Как подключать солнечные батареи. Сборка солнечной электростанции: от комплектации панелей до соединения электрических цепей Как подсоединить солнечные батареи

Обустройство современного частного дома не обходится без использования вспомогательных механизмов. Нагревательные котлы, водяные насосы, системы фильтрации бассейна – все они были созданы, чтобы упростить жизнь человеку. Каждая система требует большого количества энергии, не говоря уже об освещении жилых помещений и придомовых территорий. Если пользоваться общей электросетью, то в итоге в конце месяца можно получить внушительный счёт для оплаты коммунальных услуг. Чтобы сэкономить, можно обустроить дом с использованием солнечных батарей, при этом сделать всё собственноручно. Изначально вам придется потратиться, однако впоследствии вы увидите, что результат налицо.

Характеристика солнечных батарей для дома

Изначально гелиосистемы использовались в космических технологиях. С развитием прогресса они видоизменялись и совершенствовались, благодаря чему стали широкодоступными. На смену устаревшим панелям, которые использовались в калькуляторах, пришли высокотехнологичные фотоэлементы с более высокими показателями энергоэффективности. Все солнечные батареи содержат специальные элементы (две соединённые друг с другом пластины из кремния), которые играют роль полупроводника.

Достоинства солнечных батарей для дома

К главным преимуществам солнечных батарей можно отнести следующие показатели:

1. Лёгкость панелей.
2. Экологически чистый функционал батареи. Гелиосистемы абсолютно безвредны для внешней среды.
3. Быстрое обслуживание системы. Вы не потратите много времени на уход за батареями и системой выработки и накопление электроэнергии.
4. Лёгкость монтажа. Опоры солнечных панелей не требуют дополнительной прокладки кабеля.
5. Бесшумность. Конструкция неподвижна, благодаря чему уровень шума функционирующей системы сведён к нулю.
6. Долгий срок эксплуатации. При правильном уходе, батареи прослужат десятки лет, не нуждаясь в ремонте или замене.
7. Экономия. Сначала покупка и установка гелиосистемы может показаться затратным мероприятием, однако со временем вы оцените свой выбор по достоинству.

Безусловно, самым основным преимуществом такой системы принято считать её экономичность. Именно благодаря этому показателю всё больше и больше владельцев частных домов выбирают гелиосистемы, которые в должной мере обеспечивают строение электроэнергией, заботясь при этом о сохранности ваших денежных средств.

Недостатки солнечных батарей для дома

Если вы собрались изготовить систему выработки электроэнергии, с применением солнечных панелей, то немаловажно обратить внимание на все «минусы» такого проекта. Хоть их и немного, но и такие имеются.

К недостаткам батарей энергосбережения, изготовленных с использованием солнечных панелей, можно отнести следующие:

1. Достаточно долгий и трудозатратный процесс изготовления. Чтобы создать такую систему потребуется немало времени и терпения.
2. Панели боятся грязи, которая может уменьшить свойства поглощения световых лучей, или вовсе вывести их из строя.
3. Для того чтобы запитать дом большой площади, необходимо использовать громоздкие панели, которые будут иметь достаточно большую массу. Иногда установить такие панели на крыше не представляется возможным.
4. Непостоянство функционирования. Ввиду того, что погода переменчива, а с наступлением зимнего периода количество пасмурных дней только увеличивается, солнечные батареи не смогут постоянно выполнять свою задачу. То же самое относится и к ночному времени суток.

Способ установки солнечных панелей для дома

Каждый дом имеет собственную особенность строения, поэтому о месте будущего размещения солнечной батареи лучше позаботиться заранее. Иногда бывает так, что это и вовсе невозможно, тогда нужно найти место вблизи дома.

Монтируя солнечную батарею, можно воспользоваться следующими способами:

Выбирая способ установки вашей батареи, учтите погодные факторы местности. Немаловажно обратить внимание на количество потребляемой энергии. Иногда лучше установить панели на траверсы, и потратить на это некоторую сумму, зато впоследствии система будет более эффективно выполнять свою задачу.

Особенности установки солнечных батарей для дома

Перед тем как начинать непосредственную сборку и установку гелиосистемы, лучше рассмотреть все нюансы. Они помогут вам избежать ошибок, тогда система будет работать максимально эффективно.

Чтобы смонтировать солнечную систему в собственном доме придерживаются следующих правил:

Не пренебрегайте правилами установки во избежание потери работоспособности гелиосистемы. Если вы хотите добиться от батареи максимальной эффективности, то уделите внимание каждому вышеперечисленному пункту в отдельности.

Солнечные батареи для дома своими руками. Пошаговая инструкция

Если вы собрались собственноручно собрать и смонтировать систему энергосбережения, то лучше быть во всеоружии. В теории может показаться, что этот процесс достаточно прост и незамысловат, но это не так. Сборка гелиосистемы может потребовать некоторых навыков и знаний, используемых в электромонтажных работах. На случай, если вы не имели опыта работы с электричеством, то лучше купить готовый комплект и установить собственноручно. На крайний случай можно попросить более компетентного человека, предоставив ему весь необходимый реквизит и материал.

