Как правильно осуществить установку солнечных батарей

Основы и состав солнечных станций

Назначение гелиопанелей — сбор и концентрация (притягивание) на себе солнечного света (ультрафиолета), преобразование его через контроллеры, инвертор в электричество и подача его через аккумуляторные батареи или напрямую в сеть 220 В (или 380 В) дома.

Излишки электричества можно продавать. Одно из преимуществ системы — полная автономность, автоматичность. Недостаток — зависимость от погоды, климата, затенения.

Стандартная цель пользователя — подобрать элементы так, чтобы они окупились за наименьший срок. Поэтому очень важна правильная сборка — от нее зависит эффективность оснащения.

Места для установки

При выборе места расположения солнечных батарей стоит учесть несколько важных критериев. Только потом можно определить, где лучше всего расположить модули на участке, чтобы она давали наилучший эффект. Основные рекомендации таковы:

1. Для северного полушария нужно ориентировать солнечные батареи в южную сторону, для южного – наоборот. Это идеальное положение, но если нет возможности расположить уклон строго на юг, подойдет юго-восток или юго-запад.
2. Наклон также нужно подбирать в зависимости от региона. Самый простой вариант, который советуют специалисты – угол наклона должен быть примерно равен широте, на которой расположен дом. Например, Москва находится на 55 широте, но до такого угла поднять модули получается не всегда, поэтому берется максимально возможное значение.
3. Ставить солнечные батареи можно только там, где нет тени. Если поверхность затененная, то эффективность работы будет низкой. Деревья и другие растения можно убрать, но если мешают строения, то решить проблему не получится.
4. Выбирать вариант, который удобен в обслуживании. Сами батареи не нуждаются в особом уходе, но несколько раз за сезон поверхность нужно мыть. От пыли и загрязнений эффективность снижается. Также надо обеспечить доступ ко всем соединениям и модулям, их тоже надо периодически проверять.
5. Учитывать допустимую нагрузку на крышу, если система будет располагаться там. Чаще всего проблем не возникает, так как батареи весят немного, но если стропильная система старая, а кровля не очень надежная, нужно или переделать ее, или укрепить.

Для установки выбирать скаты с южной стороны, которые не затеняются.

Есть несколько вариантов монтажа панелей, каждый из них имеет свои особенности. Лучше заранее продумать этот момент и оценить сложность реализации выбранной технологии. Используйте тот способ, который требует меньше усилий и затрат. Основные методы таковы:

1. Установка солнечных панелей на скатной крыше дома или другой постройки. Самое распространенное решение, которое позволяет сэкономить место и снижает вероятность случайного повреждения. При этом электричество поступает сразу в здание, что повышает эффективность системы. Для всех видов кровли есть готовый крепеж, поэтому с монтажом проблем не возникнет.

   Монтаж на крутых скатах сложнее, зато эффективность намного выше.

2. Плоские крыши. Встречаются реже, но если нужно установить солнечные батареи на такой поверхности, чаще всего делается каркас, чтобы обеспечить хотя бы небольшой угол наклона. Это повысит эффективность системы и упростит ее обслуживание.
3. Установка на стене – вариант, который используют редко из-за сложности монтажа и большой площади элементов. В этом случае надо предварительно сделать несущую систему, а на нее крепить солнечные батареи.
4. При расположении модулей на земле обычно делается каркас с подходящим углом и они устанавливаются в несколько рядов. В таком случае можно сделать систему как неподвижной, так и поворотной, чтобы подстраиваться под солнце, это увеличит эффективность выработки электроэнергии.

Место для инвертора

Это оборудование преобразует постоянный ток от солнечных батарей в переменный, который используют все бытовые приборы. Подбирать его следует исходя их характеристик панелей. Все рассчитывается в проекте, поэтому надо купить вариант с нужными характеристиками. При выборе места стоит учесть следующее:

1. Чем ближе преобразователь к источнику тока, тем меньше теряется энергии при передаче и тем эффективнее работает система. Поэтому по возможности его следует располагать как можно ближе к точке подключения.
2. При установке панелей на крыше или стене дома без использования аккумуляторов лучше всего ставить инвертор на чердаке. Температура там подходит для оборудования, место лучше подготовить заранее, обеспечить хорошую вентиляцию, чтобы исключить перегрев летом.
3. Обеспечить удобство обслуживания преобразователя. Не ставить его в местах с ограниченным доступом, так как время от времени нужно чистить корпус от пыли и проверять соединения. Чтобы постоянно не контролировать показания, лучше выбирать модели с беспроводным модулем, чтобы данные передавались в интернет и можно было смотреть их через смартфон или компьютер.

