Батареи для солнечного энергоснабжения

Солнечные панели для частного дома: поставь светло себе на службу

Использовать в частных домах и даже дачных домиках альтернативные источники энергии сегодня стало модной тенденцией. Впрочем, это достаточно практично и, как правило, выгодно. Первенство среди таких устройств получили солнечные панели для частного ома (солнечные батареи, солнечные электростанции). Связано это с ежегодным ростом (весьма солидным) производства, снижением цен, многочисленными наработками, упрощающими подбор оборудования и построение систем.

Что это?

Основу любой системы составляют солнечные панели. Они выполняют роль основного источника энергии и, зачастую, становятся наиболее дорогой составляющей.

От их взвешенного выбора зависит:

• производительность домашней электростанции;
• объемы и стоимость работ по монтажу и обслуживанию;
• цена покупки;
• характеристики остальных звеньев.

Критерии выбора

Единственным критерием при проектировании домашней электростанции и выборе оборудования для нее должна стать целесообразность.

Однако понятие это широкое, для его понимания потребуется учет многих факторов:

• Средней и максимальной потребляемой мощности.
• Производительности солнечных модулей.
• Наличия стационарной электросети и режима совместной с ней работы.

• Географического положения местности и климатических условий.
• Финансовых возможностей владельца дома.

Структура домашней солнечной электростанции

Определяется двумя основными положениями:

1. Целью создания и использования.
2. Работой совместно со стационарными электросетями.

Соответственно, рассматривать можно 3 варианта организации солнечного электроснабжения дома:

1. Зависимый от электросети.
2. Полуавтономный с резервированием.
3. Полностью автономный.

Зависимый от сети вариант (электростанция, ведомая сетью)

Такая электростанция строится по простейшей схеме. В ее состав входят:

• Солнечные панели в качестве альтернативного источника энергии.
• Инвертор, преобразующий постоянное напряжение на выходе фотоэлементов в переменное напряжение для потребителей.

Гелиобатареи подключаются на вход инвертора. Его выход соединен с сетью (после счетчика). Основная особенность схемы – отсутствие промежуточных накопителей энергии (аккумуляторов) и устройства для их заряда.

При такой структуре приборы в доме потребляют электроэнергию от солнечных элементов через инвертор. Недостаток мощности восполняется сетью, и, наоборот, ее избыток (например, когда батареи работают в номинальном режиме, а потребители выключены), сбрасывается в сеть.

Достоинства такой схемы:

• Минимальная стоимость по сравнению с другими вариантами.

• Простота настройки и регулировки.

Есть у нее и серьезный недостаток – при отсутствии сетевого напряжения (во время отключения электроэнергии) система не работает.

Автономная схема

В этой системе отсутствует сеть, а электроснабжение дом полностью производится от солнечных батарей.

Такой функционал диктует схему построения:

• Источник энергии – солнечные панели.
• Накопитель (аккумулятор) – берет на себя питание потребителей, когда батареи не вырабатывают электроэнергию (например, в ночное время).
• Контроллер заряда аккумуляторов – устройств, управляющее зарядом накопителей и потребление энергии от фотопанелей.
• Инвертор, как и в предыдущем варианте, преобразующий постоянное напряжение в переменное.

Система работает следующим образом:

• При наличии освещения солнечные батареи вырабатывают энергию.
• Она поступает на вход контроллера, преобразующий ее параметры в нужные для заряда батарей. Аккумуляторы подключены к его выходу.
• К выходу контроллера и зажимам АКБ подключаются входные цепи инвертора. Он преобразует напряжение и подает питание в сеть дома (не путать с централизованной).

Таким образом, при включенных электроприборах они получают энергию непосредственно с солнечных панелей (через контроллер и инвертор), когда светит Солнце. Одновременно, если есть избыток мощности, заряжаются аккумуляторы. Когда солнечный источник не работает, АКБ отдают накопленную энергию (через инвертор) потребителям.

Однако за красивой картинкой обязательно скрываются «подводные камни»:

• Стоимость электростанции выходит весьма значительной.
• Если по каким-либо причинам наблюдается длительный перерыв в работе панелей (поверхность покрыта снегом в зимнее время, дождевые тучи на неделю закрыли Солнце и т.д.), запасенной в аккумуляторах энергии не хватит для работы потребителей.

