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.
Таблица №1 Набор потребителей для солнечной станции мощностью 250 Ватт
Ее ориентировочная цена складывается из стоимости устройств, указанных в таблице №2.
Таблица №2 Стоимость оборудования для 250-ти ваттной станции
Солнечная станция мощностью 500 Ватт способна обеспечить электричеством набор бытовых приборов, указанный в таблице №3.
Таблица №3 Энергетический потенциал гелиостанции мощностью 500 Ватт
Ее ориентировочную стоимость (с разбивкой по видам и моделям оборудования) вы найдете в таблице №4.
Таблица №4
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).
Таблица №5
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
Таблица №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.
Энергия солнца – альтернативный источник тепла
Идея использования солнечной энергии для отопления не нова. Более того, целесообразность ее применения доказана американцами, китайцами, испанцами, израильтянами и японцами.
Рынок изобилует предложениями различных установок по преобразованию энергии солнца и дальнейшего ее использования для хозяйственных нужд.
Гелиосистемы активно используют в качестве основного источника теплп во многих странах мира. В наших широтах оно пока применяется в качестве дополнения к системе отопления
Стоимость систем зависит от их типа, площади, материала, применяемого при изготовлении. Из года в год наблюдается устойчивая тенденция к снижению цен на все виды солнечных установок – гелиосистем.
Это делает их более доступными широким слоям населения. Вот только пока не каждый желающий готов совершить такую покупку.
Зато, при желании, можно соорудить эффективную систему солнечного отопления своими руками, потратив ощутимо меньше средств.
Привычная система отопления, отлично выполняющая свои функции многие годы, становиться все дороже. Виной этому – глобальное подорожание энергоресурсов во всем мире. Естественное желание, возникающее у хозяина – сэкономить на отоплении, съедающим значительную долю семейного бюджета.
Так солнечная система отопления может полноценно заменить привычную твердотопливную, газовую или любую другую. Все зависит от типа и размера помещения, в котором она будет использоваться.
Вариант, подходящий для зернохранилища не подойдет для жилого дома, а система, удовлетворяющая потребности дачи, никак не справится с отоплением 2-этажного особняка.
Полная замена традиционного отопления солнечным иногда проблематична. Владелец опасается, что система может не справиться или физически не хватает места для монтажа нужного количества панелей.
Поэтому, часто используют комбинированную систему отопления, не отказываясь полностью от установленного газового (электрического или другого) оборудования. Уровень замещения привычного отопления солнечным может достигать 90%.
Также, важное значение имеет годовое количество солнечных дней местности, в которой располагается жилище. Причем, среднесуточная температура не столь важна
Многие установки эффективно поглощают свет в зимние морозные дни (солнечные коллекторы, использующие в качестве теплоносителя антифриз).
Кроме отопления солнечная установка способна обеспечить жилище теплой водой и электроэнергией
Метод увеличения производительности
Обычно, поэкспериментировав с небольшим количеством солнечных модулей, владельцы частных домов идут дальше и совершенствуют систему различными способами.
Самый простой способ – это увеличение количества задействованных модулей, соответственно, привлечение дополнительных площадей для их размещения и покупка более мощного сопутствующего оборудования
Что делать, если существует дефицит свободной площади? Вот несколько рекомендаций для повышения эффективности солнечной станции (с фотоэлементами или коллекторами):
Изменение ориентации модулей. Перемещение элементов относительно положения солнца. Проще говоря, установка основной части панелей на южной стороне. При длинном световом дне также оптимально задействовать поверхности, выходящие на восток и запад.
Регулировка угла наклона. Производитель обычно указывает, какой угол является наиболее предпочтительным (например, 45º), но порой при монтаже приходится вносить свои коррективы с учетом географической широты.
Правильный выбор места установки. Крыша подходит, потому что чаще всего является наивысшей плоскостью и не затеняется другими объектами (предположим, садовыми деревьями). Но существуют еще более подходящие площади – поворотные устройства слежения за солнцем.
При перпендикулярном расположении элементов к лучам солнца система работает более эффективно, однако на стабильно закрепленной поверхности (например, крыше) это возможно лишь на короткий промежуток времени. Чтобы его увеличить, придумали практичные устройства слежения.