Многие модели инверторов можно крепить на стене.

Главное – не ставить оборудование слишком далеко и защитить его от неблагоприятных воздействий. Соблюдать рекомендации производителя по установке, чтобы исключить любые проблемы.

Виды солнечных панелей

Солнечные батареи активно используются для отопления дачных и загородных домов. Такие устройства образуют электрическую энергию в ток при прямом попадании солнечных лучей на поверхность и выводятся из панели. Одна пластина площадью 1 квадратный метр может обеспечить энергией устройство мощностью в 250 Вт, поэтому, чтобы максимально улучшить принцип работы, их устанавливают ближе друг к другу. Нередко сооружают целую крышу в виде солнечных батарей. Ток, образованный в результате фотосинтеза, посредством распределителя попадает в аккумуляторы и затем в инвертер электросети.

Важно: От объема аккумуляторов солнечных батарей напрямую зависит продолжительность их дневной работы. Аккумуляторы подзаряжаются в течение дня, пока используется накопленная энергия за предыдущий день. Большого внимания заслуживают солнечные панели на скатную крышу, в основе которых состоят кремниевые полупроводники:

Большого внимания заслуживают солнечные панели на скатную крышу, в основе которых состоят кремниевые полупроводники:

• Монокристаллические панели. Они гораздо эффективнее предыдущих моделей, но их стоимость в разы превышает цену за предыдущий вариант. Их пластины состоят из чистого кремния. Кристаллы внутри конструкции однородные и направлены в одну сторону. После того, как они затвердевают, их режут на тонкие пластины. КПД такой батареи, если погода солнечная, способен достичь 20 процентов. Хотя с наступлением осадков активность батареи снижается. Конструкция устойчива к влаге, но требует регулярной очистки от пыли. Она обладает сравнительно небольшими размерами и высокой мощностью. Внешние пластины из монокристаллов имеют черный цвет и однородную структуру.
• Поликристаллические панели. Здесь наблюдается отличное соотношение количества вырабатываемой энергии и их стоимости. Монтаж солнечных батарей на скатной крыше не требует больших затрат и специальных навыков. В состав таких панелей входит кремний, хотя технология их производства более простая. Уровень КПД у таких солнечных батарей составляет не больше 18 процентов, но при облачности их эффективность не снижается. Пластины синего насыщенного цвета можно устанавливать в частных домах как дополнительный источник электроэнергии.
• Батареи с аморфным кремнием. В их состав входят не кристаллы, а силан и кремневодород. Они эластичны и могут принимать любую форму. Уровень КПД таких батарей составляет всего 6 процентов, хотя во время облачности такие источники энергии и тепла отличаются хорошей производительностью.

При выборе солнечной панели важно обращать внимание на уровень КПД, срок эксплуатации и стоимость. Если вы ищете конструкции с максимальной производительностью и компактностью, выбирайте монокристаллический вариант. Хотя оптимальным вариантом по соотношению цены и качества послужит поликристаллическая модель

Хотя оптимальным вариантом по соотношению цены и качества послужит поликристаллическая модель

Если говорить об аморфной конструкции, для получения хорошей мощности вам потребуется достаточно большой по площади фрагмент

Хотя оптимальным вариантом по соотношению цены и качества послужит поликристаллическая модель. Если говорить об аморфной конструкции, для получения хорошей мощности вам потребуется достаточно большой по площади фрагмент.

Важно: Кристаллические батареи способны прослужить до 25 лет, общий срок службы составляет 50 лет. Аморфные конструкции лишаются до сорока процентов мощности уже через три года эксплуатации

Идеи из подручных материалов

Можно сделать солнечную батарею своими руками из подручных материалов. Рассмотрим самые популярные варианты.

Солнечная батарея из фольги

Многие удивятся, узнав, что фольгу можно применять для изготовления солнечной батареи своими руками. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, ведь фольга увеличивает отражающие способности материалов. Например, для уменьшения перегрева панелей, их кладут на фольгу.