Решить проблему поможет резервный источник электроэнергии. В вариантах полностью автономных систем его роль может выполнять ветро- или гидро-, дизельный или бензиновый генератор. При наличии сетевого ввода резервным источником выступит стационарная электросеть, а система превратиться в полуавтономную.

Полуавтономная (гибридная) система

Схема такой электростанции практически полностью повторяет предыдущую за единственным исключением – для заряда накопителей используется энергия не только от солнечных панелей, но и от сети. В этом случае контроллер, кроме управления зарядными процессами, получает дополнительную функцию.

В настройках контроллера можно задать приоритет источников:

• При выборе солнечных батарей работающие электроприборы будут, по возможности, запитаны от них, а от сети будут потребляться недостающая мощность и подзаряжаться аккумуляторы.
• При выборе сети до пороговой мощности будет работать стационарный источник, а дополнительную энергию обеспечат гелиопанели.

Монокристаллические

Такие батареи визуально выглядят как панели с сегментами глубокого черного цвета. Получили название за счет конструкции на основе монокристаллов кремния.

Самый существенный недостаток — строгая ориентировка оптических осей кристаллов, что требует точного позиционирования панелей для получения максимальной отдачи. По этой же причине монокристаллы не терпят затенения – генерация энергии значительно снижается.

В настоящий момент обладают самым высоким КПД преобразования – около 22%. При этом стоимость тоже наиболее высокая – порядка 0.9-1.1 доллара за 1 Вт генерируемой мощности.

Поликристаллические модули

Название такие батареи получили за счет размещения на подложке множества кремниевых кристаллов с хаотически ориентированными оптическими осями. Визуально такие модули отличаются синим цветом с «морозным» рисунком.

Естественно, такое расположение кристаллов вызвало потерю КПД преобразования – он находится на уроне 11-16%. Однако это же позволило увеличить эффективность работы при рассеянном свете, что в результате привело к созданию панелей, которые успешно конкурируют с монокристаллическими (при прочих равных, например, размерах) по мощности генерации. Более того, по цене они значительно выигрывают и обходятся в 0.7-0.9 доллара за 1 Вт.

Аморфные

Технология изготовления рабочего тела сходна с поликристаллическими, но в качестве основы выступает аморфный кремний (aSi). При КПД в пределах 8-11% отличаются высокой эффективностью работы в рассеянном свете, могут захватывать и инфракрасный диапазон. В результате обладают лучшей стоимостью – порядка 0.5-0.7 доллара за 1 Вт.

Кроме того, имеют солидное преимущество – гибкую основу. Это означает, что для монтажа не требуется жестких конструкций, материал легко клеится на поверхности любой формы.

Остальные

Модули, предлагаемые производителями, могут быть изготовлены и по другим технологиям:

• Микроморфные, отличаются высокой отдачей при рассеянном и инфракрасном излучении.
• Гибридные, использует несколько полупроводниковых материалов и обеспечивают высокий КПД преобразования (до 44%).
• Полимерные, гибкие с подложкой из полимерных материалов, абсолютные лидеры по стоимости.

Такие предложения следует тщательно изучать, некоторые из них могут оказаться намного выгоднее, чем лидирующие на рынке панели, выполненные по стандартным технологиям.

Вообще, монокристаллические панели можно рекомендовать для установки только жителям южных регионов. Остальным следует выбирать поликристаллы или панели по другим технологиям.

Мощность и количество

Определить, какое количество солнечных панелей необходимо, следует по средней и максимальной мощности потребления. Среднюю легко найти в счетах за электроэнергию – месячное потребление делится на количество дней в месяце. Максимальное находится суммированием мощностей всех имеющихся в доме электроприборов.

Кроме мощности потребителей необходимо учесть:

• Время работы солнечных батарей. Как правило, принимается равным 6 часам, соответственно, мощность генерации нужно кратно увеличить.
• Потери на преобразование при зарядке аккумуляторов и получении переменного напряжения на инверторе. С их учетом необходим запас по мощности не менее 30%.
• Пиковые токи. Например, при средней мощности стиральной машины 500 Вт при работе нагревателя может потребляться до 2 кВт. При пуске насосов или других двигателей, пусковые токи могут превосходить номинальные значения в 5-6 раз. Конечно, львиную долю примут на себя аккумуляторы, но запас модулей по току в 20-30% не помешает.
• Географию и погодные условия местности – коэффициент инсоляции. Найти его для зимнего и летнего времени можно в справочниках.

