Солнечные батареи для дачи и дома: виды, устройство, пример расчета необходимого количества. Применение солнечных батарей

Вряд ли сейчас можно найти такую сферу человеческой деятельности, в которой не использовались бы фотоэлементы, напрямую преобразующие энергию солнечного света в электричество.

Объединенные в десятки, сотни, тысячи, связанные между собой, эти элементы образуют солнечные батареи, которые вырабатывают электрический ток такой мощности, что можно обеспечить потребности жилых домов, производственных помещений, фермерских хозяйств. Портативные батареи обеспечивают электроснабжение небольших приборов и устройств.

Солнечные батареи на крыше многоэтажного дома

Жилые дома отдают электричество

Все чаще можно видеть дома, на скосах крыш которых красуются панели солнечных батарей. Эти панели выглядят настолько эстетично, что в некоторых местах их устанавливают перед домами в качестве декоративных украшений. Жильцы таких домов практически полностью обеспечивают себя электроэнергией.

Электричества, вырабатываемого батареями, вполне достаточно для того, чтобы освещать помещения, питать все электроприборы и технику: стиральные машины, холодильники, телевизоры, пылесосы. В холодное время года можно, не заботясь об экономии, включать электрообогрев дома. Мало того, электричества вырабатывается порой столько, что его излишки отдаются в общую электросеть, принося владельцам дополнительный доход, постепенно компенсирующий расходы на энергоперевооружение дома.

Солнечные батареи на крышах небольших домов

Гелиоэнергетика пришла и в деревни

Специфика фермерских хозяйств такова, что под солнечные панели можно выделить значительно больше места, чем в городе. Помещения для содержания животных, птиц, как правило, имеют большие размеры, и на их крышах можно установить достаточно мощную конструкцию.

Электричество, вырабатываемое этими панелями, обеспечивает работу электродоильных аппаратов, поилок, сепараторов, смесителей, насосных станций. В инкубаторах поддерживается постоянная, заданная температура, а также освещение. В молочных хозяйствах солнечные панели питают все приборы и механизмы, задействованные в процессе переработки молока, производства сыров, масла, других молочных продуктов.

Солнечные батареи на крышах фермерского хозяйства

Волшебный чемоданчик и не только он

Наверняка каждый из нас имел дело с различными приборами, работающими от фотоэлементов – солнечными батареями в миниатюре. Это и электронные часы, и калькуляторы, и миниатюрные радиоприемники, и многое другое. В быту солнечные батареи нашли такое широчайшее применение, что порой уже невозможно представить, как раньше обходились без этого.

Мобильный телефон. Он есть, наверняка, у каждого. Но частенько в самый нужный момент он вдруг оказывается разряженным. Сейчас появились . Конечно, небольшие размеры этих устройств не дают возможности очень быстро зарядить телефон. Но минут 15-ти – 20-ти вполне достаточно для того, чтобы сделать нужный звонок.

А немецкая компания Vodafone выпустила мобильный телефон, который питается от солнечных батарей. То есть его аккумулятор постоянно подзаряжается от солнца. Такой телефон незаменим в дальних поездках, вылазках на природу и там, где могут возникнуть проблемы с зарядкой аккумулятора. .

Мобильный телефон Vodafone

Канадская фирма WeWi Telecommunications выпускает ноутбуки SOL, которые работают только от солнечных батарей.

Ноутбук SOL

Фирма BRUNTON наладила выпуск тонкопленочных зарядных устройств, которые можно в буквальном смысле этого слова свернуть в трубочку. Кстати, для тонкопленочных панелей отнюдь не обязательно попадание прямого солнечного света. Для нее вполне достаточно рассеянного освещения.

Зарядное устройство на тонких пленках фирмы BRUNTON

Эта же фирма выпускает сумки для ноутбуков. Наружная сторона их представляет собой солнечную панель. Сумка может вместить в себя ноутбук с диагональю экрана до 17-ти дюймов и с помощью специальных переходников позволяет заряжать аккумуляторы любых ноутбуков.

Сумка – зарядное устройство для ноутбуков

О возможностях солнечных батарей можно было бы говорить очень много. Для них находят самое неожиданное применение:

авторучка со встроенными фотоэлементами, микроаккумулятором и светодиодом, чтобы можно писать в темноте;
куртка с тонкопленочным фотоэлементным покрытием и вшитыми нагревательными элементами, не дающая замерзнуть в самые лютые морозы и др.

Фантазия человеческая неистощима. И кто знает, какие еще горизонты могут открыть нам новые технологии и научные изыскания в области солнечной энергетики.

Оценок 0

Как дополнительный и альтернативный источник энергии, солнечные батареи достаточно активно применяются не только в промышленных, но и бытовых условиях. Но прежде чем установить себе такой источник электроэнергии, покупателю важно узнать, как подобрать оптимальные по характеристикам и мощности солнечные батареи для дома, ведь цена готовых комплектов варьируется в достаточно большом диапазоне. Попробуем разобраться как подбирают солнечные батареи для дома, стоимость комплекта, и что в него входит.

Применение солнечных батарей в условиях средней полосы – здесь тоже возможно использование бесплатной энергии

Где чаще всего используются солнечные батареи

Сфера применения солнечных батарей огромна. Уже сейчас их с успехом используют для электроснабжения частных и многоквартирных домов, хозяйств, в том числе для освещения и обогрева теплиц, построек, освещения придомовой территории, питания приборов.

Чаще всего про автономное электроснабжение задумываются в следующих случаях:

Если местность не электрифицирована, солнечные панели для частного дома обойдутся намного дешевле, чем использование жидкотопливных генераторов.