Как сделать солнечную батарею из фольги?

Нам понадобится:

• 2 «крокодильчика»;
• медная фольга;
• мультиметр;
• соль;
• пустая пластиковая бутылка без горлышка;
• электрическая печь;
• дрель.

Очистив медный лист и вымыв руки, отрезаем кусок фольги, кладем его на раскаленную электроплиту, нагреваем полчаса, наблюдая почернение, затем убираем фольгу с плиты, даем остыть и видим, как от листа отслаиваются куски. После нагревания оксидная пленка пропадает, поэтому черный оксид можно аккуратно удалить водой.

Затем вырезается второй кусок фольги такого же размера, как и первый, две части сгибаются, опускаются в бутылку так, чтобы у них не было возможности соприкоснуться.

Далее «крокодильчики» прицепляются к панели, провод от ненагретой фольги — к плюсу, от нагретой — к минусу, соль растворяют в воде и выливают раствор в бутылку. Батарея готова.

Также фольгу можно применять для подогрева. Для этого ее необходимо натянуть на раму, к которой затем нужно подсоединить шланги, подведенные, например, к лейке с водой.

Вот мы и узнали, как самому сделать солнечную батарею для дома из фольги.

Солнечная батарея из транзисторов

У многих дома завалялись старые транзисторы, но не все знают, что они вполне подойдут для изготовления солнечной батареи для дачи своими руками. Фотоэлементом в таком случае является полупроводниковая пластина, находящаяся внутри транзистора. Как же изготовить солнечную батарею из транзисторов своими руками? Сначала необходимо вскрыть транзистор, для чего достаточно срезать крышку, так мы сможем разглядеть пластину: она небольших размеров, чем и объясняется низкий КПД солнечных батарей из транзисторов.

Далее нужно проверить транзистор. Для этого используем мультиметр: подключаем прибор к транзистору с хорошо освещенным p-n переходом и замеряем ток, мультиметр должен зафиксировать ток от нескольких долей миллиампера до 1 или чуть больше; далее переключаем прибор в режим измерения напряжения, мультиметр должен выдать десятые доли вольта.

Прошедшие проверку транзисторы размещаем внутри корпуса, например, листового пластика и спаиваем. Можно изготовить такую солнечную батарею своими руками в домашних условиях и использовать ее для зарядки аккумуляторов и радиоприемников маленькой мощности.

Солнечная батарея из диодов

Также подходят для сборки батарей старые диоды. Сделать солнечную батарею своими руками из диодов совсем несложно. Нужно вскрыть диод, оголив кристалл, являющийся фотоэлементом, затем нагревать диод 20 секунд на газовой плите, и, когда припой расплавится, извлечь кристалл. Остается припаять вытащенные кристаллы к корпусу.

Мощность таких батарей невелика, но для электропитания небольших светодиодов ее достаточно.

Солнечная батарея из пивных банок

Такой вариант изготовления солнечной батареи своими руками из подручных средств большинству покажется очень странным, но сделать солнечную батарею своими руками из пивных банок просто и дешево.

Корпус сделаем из фанеры, на которую поместим поликарбонат или оргстекло, на задней поверхности фанеры зафиксируем пенопласт или стекловату для изоляции. Фотоэлементами нам послужат алюминиевые банки

Важно выбрать именно банки из алюминия, так как алюминий менее подвержен коррозии, чем, например, железо и обладает лучшим теплообменом

Далее в нижней части банок проделываются отверстия, крышка срезается, и ненужные элементы загибаются для обеспечения лучшей циркуляции воздуха. Затем необходимо очистить банки от жира и грязи с помощью специальных средств, не содержащих кислоты. Далее необходимо герметично скрепить банки между собой: силиконовым гелем, выдерживающим высокие температуры, или паяльником. Обязательно нужно очень хорошо просушить склеенные банки в неподвижном положении.

Прикрепив банки к корпусу, окрашиваем их в черный цвет и закрываем конструкцию оргстеклом или поликарбонатом. Такая батарея способна нагревать воду или воздух с последующей подачей в помещение.

Мы рассмотрели варианты того, как сделать солнечную панель своими руками. Надеемся, что теперь у вас не возникнет вопроса, как сделать солнечную батарею.

