор. Правильно подберите мощность аккумуляторов, и их заряда даже при самых плохих погодных условиях вам хватит на несколько дней работы системы.

Кстати, многие европейские производители отопительного оборудования предусматривают совместную работу своей техники с солнечными преобразователями (например, газовые котлы Baxi и Ariston). Но работают они с гелиоколлекторами (греют воду) или с солнечными батареями, нужно смотреть по каждому виду оборудования.

Для полного обеспечения электроэнергией одной крыши будет недостаточно

Если подогрев пола у вас электрический, все серьезнее. Мощность большинства таких обогревателей исчисляется киловаттами. Для выработки такого количества энергии потребуется много панелей для переработки энергии солнца. Устройство системы солнечных батарей для отопления частного дома электрическими полами, может вылиться в очень приличную сумму. Но система хороша тем, что ее мощность можно наращивать постепенно. Будете по возможности увеличивать количество панелей и количество вырабатываемого электричества.

При желании можно сэкономить: собрать солнечные панели самостоятельно. Такие самодельные варианты обойдутся в разы дешевле заводских. И это притом, что покупать фотопреобразователи придется готовые: их изготовление в кустарных условиях — нереальная задача. Поэтому — только готовые. Эффективность самодельных солнечных панелей будет ниже заводских, но и цена в разы ниже.

Стоимость комплекта, обзор технических характеристик

Комплект для солнечной батареи Цена устройства формируется с учетом комплектующих:

модуль;
аккумуляторная батарея;
контроллер;
инвертор;
кабель;
клеммы;
стеллаж.

Цена солнечных батарей разная. В зависимости от комплектующих стоимость меняется в пределах диапазона: от 300 тыс. руб. до 2 млн руб. Малогабаритные изделия для локального применения можно приобрести и за 10 тыс. руб., однако их допустимо применять для простейших нужд (в качестве элемента питания и др.)

При выборе устройства обращают внимание на параметры:

энергоэффективность;
габариты панелей (могут составить несколько метров по одной стороне);
мощность;
температурный коэффициент (оказывает влияние на мощность и другие электрические параметры).

Несмотря на высокую стоимость, солнечные батареи приобретают достаточно часто. Это обусловлено сравнительно быстрой их окупаемостью. Срок возврата затраченных средств зависит от количества потребителей. Для сравнения, панели, обслуживающие дом, где проживает семья из 4 человек, окупятся уже через 4 года (средний показатель).

Для удовлетворения простых нужд может быть достаточно панелей «Хевел» сетевой солнечной электростанции мощностью не выше 5 кВт. Их допустимо устанавливать на крыше частного дома, объектах малого и среднего бизнеса (кафе, небольшие магазины, павильоны, гостевые дома). Такой способ позволяет снизить затраты на электроэнергию от основного источника.

Однако самостоятельно сложно понять, какой комплект следует приобрести. Не всегда просто рассчитать и достаточную мощность солнечных батарей. Если выбор пал на панели «Хевел», консультант поможет подобрать модель. От компании приходит специалист, ориентируется на месте: делает замеры, расчеты. Дома останется выполнить пусконаладочные работы. предоставляет гарантию (до 25 лет) на все комплектующие, а также модули.

История происхождения

Солнечные батареи применяют для создания автономного электроснабжения в доме.

Повышают эффективность системы отопления энергией солнца — нагревают воду в змеевике из труб, подключенном к душу на даче. Генерацию пара обеспечивают комплектом зеркал, концентрирующих лучи на стенках бака.

Фотоэффект при облучении электролитического раствора впервые обнаружил А. Беккерель в 1839 г. Следующий список отражает вклад других исследователей:

Г. Герц (1887 г.) — открытие внешнего фотоэффекта;
Томсон (1898 г.) — экспериментальное подтверждение возрастания силы тока при увеличении освещенности контрольной зоны;
Ф. Леонард (1902 г.) — регистрация зависимости образованной энергии от частоты облучающего сигнала;
А. Эйнштейн (1905 г.) — формулировка физических принципов явления.

Преобразование солнечной энергии в электрический ток выполняется без промежуточных этапов. Отсутствие теплоносителя определяет более высокую эффективность фотоэлектрической панели.

Установка

Монтировать панели допускается практически как угодно – вертикально, горизонтально, под наклоном. Однако следует учитывать, что максимальную отдачу модули дают при падении солнечных лучей на рабочую поверхность перпендикулярно. При этом нужно обеспечить и максимальное время облучения.

Отсюда – некоторые рекомендации по установке:

Ориентировать фотоприемники на юг.
Располагать панели под углом, равным широте местности.
Изменять (по возможности) угол наклона на 20% — увеличивать зимой и уменьшать летом.

Следует также позаботиться, чтобы в течение всего светового дня модули не подвергались затенению деревьями на участке или другими зданиями. В этом случае удастся обеспечить максимальную мощность генерации. Особенно критично это для монокристаллических батарей, отдача которых существенно снижается в рассеянном свете.

Где и как применяют солнечную энергию?

Гибкие панели применяются в разных сферах. Прежде чем составлять проект энергообеспечения дома при помощи этих солнечных батарей, выясните, где они применяются и каковы особенности их использования в нашем климате.

Область применения солнечных батарей

Применение гибких солнечных батарей очень широкое. Они с успехом используются в электронике, электрификации зданий, автомобиле- и авиастроении, на космических объектах.

В строительстве такие панели используют для обеспечения жилых и промышленных зданий электричеством.

Портативные зарядные устройства на основе гибких солнечных элементов доступны каждому и продаются повсеместно. Большие гибкие туристические панели для добычи электроэнергии в любом уголке Земного шара очень популярны среди путешественников.

Очень необычная, но практичная идея – использовать в качестве основы для гибких батарей дорожное полотно. Специальные элементы защищены от ударов и не боятся больших нагрузок.

Эта идея уже реализована. «Солнечная» дорога обеспечивает энергией окрестные деревни, при этом не занимая ни одного лишнего метра земли.

Особенности применения гибких аморфных панелей

Те, кто планирует начинать использование гибких солнечных панелей в качестве источника электроэнергии для своего дома, должны знать особенности их эксплуатации.

Прежде всего пользователей волнует вопрос, а что делать зимой, когда световой день короткий и электричества не хватит на функционирование всех приборов?

Да, в условиях пасмурной погоды и короткого светового дня производительность панелей снижается. Хорошо, когда есть альтернатива в виде возможности переключения на централизованное электроснабжение. Если ее нет, нужно запасаться аккумуляторами и заряжать их в те дни, когда погода благоприятная.

Интересная особенность солнечных батарей заключается в том, что при нагревании фотоэлемента его эффективность существенно снижается.

Число ясных дней в году зависит от региона. Разумеется, на юге использовать гибкие батареи рациональнее, поскольку солнце там светит дольше и чаще.

Так как в течение дня Земля меняет свое положение относительно Солнца, панели лучше располагать универсально – то есть с южной стороны под углом около 35-40 градусов. Такое положение будет актуальным как в утренние и вечерние часы, так и в полдень.

Солнечные батареи для дома: схема оборудования, расчет стоимости комплекта