Выбор основных компонентов гелиосистемы

Солнечная батарея играет роль всего лишь первичного преобразователя, поглощая энергию солнца. Чтобы изготовить в домашних условиях работоспособную систему сбережения и накопления энергии, необходимо рассмотреть каждый компонент в отдельности. Это поможет лучше понять принцип работы гелиосистемы, а также другие особенности её функционала.

Ниже приведём составные элементы гелиосистемы, используя которые можно собрать простейший вариант такой конструкции, среди которых:

Материал и инструмент для создания солнечной батареи

Для того чтобы самостоятельно изготовить гелиосистему, заранее приобретите всё необходимое. Ниже приведём список всех компонентов, которые понадобятся для сборки того или иного элемента системы.

К ним относятся:

• фотоэлементы из поликристаллического кремния для «впитывания» солнечной энергии;
• алюминиевые уголки для каркаса;
• оргстекло, прозрачный поликарбонат или калёное стекло для защитного слоя;
• набор проводников для соединения фотоэлементов;
• паяльник, канифоль, олово или серебро;
• крепёжные элементы, нож строительный;
• мультиметр, дрель, свёрла, диоды Шотке;
• вакуумные подставки.

Полезный совет: для будущей конструкции, лучше покупать составные части одной фирмы. Такая схема будет надежнее, нежели собранная из разных компонентов.

Как сделать солнечную батарею своими руками

Если вы собрались создать контроллер заряда и солнечную панель для гелиосистемы своими руками, то лучше сразу купить всё необходимое. Изредка можно встретить солнечную батарею, собранную из подручных средств собственноручно. В данном вопросе нужно иметь некоторые знания в сборке электроприборов, а также неплохо пользоваться паяльником.

Чтобы самостоятельно изготовить солнечную батарею, необходимо придерживаться следующей инструкции, действуя при этом пошагово:

Сделав всё последовательно, вы получите надёжную долговечную батарею для преобразования солнечного света. Обязательно загерметизируйте все щели, чтобы избежать в них попадания влаги. Соблюдайте полюсность при соединении контактов.

Схема подключения солнечной батареи для дома

Остаётся завершающий этап установки солнечной батареи, изготовленной собственноручно.

Чтобы сделать всё верно, пользуются следующим алгоритмом:

1. Контроллер заряда соединяют с АКБ при помощи выходных клем.
2. Подключаем аккумуляторную батарею. Обязательно соблюдайте одинаковую полюсность (плюс к плюсу, минус к минусу). В противном случае батарея попросту спалит АКБ.
3. Подаём питание от АКБ, поместив проводники на входные клеммы инвертора.
4. Теперь можно включить контроллер с инвертором. Электричество начнёт зарядку аккумулятора.

Как видим, собрать и смонтировать такую конструкцию возможно, если придерживаться правильной последовательности действий. Используйте качественные материалы для сборки гелиосистемы, тогда вы получите долговечную конструкцию, которая сэкономит вам круглую денежную сумму. Существуют также солнечные батареи, которые собирают вручную из транзисторов. Для нас же приемлемым остаётся вышеописанный вариант.

Солнечные батареи своими руками, видео

В последнее время мы замечаем, что у владельцев большой и малой загородной недвижимости все большим интересом начинает пользоваться альтернативная энергетика и особенно получение электроэнергии с помощью солнечных панелей(солнечных батарей, фотоэлектрических модулей, ФСМ).

Это происходит из-за снижения цен на солнечные панели и ростом информированности людей о появляющихся возможностях. Но не смотря на снижающиеся цены, срок окупаемости систем солнечного (ветряного и т.п.) энергообеспечения при наличии подведенной электросети остается очень большим (10 и более лет с учетом амортизации аккумуляторов).

Если же электросеть отсутствует, то в летний период солнечное электричество может стать отличным способом обеспечения базовых потребностей — освещение, небольшой холодильник, насос и телевизор/радиоприемник. И все это по умеренной цене, сравнимой с ценой бензогенератора даже без учета расхода горючего и ресурса последнего.

Основными компонентами бюджетной системы солнечного электроснабжения являются:

Солнечная панель или батарея панелей, объединенных последовательно или параллельно;

Контроллер солнечных панелей - контроллер заряда АКБ от солнечных панелей;

Аккумулятор (АКБ) или батарея АКБ для накопления электроэнергии на случай пиковых нагрузок, ночное время и пасмурные периоды погоды;

Инвертор напряжения (или источник бесперебойного питания с внешними АКБ) для преобразования низковольтного постоянного напряжения в переменное 220 Вольт 50 Гц.**

Контроллером в бюджетной системе обычно является недорогое устройство производства КНР с тремя парами клемм, рассчитанное на батарею солнечных панелей мощностью 100-500 Ватт, с функцией MPPT или без и имеющее минимум настроек, в основном связанный с ночным освещением и MPPT. В данной статье мы приведем необходимое знание - порядок подключения компонентов системы*.