Механизмы слежения – это динамические платформы, которые своей плоскостью поворачиваются вслед за солнцем. Благодаря им производительность генератора увеличивается летом примерно на 35-40%, зимой – на 10-12 %
Большим минусом устройств слежения является их высокая стоимость. В некоторых случаях она не окупается, поэтому нет смысла вкладываться в бесполезные механизмы.
Подсчитано, что 8 панелей – минимальное количество, при котором затраты со временем оправдают себя. Можно задействовать и 3-4 модуля, но при одном условии: если они напрямую, в обход аккумуляторов, подключены к водяному насосу.
Буквально на днях компания Тесла Моторс объявила о создании нового типа крыши – с интегрированными солнечными батареями. Илон Маск заявил, что модифицированная крыша будет дешевле, чем обычная кровля с установленными на нее коллекторами или модулями.
Устройство солнечной батареи
Солнечные панели состоят из комплекта батарей на фотоэлектрических элементах, основное предназначение которых – преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Сила тока системы зависит от интенсивности света: чем ярче излучения, тем больший ток генерируется.
Основными конструктивными элементами системы выступают:
- Солнечная батарея – преобразует солнечный свет в электрическую энергию.
- Аккумулятор – химический источник тока, который накапливает сгенерированную электроэнергию.
- Контроллер заряда – следит за напряжением аккумуляторов.
- Инвертор, преобразующий постоянное электрическое напряжение аккумуляторной батареи в переменное 220В, которое необходимо для функционирования системы освещения и работы бытовой техники.
- Предохранители, устанавливаемые между всеми элементами системы и защищающие систему от короткого замыкания.
- Комплект коннекторов стандарта МС4.
Помимо основного предназначения контроллера – следить за напряжением аккумуляторов, устройство по мере необходимости отключает те или иные элементы. Если показатель на клеммах аккумулятора в дневное время достигает отметки в 14 Вольт, что указывает на их перезарядку, контроллер прерывает зарядку.
Помимо солнечного модуля в устройство такой электростанции входят фотоэлектрические преобразователи – контроллер и инвертор, а также подключенные к ним аккумуляторы
В ночной период, когда показатель напряжения аккумуляторов достигает предельно низкой отметки в 11 Вольт, контроллер останавливает работу электростанции.
Что представляет собой бытовая солнечная батарея
Гелиоэнергетика – это настоящая находка для получения дешевой электроэнергии. Однако даже одна солнечная батарея стоит достаточно дорого, а для того чтобы организовать эффективную систему их нужно немалое количество. Поэтому многие решаются собрать солнечную батарею своими руками. Для этого нужно уметь немного паять, так как все элементы системы собираются в дорожки, а потом крепятся на основание.
Чтобы понять, подходит ли гелиостанция для ваших нужд, надо понимать, что такое бытовая солнечная батарея. Само устройство состоит из:
- солнечных панелей
- контроллера
- аккумулятора
- инвертора
Если устройство предназначено для отопления дома, в комплект будут также включены:
- бак
- насос
- комплект автоматики
Солнечные панели — прямоугольники 1х2 м либо 1,8х1,9 м. Для обеспечения электричеством частного дома с 4-мя жильцами надо 8 панелей (1х2 м) либо 5 панелей (1,8х1,9 м). Устанавливают модули на крышу с солнечной стороны. Угол наклона крыши 45° с горизонтом. Существуют вращающиеся солнечные модули. Принцип работы солнечной батареи с поворотным механизмом аналогичен стационарной, но панели поворачиваются вслед за солнцем благодаря фоточувствительным датчикам. Стоимость их выше, но КПД достигает 40%.
