Как лучше разместить солнечную батарею

Учимся устанавливать солнечные батареи

Еще 50 лет назад, получение электроэнергии от Солнца относилось исключительно к космическим технологиям (как по сложности оборудования, таки и по его стоимости). Сегодня, установка солнечных батарей в индивидуальном порядке стала привычным делом. Панели можно встретить на крышах дачных домиков, на территории фермерских хозяйств, на опорах освещения.

Вопрос «пользоваться или не пользоваться», уже не рассматривается. Потенциальный владелец озабочен лишь расчетом стоимости, мощности и надежности оборудования. О том, какие бывают солнечные батареи, как их правильно выбрать, расскажем в нашем материале.

Принцип работы солнечной батареи

На самом деле, правильное название — фотоэлемент (то есть, фотобатарея). Но поскольку источником света является солнце, прижилось наименование «солнечная батарея».

Элемент представляет собой «бутерброд» и пластинок кремния, разделенных стандартным (для радиодеталей) переходом. Секрет в том, что кремниевые части имеют различный тип:

Такие комплекты применяются практически во всех радиодеталях, изготовленных из кремния.

Это интересно: Многие из стандартных радиокомпонентов также могут вырабатывать электроэнергию при воздействии яркого света. Просто КПД настолько мизерный, что использовать их в качестве источника тока бессмысленно.

К слою кремния N-типа добавляется фосфор. В состоянии покоя такая смесь дает избыток электронов с естественным отрицательным зарядом.

P-тип «обогащен» бором, что создает дефицит отрицательных зарядов (так называемый эффект электроновых дыр).

Соответственно, к N-слою подключается отрицательный электрод (для снятия электротока), а к P-слою — положительный.

Из законов физики мы знаем, что в P/N переходе присутствует электрической поле. Под воздействием на отрицательную панель солнечных фотонов, в переходе происходит интенсивное разделение отрицательных и положительных частиц. «Минусы» накапливаются в верхнем слое, а «плюсы» в нижнем. В результате, солнечный бутерброд превращается в обычную батарейку с накопленным зарядом. Если к электродам подключить потребителя энергии — возникает электроток.

Естественно, заряд в таком источнике моментально исчезает, но его тут же восстанавливает солнечный свет. Таким образом, пока фотобатарея интенсивно бомбардируется фотонами, мы имеем достаточно производительную мини электростанцию.

Современные батареи могут работать даже при отсутствии прямых солнечных лучей (например, при сплошной облачности). Естественно, интенсивность выработки электроэнергии при этом снижается. Но при отсутствии света (даже луна не способна «пробудить» батарею), процесс останавливается. Поэтому рассматривать фотопанели отдельно, как источник электроэнергии нельзя. Схема подключения солнечных батарей обязательно включает в себя буферное устройство: аккумулятор энергии.

Кроме того, вырабатываемый ток нестабилен, поэтому для организации энергоснабжения объекта требуется управляющий контроллер. Разумеется, если вы используете мобильную фотобатарею для подзарядки смартфона в многодневном походе, такие технологии не требуются. А для строительства индивидуальной электростанции требуется комплект периферийных устройств.

Типы солнечных батарей

Генераторы «чистой» энергии классифицируются по типу материала, из которого выполнены элементы:

1. Монокристаллические — самый массовый продукт на энергорынке. Для полноценного энергетического обеспечения объекта требуется значительная площадь монтажа. Приоритетная сфера использования — резервные или дублирующие энергосистемы при имеющемся подключении к сети.
2. Поликристаллические системы более производительны, и при меньшей площади элементов могут быть использованы в качестве автономной электростанции объекта без централизованного энергоснабжения. Единственный недостаток (он нивелируется в процессе использования), стоимость существенно выше.
3. Аморфный кремний — это прорыв в солнечной индустрии. Производительность высокая, продолжительный срок службы, элементы гибкие. Однако стоимость слишком высокая (по крайней мере, на нынешней стадии — пока производство не вышло на промышленный уровень).

Какие солнечные батареи лучше? Это чисто субъективный выбор. Простые расчеты показывают, что на сегодняшний день оптимальное соотношение цены качество у первых двух типов.