После расчета необходимой мощности генерации рассчитывается мощность, отдаваемая одной батареей:

Где:

• Кс – стандартный сезонный коэффициент, 0.5 для лета и 0.7 для зимы.
• Wn – мощность панели, заявленная производителем.
• Ki – коэффициент инсоляции, также берется для лета и зимы.

Рассчитанную необходимую мощность генерации делят на оба (летнее и зимнее) значения. Наибольшее из двух чисел будет минимальным количеством панелей, которые потребуются для электроснабжения дома.

Источник

Применение солнечных батарей для электроснабжения дачи

Трудно представить современную жизнь без электричества. Для городских условий бесперебойная поставка электроэнергии вещь обыденная и привычная. Многие жители города имеют дачный участок с домиком для жизни или отдыха. Очень хотелось бы, чтобы городской комфорт был и на природе. Во многих дачно-содовых товариществах уже проведены электрические линии. Но загородное электричество — вещь непостоянная и непредсказуемая. Оно может исчезнуть на несколько дней. Решение этой проблемы есть — солнечные батареи для дачи. Не все еще знакомы с этим видом электроэнергии, но многие о нем слышали.

Описание

Конечно солнечная панель — не единственный элемент в домашней электростанции. Это тандем из нескольких приборов и компонентов, которые вместе будут работать на то чтобы энергию солнца превратить в электрическую.

Зато от такой электростанции совсем нет шума, нет вредных выбросов в атмосферу, а полученное электричество абсолютно бесплатно. При современном развитии производства солнечных панелей срок службы от 25 до 30 лет.

Но, учитывая много нюансов при организации домашней солнечной электростанции, необходимо основательно подумать о целесообразности этого, несомненно, полезного предприятия.

Представление о работе солнечных батарей

Полностью описывать всю процедуру превращения солнечной энергии в электрическую, в рамках данной темы, мы не будем. Но про некоторые моменты рассказать надо.

Главный элемент, из которого делаются гелиопанели — кремний. При попадании солнечных потоков на кремниевую поверхность, они выбивают свободные электроны с одного края пластины, которые движутся в свободные места на обратной стороне панели. Так зарождается электрический ток.

Остается его собрать и направить по проводам туда, где он так необходим.

Одна такая пластина сможет зарядить небольшой фонарик. Ну и понятно, чтобы перекрыть потребности в электричестве для нужного оборудования дачного домика, таких пластин нужно больше.

Варианты солнечных батарей

На сегодняшний день промышленность предлагает три типа кремниевых панелей.

Монокристаллические батареи

Отличительная особенность — квадратные фотопластины темно- черного цвета, направленные по одной стороне. Сама фотопанель со скошенными углами.

При ясной и безоблачной погоде и если панель повёрнута рабочей стороной к солнцу, то именно тогда КПД может достигать 15–25 %.

При сумрачной погоде, в утренние и вечерние часы, когда солнца нет, мощность падает до минимума.

КПД в достаточной степени высок — от 15 % до 25 %.

Лучше всего эти панели работают, когда они обращены рабочей стороной к солнцу. При пасмурной погоде и в утренние/вечерние часы вырабатываемая мощность минимальна.

Поликристаллические батареи

Пластины квадратной формы характерного темно-синего цвета.

Если сравнивать с батареями из монокристаллов, то эти больших размеров по площади. Хорошо подходят для размещения на больших площадях.

Для них уже не так важны погодные условия. Могут работать и в пасмурную погоду с КПД — 12–15 %.

Аморфные кремниевые пластины

Аморфные гибкие кремниевые пластины самый дешевый вид солнечных пластин. На вид напоминает гибкую плёночку с синими вкраплениями фотоэлементов.

Хорошо работают при рассеянном солнечном свете. Прекрасно подходят для эксплуатации в местностях с постоянной облачностью.

При не высоком КПД в 6 % обладают неприятной особенностью — кремниевое напыление может быстро прогореть под прямым солнечным светом.

Рекомендации по выбору

Итак, вам нужна солнечная батарея для своей дачи. Что важно, или на что обратить внимание для того чтобы организовать солнечную электростанцию?