Схема соединения компонентов системы солнечного электроснабжения

Порядок подключения контроллера солнечных панелей:

В первую очередь к контроллеру подключается заряженный аккумулятор (батарея АКБ).

Это необходимо, чтобы контроллер правильно определил номинальное напряжение системы (обычно 12В или 24В). Толщину всех проводов необходимо выбирать исходя из номинального тока контроллера***;

Внимание! Неправильная полярность (+/-) может привести к выходу контроллера из строя;

Подключите к контроллеру солнечную панель, предварительно проверив полярность соединения.

Внимание! Неправильная полярность (+/-) может привести к выходу из строя компонентов системы & как панелей, так и самого контроллера;

Третья пара клемм предназначена только для низковольтного ночного освещения по расписанию! Подключение большой нагрузки к этим клеммам может вывести контроллер из строя, так как они рассчитаны на небольшой ток.

Ночное освещение (если установлено) включается контроллером автоматически после захода солнца и работает на напряжении АКБ. Многие контроллеры позволяют настроить время работы данного освещения после заката, а некоторые позволяют включать освещение на время перед восходом солнца;

Инвертор напряжения 12В → 220В (24В → 220В) или источник бесперебойного питания (ИБП) должен подключатся напрямую к АКБ.

При пиковых (пусковых) нагрузках аккумулятор является буфером, защищающим контроллер от повреждения, так как обычная свинцово-кислотная батарея она способна отдавать ток, десятикратно превышающий номинальную емкость;

Внимание! Неправильная полярность подключения (+/-) может привести к выходу инвертора из строя;

К инвертору напряжения (ИБП) подключается необходимая нагрузка, работающая от 220 Вольт. Пиковое потребление тока нагрузкой не должно превосходить возможности инвертора!

Выбор инверторов и ИБП напряжения достаточно велик, а цены невысоки. Необходимо лишь правильно подобрать инвертор под вашу нагрузку по значению пиковой мощности (перегрузочной способности) и форме сигнала напряжения ("модифицированный" или "чистый" синус).

Если Вас заинтересовали системы солнечного электроснабжения, не стесняйтесь обратиться к нам за консультацией.

* Приведенная схема подключения соответствует большинству контроллеров производства КНР с тремя парами клемм. В любом случае перед подключением рекомендуется прочесть или просто изучить инструкцию к контроллеру. Соблюдайте правила безопасной работы с электричеством!

** Для оптимального накопления и сохранения солнечной электроэнергии в АКБ рекомендуется использовать инверторы со "спящим режимом" или линейно-интерактивные ИБП.

*** Обычно используется правило 1мм2 на 10 Ампер тока, но более толстые провода сделают систему более надежной и энергоэффективной.

Одним из наиболее практичных источников альтернативной энергии считается солнечная батарея. Она способна накапливать и преобразовывать свет в электричество даже в условиях облачности. Тем не менее, ее стоимость не позволяет отечественному потребителю перейти на независимое электроснабжение. Решение - самодельная солнечная батарея.

Устройство солнечной батареи

В отношении солнечной батареи, как нельзя к месту, фраза все гениальное - просто. Устройство состоит из двух элементов:

• блоков преобразователей;
• корпуса батареи.

Все остальное - это контакты, микросхемы и дополнительные гаджеты, которые нужны исключительно для увеличения функциональных возможностей солнечной батареи.

Блок преобразователь - это кремниевая пластина, которая изготовлена либо монокристаллическим, либо поликристаллическим методом. Первый вариант, более эффективный, второй - более дешевый.

Корпус батареи, как правило, изготавливают из пластика. Это обычная плита, к которой крепятся блоки преобразователи.

Электрическая схема солнечной батареи

Правильное подключение блоков преобразователей - это главный залог успешной работы солнечной батареи. При параллельном подключении увеличивается сила тока, при последовательном - напряжение. Для того, чтобы оба эти параметра были максимальными, используют параллельно-последовательное подключение.

От перегревания и перегорания контактов при сверх нагрузках защищают диоды, по одному на каждую четверть фотоэлемента. Если диодов нет, то блок преобразователь выйдет из строя после первого дождя.

Так как напряжение и сила тока на солнечной батарее не соответствуют параметрам бытовой техники, необходимо осуществить накопление и перераспределение электроэнергии. Для этого подключаются два аккумулятора. Первый, является накопительным, второй - резервным.

Наличие двух аккумуляторов объясняется тем, что в хорошую солнечную погоду зарядка идет достаточно быстро, поэтому необходимо куда-то девать избыточную энергию. За процессом следит специальный контроллер, сделанный по принципу реостата. При достижении 80-90% заряда основного аккумулятора, контроллер переводит подачу электричества на дополнительный.

Важно: принцип работы описан поверхностно, поскольку для создания самодельной солнечной батареи особого значения не имеет.

Принцип солнечной батареи: как это работает

Блоки преобразователи или фотоэлемнты - это кремниевые пластины. Кремний или силиций - это морской песок, вернее это вещество наиболее соответствует чистому силицию по химическому составу. Песок, имеет ту же атомную решетку, что и алмаз. Хрупкость материала связанна с более длинным расстоянием между атомами. Именно эта схожесть позволила существенно удешевить технологию производства солнечных батарей и запустить ее на конвейер.

