Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

Частный дом потребляет больше электрической энергии, чем городская квартира. Дополнительная нагрузка приходится на освещение территории и хозяйственных построек, работу электрических обогревателей и водяных насосов.

Использование энергии солнца позволяет уменьшить потребление и сэкономить на оплате услуг. Солнечная батарея для дома берёт на себя как минимум освещение помещений и участка, а при большой площади – вырабатывает электричество для функционирования других узлов.

Фото показывают, как панели преображают облик жилого дома.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

Принцип действия солнечной батареи

Солнечная батарея — это совокупность панелей, смонтированных на крыше дома. Устройство передаёт постоянный ток через контроллер на аккумуляторные батареи и, через инвертор – к потребителю уже в виде переменного тока в 220 Вольт.

Каждая панель состоит из фотоэлектрических элементов, полупроводником служит кремний. Энергия солнца заставляет электроны кремния перемещаться из верхнего слоя в нижний.

Устройство фотоэлемента – это по сути два тонких слоя кремниевого напыления. Энергоресурс передаётся по проводникам, вырабатывается постоянный ток, а вследствие – электричество.

Ток производится при параллельном подключении.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

Контроллер, работающий по принципу реостата, передаёт энергию от солнечной батареи к аккумуляторной батарее, следя за эффективной зарядкой. Диоды соединяют элементы системы панели, предотвращая перегрев от избыточного напряжения и обеспечивая бесперебойную зарядку аккумуляторов. Аккумуляторные батареи используются не только для накопления, но и для стабилизации энергии.

Инвертор преобразует постоянный ток от солнечных батарей в переменный, позволяя сразу использовать его в быту. 12 Вольт постоянного тока из батареи превращаются в 220 Вольт переменного. Именно такое напряжение идёт на работу уличных фонарей и ламп для освещения дома. Монтаж всей готовой системы можно осуществить своими руками.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

Схема батареи: основные блоки

Главными компонентами системы являются:

    1. солнечная панель, принимающая излучение солнца;
    2. контроллер, распределяющий электроэнергию системы и увеличивающий эффективность производства электричества;
    3. аккумуляторы, основной и резервный, электроэнергия из которого идёт в сеть при падении напряжения;
    4. инвертор для преобразования постоянного вида тока в переменный, используемый в быту.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

Достоинства перевешивают недостатки

Достоинства солнечной батареи для частного дома неоспоримы и их много:

  • во время работы система не требует денежных затрат;
  • простота системы обеспечивает значительный срок службы;
  • использование солнечных лучей как неисчерпаемой энергии;
  • не нуждается в техническом обслуживании;
  • работа бесшумна и не создает никаких вибраций;
  • применение абсолютно не вредит окружающей среде.

Недостатки у системы тоже есть, но они не касаются технической части:

  • максимальная эффективность только в безоблачные дни с максимумом солнца;
  • большие затраты на покупку системы;
  • работы по установке требуют некоторого монтажного опыта.

Разновидности батарей по строению кристаллов кремния

При поликристаллическом нанесении электроны не могут двигаться прямолинейно, поэтому КПД по выработке электричества у них не выше 14%. Но такие панели дёшевы, срок эксплуатации до 20 лет.

Аморфное нанесение кремния на поверхность панелей позволяет получать гибкие поверхности. Производятся с использованием плёнки, КПД самый низкий: в среднем около 6%, обойдутся они дешевле всего.

Соотношение затрат и КПД оптимальное: общая стоимость вырабатываемой электроэнергии покрывает затраты, и выходит дешевле, чем у поликристаллических панелей.

Но для выработки того же количества энергии требуется большая поверхность.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

    1. Монокристаллические кремниевые батареи самые энергоэффективные. На самую современную линейку заявлена КПД в 22%. Из этого показателя и долгого срока годности и формируется высокая цена. Этот вид панелей занимает меньше места.
    2. Поликристаллические кремниевые батареи дешевле монокристаллических из-за более простой технологии производства. Минимальный заявленный срок работы – 25 лет, а КПД достигает 15%.
    3. Батареи на тонкой плёнке применяют в странах, где пасмурная погода преобладает, и солнечный свет преимущественно рассеяный. Для производства панельных систем в качестве светопоглощающего материала используют теллурид кадмия. При КПД в 11% устройства применяют успешно и зимой. Плёнка очень гибкая, и крепить её можно на любые поверхности – даже на одежду.