В сельской местности нередко отключают электричество, и люди буквально остаются без света. Включив автономное электроснабжение, можно жить в привычном комфорте длительное время, тем более, что в комплекте с солнечными панелями всегда идет аккумулятор.

В многоквартирных домах солнечные модули также применяются в качестве резервных, а также существуют проекты, предусматривающие использование солнечной энергии для горячего водоснабжения.

Срок службы солнечных батарей

Как правило, в документах на оборудование, указывается срок годности от 20 до 25 или даже 30 лет. Однако многие устройства продолжают функционировать и по прошествии указанного производителями периода. Например, первая в мире солнечная батарея работает уже свыше 60 лет, а за эти годы технология производства была существенно усовершенствована.

Прототип солнечной батареи был разработан еще в конце XIX века

Явно можно выделить только один недостаток – при постоянной эксплуатации мощность оборудования снижается, тем не менее эти показатели незначительны: за 10 лет не больше чем на 10%.

Предупреждать физические повреждения, такие как падение деревьев, срыв ветром и царапин на чувствительных элементах. От последних зависит эффективность работы устройства.

Регулярно производить уход: обслуживание и очистку.

При необходимости установить ветрозаградительные конструкции.

Солнечные панели для частного дома (готовые комплекты) в систему включают следующие составляющие: аккумуляторные батареи и силовая электроника. Срок службы первых устройств составляет от 2 до 15 лет, вторых – от 5 до 20 лет, в зависимости от характеристик, интенсивности эксплуатации и бережного ухода.

Общие характеристики и доступность приобретения

Оборудование не наносит вреда окружающей среде и обеспечивает стабильное питание без скачков напряжения. И, главное, поставляет бесплатную энергию: за которую не приходят коммунальные счета.

Внешний вид солнечных панелей мало изменился, после их изобретения, чего не скажешь о внутренней «начинке»

Солнечная модуль преобразовывает свет в электрическую энергию, генерируя постоянный ток. Площадь панелей может достигать нескольких метров. Когда необходимо увеличить мощность системы, увеличивают количество модулей. Их эффективность зависит от интенсивности солнечного света и угла падения лучей: от местоположения, сезона, климатических условий и времени суток. Чтобы грамотно учитывать все эти нюансы, монтаж должны выполнять профессионалы.

Виды модулей:

Монокристаллические. Состоят из силиконовых ячеек, преобразующих солнечную энергию. Отличаются компактными размерами. По своей производительности это самая эффективная (эффективность до 22 %) солнечная батарея для дома. Комплект (цена его одна из дорогостоящих) обойдется от 100 тыс. рублей.

Поликристаллические. В них используется поликристаллический кремний. Они не так эффективны (эффективность до 18%), как монокристаллические фотоэлементы. Зато их стоимость существенно ниже, поэтому они доступны широким слоям населения.

Аморфные. Имеют тонкопленочные фотоэлементы на основе кремния. Уступают моно и поликристаллам по выработке энергии, но и стоят дешевле. Их преимуществом является способность функционировать при рассеянном и даже слабом освещении.

На нашем сайте Вы можете найти контакты строительных компаний, которые предлагают . Напрямую пообщаться с представителями можно посетив выставку домов «Малоэтажная Страна».

В систему входят также следующие компоненты:

Инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный.

Аккумуляторная батарея. Она не только накапливает энергию, но и нивелирует перепады напряжения, когда меняется уровень освещенности.

Контроллер зарядного напряжения аккумулятора, режима зарядки, температуры и других параметров.

В магазинах можно приобрести как отдельные компоненты, так и целые системы. При этом мощность устройств определяется исходя из конкретных потребностей.

Функционирование, виды преобразователей и их сравнительная энергоэффективность

Преобразователи или инверторы являются ключевыми компонентами солнечных батарей. Они трансформируют постоянный ток, вырабатываемый модулем в переменный напряжением 220 В, который необходим для работы электрических приборов. Инверторы имеют мощность от 250 до 8000 Вт. При покупке рекомендуют учитывать самую высокую нагрузку на сеть и соотносить напряжение и мощность. Оптимальными считаются параметры: 12 вольт и 600 ватт, 24 Вольт при 600-1500 Ватт, 48 Вольт, если мощность больше 1500 Ватт.

Инвертор, на принципиальной схеме работы солнечных батарей

Разновидности преобразователей

Автономный. Перед тем как выбрать инвертор, надо определить, какие приборы будут от него питаться, и подсчитать их общую максимальную мощность в единицу времени. Рекомендуется взять мощность инвертора несколько больше. Некоторые бытовые электроприборы при включении создают резкое увеличение напряжения, из-за которого устройство может выйти из строя.

Синхронный. Они накапливают энергию, а излишки передают в электрическую сеть. В случае недостатка электричества, выработанного системой, преобразователь «позаимствует» его из общей сети. Применение модели синхронного типа позволит избежать перебоя в энергоснабжении.

Многофункциональные устройства объединили в себе преимущества первого и второго вида.

На видео показано, как выбрать инвертор для частного дома:

На общую стоимость солнечных батарей для частного дома влияют и преобразователи. В зависимости от формы сигнала напряжения на выходе существует несколько видов их видов, которые различаются применением и стоимостью:

С синусоидальным сигналом. Создают ток высокого качества, что сказывается на их стоимости. От них работают крупные бытовые приборы: холодильники, котлы, кондиционеры.

Прямоугольным. К этим недорогим инверторам подключают осветительные приборы. Большинство домашних бытовых приборов с ними несовместимы.

Псевдосинусоидальным. Их преимуществом является возможность подключения практически всей домашней техники. Но качество сигнала снижено по сравнению с первым видом, поэтому они стоят дешевле.