В чистом виде, кремний является полупроводником, поэтому его кристаллизуют. Поликристаллы изготовить проще, но они имеют значительно больше граней, в результате чего электроны не могут двигаться прямолинейно. Монокристалл обеспечивает прямолинейное поступательное движение частиц. Кроме того, электропроводность повышается добавлением в кристаллическую решетку атомов мышьяка или фосфора.

Еще одно интересное свойство силиция - он невидим для инфракрасного излучения. Таким образом, фотоэлемнты поглощают только полезную часть солнечного спектра.

Преобразование света проходит по следующему принципу:

• солнечная энергия попадает на кремниевые пластины;
• они нагреваются и высвобождают электроны;
• электроны начинают активное движение от пластин по проводникам;
• проводники заряжают аккумулятор.

Конструкция солнечных батарей

Переходя от теории к практике, первым делом, необходимо выполнить расчеты и определить количество блоков преобразователей. Для этого необходимо определить мощность солнечного света. На входе в атмосферу она составляет около 1300 Вт/м², но возле земли, особенно в облачную погоду, редко превышает 200 Вт/м², при этом следует понимать, что около 40% спектра - бесполезное инфракрасное излучение, т.е. реальная мощность всего 120 Вт/м². В солнечную погоду, когда солнце в зените, мощность возрастает до 500-600 Вт/м², но закладываться на такие высокие показатели не стоит, поэтому будем считать по минимуму.

Интенсивное солнечное излучение на протяжении года составляет в среднем 9 часов. Следовательно, солнечная батарея площадью 1 м² за день производит 120*9=1 кВт электроэнергии. При этом нужно учесть еще и КПД, максимальное - 25%. Таким образом, за сутки с солнечной батареи площадью 1 м² можно получить около 0,3 кВт электроэнергии. Если на дворе стоит солнечная погода, то около 0,6 кВт.

Далее необходимо рассчитать количество потребляемой энергии за день. Для этого нужно разделить предыдущие показания счетчика на 30. Т.е. если в прошлом месяце было израсходовано 300 кВт, то расход в день составит 10 кВт в сутки. Чтобы полностью обеспечить такой дом электроэнергией потребуется примерно 20 м² солнечных батарей.

Важно: для качественного и бесперебойного электроснабжения понадобятся дорогие аккумуляторы для солнечных батарей. Это обстоятельство объясняется не только большой емкостью, но и устойчивостью электролита к постоянному режиму зарядки-разрядки.

Производство солнечных батарей

Процедура самостоятельной сборки не требует особых навыков и сводится к выполнению простой инструкции:

1. Изготовить основу для фотоэлементов.

2. Подготовить основу к неблагоприятным факторам окружающей среды.

3. Закрепить блоки преобразователи.

4. Соединить блоки проводами.

5. Защитить фотоэлементы при помощи установки стеклянной крышки.

6. Подключить выход к аккумулятору.

С каждым из пунктов нужно разобраться детальнее, чтобы в последствии не было ошибок. Например, для основы используют либо твердый пластик, либо дерево. Другие материалы категорически не допускаются по технике безопасности. Пластик более прост в обработке, но от высоких температур он быстро теряет свои свойства. Термостойкие модификации стоят, как правило, дороже чем дерево.

Деревянная основа изготавливается из обычной фанеры не менее 4 мм в толщину. Вырезается основание, размеры которого зависят от количества и размеров фотоэлементов. По краю основания устанавливается защитная гарда или бортик. Такой же бортик должен быть по периметру каждого фотоэлемента. Лучше, если он будет изготовлен из рейки или деревянного массива.

В получившихся квадратиках нужно просверлить дырки под контакты. В зависимости от размеров фотоэлементов, их число равняется 4, 6 или 8. Для сверления лучше использовать сверло в 6 или 8 мм, чтобы отверстие было достаточно большим и контакты не соприкасались с деревом. В идеале каждое отверстие желательно обработать жидкой резиной или битумом. Это исключит возможность возгорания.

Далее заготовку нужно обработать защитными антисептиками, прогрунтовать и покрасить. Краска, как не сложно догадаться, должна быть белой, чтобы не рассеивать солнечную энергию. Кроме того, акрилосодержащие краски лучше не использовать, поскольку они подвержены разрушению под воздействием прямых солнечных лучей.

Блоки преобразователи крепятся либо на клей, но в таком случае их повторное использование будет невозможно, либо вставляются в специальные защелки. Если размер солнечной батареи небольшой, до 1 м², допускается фиксация фотоэлементов без дополнительного крепления.

Следующий шаг - соединение всех контактов. Делать это можно либо параллельно, либо последовательно. Так как смешанная схема предполагает наличие дополнительного дорогостоящего оборудования и на реальное КПД влияет достаточно опосредованно. Для соединения контактов нужен паяльник и качественный припой, лучше, если это будет серебро.