Конструкция стандартных солнечных батарей следующая. Фотоэлектропреобразователь состоит из 2 слоев n и p типа. n-слой изготавливают на основе кремния и фосфора, что приводит к избытку электронов. p-слой делают из кремния и бора, в результате чего образуется избыток положительных зарядов («дыр»). Слои помещают между электродов в таком порядке:
- покрытие против бликов
- катод (электрод с отрицательным зарядом)
- n-слой
- тонкий разделительный слой, препятствующий свободному переходу заряженных частиц между слоями
- p-слой
- анод (электрод с положительным зарядом)
Фотоэлектрические модули производят с поликристаллической и монокристаллической структурами. Первые отличаются большим КПД и высокой стоимостью. Вторые – дешевле, но менее эффективны. Мощности поликристаллических достаточно для освещения/отопления дома. Монокристаллические используются для генерации малых порций электричества (в качестве резервного источника энергии). Существуют гибкие солнечные батареи на основе аморфного кремния. Технология находится в процессе модернизации, т.к. КПД аморфной батареи не превышает 5%.
Варианты соединения гелиобатарей
Солнечные батареи состоят из нескольких отдельных панелей. Чтобы увеличить выходные параметры системы в виде мощности, напряжения и тока, элементы присоединяют друг к другу, применяя законы физики.
Соединение нескольких панелей между собой можно выполнить, применив одну из трех схем монтажа солнечных батарей:
- параллельная;
- последовательная;
- смешанная.
Параллельная схема предполагает подключение одноименных клемм друг к другу, при котором элементы имеют два общих узла схождения проводников и их разветвления.
При параллельной схеме «плюсы» соединяются с «плюсами», а «минусы» с «минусами», в результате чего выходной ток увеличивается, а напряжение на выходе остается в пределах 12 Вольт
Величина максимально возможного тока на выходе при параллельной схеме прямо пропорциональна количеству подключенных элементов. Принципы расчета количества приведены в рекомендуемой нами статье.
Последовательная схема предполагает подключение противоположных полюсов: «плюс» первой панели к «минусу» второй. Оставшийся незадействованный «плюс» второй панели и «минус» первой батареи подключают к расположенному дальше по схеме контроллеру.
Такой вид соединения создает условия для протекания электрического тока, при котором остается единственный путь для передачи энергоносителя от источника к потребителю.
При последовательной схеме подключения напряжение на выходе увеличивается и достигает отметки в 24 Вольт, чего бывает достаточно для запитки портативной техники, светодиодных ламп и некоторых электроприемников
Последовательно-параллельную или смешанную схему чаще всего используют при необходимости соединения нескольких групп батарей. Посредством применения этой схемы на выходе можно увеличить и напряжение и ток.
При последовательно-параллельной схеме подключения напряжение на выходе достигает отметки, характеристики которой наиболее подходят для решения основной массы бытовых задач
Такой вариант выгоден и в том плане, что в случае выхода из строя одного из конструктивных элементов системы, другие связующие цепи продолжают функционировать. Это существенно повышает надежность работы всей системы.
Принцип сборки комбинированной схемы построен на том, что устройства внутри каждой группы соединяются параллельно. А подключение всех групп в одну цепь осуществляется последовательно.
Комбинируя разные типы соединений, не составит труда собрать батарею с необходимыми параметрами. Главное – число соединенных элементов должно быть таким, чтобы подводимое к аккумуляторам рабочее напряжение с учетом его падения в зарядной цепи превышало напряжение самих аккумуляторов, а нагрузочный ток батареи при этом обеспечивал необходимую величину зарядного тока.
Из чего состоит бытовая солнечная станция
Теперь немного познакомимся с тем, без чего получить электроэнергию для дома из гелиопанелей не получится.
- Солнечная панель — выдает электричество под влиянием солнечного света. Тут надо понимать, что размеры панели могут быть разные. Но солнечная батарея на балконе категорически обязана вписываться в габариты лоджии:И иметь размеры 540×620×30 мм. Вес одной панели порядка четырех килограмм. Ценник для гелиопанели в 50 Вт начинается от 5000 рублей.Понятно, что балконы по размеру разные. Если принять в расчет указанные габариты, таких панелей можно разместить от 2 до 4-х штук.
- Аккумулятор накапливает преобразованную солнечную энергию.
- Контроллер — с его помощью постоянный ток от аккумулятора перестраивается в ток, который пойдет по цепи дальше.
- Инвертор — нужен для преображения постоянного тока, поступающего с клемм аккумулятора, в переменный, иногда комбинируется с контроллером.
Где лучше установить панели?
Первое, что необходимо сделать перед тем, как установить и подключить солнечную батарею – определиться с местом размещения агрегата.