Ребристая форма инвертору нужна для максимально эффективного охлаждения

Стоимость комплекта и основные технические характеристики, срок окупаемости

Цены на готовые комплекты в основном варьируются от 30 000 до 2 000 000 руб. Они зависят от составляющих их устройств (от вида батарей, количества приборов, производителя и характеристик). Можно встретить бюджетные варианты стоимостью от 10 500 руб. В эконом-набор входит панель, контроллер заряда, коннектор.

В стандартные комплекты включают:

энергетический модуль;

контроллер заряда;

аккумулятор;

инвертор;

стеллаж * ;

кабель * ;

клеммы* .

* Предусмотрены в расширенной комплектации.

Стандартный комплект оборудования

Технические характеристики указывают в руководстве к применению:

Мощность и размеры панелей. Чем больше нужна мощность, тем выгоднее покупать батареи больших размеров.

Энергоэффективность системы.

Температурный коэффициент показывает насколько температура влияет на мощность, напряжение и ток.

По подсчетам специалистов, одна солнечная система, рассчитанная на 4 человека, окупается через 4 года. К тому же стоимость за последние 2 десятилетия сильно упала.

Принцип работы солнечной электростанции в домашних условиях

Солнечная электростанция – это система состоящая из панелей, инвертора, аккумулятора и контроллера. Солнечная панель трансформирует лучистую энергию в электричество (как было сказано выше). Постоянный ток попадает в контроллер, который распределяет ток по потребителям (например, компьютер или освещение). Инвертор преобразовывает постоянный ток в переменный и обеспечивает работу большинства электрических бытовых приборов. В аккумуляторе накапливается энергия, которая можно расходовать в темное время суток.

На видео пример расчетов, показывающий, сколько панелей нужно для обеспечения автономного энергоснабжения:

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.

Этапы монтажа батарей

Для установки панелей выбирается самое освещенное место – чаще всего это крыши и стены зданий. Чтобы устройство функционировало максимально эффективно, панели монтируются под определенным углом к горизонту. Учитывается также уровень затемненности территории: окружающие предметы, которые могут создавать тень (постройки, деревья и т. п.)

Устанавливаются панели при помощи специальных крепежных систем.

Затем модули соединяются с аккумулятором, контроллером и инвертором, и производится наладка всей системы.

Для эффективного функционирования оборудования и продолжительного срока службы необходимым условием является правильно выполненный монтаж, который под силу только опытным специалистам.

Несмотря на сложность подключения и калибровки, срок работ невелик – при наличии соответствующих инструментов, грамотные монтажники затратят на все про все примерно полдня.

Для монтажа системы всегда разрабатывается персональный проект, который учитывает все особенности ситуации: как будет выполняться установка солнечных батарей на крыше дома, цена и сроки. В зависимости от вида и объема работ, все проекты рассчитываются в индивидуальном порядке. Клиент принимает работу и получает на нее гарантию.

Установка солнечных батарей должна производиться профессионалами и с соблюдением мер безопасности

Как итог – перспективы развития солнечных технологий

Если на Земле максимально эффективной работе солнечных батарей мешает воздух, который в известной пере рассеивает излучение Солнца, то в космосе такой проблемы не существует. Учеными ведется разработка проектов гигантских орбитальных спутников с солнечными батареями, которые будут работать 24 часа в сутки. От них энергия будет передаваться на наземные приемные устройства. Но это дело будущего, а для уже существующих батарей усилия направлены на повышение энергоэффективности и уменьшение размеров устройств.

Оценок 0

Наука подарила нам время, когда технология использования энергии солнца стала общедоступной. Заполучить солнечные батареи для дома имеет возможность всякий собственник. Дачники не отстают в этом вопросе. Они чаще оказываются вдали от централизованных источников устойчивого электроснабжения.

Мы предлагаем ознакомиться с информацией, представляющей устройство, принципы работы и расчета рабочих узлов гелиосистемы. Ознакомление с предложенными нами сведениями приблизит реальность обеспечения своего участка природным электричеством.

Для наглядного восприятия предоставленных данных прилагаются подробные схемы, иллюстрации, фото- и видео-инструкции.

Устройство и принцип действия солнечной батареи

Когда-то пытливые умы открыли для нас природные вещества, вырабатывающие под воздействием частиц света солнца, фотонов, . Процесс назвали фотоэлектрическим эффектом. Ученые научились управлять микрофизическим явлением.

На основе полупроводниковых материалов они создали компактные электронные приборы – фотоэлементы.

Производители освоили технологию объединения миниатюрных преобразователей в эффективные гелиопанели. КПД панельных солнечных модулей из кремния широко производимых промышленностью 18-22%.

Из описания схемы наглядно видно: все комплектующие элементы электростанции одинаково важны – от их грамотного подбора зависит согласованная работа системы

Из модулей собирается солнечная батарея. Она является конечным пунктом путешествия фотонов от Солнца до Земли. Отсюда эти составляющие светового излучения продолжают свой путь уже внутри электрической цепи как частицы постоянного тока.

Они распределяются по аккумуляторам, либо подвергаются трансформации в заряды переменного электротока напряжением 220 вольт, питающего всевозможные домашние технические устройства.

Солнечная батарея представляет собой комплекс последовательно соединенных полупроводниковых устройств — фотоэлементов, преобразующих солнечную энергию в электрическую

Больше подробностей о специфике устройства и принципе действия солнечной батареи вы найдете в другой нашего сайта.

Виды солнечных модулей-панелей

Гелиопанели-модули собираются из солнечных элементов, иначе – фотоэлектрических преобразователей. Массовое применение нашли ФЭП двух видов.