Совет: работать с солнечными батареями намного удобнее при помощи газовых паяльников, поскольку они обеспечивают больше мобильности.

Когда конструкция готова, ее необходимо защитить от попадания влаги и мусора. Для этого подойдет ударопрочное оргстекло. Установка солнечных батарей предполагает минимальное участие в процессе преобразования и накопления электроэнергии, поэтому на защитном коробе экономить не стоит. Способ фиксации - молекулярный клей.

Совет: подобное клеящее вещество лучше покупать в узкопрофильных, специализированных магазинах, поскольку в строительных гипермаркетах, и тем более, на рынке, найти настоящий молекулярный клей практически невозможно.

Аккумулятор имеет два полюса, важно подключить фотоэлементы так, чтобы полюсность была одинаковой. Иначе, солнечная батарея спалит аккумулятор.

Еще один принципиальный момент подключения солнечных батарей - вольтаж. Напряжение на выходе должно быть на 30-40% больше, чем напряжение на аккумуляторе, иначе процесс зарядки не пойдет. Это обстоятельство является главным минусом любой солнечной батареи. Единственное решение проблемы - установка трансформатора, который будет выравнивать напряжение от аккумулятора к электросети. При этом не стоит забывать, что порядка 30% электроэнергии будут потеряны.

Система солнечных батарей

Описанная инструкция справедлива по отношению к одной солнечной батарее, но для обеспечения дома электричеством понадобится несколько таких изделий. Чтобы определить, как связывать между собой отдельные солнечные батареи, необходимо для начала определиться с порядком их работы. Варианта есть два:

• несколько малоемких аккумуляторов, подающих ток на трансформатор;
• один мощный аккумулятор.

Схема подключения солнечных батарей от нескольких аккумуляторов, также, имеет свои вариации:

• каждый отдельный аккумулятор питает конкретный прибор;
• все аккумуляторы передают электричество на трансформатор, который обеспечивает электричеством дом.

Первый вариант предпочтительнее, поскольку позволяет уменьшить нагрузку на отдельно взятый аккумулятор. Для реализации такой схемы солнечная батарея и прибор подключаются к источнику питания напрямую. При использовании трансформатора необходимо создать стационарную электроразводку. Этот вариант более актуален для мощных аккумуляторов.

Применение на практике

Учитывая, что стоимость новых фотоэлементов начинается от 900 руб. за штуку, а для сборки одной батареи их нужно не менее 30, становится очевидным - альтернативная энергетика является очень дорогим удовольствием. Определенным выходом станет приобретение б/у элементов солнечных батарей. Это снизит стоимость минимум вдвое.

Для изготовления батареи площадью 1 м², при использовании стандартных фотоэлементов, понадобится 60 шт. кремниевых пластин. Стоимость одной батареи 60*900=54 000 руб. Т.е. для полного перехода на независимое электропитание понадобится вложить более миллиона рублей.

Из-за такой дорогой стоимости, солнечные батареи применяются только в качестве вспомогательного электропитания. Наиболее часто встречается освещение на солнечных батареях. И этому есть вполне логичное объяснение.

При использовании энергосберегающих ламп на 20 или 40 В, достаточно собрать небольшую батарею, цена которой, вместе с аккумулятором и дополнительными материалами, будет около 30 000 руб. Этой батареи с лихвой хватит, чтобы обеспечить освещение не только внутри дома, но и на улице. Вместо стандартных включателей, устанавливают светореагирующие тумблеры, которые автоматически включают освещение при снижении интенсивности солнечного света. В доме лучше установить стандартные выключатели или диммеры.

В 2017 году я установил на участке одну солнечную батарею мощностью 260Вт для выработки электроэнергии. В июне выработка панели составила 34кВт электроэнергии, что в 4.5 раза превысило её нормативную мощность.

Кому подойдет домашняя солнечная электростанция

1. Тем, у кого на участке нет электричества. Солнечные батареи смогут автономно обеспечивать объект электроэнергией. В качестве альтернативы также можно рассматривать ветряк (для которого должна быть соответствующая роза ветров) или дизельный генератор (который не очень удобен в эксплуатации и неэкономичен).
2. Также солнечную станцию можно рассматривать как инвестицию, чтобы на фоне постоянно растущих тарифов в будущем меньше платить за электроэнергию. К тому же срок службы батарей очень большой, а солнце светит всегда.
3. И последний вариант — всем, кто хочет заработать. В Украине существует закон о зеленом тарифе, согласно которому государство выкупает выработанную электроэнергию с помощью по особой цене.

Как устроена солнечная батарея

Солнечная батарея (или ФЭМ – фотоэлектрический модуль) работает за счет кремниевых элементов, которые преобразовывают световую энергию в электрическую (в отличие от , которые работают за счет солнечного тепла).

Сзади у панели есть выход двух кабелей, которые подключатся на инвертор или аккумулятор, в зависимости от схемы использования (об этом далее подробнее).

Как подключить, если на участке нет электричества

Если участок не подключен к сети, то главная задача — накапливать электроэнергию, чтобы использовать её в будущем по мере необходимости.