• Монокристаллы обычно покупают в довесок к действующей системе энергоснабжения, поэтому их стоимость окупается экономией на оплате за электроэнергию. С психологической точки зрения — такой способ подключения исключает страх остаться «без света» в случае поломки оборудования. Можно считать это предрассудком, поскольку надежность современных солнечных систем достаточно высокая. А поломка всей системы сразу мало вероятна. Элементы дублируются, можно производить ремонт без полного нарушения энергоснабжения.
• Поликристаллические батареи дороже ровно настолько, насколько и производительнее. Электростанция на поликристаллах может быть полностью автономной, то есть без вводной линии центрального энергоснабжения. Опыт использования в отдаленных местах проживания показывает, что такие системы вполне жизнеспособны, и не нуждаются в резервировании. Разве что можно установить ветрогенератор (на случай природных катаклизмов вроде затяжного дождя с пасмурной погодой в течение нескольких дней). Окупаемость 100%, если вы построили новый дом без энергоснабжения. Стоимость технических условий и монтажных работ сопоставима с покупкой комплекта на солнечных батареях мощностью 4000 Вт. А дальше — экономия в чистом виде. Вы вообще не знаете, что такое оплата электроэнергии.
• Аморфные батареи пока еще экзотика (с точки зрения стоимости). Однако технологии развиваются настолько стремительно, что через относительно короткий промежуток времени эти системы станут доступнее: вспомните ситуацию со светодиодными светильниками.

Преимущества и недостатки солнечной энергетики

Плюсы:

• На стадии использования — экологичность (почему с оговоркой: производство и утилизация такие же «грязные», как и любая другая электроника).
• После первичных вложений, полученная электроэнергия условно бесплатная (требуются некоторые средства на обслуживание по истечении срока эксплуатации).
• Возможна полная автономия: вы можете организовать энергоснабжение в местах, где даже не планируется централизованная подача электроэнергии.
• Вы не зависите от тарифной политики энергетических компаний.
• При выполнении определенных нормативов, можно «продавать» избыток электроэнергии в городские сети.

Минусы:

• Относительная дороговизна оборудования (как видно на примерах использования, это не всегда является проблемой).
• Зависимость от погодных условий (в регионах, где солнечных дней немного, использование затруднено).
• Оборудование нуждается в периодическом обновлении — присутствует естественный износ.

Правильный монтаж

Схема подключения солнечных панелей намного сложнее, чем централизованный ввод городской сети. Домашняя электростанция состоит минимум из четырех элементов.

Мы не рассматриваем примитивные системы освещения садовых дорожек на 12 вольт. Речь пойдет о полноценном энергоснабжении 220 вольт.

1. Собственно фотоэлементы. Принцип работы и критерии выбора мы уже рассмотрели. Расчет мощности производится от базовой цифры 5 кВт на 1 дом. Это приблизительно 20–40 стандартных панелей площадью по 0.5 м².
2. Блок управления (контроллер). Без него невозможно функционирование вашей электростанции. Как правильно выбрать контроллер заряда для солнечной батареи? Он должен поддерживать общую мощность системы энергоснабжения, обеспечивать заряд аккумуляторов и правильно распределять поток мощности при одновременном потреблении и заряде.Кроме того, на контроллере лежит ответственность за безопасность системы, в том числе и пожарная.Прибор может входить в комплект электростанции, либо приобретается отдельно.
   Функционал у всех моделей стандартный. При выборе вы определяете мощность, вольтаж (12 или 24) и главный критерий — срок службы (гарантия). При выходе из строя контроллера, ваше энергоснабжение определяется емкостью аккумуляторов (пока не разрядятся).
3. Модуль аккумуляторных батарей. Пожалуй, второй по важности элемент в «электростанции». Он служит накопительным буфером энергосистемы. Фактически, отбор мощности происходит именно от батарей. Солнечные элементы лишь восстанавливают отданный запас энергии (заряжают АКБ). Разумеется, могут быть периоды, когда часть нагрузки ложится на фотоэлементы (если вырабатываемая энергия существенно выше затрат на зарядку). Тогда можно сказать, что ваш телевизор или холодильник питается напрямую от солнца. Перед тем, как установить солнечные батареи, необходимо рассчитать емкость аккумуляторов. Делается это просто: при входной мощности 3 кВт, ток потребления не превышает 15 А (в сети 220 вольт). На выходе 12 вольтовых батарей ток будет уже 250 А (в соответствии с законом Ома). Разумеется, такая мощность отбирается не постоянно, но для примера в расчетах мы возьмем именно эти цифры. То есть, если вы установите 5 батарей емкостью по 100 А×ч каждая, то при такой нагрузке заряд закончится через 2 часа.Разумеется, это условные цифры: в реальности существует множество поправок в расчетах. Но базовый ток и мощность исчисляются именно по такому принципу.Существуют различные батареи: кислотные, щелочные, гелевые… По-большому счету, гоняться за самыми «продвинутыми» системами нет смысла. А сэкономить можно лишь на возможности обслуживания: батареи, за которыми требуется надзор, стоят дешевле.
4. Преобразователь напряжения. Вы можете отбирать мощность напрямую у АКБ, если ваши потребители рассчитаны на 12 вольтовое питание. Однако большинство электроприборов рассчитаны на 220 вольт. Поэтому на выходе устанавливается преобразователь 12–220В.К нему подключается ваша внутренняя электросеть.