Они отличаются используемыми для их изготовления разновидностями полупроводника из кремния, это:

Поликристаллические. Это солнечные элементы, изготовленные из кремниевого расплава путем длительного охлаждения. Несложный метод производства обуславливает доступность цены, но производительность поликристаллического варианта не превышает 12%.
Монокристаллические. Это элементы, полученные в результате нарезки на тонкие пластины искусственно выращенного кремниевого кристалла. Самый продуктивный и дорогой вариант. Средний КПД в районе 17 %, можно найти монокристаллические фотоэлементы с более высокой производительностью.

Поликристаллические солнечные элементы плоской квадратной формы с неоднородной поверхностью. Монокристаллические разновидности выглядят как тонкие однородной поверхностной структуры квадраты со срезанными углами (псевдоквадраты).

Так выглядят ФЭП – фотоэлектрические преобразователи: характеристики солнечного модуля не зависят от разновидности применяемых элементов – это влияет лишь на размеры и цену

Панели первого исполнения при одинаковой мощности больше размером, чем вторые из-за меньшей эффективности (18% против 22%). Но процентов, в среднем, на десять дешевле и пользуются преимущественным спросом.

Галерея изображений

О правилах и нюансах выбора солнечных батарей для снабжения энергией автономного отопления вы сможете .

Схема работы солнечного электроснабжения

Когда проводишь взглядом по загадочно звучащим названиям узлов, входящих в состав системы питания солнечным светом, приходит мысль о супертехнической сложности устройства.

На микроуровне жизни фотона это так. А наглядно общая схема электрической цепи и принцип ее действия выглядят очень даже просто. От светила небесного до «лампочки Ильича» всего четыре шага.

Солнечные модули — первая составляющая электростанции. Это тонкие прямоугольные панели, собранные из определенного числа стандартных пластин-фотоэлементов. Производители делают фотопанели различными по электрической мощности и напряжению, кратному 12 вольтам.

Галерея изображений

Устройства плоской формы удобно располагаются на открытых для прямых лучей поверхностях. Модульные блоки объединяются при помощи взаимных подключений в гелиобатарею. Задача батареи преобразовывать получаемую энергию солнца, выдавая постоянный ток заданной величины.

Устройства накопления электрического заряда — известны всем. Роль их внутри системы энергоснабжения от солнца традиционна. Когда домашние потребители подключены к централизованной сети, энергонакопители запасаются электричеством.

Они также аккумулируют его излишки, если для обеспечения расходуемой электроприборами мощности достаточно тока солнечного модуля.

Аккумуляторный блок отдает цепи требуемое количество энергии и поддерживает стабильное напряжение, как только потребление в ней возрастает до повышенного значения. То же происходит, например, ночью при неработающих фотопанелях или во время малосолнечной погоды.

Схема энергообеспечения дома с помощью солнечных батарей отличается от вариантов с коллекторами возможностью накапливать энергию в аккумуляторе

Контроллер – электронный посредник между солнечным модулем и аккумуляторами. Его роль регулировать уровень заряда аккумуляторных батарей. Прибор не допускает их закипания от перезарядки или падения электрического потенциала ниже определенной нормы, необходимой для устойчивой работы всей гелиосистемы.

Переворачивающий, так дословно объясняется звучание термина . Да, ведь на самом деле, этот узел выполняет функцию, когда-то казавшуюся электротехникам фантастикой.

Он преобразует постоянный ток солнечного модуля и аккумуляторов в переменный с разностью потенциалов 220 вольт. Именно такое напряжение является рабочим для подавляющей массы бытовых электроустройств.

Поток солнечной энергии пропорционален положению светила: устанавливая модули, хорошо бы предусмотреть регулировку угла наклона в зависимости от времени года

Пиковая нагрузка и среднесуточное энергопотребление

Удовольствие иметь собственную гелиостанцию стоит пока немало. Первая ступень на пути к обладания могуществом энергии солнца – определение оптимальной пиковой нагрузки в киловаттах и рационального среднесуточного энергопотребления в киловатт-часах домашнего или дачного хозяйства.

Пиковая нагрузка создается необходимостью включения сразу нескольких электрических приборов и определяется их максимальной суммарной мощностью с учетом завышенных пусковых характеристик некоторых из них.

Подсчет максимума потребляемой мощности позволяет выявить, жизненно нужна одновременная работа каких электроприборов, а которых не очень. Такому показателю подчиняются мощностные характеристики узлов электростанции, то есть итоговая стоимость устройства.

Суточное энергопотребление электроприбора измеряется произведением его индивидуальной мощности на время, что он проработал от сети (потреблял электроэнергию) в течение суток. Общее среднесуточное энергопотребление рассчитывается как сумма израсходованной энергии электричества каждым потребителем за суточный период.

Последующий анализ и оптимизация полученных данных о нагрузках и энергопотреблении обеспечат нужную комплектацию и последующую работу солнечной энергосистемы с минимальными затратами

Результат потребления энергии помогает рационально подойти к расходу солнечного электричества. Итог вычислений важен для дальнейшего расчета емкости аккумуляторов. От этого параметра цена аккумуляторного блока, немало стоящего компонента системы, зависит еще больше.

Порядок расчета энергетических показателей

Процесс вычислений в буквальном смысле начинается с горизонтально расположенного, в клеточку, развернутого тетрадного листа. Легкими карандашными линиями из листка получается бланк с тридцатью графами, а строками по количеству домашних электроприборов.

Подготовка к арифметическим расчетам

Первая колонка чертится традиционная – порядковый номер. Второй столбик – наименование электроприбора. Третий – его индивидуальная потребляемая мощность.

Столбцы с четвертого по двадцать седьмой – часы суток от 00 до 24. В них через горизонтальную дробную черту заносятся:

в числитель – время работы прибора в период конкретного часа в десятичном виде (0,0);
в знаменатель – вновь его индивидуальная потребляемая мощность (это повторение нужно для подсчета часовых нагрузок).