Области использования

Парадокс стоимости энергии, вырабатываемой солнечными панелями в том, что с каждым годом использования полученное электричество становится всё дешевле. Поэтому области применения всё более разнообразны.

  • Использование для освещения офисных зданий, жилых домов и даже маяков.
  • Применение для освещения улиц, дворов, автомагистралей и указателей.
  • Резервный источник питания для больниц.
  • Устройства для зарядки гаджетов в походных условиях.
  • «Солнечные» парковки для гибридных автомобилей.
  • Системы автополива в фермерских хозяйствах.
  • Обеспечение электроэнергией космических станций.

Эффективность использования: экономия и КПД

Используя энергию солнца в доме, можно не только сэкономить, но и перейти на полное самообеспечение. Так и происходит в солнечных регионах Средиземноморья и Калифорнии. Штат Аризона – самое солнечное место в мире – активно использует панели для получения энергии. Чем ближе расположение дома к экватору, тем постояннее показатели в течение года.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

Зимой батареи с высоким КПД смогут процентов на 70% восполнить расходы на отопление. Для остальных 30% придётся воспользоваться городскими сетями или генератором для получения электроэнергии.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

Принцип работы и количество пластин

Принцип работы состоит в движении электронов из одного слоя полупроводника в другой под действием солнца. Свободные электроны кремния порождают постоянный ток.

В быту на работу освещения, отопления и электроприборов расходуется много электроэнергии. Поэтому оправдано применение большого количества батарей. Одна панель состоит из пяти – шести десятков.

Система отопления при помощи солнца

Помощь солнечных батарей снижает нагрузку на сеть отдельного дома. Основные компоненты:

  • солнечная батарея;
  • контроллеры;
  • система водяных насосов;
  • бак на тонну.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

Отдельная сфера применения – нагревание воды для «тёплого» пола. Солнечный ресурс повышает температуру и создаёт напор. Чтобы сделать правильный расчёт мощности, нужно помнить даже о маленьких приборах, вроде электрического будильника. Нюансы при установке панелей следующие.

  1. Угол наклона крыши больше чем 32 градуса.
  2. Располагают панели на южной или юго-западной стороне с максимумом солнца.
  3. Для попадания солнца на панель в гористой местности направление нужно скорректировать.
  4. В расчётах мощности учитывайте количество солнечных дней в вашем регионе.
  5. Нагрузку на стропила нужно учесть на стадии проектирования конструкции крыши, обеспечить доступ для очистки от снега.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

Преимущества отопления солнцем

  • Отсутствие выбросов в атмосферу.
  • Эффективность при рассеянном свете солнца.
  • Автономный источник энергии.
  • Контроль системы.
  • Работы включают в себя только монтаж и очистку от снега.

Выбор устройств для домашнего использования:

  1. Батареи малой мощности берут на себя немного работы: фонари уличного освещения, лампы, стационарный телефон. Удобно использовать для работы системы автополива и отдельных бытовых приборов.Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества
  2. Универсальные панели используют как источник энергии на светильники и обогрев дома.
  3. Большой мощности – для автономного хозяйства. Запасной источник электричества – генератор.

Фото солнечных батарей для дома

Солнечные батареи для дома: схема оборудования, расчет стоимости комплекта

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

Если в городе поставка тока более-менее стабильна, то за его пределами жители регулярно становятся участниками «конца света».

Как обеспечить свой дом надежным источником электроэнергии и не лишить себя комфорта, невозможного без «направленного движения электронов»? Ответ достаточно прост в теории, но почти незнаком многим на практике.

Это солнечные батареи для частного дома они являются главным условием автономного существования.

Что представляют собой эти устройства, их виды, характеристики и эффективность применения мы рассмотрим в данной статье.

Виды солнечных батарей

Из школьного курса физики нам знаком фотоэлектрический эффект. Он возникает в полупроводниках под действием света. На этом принципе работают все солнечные батареи.