Какое оборудование понадобится:

• Солнечные батареи.
• Аккумулятор для накопления заряда.
• Контролер заряда (чтобы контролировать ток заряда аккумулятора).
• Преобразователь в 220В. По умолчанию солнечная панель выдает 12В, 24В, тогда как большинство электроприборов подключаются к 220В. Если вы используете приборы, работающие от 12В, то преобразователь не понадобится.
• Оборудование для фиксации и крепежа самой батареи.

Самый простой вариант, «своими руками»

Самый примитивный, но рабочий вариант «для дачи»: солнечная батарея + аккумулятор, которые соединяются между собой клеммами. В таком виде станция уже готова к эксплуатации и её можно даже не ставить на крышу, а просто установить на землю. Электроэнергия будет накапливаться на аккумуляторе, от которого можно зарядить телефон, подключить освещение и т.д.

Такую станцию очень легко собрать своими руками. Достаточно просто купить аккумулятор (подойдет даже обычный автомобильный), солнечная батарея, провода и клеммы. Если вы приезжаете на дачу только по выходным, то станция может быть переносной, так как легко разбирается и прячется (или увозится с собой).

Более сложная реализация

Схема для повседневной эксплуатации и разводкой по розеткам. Солнечные батареи устанавливают на крышу (или отдельную металлическую конструкцию), а кабель от них прокладывают к аккумулятору, от которого электричество через преобразователь поступает на розетки.

По мере необходимости станцию легко масштабировать, подключая дополнительные батареи и аккумуляторы.

Как подключить, если на участке есть электричество

Если участок подключен к сети, то установка солнечной электростанции сделает дом более энергонезависимым, позволит сократить затраты на электроэнергию и даже заработать на этом благодаря зеленому тарифу.

В этой схеме подключения отсутствует аккумулятор, так как не нужно накапливать электроэнергию (но если вы хотите иметь резервный источник питания на случай выключения света, то аккумулятор необходим).

Для подключения такой станции нужна только солнечная батарея (или несколько), которая через сетевой инвертор подключается в розетку. В таком виде станция уже готова к работе. Батарея вырабатывает электричество и вы сразу же его потребляете для внутренних нужд: работы холодильника, освещения, чайника и т.п.

Например, выработка станции в сутки — 1кВт электроэнергии, а здание суммарно потребляет 5кВт. По факту из сети вы берёте лишь 4кВт. Но если станция вырабатывает в сутки 5кВт, а вы реально потребляете только 2кВт, то остаток (3кВт) сгорает. В этом случае можно подключить и продавать разницу государству по более высокой цене, либо же поставить аккумулятор и накапливать избыток на него.

Сейчас существуют компании которые подключают зеленый тариф «под ключ». Начиная от подбора и установки станции, до заключения договора с ОБЛЭНЕРГО.

Реальная выработка солнечной электростанции для дома

Выработка зависит от мощности и угла наклона панелей, интенсивности солнца и продолжительности светового дня.

Между собой батареи отличаются площадью, что отражается на их мощности. Это может быть 10Вт, 100Вт, 150Вт, 260Вт и так далее. Однако реальная выработка панели обычно выше её номинальной мощности, так как необходимо учитывать коэффициент интенсивности солнца. В южных регионах солнце светит сильнее и дольше, а в северных слабее и меньше, поэтому одна и та же панель вырабатывает разное количество электроэнергии.

Пример из практики

Это график выработки электроэнергии одной панелью мощностью 260Вт за июнь 2018 года. Суммарная выработка станции за месяц — 34,89 кВт. Из расчета, что номинальная месячная мощность батареи — 7,8кВт (260Вт Х 30 дней), её фактическая мощность оказалась в 4.5 раза выше (поправочный коэффициент). Летом он больше, зимой – меньше или вообще отсутствует.

Из графика видно, что выработка непостоянна и присутствуют резкие спады – это пасмурные дни, когда световой день короче, а солнечная активность очень слабая. Худшая производительность была зафиксирована 17.06 — около 0.4кВт, а максимальная 25.06 — около 1.4кВт.

А вот так выглядит выработка солнечной батареи по часам в течение дня:

Выработка начинается ближе к 9 утра, достигает пика к 13:00, затем постепенно снижается и прекращается около 19:00. В течение дня есть небольшие провалы — когда солнце было закрыто облаками.

Примерно с 13:00 до 15:00 выработка электроэнергии была нестабильна из-за облачности. Но и это не сильно сказалось на итоговой производительности станции — 1.32кВт.

В течение дня было множество провалов, что и отразилось на итоговой выработке станции — 0.98кВт.

А это пасмурный дождливый день, когда солнечная активность очень слабая и выработка в течение дня составила 0.45кВт.

Из этого можно сделать вывод, что целиком полагаться на солнечную электроэнергию сложно. Производительность станции сильно зависит от интенсивности солнца и даже летом она может быть непостоянна из-за пасмурной погоды.