Двадцать восьмая колоночка – суммарное время, которое работает бытовое устройство в течение суток. В двадцать девятую – записывается персональное энергопотребление прибора как результат умножения индивидуальной потребляемой мощности на время работы за суточный период.

Составление развернутой спецификации потребителей с учетом почасовых нагрузок поможет оставить больше привычных приборов, благодаря их рациональному использованию

Тридцатая колонка тоже стандартная – примечание. Она пригодится для промежуточных подсчетов.

Составление спецификации потребителей

Следующий этап расчетов – превращение тетрадного бланка в спецификацию бытовых потребителей электроэнергии. С первой колонкой понятно. Здесь проставляются порядковые номера строк.

Во втором столбике вписываются наименования потребителей энергии. Рекомендуется начинать заполнение электроприборами прихожей. Далее описываются другие помещения против или по часовой стрелке (кому как удобно).

Если есть второй (и т.д.) этаж, процедура та же: от лестницы – вкруговую. При этом не надо забывать про приборы на лестничных пролетах и уличное освещение.

Третью графу с указанием мощности напротив названия каждого электрического прибора лучше наполнять попутно со второй.

Столбцы с четвертого по двадцать седьмой соответствуют всякий своему часу суток. Для удобства их сразу можно прочеркнуть горизонтальными линиями посередине строк. Полученные верхние половины строчек – как бы числители, нижние – знаменатели.

Эти столбцы заполняются построчно. Числители выборочно оформляются как временные интервалы десятичного формата (0,0), отражающие время работы данного электроприбора в тот или иной конкретный часовой период. Параллельно там, где проставляются числители, вписываются знаменатели с показателем мощности прибора, взятой из третьей графы.

После того как все часовые столбцы заполнены, переходят к подсчетам индивидуального суточного рабочего времени электроприборов, двигаясь по строчкам. Результаты фиксируются в соответствующих ячейках двадцать восьмой колоночки.

В случае, когда солнечная электростанция играет вспомогательную роль, чтобы система не работала вхолостую, часть нагрузки можно подключить к ней на постоянное питание

На основе мощности и рабочего времени последовательно вычисляется суточное энергопотребление всех потребителей. Оно отмечается в ячеях двадцать девятого столбика.

Когда все строки и столбики спецификации заполнены, производят расчеты итогов. Складывая пографно мощности из знаменателей часовых столбцов, получают нагрузки каждого часа. Просуммировав сверху вниз индивидуальные суточные энергопотребления двадцать девятой колоночки, находят общее среднесуточное.

Расчет не включает собственное потребление будущей системы. Этот фактор учитывается вспомогательным коэффициентом при последующих итоговых вычислениях.

Анализ и оптимизация полученных данных

Если питание от гелиоэлектростанции планируется как резервное, данные о почасовых потребляемых мощностях и об общем среднесуточном энергопотреблении помогают минимизировать расход дорогого солнечного электричества.

Этого добиваются, исключая из пользования энергоемкие потребители до момента восстановления централизованного электроснабжения, особенно в часы максимальных нагрузок.

Если солнечная энергосистема проектируется как источник постоянного электрообеспечения, тогда результаты часовых нагрузок выдвигаются вперед. Важно так распределить потребление электричества в течение суток, чтобы убрать намного преобладающие максимумы и сильно проваливающиеся минимумы.

Исключение пиковой, выравнивание максимальных нагрузок, устранение резких провалов энергопотребления во времени позволяют подобрать наиболее экономичные варианты узлов солнечной системы и обеспечивают стабильную, главное, безаварийную долговременную работу гелиостанции.

График раскроет неравномерность энергопотребления: наша задача – сдвинуть максимумы на время наибольшей активности солнца и уменьшить общий суточный расход, особенно ночной.

Представленный чертеж показывает превращение полученного на основе составленной спецификации нерационального графика в оптимальный. Показатель суточного потребления снижен с 18 до 12 кВт/ч, среднесуточная почасовая нагрузка с 750 до 500 Вт.

Такой же принцип оптимальности пригодится при использовании варианта питания от солнца в качестве резервного. Излишне тратиться на увеличение мощности солнечных модулей и аккумуляторных батарей ради некоторого временного неудобства, возможно не стоит.

Подбор узлов гелиоэлектростанции

Для упрощения расчетов будет рассматриваться версия применения солнечной батареи как основного для дачи источника электрической энергии. Потребителем выступит условный дачный домик в Рязанской области, где постоянно проживают с марта по сентябрь.

Наглядности рассуждениям придадут практические вычисления, основывающиеся на данных опубликованного выше рационального графика почасового энергопотребления:

Общее среднесуточное энергопотребление = 12 000 ватт/час.
Пиковая нагрузка 1200 х 1,25 = 1500 ватт (+25%).

Значения потребуются в расчетах суммарной емкости солнечных приборов и прочих рабочих параметров.

Определение рабочего напряжения гелиосистемы

Внутреннее рабочее напряжения всякой гелиосистемы основывается на кратности 12 вольтам, как самого распространенного номинала аккумуляторных батарей. Наиболее широко узлы гелиостанций: солнечные модули, контроллеры, инверторы – выпускаются под популярные напряжения 12, 24, 48 вольт.

Более высокое напряжение позволяет использовать питающие провода меньшего сечения – а это повышенная надежность контактов. С другой стороны, вышедшие из строя аккумуляторы сети 12В, можно будет заменять по одному.

В 24-вольтовой сети, рассматривая специфику эксплуатации аккумуляторных батарей, придется производить замену только парами. Сеть 48V потребует смены всех четырех батарей одной ветки. К тому же, при 48 вольтах уже существует опасность поражения электрическим током.