Не будем углубляться в теорию процесса, а отметим лишь самые важные практические моменты:

  • Существует три вида солнечных батарей: монокристаллические и поликристаллические и панели из аморфного кремния (гибкие).
  • Все они вырабатывают постоянный ток (напряжением 12 или 24 В).
  • Срок службы данных устройств превышает 20 лет.
  • Мощная батарея не может эффективно работать без дополнительного оборудования (контроллера, аккумулятора, инвертора).

Теперь пройдем подробно по каждому пункту. Монокристаллическая панель по сравнению с поликристаллической выдает более высокую мощность с единицы поверхности. При этом цена у нее существенно выше.

Производительность поликристаллической ячейки на 15-20% меньше, но зато при облачной погоде она снижается незначительно.

У монокристалла, напротив, при рассеянном освещении резко уменьшается выработка электричества. Солнечная батарея из аморфного кремния дешевле поликристаллической, но срок ее службы в 2-3 раза меньше.

Исходя из перечисленных фактов, выгоднее покупать поликристаллические панели.

Набор оборудования для солнечной станции

Мощная солнечная батарея для дачи – устройство не самодостаточное. Полученную энергию нужно где-то запасти, чтобы вечером и в пасмурную погоду полноценно пользоваться бытовыми электроприборами.

Поэтому емкий и живучий аккумулятор нам в любом случае потребуется. В его выборе есть один важный нюанс: не пытайтесь сэкономить, покупая стартовый автомобильный аккумулятор. Он плохо подходит для цикличного запасания энергии и не переносит глубокого разряда. Его главное предназначение – дать мощный, но кратковременный ток для пуска двигателя.

Читайте также:  Фтор газ

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

Для запасания и медленного расходования энергии нужны аккумуляторы другого типа: AGM или гелевые. Первые дешевле, но имеют небольшой срок службы (до 5 лет). Гелевые аккумуляторы дороже, но зато работают значительно дольше (8-10 лет).

Контроллер – еще один важный элемент автономной гелиостанции. Он выполняет несколько задач:

  • Отключает батарею от аккумулятора в момент полного заряда и включает ее для новой закачки электричества.
  • Выбирает оптимальный режим зарядки, повышая количество запасаемой энергии.
  • Обеспечивает максимальный срок службы аккумулятора.

Существует несколько типов контроллеров, используемых в солнечных станциях:

  • ON/OFF «включил-выключил»;
  • PWM;
  • MPPT.

Самый дешевый прибор просто отключает солнечную панель от аккумулятора при возрастании напряжения на его клеммах до максимального уровня. Это не лучший вариант, поскольку в этот момент аккумулятор еще не полностью заряжен.

Более дорогой PWM-контроллер действует «умнее». После набора максимального напряжения, он понижает его до заданного уровня и держит еще пару часов. Так достигается более полный уровень накопления энергии.

И наконец, самый интеллектуальный контроллер MPPT- типа максимально эффективно использует мощность солнечной панели на всех режимах ее работы. Это позволяет запасти в аккумуляторе дополнительно от 10 до 30 % электричества.

Независимо от вида используемых полупроводниковых материалов (поликристаллы, монокристалл, аморфный кремний) устройство солнечной батареи представляет собой цепочку последовательно соединенных ячеек-модулей.

Каждый из них генерирует небольшое напряжение (в пределах 0,5 вольт) и слабый ток (десятые доли ампера).

Работая вместе, они «сливают» накопленную энергию в общий канал и на выходе из батареи мы получаем ток большой силы и постоянного напряжения (12 или 24 Вольт).

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количестваСтруктурная схема оборудования солнечной станции

Стандартные бытовые электроприборы рассчитаны на 220 Вольт, поэтому работать от «постоянки» не будут. Преобразование постоянного тока в переменный выполняет отдельное устройство-инвертор. Им завершается цепочка оборудования, необходимого для солнечной батареи.

Несмотря на относительно высокую стартовую стоимость компонентов солнечной станции, ее эксплуатация получается выгодной благодаря большому ресурсу «жизни» главных элементов: фотокристаллической панели и аккумулятора.

Сколько нужно солнечных батарей для дома и дачи?

Здесь все просто. Покупателю не нужно заниматься сложным расчетом мощности солнечной станции и подбирать для нее батареи. Эту работу уже проделали специалисты компаний, выпускающих и продающих данное оборудование.