Угол наклона солнечной батареи

Панель вырабатывает максимум электроэнергии тогда, когда солнечные лучи падают на неё под прямым углом. В этом случае лучи практически не отражаются и потери энергии минимальны. Но так как солнце в течения дня постоянно движется и меняет высоту, то поддерживать постоянным угол падения в 90° сложно.

Для этого существуют специальные механизмы, которые поворачивают панель вслед за солнцем в течение дня и изменяют угол её наклона, что дает максимально возможную выработку электроэнергии. Однако для домашней станции они нецелесообразным: при малой мощности станции дополнительные 5-15% электричества не покроют затраты на их установку.

Поэтому рекомендуется универсальное положение солнечной панели: для северного полушария направление на юг (которое охватывает максимальную траекторию движения солнца) и угол наклона в 30 ° на лето и 60 ° на зиму. Либо же средний вариант в 45 °, если панель работает круглый год.

Как рассчитать мощность электростанции на солнечных батареях

Оттолкнуться нужно от того, сколько электроэнергии вам нужно для нормального функционирования здания. Самый простой способ — выписать все эл. приборы, которые вы планируете использовать, время их работы и потребляемую мощность.

Пример:

• Холодильник: 100Вт – 24ч – 2400Вт
• Освещение: 100Вт – 5ч – 500Вт
• Чайник: 15мин – 1,5кВт – 0,03кВт
• Стиральная машина:
• Ноутбук:
• Итого: 3кВт

3кВт — это мощность, которую должна производить солнечная электростанция для нормальной жизнедеятельности здания. Т.е. понадобится 12 панелей мощностью по 260Вт. На практике их производительность будет выше (при коэффициенте солнечной активности 4.5 суточная выработка станции составит 14кВт), однако мы отталкиваемся от самого пессимистичного сценария, при котором каждый день — пасмурный. Также учитывайте: если вы не подключены к зеленому тарифу или не запасаете энергию на аккумулятор, то избыток будет сгорать.

Если вы устанавливаете солнечную электростанцию для заработка на зеленом тарифе, то начать можно с любой мощности и постепенно её наращивать.

Заключение

Солнечные электростанции для дома решают две основные задачи:

• могут обеспечивать электроэнергией участок, который не подключен к сети. В самом простом варианте вам понадобится только панель, аккумулятор и контролер заряда, которые уже способны генерировать электроэнергию. Также возможна более сложная реализация, когда станция генерирует электричество и через инвертор передает его в розетки. В этой схеме дополнительно необходим преобразователь из 12В в 220В.
• служить инвестицией и источником дохода. В Украине существует закон о зеленом тарифе, согласно которому государство готово покупать у населения электроэнергию, выработанную на альтернативных источников энергии, по более высокому тарифу. Другими словами: каждый может установить в доме солнечную электростанцию и продавать электроэнергию государству.

Производительность станции зависит от мощности панели и коэффициента интенсивности солнца. Для южных регионов, где солнце светит долго и интенсивно, выработка панелей может быть в 4.5 — 5 раз больше номинала. Зимой коэффициент практически отсутствует.

При пасмурных днях даже летом выработка сильно падает. Поэтому целиком полагаться на солнечную энергию не стоит (особенно если у вас автономное энергообеспечение объекта) и не лишним будет иметь резервный источник, например — дизельный генератор.

Все про солнечную электростанцию для дома: подключение, реальная выработка, подключение, особенности

Альтернативная энергетика становится все доступнее. Эта статья даст вам полное представление о солнечной энергетике локальных масштабов, видах фотоэлементов и панелей, принципах построения солнечных ферм и экономической обоснованности.

Особенности солнечной энергетики в средних широтах

Для жителей средних широт альтернативная энергетика весьма привлекательна. Даже в северных широтах среднегодовая суточная доза излучения составляет 2,3-2,6 кВт·ч/м 2 . Чем ближе к югу — тем выше этот показатель. В Якутске, например, интенсивность солнечного излучения составляет 2,96, а в Хабаровске — 3,69 кВт·ч/м 2 . Показатели в декабре составляют от 7% до 20% от среднегодового значения, а в июне и июле возрастают вдвое.

Вот пример расчета эффективности солнечных панелей для Архангельска — региона с одним из самых низких показателей интенсивности солнечного излучения:

• Q — среднегодовое количество солнечной радиации в регионе (2,29 кВт·ч/м 2);
• К откл — коэффициент отклонения поверхности коллектора от южного направления (среднее значение: 1,05);
• P ном — номинальная мощность солнечной панели;
• К пот — коэффициент потерь в электроустановках (0,85-0,98);
• Q исп — интенсивность излучения, при которой панель испытывалась (обычно 1000 кВт·ч/м 2).

Последние три параметра указываются в паспорте панелей. Таким образом, если в условиях Архангельска работают панели KVAZAR с номинальной мощностью 0,245 кВт, а потери в электроустановке не превышают 7%, то один блок фотоэлементов обеспечит генерацию в размере около 550 Вт·ч. Соответственно, для объекта с номинальным потреблением 10 кВт·ч понадобится около 20 панелей.