При одинаковой емкости и примерно равной цене следует приобретать аккумуляторы с наибольшей допустимой глубиной разряда и более максимальным током

Главный выбор номинала внутренней разности потенциалов системы связан с мощностными характеристиками выпускаемых современной промышленностью инверторов и должен учитывать величину пиковой нагрузки:

от 3 до 6 кВт – 48 вольт,
от 1,5 до 3 кВт – равен 24 или 48V,
до 1,5 кВт – 12, 24, 48В.

Выбирая между надежностью проводки и неудобством замены аккумуляторов, для нашего примера остановимся на надежности. В последующем будем отталкиваться от рабочего напряжения рассчитываемой системы 24 вольта.

Комплектование батареи солнечными модулями

Формула расчета требуемой от солнечной батареи мощности выглядит так:

Рсм = (1000 * Есут) / (к * Син),

Рсм = мощность солнечной батареи = суммарная мощность солнечных модулей (панелей, Вт),
1000 = принятая светочувствительность фотоэлектрических преобразователей (кВт/м²)
Есут = потребность в суточном энергопотреблении (кВт*ч, в нашем примере = 18),
к = сезонный коэффициент, учитывающий все потери (лето = 0,7; зима = 0,5),
Син = табличное значение инсоляции (потока солнечной радиации) при оптимальном наклоне панелей (кВт*ч/м²).

Узнать значение инсоляции можно у региональной метеорологической службы.

Оптимальный угол наклона солнечных панелей равен значению широты местности:

весной и осенью,
плюс 15 градусов – зимой,
минус 15 градусов – летом.

Рассматриваемая в нашем примере Рязанская область находится на 55-й широте.

Наибольшая мощность солнечных батарей достигается использованием систем слежения, сезонным изменением угла наклона панелей, применением смешанного дифферента модулей

Для взятого времени с марта по сентябрь лучший нерегулируемый наклон солнечной батареи равен летнему углу 40⁰ к поверхности земли. При такой установке модулей усредненная суточная инсоляция Рязани в этот период 4,73. Все цифры есть, выполним расчет:

Рсм = 1000 * 12 / (0,7 * 4,73) ≈ 3 600 ватт.

Если брать за основу солнечной батареи 100-ваттные модули, то потребуется их 36 штук. Будут весить они килограмм 300 и займут площадь размером где-то 5 х 5 м.

Проверенные на практике монтажные схемы и варианты подключения солнечных батарей .

Обустройство аккумуляторного энергоблока

Подбирая аккумуляторные батареи, нужно руководствоваться постулатами:

НЕ подходят для этой цели обычные автомобильные аккумуляторы. Батареи солнечных электростанций маркируются надписью «SOLAR».
Приобретать аккумуляторы следует только одинаковые по всем параметрам, желательно, из одной заводской партии.
Помещение, где размещается аккумуляторный блок, должно быть теплым. Оптимальная температура, когда батареи выдают полную мощность = 25⁰C. При ее снижении до -5⁰C емкость аккумуляторов уменьшается на 50%.

Если взять для расчета показательный аккумулятор напряжением 12 вольт емкостью 100 ампер/час, несложно подсчитать, целый час он сможет обеспечить энергией потребителей суммарной мощностью 1200 ватт. Но это при полной разрядке, что крайне нежелательно.

Для длительной работы аккумуляторных батарей НЕ рекомендуется снижать их заряд ниже 70%. Предельная цифра = 50%. Принимая за «золотую середину» число 60%, кладем в основу последующих вычислений энергозапас 720 Вт/ч на каждые 100 А*ч емкостной составляющей аккумулятора (1200 Вт/ч х 60%).

Возможно, покупка одного аккумулятора емкостью 200 А*ч обойдется дешевле приобретения двух по 100, да и количество контактных соединений батарей уменьшится

Первоначально устанавливать аккумуляторы необходимо 100% заряженными от стационарного источника тока. Аккумуляторные батареи должны полностью перекрывать нагрузки темного времени суток. Если не повезет с погодой, поддерживать необходимые параметры системы и днем.

Важно учесть, что переизбыток аккумуляторов приведет к их постоянному недозаряду. Это значительно уменьшит срок службы. Наиболее рациональным решением видится укомплектование блока батареями с энергозапасом, достаточным для покрытия одного суточного энергопотребления.

Чтобы узнать требующуюся суммарную емкость батарей, разделим общее суточное энергопотребление 12000 Вт/ч на 720 Вт/ч и умножим на 100 А*ч:

12 000 / 720 * 100 = 2500 А*ч ≈ 1600 А*ч

Итого для нашего примера потребуется 16 аккумуляторов емкостью 100 или 8 по 200 А*ч, подключенных последовательно-параллельно.

Выбор хорошего контроллера

Выводы и полезное видео по теме

Ролик #1. Показ установки солнечных батарей на крышу дома своими руками:

Ролик #2. Выбор аккумуляторных батарей для гелиосистемы, виды, отличия:

Ролик #3. Дачная солнечная электростанция для тех, кто все делает сам:

Рассмотренные пошаговые практические приемы расчетов, основной принцип эффективной работы современной солнечной панельной батареи в составе домашней автономной гелиостанции помогут хозяевам и большого дома густонаселенного района, и дачного домика в глуши обрести энергетическую суверенность.

В последнее время активно развиваются технологии получения альтернативной энергии. Это солнечные батареи (СБ), ветровые станции и ряд иных устройств. Особенно перспективными считаются СБ или так называемые фотоэлектрические панели, ведь с учетом почти вечной жизни солнца такая энергия является неисчерпаемой. Несмотря на их пока что сравнительно высокую стоимость, они обеспечивают получение бесплатной и экологически чистой энергии. Тем не менее, цены на СБ год из года снижаются, что свидетельствует о больших перспективах их повсеместного внедрения.