Потребителю остается лишь выбрать из предложенного ряда готовый комплект, исходя из своих потребностей. В качестве примера рассмотрим несколько стандартных вариантов, которые представлены на сайтах продавцов (актуально на 2016 год).

Гелиостанция, построенная на одной панели мощностью 250 Ватт, рассчитана на энергоснабжение потребителей, перечисленных в таблице №1.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количестваТаблица №1 Набор потребителей для солнечной станции мощностью 250 Ватт

Ее ориентировочная цена складывается из стоимости устройств, указанных в таблице №2.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количестваТаблица №2 Стоимость оборудования для 250-ти ваттной станции

Солнечная станция мощностью 500 Ватт способна обеспечить электричеством набор бытовых приборов, указанный в таблице №3.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количестваТаблица №3 Энергетический потенциал гелиостанции мощностью 500 Ватт

Ее ориентировочную стоимость (с разбивкой по видам и моделям оборудования) вы найдете в таблице №4.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

Гелиостанция на 1000 Ватт способна питать током не только экономные светодиодные лампочки, телевизор, ноутбук и спутниковую антенну. Одновременно с ними она «потянет» микроволновку, водяной насос или мощную электроплиту (таблица №5).

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

Основа данной гелиостанции — 4 солнечные панели мощностью по 250 Ватт каждая. За весь комплект оборудования (без стоимости монтажа, соединительных муфт и кабеля) нужно заплатить сумму, указанную в таблице №6

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количестваТаблица №6 Ориентировочная стоимость оборудования гелиостанции мощностью в 1 КВт

Изучая представленные комплекты оборудования, нетрудно заметить, что стоимость инвертора сравнима с ценой солнечной батареи. Поэтому некоторые владельцы солнечных станций предпочитают обходиться без инверторного преобразователя.

Они покупают для своего дома бытовые приборы, работающие от постоянного тока напряжением 12 Вольт. Помимо высокой цены инвертор при работе потребляет около 10% энергии, получаемой от солнечной батареи.

Поэтому его исключение из цепочки оборудования дает неплохую экономию.

Особенности монтажа

Установка солнечных батарей – процесс технически несложный, но весьма ответственный. Площадь и вес мощных панелей достаточно большие, поэтому им требуется надежное крепление с помощью направляющих и специальных крепежных элементов. Кроме этого на крыше необходимо предусмотреть возможность легкого доступа к батареям для очистки от пыли и снега.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

От величины угла, под которым солнечные лучи падают на фотоэлементы, напрямую зависит выработка энергии. Поэтому солнечные батареи не фиксируют в одном положении, а монтируют на поворотных устройствах.

Рекомендуемые углы наклона солнечных батарей

Существует два основных позиции гелиопанелей: летняя и зимняя. Меняя угол наклона, от солнечной станции получают максимальный КПД.

Характерные отзывы

Их можно разделить на две группы: отзывы тех, кто уже пользуется данными устройствами и мнения всех, кто только изучает вопрос автономного энергоснабжения.

Большинство владельцев солнечных станций довольны своим выбором. Оснастив ими свой загородный дом, они отмечают надежность, всесезонность и эффективность гелиопанелей. Размышляющие о покупке, высказывают сомнения в экономической целесообразности, опасаясь долгого срока окупаемости оборудования.

Мы выскажем свои соображения по данной теме. Принимая в расчет стабильный рост стоимости электроэнергии, получаемой из внешних сетей, использование гелиостанции нельзя назвать убыточным. Если же речь идет о районах, где энергоснабжение полностью отсутствует или характеризуется частыми отключениями, то гелиостанция — безальтернативный вариант.

Самостоятельная сборка

Попробовать свои силы в сфере солнечной энергетики домашних умельцев побуждают два фактора: стремление снизить стоимость гелиопенелей и новизна данной работы.

Экономия, получаемая при самостоятельной сборке, впечатляет. Комплект «сделай сам», состоящий из фотоячеек и монтажной токопроводящей ленты почти на 50% дешевле батареи, собранной на заводе. Купить его можно на российских торговых интернет-площадках или заказать прямую доставку из страны-производителя.

Ответов на вопрос как сделать солнечную батарею для дома своими руками во всемирной сети можно найти очень много. Кроме устного описания процесса, здесь можно найти толковые видеоролики, наглядно демонстрирующие основные его этапы.