Самостоятельная установка

Зная, как подключить солнечную батарею к энергоснабжению вашего дома, вы сможете сэкономить на оплате труда монтажников. Самая сложная часть — установка комплекта солнечных батарей на крыше. Если высота дома не более 2 этажей, можно выполнять такую работу самостоятельно (с помощником). Крепление выполняется с учетом погодных условий и ветровой нагрузки вашего региона.

Закончив монтаж солнечных батарей, приступаем к подключению электрики. Все фото батареи заводятся на контроллер, который управляет зарядом аккумуляторов. От АКБ можно выполнить отвод для потребителей 12 В.

Затем подключаем инвертор, и заводим его на вводной электрощиток. Автономное энергоснабжение готово.

Типовая схема показывает взаимное положение элементов и порядок электрических соединений. При покупке оборудования, каждый элемент снабжается технической документацией, по которой производится сборка.

Видео по теме

Источник

Установка солнечных батарей. Что нужно учесть при монтаже?

Май 2018

Доступность батареи для быстрой очистки поверхности позволяет выполнять эту несложную операцию без привлечения специалистов. Зимой поверхность нужно освобождать от снега, летом — от пыли и грязи, нанесенных ветром и дождем. Если поблизости находится строящийся объект, то очищать поверхность модулей придется ежедневно. Проще всего это делать струей воды из шланга или любой щеткой для мойки окон.

Варианты установки солнечных модулей

Наилучшим местом для установки считается крыша здания, поскольку она максимально возвышается над объектами и деревьями, бывает меньше всего затенена и избавляет от необходимости оборудовать на участке отдельную площадку для монтажа.

Даже если угол наклона кровли и ее ориентация не совпадают с оптимальными, закрепить и правильно ориентировать модули можно при помощи рамных конструкций. Поскольку у батарей большая парусность, жесткость каркаса должна быть рассчитана с учетом ветровой нагрузки.

Оптимальным материалом для сборки каркаса считаются металлические уголки или специальные профили для монтажа солнечных панелей. Конструкция из деревянного бруса быстро потеряет прочность и форму под воздействием ветра и осадков.

Если установка на кровлю невозможна, то модули устанавливают на земле, где нет тени и есть возможность жестко закрепить основание каркаса или несущей штанги. Такой способ монтажа хорош тем, что обеспечивает панелям максимальное воздушное охлаждение.

Для установки небольших по площади массивов солнечных батарей можно использовать южную стену дома или надворной постройки. При этом поверхность, прилегающую к обратной стороне модуля, лучше покрасить в белый цвет, чтобы обеспечить минимальный нагрев и максимальный рассев света. У полупрозрачной безрамочной солнечной батареи активными являются и наружная, и обратная стороны, поэтому отраженный свет тоже будет преобразован в энергию. Если зимой установить солнечный модуль в заснеженном поле, то мощность выработки электроэнергии может увеличиться в 1,5 раза за счет высокой отражающей способности белого снежного покрова.