Устройство солнечных батарей

Солнечная батарея представляет систему полупроводниковых устройств в виде фотоэлектрических преобразователей, которые преобразуют энергию солнца в постоянный электрический ток с применением принципа фотоэффекта.

1 — Контроллер
2 — Батарея
3 — Инвертор
4 — Модуль
5 — Электрооборудование

Солнечная батарея включает в себя следующие элементы:

, состоящий из двух слоев материалов с различной проводимостью. К примеру, это может быть поликристаллический или монокристаллический кремний с включением иных химических соединений для создания принципа фотоэффекта p-n перехода. То есть, один материал имеет недостаток электронов, а другой – их избыток.
, тончайший слой элемента, который противостоит переходу электронов.
. При его подключении к противостоящему слою, запорная зона легко преодолевается электронами. В результате появляется упорядоченное движение зараженных частиц, то есть электрический ток.
. Обеспечивает накопление и сохранение энергии.
. Производит преобразование постоянного тока, идущего от солнечной батареи, в переменный.
. Обеспечивает в системе солнечной батареи создание напряжения необходимого диапазона.

Принцип действия

Солнечный свет в виде фотонов света попадает на поверхность солнечной батареи.
При столкновении с поверхностью полупроводника фотоны передают энергию электронам полупроводника.
Электроны, выбитые из полупроводника вследствие удара, преодолевают защитный слой, имея при себе дополнительную энергию.
В результате отрицательные электроны переходят в проводник n из p-проводника, а положительные совершают обратный маневр. Подобному переходу способствуют электрические поля, которые на данный момент имеются в проводниках. Впоследствии они увеличивают разность и силу зарядов.

Если батарея, освещенная солнцем, замкнута на определенную нагрузку с сопротивлением R, то наблюдается появление электрического тока I. Его величина определяется сопротивлением нагрузки, интенсивностью освещения и качеством фотоэлектрического преобразователя. Мощность P, выделяемая в нагрузке определяется формулой P= I*U, где U показывает напряжение на зажимах батареи.

Виды

В зависимости от применяемых материалов солнечные батареи могут быть:

Панели из монокристаллических фотоэлектрических элементов. Они эффективны, однако более дороги, КПД составляет 14-16%. У монокристаллических элементов многоугольная форма, вследствие чего всю площадь заполнить трудно;
Панели из аморфного кремния. Такие батареи демонстрируют низкий КПД в пределах 6-8%. Но среди кремниевых технологий преобразователей у них наиболее дешевая электроэнергия;
Панели из теллурида кадмия выполняются на базе пленочной технологии. Нанесение полупроводникового слоя осуществляется слоем в несколько сотен микрометров. КПД составляет 11%, но в сравнении с кремниевыми батареями ватт мощности обходится дешевле на десятки процентов;
Панели на базе полупроводников CIGS, которые состоят из селена, галлия, индия и меди. КПД таких панелей доходит до 15%;
Полимерные панели. Это разновидность тонкопленочных батарей, принцип работы которых напоминает фотосинтез растений. Включает слой полимера, защитный слой, гибкую подложку и алюминиевые электроды. КПД 5-6%;
Наиболее распространенными вследствие оптимального соотношения КПД и цены являются панели из поликристаллических фотоэлектрических элементов. Их КПД достигает 12-14%.

СБ также можно условно разбить на следующие типы:

Тонкопленочные или гибкие (на базе теллурида кадмия, кристаллические и аморфные);
Жесткие (из кристаллического кремния, иногда аморфного);
Односторонние (поглощают свет одной стороной);
Двухсторонние (поглощают свет обеими сторонами).

Особенности

Заряд аккумуляторной батареи при слабом солнечном свете уменьшается, отдавая электроприемнику электрическую энергию, то есть идет постоянная работа в режиме зарядки и разряда. Контроль выполняется специальным контроллером.
СБ не требуют никаких специальных профилактических работ. Может потребоваться лишь протирание пыли.
Панели можно использовать и зимой, однако производительность в этот период уменьшается в полтора-два раза. Чтобы на панелях не накапливается снег, их следует устанавливать под углом 70 градусов на возвышении.
Солнечные батареи лучше всего подойдут для автономных систем, в которых много бытовых энергоэффективных электроприборов, не включенных постоянно.

Применение

Солнечные батареи могут применяться практически повсеместно:

Электромобили.
Портативная электроника.
Калькуляторы, фонарики, плееры и так далее, то есть везде, где требуется подзарядки аккумуляторов различной бытовой электроники.
Авиация. Так создан самолет Solar Impulse, работающий только на солнечной энергии.
Энергообеспечение домов, школ, аэропортов и иных зданий. Солнечные батареи широко используются в субтропических и тропических регионах, где много солнечных дней. В особенности популярны они в странах Средиземноморья.
Использование в космосе. СБ ставят на МКС, устанавливают на спутниках, космических и межпланетных аппаратах, а также многое другое.

Достоинства и недостатки

Среди преимуществ можно отметить:

Экологичность;
Долговечность, фотоэлементы служат несколько десятков лет;
Простой принцип работы. Благодаря чему поломок в солнечной батарее практически не бывает;
Бесшумность;
Возможность постоянной работы;
Не нужно топлива;
Общедоступность;
Возможность изменения мощности системы.

Среди недостатков можно отметить:

Низкий КПД. Нужна большая площадь батарей, чтобы обеспечить нужды даже небольшой семьи;
Сложность сборки системы и наладки;
Достаточно высокая стоимость солнечных батарей, а также низкая окупаемость системы.