Варианты установки СЭС

Существует четыре различных варианта схем монтажа фотоэлектрических конструкций. Каждая из них требует выбора крепления для солнечных панелей определенного типа.

1. Интегрированная. Применяется в «умных» энергоэффективных зданиях. Панели становятся неотъемлемой частью «солнечной крыши» либо интегрируются в окна.
2. Отдельно стоящая. Наиболее часто практикуемый вариант при наземном размещении. Используются специальные опорные конструкции следующего вида.
3. Горизонтальная. Чаще всего встречается на плоских кровлях крупных зданий, включая многоквартирные дома. Технологически наиболее простая разновидность монтажа.
4. Наклонная. Используется преимущественно на земле и в отдельных случаях на скатных крышах. Помимо стандартного крепежа, допускает включение в схему трекеров с одной или двумя осями.

Выбор будет зависеть от способа установки, углов наклона скатов, азимута на солнце, климатических условий региона и ряда других факторов.

Где устанавливают солнечные батареи

Остается перечислить все возможные места, которые отвечают перечисленным условиям, и провести их сравнение по наиболее важным параметрам.

На практике для монтажа панелей используют:

• скаты наклонных крыш;
• плоские кровли;
• все виды навесов;
• свободные участки земли;
• фасады стен;
• балконы и лоджии;
• заборы;
• конструкции с трекерами. 

Разберемся в достоинствах и недостатках каждого варианта.

1. Скаты наклонных крыш

Считаются оптимальным выбором по большинству значимых параметров, если скат направлен близко к южному направлению и обладает углом наклона от 30 до 55 градусов. При бОльших углах расходы несколько увеличатся, поскольку придется использовать корректирующие наклон крепежные конструкции.

Достоинства:

• отсутствие необходимости изыскивать специальное место на участке;
• наличие естественного склонения крыши;
• сравнительно высокая производительность.

Недостатки:

• ограниченная площадь места, где устанавливают солнечные батареи;
• сложности обслуживания при высоте крыши более 5-6 метров;
• невозможность корректировать положение панелей.

2. Плоские кровли

В основном характерны для многоэтажных городских домов. Теоретически могут служить аналогом наземного участка, но с рядом технических ограничений и административными сложностями согласований.

Плюсы:

• возможность размещения солнечных электростанций большой мощности;
• высокая эффективность;
• простой доступ для обслуживания.

Минусы:

• значительная себестоимость;
• многочисленные сложности на этапе согласований и эксплуатации.

3. Все виды навесов

Чаще всего являются дополнением к уже установленным панелям на крыше ввиду ограниченности подходящей площади. Однако в городских условиях широко используются во всем мире для обеспечения автономным питанием рекламных вывесок, освещения остановок транспорта и т.д.

Преимущества:

• максимальная дешевизна монтажа;
• многофункциональность.

Недостатки:

• малая площадь места, где устанавливают солнечные батареи;
• низкая общая производительность.

4. Свободные участки земли

Самый удобный и широкий по возможностям оптимального расположения панелей вариант. При наличии достаточного количества свободного пространства совокупная мощность СЭС может быть практически неограниченной. 

Плюсы:

• возможность выбора любой системы креплений – включая достаточно дорогие поворотные;
• максимальная отдача;
• простота в обслуживании.

Минусы:

необходимость наличия участка достаточно больших размеров.

5. Стенные фасады

Фасадные солнечные батареи в последние годы приобретают все большую популярность. Главным образом из-за своей универсальности, позволяющей размещать их даже в городах, на стенах многоэтажек.

Сильные стороны:

• в частном секторе обходятся недорого и являются наиболее доступными в уходе;
• при условии наклонной установки не менее производительны, чем размещенные на скатных крышах.

Слабые стороны:

на многоэтажных домах обслуживание требует специального оснащения;

зависят от размещения стены относительно солнца.

6. Балконы, лоджии и заборы

Панели на них могут рассматриваться как фасадные солнечные батареи, но расположенные исключительно вертикально (квартирный вариант установки солнечных батарей). Почти не требуют обслуживания, долго служат, но обладают малой эффективностью по причине неоптимального угла наклона к солнцу.

7. Конструкции с трекерами

Вынесены нами в отдельную категорию по причине возможности оснащения поворотными системами практически любой из перечисленных разновидностей. 