1. Солнечные панели. Основное назначение — трансформация энергии солнца в электрическую. От их количества напрямую зависит мощность вашей домашней электростанции. Понятно, чем она больше, тем шире возможности для этой батареи. Обычно для дачи пользователи закупают комплекты из 2–4 модулей, каждый из которых мощностью под 200 Вт. Есть умельцы, которые собирают батарею из отдельных элементов и комплектующих. Такая панель также будет прекрасно работать. Правда времени на это хобби уйдёт много. Так что лучше заказать и купить уже готовые модули. Так и время можно сэкономить, и есть гарантия на приобретенные элементы.
2. Инвертор. Преобразует постоянный ток от панелей в привычный переменный, напряжением 220 В.
3. Аккумуляторы — необходимы для накапливания излишков солнечной энергии. Также могут существенно помочь в случае экстренного отключения электричества, или отсутствия солнца. Накопленные излишки энергии, в этом случае, передаются в инвертор. Количество батарей может отличаться, в зависимости от количества солнечных элементов
4. Провода, разъемы различного типа и коннекторы — призваны соединить все элементы в единую сеть.

Обычно когда человек хочет использовать солнечные батареи на даче все элементы можно приобрести в комплекте в специализированых магазинах или заказать комплект по Интернету.

Есть уже готовые комплекты. Например, если суточная потребность в электричестве не превышает 5 кВт, есть комплект “Загородный дом”. Это неплохой вариант для дачных или загородных домов. Именно для дачного периода с марта по октябрь ваш домик может работать исключительно за счет энергии солнца. Конечно, комплекты такого типа могут работать и в зимний период, но как дополнение к центральной электросети.

Стандартные комплекты

Современный рынок предлагает различные солнечные батареи для дачи, исходя из вашего семейного бюджета и сложности поставленных задач.

1. Экономвариант. Если предполагается регулярно использовать гелиопанели для периодической зарядки блоков питания аккумуляторных инструментов, ноутбука и смартфона — мощности в 100–200 Вт вам будет вполне достаточно. В комплекте поставляется один 12-вольтовый аккумулятор на 100 А/ч, PWM контроллер и инвертор.
2. Стандарт. В дачный период с марта по ноябрь на даче будет:
   • светодиодное освещение,
   • зарядка ноутбуков и смартфонов,
   • работать холодильник и телевизор.

Все это сможет обеспечить панель мощностью 300–600 Вт. МРРТ контроллер на 24 вольт, 1 киловатный инвертор и два аккумулятора по 200 А/час.

Макси. В случае отсутствия полноценного электроснабжения от центральных электросетей его способна заменить максимальная комплектация.

• Панель мощностью 1.5–3.0 кВт/ч;
• Контроллер ММРТ (48 В);
• Аккумулятор 48 вольт емкостью 400 А/час;
• Синусоидальный 10 киловатный ИБП.

Зачем нужен инвертор

Разные варианты солнечных панелей выдают постоянный электрический ток с напряжением 12, 24, 48 вольт. Но домашние электрические приборы функционируют от переменного электрического тока.

Задача инвертора преобразовывать постоянный ток от батарей в переменный.

Инвертор способен работать в широком диапазоне выдаваемых напряжений от 150 до 1000 В.

Мощность инвертора влияет на его цену. Она варьируется в широком диапазоне. От пары тысяч рублей, за самые бюджетные модели, до десятков тысяч, за самые мощные.

Расчет потребляемой энергии и окупаемости

Как мы видим, вопрос, как выбрать солнечную батарею далеко не праздный.

Составим для себя небольшую таблицу всех предполагаемых потребителей электричества в вашем дачном доме.

В таблице необходимо собрать:

• все устройства потребляющие электроэнергию,
• их существующее или предполагаемое количество во всем доме,
• мощность каждого устройства,
• время работы в часах и потребляемую мощность прибора в кВт.

Вторая таблица дает возможность оценить те затраты, которые необходимо отдать за покупку оборудования.

Очень важно рассчитать полную нагрузку автономного инвертора при одновременном включении всех потребителей электроэнергии в вашем доме.

Полученные показатели в правой колонке суммируем. Результат — мощность вашего будущего инвертора для вашей сети.