Экономическая обоснованность

Сроки окупаемости солнечных панелей посчитать несложно. Умножьте суточное количество производимой энергии в сутки на количество суток в году и на срок эксплуатации панелей без снижения мощности — 30 лет. Рассмотренная выше электроустановка способна генерировать в среднем от 52 до 100 кВт·ч в сутки в зависимости от продолжительности светового дня. Среднее значение составляет около 64 кВт·ч. Таким образом, за 30 лет электростанция в теории должна выработать 700 тыс. кВт·ч. При одноставочном тарифе в 3,87 руб. и стоимости одной панели около 15 000 руб, затраты окупятся за 4-5 лет. Но реальность более прозаична.

Дело в том, что декабрьские значения солнечной радиации меньше среднегодовых примерно на порядок. Поэтому для полностью автономной работы электростанции зимой требуется в 7-8 раз больше панелей, чем летом. Это существенно увеличивает вложения, но уменьшает срок окупаемости. Перспектива введения «зеленого тарифа» выглядит вполне ободряюще, но даже на сегодняшний день можно заключить договор на поставку электроэнергии в сеть по оптовой цене, которая втрое ниже розничного тарифа. И даже этого достаточно, чтобы выгодно продавать 7-8 кратный излишек выработанной электроэнергии в летний период.

Основные типы солнечных панелей

Существует два основных типа солнечных панелей.

Твердые кремниевые фотоэлементы считаются элементами первого поколения и наиболее распространены: около 3/4 рынка. Их существует две разновидности:

• монокристаллические (черного цвета) имеют высокий КПД (0,2-0,24) и малую цену;
• поликристаллические (темно-синего цвета) дешевле в производстве, но менее эффективны (0,12-0,18), хотя при рассеянном свете их КПД снижается меньше.

Мягкие фотоэлементы называют пленочными и изготавливают либо из кремниевого напыления, либо путем многослойной композиции. Кремниевые элементы дешевле в производстве, но их КПД в 2-3 раза ниже кристаллических. Однако при рассеянном свете (сумерки, пасмурность) они эффективнее кристаллических.

Некоторые виды композитных пленок имеют КПД около 0,2 и стоят гораздо больше твердых элементов. Их применение в солнечных электростанциях весьма сомнительно: пленочные панели в большей степени подвержены деградации со временем. Основная область их применения — мобильные энергоустановки с низким потреблением энергии.

Гибридные панели включают помимо блока фотоэлементов также коллектор — систему капиллярных трубок для нагрева воды. Преимущество их не только в экономии площади и возможности горячего водоснабжения. За счет водяного охлаждения фотоэлементы меньше теряют в производительности при нагреве.

Таблица. Обзор производителей

Оборудование гелиоэнергетического комплекса

Батареи генерируют при работе постоянный ток величиной до 40 В. Чтобы использовать его в бытовых целях, требуется ряд преобразований. За это отвечает следующее оборудование:

1. Блок аккумуляторных батарей. Позволяет пользоваться выработанной энергией ночью и в часы малой интенсивности. Используются гелиевые аккумуляторы номинальным напряжением 12, 24 или 48 В.
2. Контроллеры заряда поддерживают оптимальный цикл работы аккумуляторов и переводят требуемую мощность на питание потребителей. Необходимое оборудование подбирается под параметры батарей и аккумуляторов.
3. Инвертор напряжения трансформирует постоянный ток в переменный и имеет ряд дополнительных функций. Во-первых, инвертор устанавливает приоритет источника напряжения, а при недостатке мощности «подмешивает» питание из другого. Гибридные инверторы позволяют также отдавать излишек вырабатываемой энергии в городскую сеть.

1 — солнечные батареи 12 В; 2 — солнечные батареи 24 В; 3 — контроллер заряда; 4 — АКБ 12 В; 5 — освещение 12 В; 6 — инвертор; 7 — автоматика «умного дома»; 8 — блок АКБ 24 В; 9 — аварийный генератор; 10 — основные потребители 220 В

Применение в домашнем хозяйстве

Солнечные панели могут использоваться в абсолютно любых целях: от компенсации получаемой энергии и питания отдельных линий до полной автономизации энергосистемы , включая отопление и горячее водоснабжение. В последнем случае важную роль играет масштабное применение энергосберегающих технологий — рекуператоров и тепловых насосов.

При смешанном использовании гелиоэнергетики используют инверторы. При этом питание может направляться либо на работу отдельных линий или систем, либо частично компенсировать использование городского электричества. Классический пример эффективной энергосистемы — тепловой насос, питаемый небольшой солнечной электростанцией с блоком аккумуляторов.

1 — городская сеть 220 В; 2 — солнечные батареи 12 В; 3 — освещение 12 В; 4 — инвертор; 5 — контроллер заряда; 6 — основные потребители 220 В; 7 — АКБ

Традиционно панели устанавливают на крышах зданий, а в некоторых архитектурных решениях они полностью заменяют кровельное покрытие. При этом панели необходимо ориентировать на южную сторону таким образом, чтобы падение лучей на плоскость было перпендикулярным.