К сожалению, из-за высокой себестоимости применение солнечных батарей на трекерах целесообразно лишь для СЭС значительной мощности – от 50 кВт и выше.

В заключение приведем наглядную сравнительную таблицу всех перечисленных модификаций по главному критерию ЦЕНА/ЭФФЕКТИВНОСТЬ (в условных баллах макс. 10, мин. 1)

На какую мощность солнечных батарей можно рассчитывать

Задумываясь о строительстве собственной солнечной электростанции, каждый мечтает о том, чтобы полностью отказаться от проводного электричества. Для того чтобы проанализировать реальность этой затеи, сделаем небольшие расчёты.

Узнать суточное потребление электроэнергии несложно. Для этого достаточно заглянуть в присланный энергосбывающей организацией счёт и разделить количество указанных там киловатт на число дней в месяце. К примеру, если вам предлагают оплатить 330 кВт×час, то это значит, что суточное потребление составляет 330/30=11 кВт×час.

График зависимости мощности солнечной батареи в зависимости от освещённости

В расчётах следует обязательно учитывать тот факт, что солнечная панель будет вырабатывать электричество только в светлое время суток, причём до 70% генерации осуществляется в период с 9 до 16 часов. Кроме того, эффективность работы устройства напрямую зависит от угла падения солнечных лучей и состояния атмосферы.

Небольшая облачность или дымка снизят эффективность токоотдачи гелиоустановки в 2–3 раза, тогда как затянутое сплошными облаками небо спровоцирует падение производительности в 15–20 раз. В идеальных условиях для генерации 11 кВт×час энергии было бы достаточно солнечной батареи мощностью 11/7 = 1.6 кВт. Учитывая влияние природных факторов, этот параметр следует увеличить примерно на 40–50%.

Кроме того, есть ещё один фактор, заставляющий увеличить площадь используемых фотоэлементов. Во-первых, не следует забывать о том, что ночью батарея работать не будет, а значит, понадобятся мощные аккумуляторы. Во-вторых, для питания бытовых приборов нужен ток напряжением 220 В, поэтому понадобится мощный преобразователь напряжения (инвертор). Специалисты утверждают, что потери на накопление и трансформацию электроэнергии забирают до 20–30% от её общего количества. Поэтому реальная мощность солнечной батареи должна быть увеличена на 60–80% от расчётной величины. Принимая значение неэффективности в 70%, получаем номинальную мощность нашей гелиопанели, равную 1.6 + (1.6×0.7) =2.7 кВт.

Использование сборок из высокотоковых литиевых аккумуляторов является одним из наиболее изящных, но отнюдь не самым дешёвым способом хранения солнечной электроэнергии

Для хранения электроэнергии понадобятся низковольтные аккумуляторы, рассчитанные на напряжение 12, 24 или 48 В. Их ёмкость должна быть рассчитана на суточное потребление энергии плюс потери на трансформацию и преобразование. В нашем случае понадобится массив батарей, рассчитанных на хранение 11 + (11×0.3) = 14.3 кВт×час энергии. Если использовать обычные 12-вольтовые автомобильные аккумуляторы, то понадобится сборка на 14300 Вт×ч / 12 В = 1200 А×ч, то есть шесть аккумуляторов, рассчитанных на 200 ампер-часов каждый.

Виды альтернативных источников энергии:

Монокристаллические. Максимальный КПД – 25%. Углы таких панелей немного скошены. Устройствам характерный черный цвет. Их лицевая сторона должна обращаться к солнцу всегда. Если вдруг солнце спрячется за тучу, производство тока значительно снизится. Главное преимущество монокристаллических батарей – максимальная производительность, а недостаток довольно высокая цена.

Поликристаллические. Модели квадратной или прямоугольной формы, которые чаще всего имеют темно-синий цвет. Устройство состоит из вкраплений неоднородных кристаллов кремния

КПД составляет около 18%, но зато выработка энергии возможна даже в пасмурную погоду, что невероятно важно на местности, где преобладает рассеянный солнечный свет.

Аморфные. Наиболее дешевый вариант и тому есть свои причины

Их КПД составляет всего 6%. Срок службы не больше двух лет. Конструкция таких батарей представляет собой слои пластмассы, стекла или фольги, на которые очень тонко напыляется кремний. Они достаточно быстро выгорают, тем самым в разы снижая эффективность работы.