Перспективы

Стремление человечества к экологичности и отказу от нефти приведет к внедрению все больших энергосберегающих технологий. Это значит, что солнечные батареи будут использоваться повсеместно. А создание панелей с более высоким КПД позволит:

Оборудовать большинство зданий панелями для получения энергии;
Монтировать их в автомобили, дороги, роботы и многочисленные иные приборы;
Устанавливать их в одежду и даже вживлять в человека. Южнокорейские ученые уже создали подкожную солнечную батарею, которая в 15 раз тоньше волоса. Она обеспечивает бесперебойную работу приборов, которые имплантированы в тело, к примеру, кардиостимулятора.

Принцип действия солнечной батареи заключается в прямом преобразовании света от Солнца в электрический ток. И при этом происходит генерация постоянного тока. Эта энергия может быть использована напрямую разными нагрузками постоянного тока или может запасаться в аккумуляторных батареях для использования в будущем при необходимости. Использование солнечных батарей - отличная бизнес-идея. Но к сожалению, в России солнечная энергетика практически не развита из-за отсутствия политики поддержки в этой области. И поэтому большое количество крыш и других открытых солнцу территорий не приносят электричества и прибыли. Заняться освоением данной сферы - выгодное решение.

В первую очередь, нужно связаться с владельцами и лицами, которые заинтересованы в получении дополнительной прибыли с арендуемых крыш и других подходящих поверхностей.

Хозяевам предоставляется специально разработанный бизнес план с полным расчётом всех расходов на монтаж солнечных батарей и прибыли, получаемой в форме электроэнергии.

В бизнес-плане стоит учитывать также расчёты солнечной активности, скорости ветра, метеорологической ситуации региона. Риск такого бизнеса совсем мал.

Солнечная энергетика будет успешной, потому что зависит только от активности солнца, которого на ближайшие годы уж точно хватит. В будущем можно рассчитывать и на поддержку со стороны государства, потому что солнечная энергетика - эта отрасль будущего. Альтернативные источники энергии пользуются все большей популярностью, они незаменимы в частных домах, на тех объектах, где часто происходят . Надежное, качественное и проверенное временем оборудование даст возможность производить солнечные батареи и расширить возможности и горизонты для своего бизнеса.

Производство солнечных батарей

На сегодня есть несколько основных технологий производства солнечных батарей, которые основаны на применении какого-либо материала при создании пластины. Базируется это на разном поглощении различными материалами солнечного излучения.

Наибольшей популярностью среди используемых материалов пользуются поли- и монокристаллический кремний, CdTe, GaAs, аморфный кремний и другие. В зависимости от выбранного материала используется определенная технология, отличающаяся стадиями производства и комплексом оборудования.

Чаще всего как сырье применяется поли- и монокристаллический кремний. КПД пластин из данного материала колеблется в диапазоне от 12 до 19%. Данные пластины довольно хрупкие, им необходима дополнительная защита, но они намного дешевле, чем пластины из других материалов. Тонкопленочная технология базируется на применении таких материалов: GaAs, аморфный кремний и CdTe. КПД этих пластин тоже не выше 20%, хотя в будущем есть планы повышения его до 22%. В зависимости от подложки, которая используется, эти батареи могут гнуться, герметичны, устойчивы к механическим воздействиям. Но и их стоимость превышает стоимость кремниевых систем.

Сегодня производство солнечных батарей в масштабе промышленности наиболее рентабельно осуществлять по кремниевой технологии, эта технология производства - самая изученная и дающая самый большой выход. Цепочка производства на основе мультикристаллического кремния включает в себя такие стадии:

Подготовка пластины из кремния, очистка и промывка ее после резки;
Структурирование всей поверхности пластины, создание топологии на поверхности, ее травление;
Нанесение фосфора, легирование;
Вжигание, диффузия фосфора;
Создание P-n-перехода, изолирование, удаление лишних слоев;
Нанесение антиотражающего слоя;
Металлизация;
Сушка;
Создание контактов на лицевой стороне пластины;
Выравнивание пластины;
Проверка и тестирование.

Применение солнечных батарей

С недавнего времени солнечные батареи пользуются популярностью во всем мире. Применение солнечных батарей в микроэлектронике: (как зарядное устройство) для обеспечения электричеством аккумуляторов разной бытовой электроники — плееров, калькуляторов, фонариков и других, для подзарядки электромобилей. Например в автомобиле Skoda Superb в одной из комплектаций можно установить солнечную батарею на крышу автомобиля - и тогда в жаркие дни, салон автомобиля будет проветриваться встроенным вентилятором, работающим от этой батареии, пока автомобиль находится на стоянке. Применение солнечных батарей для энергообеспечения зданий - большие батареи работают как , особенно популярны в субтропических и тропических регионах с большим числом солнечных дней.

Пользуются большим спросом в Средиземноморских странах, там их размещают на крышах домов. Очень много применяют солнечные батареи на крышах домов в Турции. Новые здания Испании оборудованы солнечными водонагревателями. Применение солнечных батарей в космосе: является один из главных способов получения электроэнергии на космических аппаратах, они длительное время работают без расхода материалов, и при этом экологически безопасные.

Солнечные батареи в России

В России солнечные батареи уже не новинка, существуют заводы по их производству в Москве, Краснодаре, Зеленограде, Новочебоксарске и Брянске. Их используют как в электронике, так и в быту и других сфера жизнедеятельности. Но они всё ещё слабодоступны из-за высокой стоимости: базовый элемент солнечной батареи - это дорогой монокристаллический кремний, и поэтому цена киловатт-часа этой электроэнергии больше, чем полученной из каких-либо других источников.