Не забудем про пиковые скачки напряжения при пуске некоторого электрооборудования, например, такого как поливочный электронасос. Если у будущего инвертора пиковая нагрузка окажется ниже вашего суммарного скачка всех приборов, подключённых к домашней сети, то ваш преобразователь может просто этого не выдержать и сгореть.

Контроллер для солнечных панелей.

Итак, мы разобрали роль солнечных панелей и инвертора для домашней гелиоэлектростанции.

Но в схеме есть еще одно незнакомое устройство — контроллер.

Сначала скажем, что контроллеры есть двух видов модуляции электросигнала:

1. ШИМ — широко-импульсная модуляция (или PWM).
2. MPPT (maximum power point tracking) или ТММ.

Первые — в состоянии задавать многоуровневую зарядку аккумулятора куда входит:

• Наполнение аккумулятора;
• Поглощение излишков;
• Выравнивание тока заряда;
• Поддержание уровня заряда.

У вторых — функция отслеживания точки максимальной мощности. В принципе, функции остаются те же, но этот прибор в состоянии увеличить выработку электричества тем же комплектом солнечных панелей без установки дополнительных.

Устройства разные и цена на них также сильно отличается.

Если у вас есть пара панелей и вас интересует просто резервное питание для просмотра телевизора и света в комнате, то для этого достаточно ШИМ-контроллера. Бюджетные модели от 1000 до 1300 рублей поддержат напряжение 12/24 V с максимальным током на выходе в 10 А.

Если у вас более мощная солнечная электростанция, то уж точно без MPPT контроллера не обойтись. Выбор устройств такого типа очень велик и нижняя ценовая планка на них в районе 7000 рублей.

Популярные производители

Современный рынок предлагает большой выбор солнечных батарей для дачи.

Производителей много и зачастую сами панели мало отличаются друг от друга. Разве что товарным знаком и упаковкой. Сами фотоэлементы, как правило, китайского производства.

Yingli Solar Green Energy Holding

Можно сказать, что эта китайская компания — практически мировой лидер по производству солнечных модулей. 10% из всех панелей в мире выпускаются силами Yingli Solar. Панели от этой компании разошлись по всему миру. Они установлены во многих (порядка 90) странах. В производстве находятся не только стандартные панели, но есть и двусторонние. Также есть интегрированный варианты для крыш автомобилей, катеров и так далее.

Эта солнечная панель проверена временем, обладает качеством мирового уровня и заслуженным международным авторитетом.

Sanyo

Бытовая электроника японской корпорации Sanyo хорошо знакома жителям России.

Еще в далеком 1975 году компания запустила производство солнечных элементов на аморфном кремнии. С того времени фирма немало потрудилась над исследованиями в этой области. Теперь солнечные модули Sanyo известны своим качеством и высокой надежностью при длительной эксплуатации.

First Solar

Основатель американской компании — ученый Гарольд МакМастер, который посвятил свою жизнь исследованиям применения энергии солнца в быту.

Теперь компания — один из трех мировых лидеров по производству солнечных панелей. Основное направление деятельности First Solar — разработка и выпуск готовых солнечных электростанций.

Hanwha SolarOne

Hanwha Solar One — один из десяти лучших производителей солнечных фотоэлектрических комплектов. Головной офис компании находится в Сеуле, а промышленное производство развернуто в Южной Корее и Китае. Фирма выпускает:

• Фотоэлектрические элементы;
• Солнечные модули;
• Солнечные системы;
• Крупные солнечные электростанции.

Все комплектующие выпускаются под глубоким контролем качества продукции на базе сверхсовременных технологий.

Real Solar

Если вы решили электрифицировать дачу за счет установки домашней автономной гелиосистемы, то можно обратиться в С-Петербургскую компанию Real Solar.

Они специализируются на проектировании, монтаже и обслуживании автономных систем электроснабжения именно для загородных дач, домиков и разного типа коттеджей.

Для владельцев небольшого дачного домика могут быть установлены электростанции 3-х киловватной мощности. Они вполне справятся с непрерывным электропитанием автономного типа круглые сутки. Холодильники, телевизоры, погружные и поливочные насосы, ноутбуки, электроинструменты — будут работать от батарей Real Solar.