Схема подключения

Подключать потребители напрямую к солнечным модулям нельзя. Они выдают постоянный ток, параметры которого не соответствуют стандартам. Поэтому в дополнение к панелям используется целый комплекс оборудования.

Соединение солнечных панелей производится по трем схемам:

• последовательно
• параллельно
• комбинированная схема

Обилие вариантов нужно для того, чтобы можно было подобрать мощность модулей под параметры приборов потребления. Соединенные одним из способов панели присоединяются к контроллеру заряда. Это устройство, обеспечивающее своевременный заряд АКБ и предотвращающее нарушения рабочего режима. К нему могут подключаться приборы, работающие от постоянного тока.

Контроллер присоединяется к блоку аккумуляторов, накапливающих заряд и отдающих его по необходимости. Аккумуляторы (АКБ) подключены к инвертору. Это прибор, выполняющий преобразование постоянного тока аккумуляторов в стандартное переменное напряжение для бытовой техники.

Инструкция по изготовлению

Процесс изготовления солнечной батареи состоит из нескольких этапов:

1. Подготовка фотоэлементов и пайка проводников.
2. Создание корпуса.
3. Сборка элементов и герметизация.

Подготовка фотоэлементов и пайка проводников

На столе собирается набор фотоячеек. Допустим, производитель указывает на мощность 4 Вт и напряжение 0,5 вольт. В таком случае нужно использовать 36 фотоэлементов, чтобы создать солнечную батарею на 18 Вт.

С помощью паяльника, мощность которого составляет 25 Вт, наносятся контуры, образуя припаянные проводки из олова.

Качество пайки является главным требованием для эффективной работы солнечной батареи

Затем все ячейки соединяются между собой в соответствии с электрической схемой. При подключении солнечной панели можно воспользоваться одним из двух способов: параллельным или последовательным соединением. В первом случае плюсовые клеммы соединяются с плюсовыми, минусовые с минусовыми. Затем клеммы с разным зарядом выводятся к аккумулятору. Последовательное подключение предусматривает соединение противоположных зарядов путём поочерёдного скрепления ячеек между собой. После этого оставшиеся концы выводятся к аккумуляторной батарее.

Когда спайка будет завершена, нужно вынести ячейки на солнце, чтобы проверить их работоспособность. Если функциональность в норме, можно начинать сборку корпуса.

Проверка устройства выполняется на солнечной стороне

Как собрать корпус

Подготовить уголки из алюминия с невысокими бортиками. Для метизов предварительно выполняются отверстия

Затем на внутреннюю часть алюминиевого уголка наносится силиконовый герметик (желательно сделать два слоя). От того, насколько качественно он будет нанесён, зависит герметичность, а также длительность службы солнечной батареи Важно обратить внимание на отсутствие незаполненных мест. После этого в раму помещается прозрачный лист поликарбоната и плотно фиксируется. Когда герметик высохнет, крепятся метизы с шурупами, что обеспечит более надёжное крепление.

Учитывая хрупкость конструкции, рекомендуется сначала создать каркас, а затем только устанавливать фотоэлементы. Учитывая хрупкость конструкции, рекомендуется сначала создать каркас, а затем только устанавливать фотоэлементы

Когда герметик высохнет, крепятся метизы с шурупами, что обеспечит более надёжное крепление.. Учитывая хрупкость конструкции, рекомендуется сначала создать каркас, а затем только устанавливать фотоэлементы. Учитывая хрупкость конструкции, рекомендуется сначала создать каркас, а затем только устанавливать фотоэлементы

Учитывая хрупкость конструкции, рекомендуется сначала создать каркас, а затем только устанавливать фотоэлементы

Сборка элементов и герметизация

• Очистите прозрачный материал от загрязнений.
• Разместите фотоэлементы на внутренней стороне листа из поликарбоната на расстоянии 5 мм между ячейками. Чтобы не ошибиться, предварительно сделайте разметку.
• На каждый фотоэлемент нанесите монтажный силикон.

Чтобы продлить срок службы солнечной батареи, рекомендуется нанести на её элементы монтажный силикон и закрыть задней панелью

После этого прикрепляется задняя панель. После застывания силикона нужно герметизировать всю конструкцию.

Герметизация конструкции обеспечит плотное прилегание панелей друг к другу