Практические советы, которые содержатся в подобных руководствах, основаны на бесценном опыте проб и ошибок. Они помогают новичкам без серьезных финансовых потерь успешно выполнить данную работу.

Сборка солнечной батареи включает следующие этапы:

  • последовательную пайку фотоячеек в единую энергоцепочку с помощью токопроводящей ленты;
  • изготовление рамки корпуса со стеклом.

Самый ответственный момент – заливка фотоячеек прозрачным герметиком и их объединение с остекленной рамкой. Здесь существует отработанная технология, основой которой служит толстый лист поролона, предохраняющий хрупкие фотоэлементы от разрушения.

Знатоки ручной сборки рекомендуют не экономить на герметике. Если он положен слишком тонким слоем, то в батарею может проникнуть влага. Она разрушает гелиоячейки и токопроводящие дорожки.

Принцип работы солнечной батареи для дома: устройство, схема, эффективность

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.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

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.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

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

Читайте также:  Наливной акрил для ванны: ТОП-7 лучших предложений для реставрации ванны и основные критерии выбора

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.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

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.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

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.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

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.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

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.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

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 %.

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

Преимущества и недостатки

Основные преимущества солнечных батарей:

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

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

Недостатки:

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

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

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.

Расчёт солнечных батарей

Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

Приветствую вас на сайте е-ветерок.ру, сегодня я хочу вам рассказывать о том сколько нужно солнечных батарей для дома или дачи, частного дома и пр. В этой статье не будет формул и сложных вычислений, я попробую донести всё простыми словами, понятными для любого человека. Статья обещает быть не маленькой, но я думаю вы не зря потратите своё время, оставляйте комментарии под статьёй.

Самое главное чтобы определится с количеством солнечных батарей надо понимать на что они способны, сколько энергии может дать одна солнечная панель, чтобы определить нужное количество. А также нужно понимать что кроме самих панелей понадобятся аккумуляторы, контроллер заряда, и преобразователь напряжения (инвертор).

Расчёт мощности солнечных батарей

Чтобы рассчитать необходимую мощность солнечных батарей нужно знать сколько энергии вы потребляете. Например если ваше потребление энергии составляет 100кВт*ч в месяц (показания можно посмотреть по счётчику электроэнергии), то соответственно вам нужно чтобы солнечные панели вырабатывали такое количество энергии.

Сами солнечные батареи вырабатывают солнечную энергию только в светлое время суток. И выдают свою паспортную мощность только при наличие чистого неба и падении солнечных лучей под прямым углом. При падении солнца под углами мощность и выработка электроэнергии заметно падает, и чем острее угол падения солнечных лучей тем падение мощности больше.

В пасмурную погоду мощность солнечных батарей падает в 15-20 раз, даже при лёгких облачках и дымке мощность солнечных батарей падает в 2-3 раза, и это всё надо учитывать. При расчёте лучше брать рабочее время, при котором солнечные батареи работают почти на всю мощность, равным 7 часов, это с 9 утра до 4 часов вечера.

Панели конечно летом будут работать от рассвета до заката, но утром и вечером выработка будет совсем небольшая, по объёму всего 20-30% от общей дневной выработки, а 70% энергии будет вырабатываться в интервале с 9 до 16 часов. Таким образом массив панелей мощностью 1кВт (1000ватт) за летний солнечный день выдаст за период с 9-ти до 16-ти часов 7 кВт*ч электроэнергии, и 210кВт*ч в месяц.

Плюс ещё 3кВт (30%) за утро и вечер, но пускай это будет запасом так-как возможна переменная облачность. И панели у нас установлены стационарно, и угол падения солнечных лучей изменяется, от этого естественно панели не будут выдавать свою мощность на 100%. Я думаю понятно что если массив панелей будет на 2кВт, то выработка энергии будет 420кВт*ч в месяц.

А если будет одна панелька на 100 ватт, то в день она будет давать всего 700 ватт*ч энергии, а в месяц 21кВт.