Helios House

Основной упор в своей работе инженеры компании ООО “Гелиос Хаус”, делают на проектирование солнечных систем, которые можно развернуть на любых объектах. Так же специалистами компании может быть организована поставка, пуско-наладка и дальнейшее обслуживание гелиоустановок, которые смогут обеспечить электроэнергией:

• До 4-х энергосберегающих лампочек;
• Средний холодильник “А” класса;
• Телевизор;
• Поливочный насос.

В ассортименте есть комплекты как для дачного периода — апрель/октябрь, так и наборы, которые могут обеспечить вполне комфортное проживание в осенне-зимний период.

Преимущества и недостатки солнечных батарей

Теперь поговорим о плюсах и минусах домашних гелиосистем.

Плюсы

1. Это неиссякаемый и вседоступный источник энергии. Солнце есть всегда и в ближайшее время не собирается исчезать. Если солнце окончательно пропадет, то уже никого в мире не будет сильно волновать вопрос, где найти электроэнергию.
2. По сравнению c ветряными генераторами электричества, панели абсолютно бесшумны.
3. Сами панели износостойкие.
4. Длительный (25–30 лет) срок службы.
5. Установив такую систему один раз у вас не будет переживаний по поводу того, что поставщик электроэнергии придёт и отрежет ваш дом от подачи электричества или цены на услуги, внезапно подрастут.
6. Вы всегда можете нарастить мощность гелиостации. Ну конечно тут главный вопрос в площади. Но в любом случае модульность таких систем позволяет в любой момент добавить и запитать в свою систему новые панели.
7. Важный фактор экономия. При существующем стационарном подключении панели дают возможность снизить расходы на электроэнергию.
8. Независимость от централизованной подачи электричества. Это особенно актуально в дачных поселках, где свет отключают внезапно и на длительное время.
9. Вы станете еще одним человеком, который реально сохраняет чистоту атмосферы — это, с точки зрения экологии, абсолютно чистое устройство.

Недостатки

Надо признать, что и у гелиосистем есть свои минусы:

1. Нельзя обеспечить бесперебойную работу. Если в летний период солнечная активность весьма высока, то в зимний период такие системы малоэффективны. Тучи и низкая облачность тоже влияют на производительность этих систем. Поэтому возникает необходимость продублировать гелиосистему традиционным источником электричества или применять гибридные гелиопанели. Не стоит забывать и о районе, в котором будут использоваться такие системы. В разных местностях совершенно разная солнечная активность. Поэтому установка солнечных элементов в большей мере должна быть скорректирована с учетом месторасположения вашей дачи.
2. Самый большой минус — большие первоначальные финансовые расходы. Да и срок окупаемости вопрос довольно спорный и до конца не однозначен.
3. Низкий уровень КПД. Тоже больной вопрос. С одного квадратного метра снимается лишь 120 Вт. Этой мощности не хватит даже для работы ноутбука. Даже самые лучшие панели обладают КПД на уровне 15–20 %.
4. Для эффективной работы требуется вспомогательная техника. Аккумуляторы, инвертор, контроллер. Кроме того, желательно всё это оборудование на дачу разместить в отдельном помещении с хорошей вентиляцией.

Конечно, главный вопрос насколько затратно обустройство такой системы электроснабжения, да еще и применимо к дачным условиям? Из опыта специалистов, да и просто владельцев подобных систем вся конструкция может окупиться в течение 5–7 лет. Этот срок сокращается практически в два раз в регионах с высокой круглогодичной солнечной активностью. Понятно, что от самих панелей мало что зависит. Основной вопрос, какое количество солнечной энергии попадает на панели. Здесь в выигрыше оказываются системы с поворотными панелями. Чем больше солнца будет попадать на панели, тем быстрее окупится батарея.

С другой стороны надо учесть, что и мировая промышленность не стоит на месте, а постоянно развивается. Это приводит к устойчивой тенденции снижения себестоимости таких конструкций.

Так что со временем такая покупка — хорошее вложение для тех дачников, кто хочет и может себе позволить сэкономить на оплате счетов за электричество.

Заключение

Итак, теперь вы немного больше знаете — какими достоинствами и недостатками обладают гелиосистемы. Перед тем как купить такой комплект для своей дачи вы сможете взвесить все “за” и “против” и примите осознанное решение в приобретении такой системы.

Видео по теме

Источник