Как правильно выбрать местоположение

	Солнечная генерация может обеспечить резервное энергоснабжение, полную автономность объекта или снизить общее энергопотребление. Но только при условии правильной установки солнечных панелей. По конструктиву солнечная батарея представляет собой прямоугольный модуль, собранный из отдельных ячеек. По способу работы — это огромный транзистор или фотоэлектронный преобразователь, который превращает условные фотоны в условные электроны с поправкой на КПД. Коэффициент полезного действия батареи определяется материалом ячеек: батареи из монокристаллического кремния имеют КПД около 20%, поликристаллический эффективен чуть менее, аморфный преобразовывает в электроэнергию 10% солнечного света. Куда же деваются оставшиеся 80−90% энергии солнца? Преобразуются в тепло и нагревают солнечный модуль до довольно высоких температур. Если батарея установлена неправильно, то пожарить яичницу получится только на ней самой, поскольку мощности на включение электроприборов не хватит. Поэтому нужно соблюдать определенные правила установки. Общие правила установки солнечных панелей При монтаже солнечных панелей необходимо обязательно учитывать 5 факторов, сочетанием которых, в конечном итоге определяется место и способ установки: Отвод тепла Тень Ориентация Наклон Доступность для обслуживания Как было сказано выше, отвод тепла играет важную роль в поддержании работоспособности батарей. Между панелью и плоскостью установки обязательно нужно оставлять вентиляционный зазор, и чем он больше — тем лучше. Обычно при монтаже рамы или каркаса для крепления модулей между панелью и плоскостью оставляют 5−10 сантиметров. Максимальная вентиляция обеспечивается при установке на отдельной раме или штанге. Любая тень, падающая на батарею от деревьев или строений, «отключает» затененную ячейку, что ускоряет деградацию дорогих монокристаллических модулей и полностью прекращает выработку энергии в поликристаллических. Производители предлагают различные способы минимизации риска возникновения «горячей точки» из-за прерывания электроцепи, что нужно учитывать при покупке. Но лучше устанавливать батарею таким образом, чтобы «жесткая» тень не могла попасть на нее никоим образом. «Мягкая» тень из-за тумана, облаков или смога не наносит вреда батарее, просто снижает выработку энергии. Ориентировать батарею нужно на юг — так инсоляция будет максимальной. Все прочие способы установки являются компромиссными, и лучше их не рассматривать. Потратить десятки тысяч рублей на покупку модулей, но сориентировать батарею не по солнцу было бы неразумно. Карты инсоляции для различных регионов РФ опубликованы в интернете и общедоступны. Средняя полоса России преимущественно находится во 2-й зоне инсоляции, где с 1 кв. метра правильно установленного идеального солнечного модуля можно получать до 3 кВтч/сутки. Наклон солнечной батареи принимают равным широте нахождения объекта или параллели. Например, для Москвы это будет 55 градусов к горизонтали, для Санкт-Петербурга — 60 градусов, а для Сочи — 43 градуса. При этом весной угол наклона батареи лучше уменьшать на 12−15 градусов от оптимального, а зимой — на столько же увеличивать для захвата максимального потока солнечного света.
	Исходя из всего сказанного выше, место для установки солнечных батарей должно отвечать следующим критериям: отсутствие тени; легкая доступность; удаленность от источников пыли, например, автомобильной дороги; ориентация на юг; хорошая обдуваемость ветром, но с учетом высокой парусности модулей. Если вам кажется, что на вашем объекте отсутствуют площадки, отвечающие этим требованиям, — не отчаивайтесь и не спешите отказываться от бесконечного источника бесплатной солнечной энергии. Специалисты компании «Энергетический центр» имеют огромный опыт комплектования и установки солнечных электростанций любой мощности. На сайте «Со светом» можно получить бесплатную консультацию в любом объеме — позвоните, закажите обратный звонок или используйте онлайн-чат. За последние 10 лет цены на оборудование для солнечной генерации снизились многократно, сделав этот способ получения энергии общедоступным и выгодным. Обращайтесь к специалистам и будьте со светом! Источник Читайте также:  Солнечные панели по надежности Оцените статью Вам также может понравиться Ячейки элементы для солнечных батарей Солнечные элементы и их виды Солнечные элементы – это Ячейки солнечной батареи кремний Разбираемся в многообразии видов солнечных панелей Ячейка для солнечной панели поликристаллическая Поликристаллические солнечные панели Выбирая для установки Яхты с солнечными батареями Обзор яхт на солнечных батареях Похоже, что наступил Яркие фонари от солнечной батареи 8 лучших светильников для сада на солнечной батарее Японские титановые часы с солнечной батареей Титановые японские часы — топ 3 модели с сапфировым Являет ют ся ли источником электрического тока солнечные батареи Особенности источников тока Время на чтение: Существует Юрта с солнечными батареями В казахстанском селе появилась юрта на солнечных батареях Правообладателям Политика конфиденциальности Контакты