Читайте также:  Канализационные люки: виды, типоразмеры, классификация по материалу изготовления и как выбрать лучший

Неплохо иметь 210кВт*ч в месяц с массива мощностью всего 1кВт, но здесь не всё так просто

Во-первых не бывает такого что все 30 дней в месяце солнечные, поэтому надо посмотреть архив погоды по региону и узнать сколько примерно пасмурных дней по месяцам. В итоге наверно 5-6 дней точно будут пасмурные, когда солнечные панели и половины электроэнергии не будут вырабатывать. Значит можно смело вычеркнуть 4 дня, и получится уже не 210кВт*ч, а 186кВт*ч

Так-же нужно понимать что весной и осенью световой день короче и облачных дней значительно больше, поэтому если вы хотите пользоваться солнечной энергией с марта по октябрь, то нужно увеличить массив солнечных батарей на 30-50% в зависимости от конкретного региона.

Но это ещё не всё, также есть серьёзные потери в аккумуляторах, и в преобразователей (инверторе), которые тоже надо учитывать, об этом далее.

Про зиму я пока говорить не буду так-как это время совсем плачевное по выработке электроэнергии, и тут когда неделями нет солнца, уже никакой массив солнечных батарей не поможет, и нужно будет или питаться от сети в такие периоды, или ставить бензогенератор. Хорошо помогает также установка ветрогенератора, зимой он становится основным источником выработки электроэнергии, но если конечно в вашем регионе ветренные зимы, и ветрогенератор достаточной мощности.

Расчёт ёмкости аккумуляторной батареи для солнечных панелей

Примерно так выглядит солнечная электростанция внутри дома Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества Ещё один пример установленных аккумуляторов и универсального контроллера для солнечных батарей Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества

Самый минимальный запас ёмкости аккумуляторов, который просто необходим должен быть такой чтобы пережить тёмное время суток. Например если у вас с вечера и до утра потребляется 3кВт*ч энергии, то в аккумуляторах должен быть такой запас энергии.

Если аккумулятор 12 вольт 200 Ач, то энергии в нём поместиться 12*200=2400 ватт (2,4кВт). Но аккумуляторы нельзя разряжать на 100%.

Специализированные АКБ можно разряжать максимум до 70%, если больше то они быстро деградируют. Если вы устанавливаете обычные автомобильные АКБ, то их можно разряжать максимум на 50%.

По-этому, нужно ставить аккумуляторов в два раза больше чем требуется, иначе их придётся менять каждый год или даже раньше.

Оптимальный запас еъёмкости АКБ это суточный запас энергии в аккумуляторах. Например если у вас суточное потребление 10кВт*ч, то рабочая ёмкость АКБ должна быть именно такой. Тогда вы без проблем сможете переживать 1-2 пасмурных дня, без перебоев. При этом в обычные дни в течение суток аккумуляторы будут разряжаться всего на 20-30%, и это продлит их недолгую жизнь.

Ещё одна немаловажная делать это КПД свинцово-кислотных аккумуляторов, который равен примерно 80%. То-есть аккумулятор при полном заряде берёт на 20% больше энергии чем потом сможет отдать. КПД зависит от тока заряда и разряда, и чем больше токи заряда и разряда тем ниже КПД.

Например если у вас аккумулятор на 200Ач, и вы через инвертор подключаете электрический чайник на 2кВт, то напряжение на АКБ резко упадёт, так-как ток разряда АКБ будет около 250Ампер, и КПД отдачи энергии упадёт до 40-50%.

Также если заряжать АКБ большим током, то КПД будет резко снижаться.

Также инвертор (преобразователь энергии 12/24/48 в 220в) имеет КПД 70-80%.

Учитывая потери полученной от солнечных батарей энергии в аккумуляторах, и на преобразовании постоянного напряжения в переменное 220в, общие потери составят порядка 40%. Это значит что запас ёмкости аккумуляторов нужно увеличивать на 40%, и так-же увеличивать массив солнечных батарей на 40%, чтобы компенсировать эти потери.

Но и это ещё не все потери. Существует два типа контроллеров заряда аккумуляторов от солнечных батарей, и без них не обойтись.

PWM(ШИМ) контроллеры более простые и дешёвые, они не могут трансформировать энергию, и потому солнечные панели не могут отдать а АКБ всю свою мощность, максимум 80% от паспортной мощности.