Для установки фотоэлектрических модулей удобно использовать стационарные конструкции, выполненные из металлических профилей, либо же более модернизированные поворотные аналоги
Солнечные батареи можно размещать практически в любой хорошо освещаемой точке:
- на крыше загородного коттеджа;
- на балконе многоквартирного дома;
- на прилегающей к дому территории.
Главное – обеспечить необходимые условия для получения максимальной выработки электроэнергии. Одним из таковых является ориентация и угол наклона относительно горизонта. Так светопоглощающая поверхность агрегата должна быть направлена в южную сторону.
В идеале солнечные лучи должны падать на нее под 90°. Чтобы добиться этого эффекта, необходимо подобрать оптимальный угол уклона в зависимости от климатических условий региона. Для каждого региона этот показатель свой.
Чтобы обеспечить максимальную производительность солнечных батарей, угол наклона устройств рекомендуется менять 2-4 раза в год: 18 апреля, 24 августа, 7 октября и 5 марта
К примеру, в московском регионе угол наклона размещения поверхности солнечных батарей для летних месяцев составляет 15-20°, а в зимние месяцы изменяется до отметки в 60-70°.
При размещении солнечных батарей на прилегающей к дому территории, панели лучше приподнять над поверхностью почвы как минимум на полметра – на случай выпадения большого количества снега. Такое решение правильно и в том плане, что обеспечивает достаточное расстояние для циркуляции воздуха.
Стоит помнить, что даже небольшая тень пагубно влияет на выработку электричества агрегатом. Панели нужно размещать лишь в местах, которые не подвержены даже малейшему затенению.
Некоторые «умельцы» с целью защиты батарей устанавливают сверху панелей дополнительное стекло, но даже при видимой прозрачности стеклянная прослойка способна снизить КПД панелей на 30%
Существует несколько способов фиксации панелей:
- посредством задействования прижимных фиксаторов;
- путем болтового соединения через сквозные отверстия, расположенные в нижней части рамки.
Опорная конструкция должна быть выполнена из корозионностойких материалов. Независимо от способа монтажа в конструкцию панелей нельзя самостоятельно вносить изменения и просверливать дополнительные отверстии.
Задача домовладельца – поддерживать панели в чистом виде. Скопления на экране пыли, снега и птичьего помета как минимум на 10% уменьшает количество электроэнергии, произведенной системой.
Как солнечная энергия используется для получения тепла
Гелиосистемы применяются для нагревания воды и отопления жилища. Они могут давать тепло (по желанию владельца) даже тогда, когда отопительный сезон закончится, и обеспечивать дом горячей водой бесплатно. Простейшее устройство представляет собой металлические панели, которые устанавливают на крыше дома. Они аккумулируют энергию и согревают воду, которая циркулирует по скрытым под ними трубам. Функционирование всех гелиосистем основано на этом принципе, несмотря на то, что конструктивно они могут отличаться друг от друга.
Солнечные коллекторы состоят из:
- бака-аккумулятора;
- насосной станции;
- контроллера;
- трубопроводы;
- фиттингов.
По типу конструкции различают плоские и вакуумные коллекторы. У первых дно покрыто теплоизоляционным материалом, а жидкость циркулирует по стеклянным трубам. Вакуумные коллекторы отличаются большой эффективностью, потому что теплопотери в них сведены к минимуму. Этот тип коллектора обеспечивает не только отопление солнечными батареями частного дома – его удобно использовать для систем горячего водоснабжения и подогрева бассейнов.
Принцип действия солнечного коллектораИсточник 21ek.ru
Тип солнечных батарей и их комплектация
Разделение солнечных батарей происходит по мощности. Здесь два типа:
- Малой мощности – 12-24 в. Этой энергии хватить, чтобы обеспечить электричеством несколько бытовых приборов. К примеру, телевизор или компьютер, можно полностью осветить дом.
- Большой мощности. Это целая система, которая будет обеспечивать электроэнергией не только бытовые приборы и освещение, но и систему отопления. Можно по мощности подобрать батареи так, чтобы ее хватило только на определенные нужды. К примеру, только на отопление.
Если говорить о комплектации отопления от солнечных батарей, то в нее входят:
- Солнечные элементы коллекторного типа. Их еще называют вакуумные.
- Контролер, который контролирует работу всей системы в целом. Очень необходимый прибор, от работы которого зависит эффективность работы всего отопления.
- Циркуляционный насос, который гонят воду от накопительного бака через коллектор по всей системе отопления.
- Накопительный резервуар для теплоносителя. Его объем может варьироваться в пределах 500-1000 литров.
Нюансы расчета мощности
Чтобы точно определить необходимую мощность солнечных батарей, нужно определиться, на какие цели будет использована потребляемая энергия. А это будет зависеть от площади и объема дома, от количества проживающих в нем человек и от периодичности потребления этой энергии.
К примеру, семья из трех-четырех человек потребляет 200-500 кВт в месяц. И это только общее потребление на освещение, приборы и отопление. Если сюда прибавляется горячее водоснабжение, то мощность солнечных элементов придется увеличить. То же самое относится к системе отопления «теплый пол». Кстати, с теплыми полами мощность рассчитывается из соотношения 10 м² пола на 1м² плоскости солнечного элемента. Если используется обычное водяное трубное отопление, где установлен обычный электрический нагревательный котел, то соотношение будет другим: 1000 кВт/ч на один квадратный метр площади дома в год
Обратите внимание – в год. Если сравнивать это потребление, переводя его на использование природного газа, то соотношение будет таким: 100 л газа на 1 м². В настоящее время производители предлагают высокомощные солнечные батареи компактных размеров
Есть на рынке модели площадью 4 м², которые в год могут выдавать 2000 кВт/ч
В настоящее время производители предлагают высокомощные солнечные батареи компактных размеров. Есть на рынке модели площадью 4 м², которые в год могут выдавать 2000 кВт/ч.
Специалисты же считают, что для российских климатических условий отказ от основных способов обогрева помещений – это неправильное решение. Солнечные батареи зимой будут работать неэффективно, так что проблемы с внутренней температурой будут возникать всегда. Оптимальный вариант – комбинированный подход к решению данной задачи. То есть использовать традиционные виды топлива для отопительной системы, а солнечные батареи использовать как вспомогательный вариант.
Типы и модели
Применение
Гелиосистемы применяют для обеспечения электричеством предприятий, отелей, больничных комплексов, дачных поселков, деревень, которые расположены на значительном удалении от ЛЭП либо испытывающих частые перебои со светом. Устройства, работающие на фотоэлементах можно встретить на суднах и поездах.
Гелиосистемы могут выступать вспомогательным и самостоятельным прибором для производства энергии. Их можно подключать совместно с магистральной сетью, ветровым, твердотельным и жидкостным генератором. При одновременном подключении магистрального электричества и установки на фотоэлементах, в первую очередь расходуется ток от фотоэлементов. Если его недостаточно, система начинает отбирать электроэнергию из магистральной сети. Но если произойдет отключение магистрального электричества. Электроэнергия от гелиосистемы также перестанет поступать.
Кроме получения электроэнергии, естественный свет используют для обогрева зданий. В этом случае устанавливают солнечные коллекторы. Их мощностей хватает для нагрева воды до 200 С, а стоимость системы сравнима с ценой не самого качественного электрического водонагревателя, который потребляет огромное количество электричества, а нагревает от силы до 98-100 С. Преимущества коллекторов по сравнению с иными системами неоспорима:
- работают на бесплатной энергии
- экологически чистые
- не требуют тщательного ухода
- безопасные
- мощные
- сравнительно не дорогие
Заключение
Самоделки, типа домашней солнечной батареи это нешуточная задача, которая потребует помимо финансовых и временных затрат, еще и минимальных знаний по основам электротехники. Но если есть желание и усидчивость можно вполне быть уверенным в успехе поставленного перед собой вопроса.
В любом случае применение солнечного излучения сулит огромные перспективы. Статистика нам говорит о том, что на 1 м2 земной поверхности попадает 4,2 кВт/час солнечной энергии в день! А это эквивалентно экономии почти одного барреля сырой нефти в год. Так что можно с уверенностью сказать — будущее за альтернативной энергетикой.