А вот MPPT контроллеры отслеживают точку максимальной мощности и преобразуют энергию снижая напряжение и увеличивая ток зарядки, в итоге увеличивают отдачу солнечных батарей до 99%. Поэтому если вы ставите более дешёвый PWM контроллер, то увеличивайте массив солнечных батарей ещё на 20%.

Расчёт солнечных батарей для частного дома или дачи

Если вы не знаете ваше потребление и только планируете скажем запитать дачу от солнечных батарей, то потребление считается достаточно просто. Например у вас на даче будет работать холодильник, который по паспорту потребляет 370кВт*ч в год, значит в месяц он будет потреблять всего 30.8кВт *ч энергии, а в день 1.02кВт*ч.

Также свет, например лампочки у вас энергосберегающие скажем по 12 ватт каждая, их 5 штук и светят они в среднем по 5 часов в сутки. Это значит что в сутки ваш свет будет потреблять 12*5*5=300 ватт*ч энергии, а за месяц «нагорит» 9кВт*ч.

Также можно почитать потребление насоса, телевизора и всего другого что у вас есть, сложить всё и получится ваше суточное потребление энергии, а там умножить на месяц и получится некая примерная цифра. Например у вас получилось в месяц 70кВт*ч энергии, прибавляем 40% энергии, которая будет теряться в АКБ, инверторе и пр.

Значит нам нужно чтобы солнечные панели вырабатывали примерно 100кВт*ч. Это значит 100:30:7=0,476кВт. Получается нужен массив батарей мощностью 0,5кВт.

Но такого массива батарей будет хватать только летом, даже весной и осенью при пасмурных днях будут перебои с электричеством, поэтому надо увеличивать массив батарей в два раза.

В итоге вышеизложенного в вкратце расчёт количества солнечных батарей выглядит так:

  • принять что солнечные батареи летом работают всего 7 часов с почти максимальной мощностью
  • посчитать своё потребление электроэнергии в сутки
  • Разделить на 7 и получится нужная мощность массива солнечных батарей
  • прибавить 40% на потери в АКБ и инверторе
  • прибавить ещё 20% если у вас будет PWM контроллер, если MPPT то не нужно
  • Пример: Потребление частного дом 300кВт*ч в месяц, разделим на 30 дней = 7кВт, разделим 10кВт на 7 часов, получится 1,42кВт. Прибавим к этой цифре 40% потерь на АКБ и в инверторе, 1,42+0,568=1988ватт. В итоге для питания частного дома в летнее время нужен массив в 2кВт.

    Но чтобы даже весной и осенью получать достаточно энергии лучше увеличить массив на 50%, то-есть ещё плюс 1кВт. А зимой в продолжительные пасмурные периоды использовать или бензогенератор, или установить ветрогенератор мощностью не менее 2кВт.

    Более конкретно можно рассчитать основываясь на данных архива погоды по региону.

    Стоимость солнечных батарей и аккумуляторов

    Солнечные батареи для дома и дачи: виды, устройство, принцип работы, расчет количества Цены на солнечные батареи и оборудование сейчас достаточно разнятся, одна и также продукция может по цене в разы отличаться у разных продавцов, поэтому ищите дешевле, и у проверенных временем продавцов. Цены на солнечные батареи сейчас в среднем 70 рублей за ватт, то-есть массив батарей в 1кВт обойдётся примерно в 70т.руб, но чем больше партия тем больше скидки и дешевле доставка.

    Качественные специализированные аккумуляторы стоят дорого, аккумулятор 12в 200Ач обойдётся в среднем в 15-20т.рублей. Я использую вот такие акб, про них написано в этой статье Аккумуляторы для солнечных батарей Автомобильные в два раза дешевле, но их надо ставить в два раза больше чтобы они прослужили хотябы лет пять. А так-же автомобильные АКБ нельзя ставить в жилых помещениях так-как они не герметичны. Специализированные при разряде не блолее 50% прослужат 6-10 лет, и они герметичные, ничего не выделяют. Можно купить и дешевле если брать крупную партию, обычно продавцы дают приличные скидки.

    Остальное оборудование наверно индивидуально, инверторы бывают разные, и по мощности, и по форме синусоиды, и по цене. Так-же и контроллеры заряда могут быть как дорогие со всеми функциями, в том числе с о связью с ПК и удалённым доступом через интернет.

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector