Солнечная энергия для дома


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, электрическую энергию. 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 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.

Больше подробностей о специфике устройства и принципе действия солнечной батареи вы найдете в другой популярной статье 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).

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.

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

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.


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 – аккумуляторы для солнечных батарей 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.

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 инвертор для солнечных батарей. 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.

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.

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.

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.

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.


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.
  • Средняя нагрузка потребления = 500 ватт.
  • Максимальная нагрузка 1200 ватт.
  • 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.

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 ),

где:


  • 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.

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 приведены здесь.

Обустройство аккумуляторного энергоблока

Подбирая аккумуляторные батареи, нужно руководствоваться постулатами:

  1. НЕ подходят для этой цели обычные автомобильные аккумуляторы. Батареи солнечных электростанций маркируются надписью «SOLAR».
  2. Приобретать аккумуляторы следует только одинаковые по всем параметрам, желательно, из одной заводской партии.
  3. 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%).

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

Грамотный подбор контроллера заряда аккумуляторных батарей (АКБ) – задача весьма специфичная. Его входные параметры должны соответствовать выбранным солнечным модулям, а выходное напряжение – внутренней разности потенциалов гелиосистемы (в нашем примере – 24 вольта).

Хорошему контроллеру обязательно надлежит обеспечивать:

  1. Многоступенчатый заряд АКБ, кратно расширяющий их срок эффективной службы.
  2. Автоматическое взаимное, АКБ и солнечной батареи, подключение-отключение в корреляции с зарядом-разрядом.
  3. Переподключение нагрузки с АКБ на солнечную батарею и наоборот.

Этот небольшой по размерам узел – очень важный компонент.

От правильного выбора контроллера зависит безаварийная работа дорогостоящего аккумуляторного блока и сбалансированность всей системы.

Подбор инвертора лучшего исполнения

Инвертор выбирается такой мощности, чтобы смог обеспечивать долговременную пиковую нагрузку. Его входное напряжение обязано соответствовать внутренней разности потенциалов гелиосистемы.

Для лучшего варианта подбора рекомендуется внимание обращать на параметры:

  1. Форма и частота выдаваемого переменного тока. Чем больше близки к синусоиде в 50 герц – тем лучше.
  2. КПД устройства. Чем выше 90% – тем замечательней.
  3. Собственное потребление прибора. Должно соизмеряться с общим энергопотреблением системы. Идеально – до 1%.
  4. Способность узла выдерживать кратковременные двухкратные перегрузки.

Наиотличнейшее исполнение – инвертор со встроенной функцией контроллера.

Сборка бытовой гелиосистемы

Мы сделали вам фото-подборку, которая наглядно демонстрирует процесс сборки бытовой гелиосистемы из изготовленных на заводе модулей:

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.

Хотите поделиться личным опытом, который получили в ходе сооружения мини гелиосистемы или только батареи? Возникли вопросы, на которые хотелось бы получить ответ, нашли недочеты в тексте? Оставляйте, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке.

Источник: sovet-ingenera.com

Какой комплект фотоэлектрической установки купить для частного дома

Развитие инженерной мысли привело к созданию трех основных категорий фотоэлектрических систем. Каждая из них имеет конструктивные и технологические особенности, отличается некоторыми нюансами функционирования.

Солнечные батареи I категории — автономные

Главное отличие систем этой группы — отсутствие подключения к централизованной сети электроснабжения. Оборудование, подключенное к установке, получает прямое питание. Автономные системы снабжены аккумуляторными батареями, что позволяет иметь бесперебойное электроснабжение в период недостатка солнечного света.

Автономные системы снабжены аккумуляторными батареями, что позволяет иметь бесперебойное электроснабжение в период недостатка солнечного света.

Солнечные батареи II категории — открытые

Данное оборудование подключаются к системе централизованного электроснабжения через инвертор. Аккумулятор не входит в комплект. Когда уровень потребляемой мощности становится выше вырабатываемой, фотоэлектрическая система отключается, переводя приборы на питание от основной электросети. В противоположной ситуации блокируется центральная электросеть. Это наиболее экономный и надежный вариант. Однако при полном отсутствии централизованного электропитания работа системы невозможна.

Солнечные батареи III категории — комбинированные

Особенностью установки является поступление излишне выработанной электроэнергии в основную сеть. Солнечные батареи с такой комплектацией наиболее дорогостоящие.

Совет! На случай одновременного отключения основного канала электроснабжения и дефицита солнечного света следует приобрести небольшой по объему электрогенератор. Этот шаг защитит от неожиданных перебоев в электроснабжении дома.

На случай одновременного отключения основного канала электроснабжения и дефицита солнечного света следует приобрести небольшой по объему электрогенератор.

Стоимость солнечной электростанции для частных владений

Решившись переходить на экономный режим снабжения дома электричеством, важно учитывать цены не только на комплект, но также на его установку и обслуживание. Конкретную стоимость солнечных батарей назвать довольно трудно, так как на ее формирование оказывает влияние больше, чем один фактор.

На цену комплекта влияет:

  • категория системы;
  • мощность;
  • качество;
  • производитель.

Узнать приблизительную стоимость комплекта автономной электростанции для дома, поможет расчет на основании доступных данных. Известно, что для выработки 1 Вт мощности требуется затратить порядка 60 рублей. Нетрудно подсчитать затраты на приобретение комплекта, вырабатывающего 100-200 Вт мощности (достаточной для небольшого дома) — 6000-12000 руб. Стоит учесть, что этот расчет охватывает вниманием фотоэлектрическое оборудование самого низкого качества.

Узнать приблизительную стоимость комплекта автономной электростанции для дома, поможет расчет на основании доступных данных.

За комплект I категории, характеризующемся номинальной мощностью 2 кВт придется заплатить по меньшей мере 120 000 руб.

При выборе комплекта солнечных батарей для частного дома важно также учитывать гарантию бесперебойного обеспечения электроэнергией. Это особенно важно для поддержания стабильной работы установленных в доме систем отопления, наружного и внутреннего слежения, пожарной сигнализации и компьютерного обеспечения.

Цена неполного комплекта фотоэлектрической системы

Чтобы понять, насколько целесообразно в конкретном случае приобретение комплекта солнечных батарей для дома, нужно сделать следующее: соотнести стоимость единицы мощности, производимой централизованной электросетью с ценой на такой же объем мощности, преобразуемой из солнечного света. Проведение сравнения ныне действующих цен, показывает, что такое соотношение составляет 8-9 раз в пользу фотоэлектрического оборудования.

Выходящее напряжение солнечных батарей —12 В, 24 В и более. Характеристики элементов комплекта позволяют применять их отдельно, без подключения всего комплекта. Напомним, для получения 1 Вт необходимо затратить около 60 рублей на фотоэлектрическое оборудование.

Выходящее напряжение солнечных батарей —12 В, 24 В и более.
Для получения 1 Вт из солнечной энергии необходимо потратить около 60 рублей

Перейдем к конкретике локального использования. Например, если для освещения маленькой площади вам необходима лампочка на 25 Вт, рассчитанная на напряжение 12 В, для этой цели можно приобрести солнечную батарею с подходящими параметрами, которая обойдется приблизительно в 2000 рублей. К необъемной фотоэлектрической системе можно подключить маленький колодезный насос с параметрами — 200 Вт и 24 В. Основанная на нем система полива будет служить более 10 лет и обойдется около 12 000 руб.

Комплект солнечных батарей на дачу

Планируя использование фотоэлектрической системы на даче, важно учесть несколько нюансов:

  • стабильность централизованной подачи электричества в районе;
  • риск возникновения кражи в период отсутствия на даче;
  • необходимая мощность электрификации.

Чаще всего на даче устанавливают комплект солнечных батарей I категории, то есть автономного типа. Автономное электроснабжение для здания с малым энергопотреблением финансово выгодно. В некоторых случаях используют мобильный комплект.

Чаще всего на даче устанавливают комплект солнечных батарей I категории, то есть автономного типа.

Интересно! По данным, полученным путем анализа, выявлено, что выгодным является использование фотоэлектрических установок для дачного дома с площадью до 300 м².

 Cистема солнечного автономного отопления для дома

На солнечной энергии построена работа не только фотоэлектрических систем, но и коллекторов для отопления и подогрева воды. При использовании качественной установки можно сэкономить свыше 30 % средств, уходящих на эти нужды.

Солнечный коллектор представляет собой панель толщиной 10 см с площадью 1 × 2 м. Разновидности в пределах указанных габаритов разнятся между собой коэффициентом потери тепла, который отражает количество тепловой энергии, передаваемой жидкому теплоносителю. Для одной современной панели солнечного коллектора эта величина составляет 1,2-5 Вт/м² × °К.

Солнечный коллектор представляет собой панель толщиной 10 см с площадью 1 × 2 м.

Стоимость отопительной системы на солнечной энергии

Важно понимать, что когда речь идет о цене солнечной теплостанции для дома, обычно подразумевается приобретение полного комплекта. В него входит насос, бак, аккумулятор и другие составляющие. За такой набор в среднем нужно отдать от 100 до 170 тыс. рублей. Стоит отметить, что при покупке системы отечественных производителей можно сэкономить порядка 50-60 тыс. рублей.

Важно понимать, что когда речь идет о цене солнечной теплостанции для дома, обычно подразумевается приобретение полного комплекта.

Если рассмотреть стоимость отдельно взятой панели солнечного коллектора, то за 1 м² при коэффициенте потери тепла 2,7 придется отдать 18-20 000 рублей. Отечественный аналог обойдется в среднем на 15 % дешевле, китайский — на 40 %.

Важно! Стоимость горячей воды можно сократить более чем в половину, если совместить системы коллекторов и батарей, работающих на излучении дневного светила.

Цена одной панели солнечной батареи и целого комплекта от разных производителей

Альтернативная энергетика, направленная на преображение солнечного излучения в постоянный ток, стремительными шагами движется вперед. Количество компаний, производящих подобные системы, увеличивается с каждым годом. Лидирующее место в производстве солнечных устройств для получения электричества и тепла занимает Китай.

Средняя стоимость панели (200 Вт) / комплекта (2 000 Вт) солнечных батарей от разных производителей (в рублях):


  • Китай — Helios Haus, Suntech и др. — 12 000 / 140 000
  • Россия — ТСМ и Hevel Solar — 16 000 / 170 000
  • Европа — Viessmann Group, Solarworld и др. — 16 000 / 220 000
  • Азия — Motech, Kyocera, Sanyo и др. — 13 000 / 16 000
  • США — First Solar — 27 000 /38 000

Если взять для примера более мощный комплект — 5 000 Вт — от китайского производителя, то он обойдется примерно в три раза дороже.

Если взять для примера более мощный комплект — 5 000 Вт — от китайского производителя, то он обойдется примерно в три раза дороже.

Зависимость стоимости комплектов солнечных батарей от качества обслуживания

Прежде чем решится на покупку, необходимо поинтересоваться не только стоимостью комплекта солнечных батарей и надежностью фирмы-производителя, но и качеством оказываемых услуг фирмы-поставщика.

Привлекательно низкая стоимость комплекта для энергоснабжения дома может объясняться следующими ограничениями услуги:

  • не проводится предварительный расчет;
  • не производится проектирование;
  • предоставляются не все комплектующие;
  • комплект доставляется, но не монтируется;
  • не производится логистика;
  • не производится сервисное обслуживание.

Очень важно найти продавца, который оказывает помощь в установке солнечных систем, начиная с проектирования, предоставляет все комплектующие и включает гарантийное обслуживание в период эксплуатации.

Очень важно найти продавца, который оказывает помощь в установке солнечных систем, начиная с проектирования, предоставляет все комплектующие и включает гарантийное обслуживание в период эксплуатации. Сотрудничество с надежной фирмой-продавцом, работающей с качественной продукцией и с настроем на удовлетворение нужд покупателя — залог хорошего настроения и спокойствия.

Источник: www.beton-area.com

Что нужно знать о солнечных батареях

«Солнечная батарея» — выражение, подразумевающее под собой набор нескольких фотоэлементов, основой которых являются полупроводниковые материалы, непосредственно превращающих энергию солнца в электрический постоянный ток. Эта процедура называется фотоэлектрический эффект. После того как управление этим микрофизическим явлением было освоено на лабораторном уровне, производство кремниевых солнечных модулей, освоила и промышленность. КПД гелиопанелей — 18-22%. Соединение фотоэлементов в них — последовательное и параллельное.

Каркас, на котором они расположены, изготовлен из диэлектрического материала.

Схема подключения солнечных батарей для дачи и частного дома. На налаженную работу системы оказывает влияние правильный подбор всех комплектующих схемы электростанции. От качества модулей, из которых состоит солнечная батарея, зависит настолько успешно завершиться путь, пройденный фотонами от Солнца до Земли.

Попав в эту ловушку для светового излучения, они становятся частью электроцепи, с постоянным током. Далее, в зависимости от поставленной задачи, происходит накопление полученной энергии в аккумуляторах либо их преображение в переменный электроток, питающий розетки 220 В

Виды солнечных панелей

Исходя из типа применяемых для изготовления кремниевых полупроводников, гелиопанели-модули делят на две категории:      поликристаллические;      монокристаллические.

Первые имеют форму плоского квадрата с разнохарактерной поверхностью, обусловленной присутствием разнородных кристаллов. Для их изготовления применяют кремниевый расплав. Сначала сырье заливают в специальные формы, затем полученные путем плавления блоки, режут на квадратные пластины. В процессе производства расплавленную кремниевую массу подвергают постепенному охлаждению.

Монокристаллические панели являются более эффективны и производят больше энергии при тех же размерах, но поликристалические панели дешевле Модуль состоит из 36 или 72 поликристаллических пластин. Из набора таких узлов состоит панель. Технология отличается относительной простотой, не предусматривает использования дорогого оборудования и не требует больших финансовых вложений. Минус у этих модулей один — КПД, не превышающий 18%.

Преимущественный спрос на них объясняется тем, что они дешевле. В отличие от предыдущих, поверхность у монокристаллических панелей однородная. Это тонкие пластины, визуально идентифицируемые, как квадрат, срезанный по углам. Для их получения кремниевый кристалл искусственно выращивают. Фотоэлементы, применяемые в этом случае, состоят из кремниевых цилиндров.

Путем обрезки слитков кремния со всех сторон, повышаются эксплуатационные характеристики. Этот процесс затратный, но продуктивный. Эффективность монокристаллических элементов может достигать 22%. Стоимость их выше, чем у поликристаллических в районе 10%.  

Элементы и принцип работы солнечных панелей

Задача солнечной батареи — трансформация энергии солнечных лучей в электричество, питающее бытовые и промышленные устройства. Работа солнечной электростанции в принципе осуществляется по той же схеме, что и обычной.  

Солнечная панель состоит из 5 элементов   Первой составляющей солнечной установки являются фотопанели.

Полупроводниковые устройства, из которых они состоят, напрямую преобразуют энергию небесного светила в постоянный электроток. Как мощность, так и напряжение солнечных панелей могут быть разными, но обязательно кратным 12 В. Гелиобатарея представляет собой совокупность модульных блоков. Располагают батареи в местах, доступных для прямых солнечных лучей.

Чтобы регулировать и контролировать работу солнечных панелей, в схему включают такие приборы, как аккумуляторная батарея, инвертор, контроллер. Аккумулятор выполняет в системе свою традиционную роль — запасается электричеством. Это происходит и во время работы домашних электроприборов от централизованной сети, и когда возникают излишки электроэнергии при питании дома целиком от солнечного модуля.

Энергонакопитель снабжает цепь таким количеством электричества, чтобы в ней постоянно поддерживалось стабильное напряжение. Как правило, в схему включают пару аккумуляторов — основной и резервный. Первый, накопив электроэнергию, немедленно отправляет ее в электросеть.

Второй отдает накопленную энергию только после падения напряжения в сети. Чаще всего потребность в резервном аккумуляторе возникает в малосолнечную погоду или ночью, когда фотопанели работать не могут.

Правильная схема подключения солнечных батарей   Своеобразным посредником между гелиопанелью и аккумуляторами является контроллер. На это электронное устройство возложена функция, как контролирующая зарядку и разрядку АБ, так и управляющая этим процессом.

В разное время суток единица поверхности облучается солнцем по-разному. Поэтому меняется и напряжение, выдаваемое панелью. Для зарядки аккумуляторной батареи в пределах нормы необходимо напряжение, величина которого ограничена определенным диапазоном. Солнечный коллектор нивелирует неритмичность, обусловленную инсоляцией. Наличие такого прибора исключает перезарядку АБ с последующим ее закипанием. Также контроллер не допустит снижения запаса электроэнергии ниже установленной нормы, гарантирующей надежную работу всей энергосистемы.    

Существует три типа таких устройств:    

«On-Off» — приборы, подключающие либо отключающие аккумулятор к солнечной батарее в зависимости от уровня напряжения на его клеммах. Уровень зарядки стабильно удерживается на уровне 70%.

ШИМ контроллер — модуляция позволяет достичь 100% заряда АБ на последнем этапе зарядки.

МРРТ — эти устройства преобразуют параметры энергии, полученной от солнечных батарей, до наиболее приемлемых для зарядки АБ, повышая ее эффективность до 30%.  

Инвертор — узел, преобразовывающий постоянный ток, полученный от солнечных модулей, в переменный напряжением 220 В.

Это как раз та разность потенциалов, которая является рабочей для большинства видов бытовой техники. Инверторы выпускают в трех вариантах: автономные, сетевые, гибридные. Первые не контактируют с наружной электрической сетью. On grid (сетевые) функционируют только с централизованной сетью.

Кроме преобразующей функции такие инверторы могут регулировать амплитуду тока, частоту напряжения и другие параметры сети. Hybrid (гибридный) инвертор обладает функциями как автономного, так и сетевого оборудования. Когда работает центральное электроснабжение, он берет от солнечной батареи максимум электроэнергии, а если общая сеть отключена, работает полностью автономно.

Нагрузки и энергопотребление

Принудить энергию солнца работать на себя непросто и дорого. Первый шаг — определить для своего хозяйства оптимальную пиковую нагрузку и рациональное среднесуточное энергопотребление. Первый параметр определяют в киловаттах, а второй — в киловатт-часах.

Пик нагрузки приходится на тот момент, когда возникает необходимость включить одновременно несколько единиц домашней техники. Для вычисления мощности, каждую из них суммируют, учитывая высокие пусковые характеристики отдельных ее частей. Владея сведениями о максимуме потребляемой мощности, можно исключить те электроприборы, одновременная работа которых не так уж необходима. От этого показателя зависит выбор мощностных характеристик элементов электростанции, а следовательно, и стоимость ее в целом. Если мощность электроприбора и время, в течение которого он функционирует на протяжении суток, перемножить, узнаем потребность его в электроэнергии на сутки.

Путем сложения суточного электропотребления каждой единицы домашней техники вычисляют общую среднесуточную потребность в электроэнергии. Только при таком подходе можно расходовать солнечное электричество рационально. Полученные итоговые значения нужны и для вычисления емкости аккумуляторов. Стоимость этой важной единицы системы также зависит от итогов вычислений.

Расчет электрических показателей

Для начала все домашние электроприборы следует занести в таблицу. В ней должно быть 30 граф, а количество строк равно числу приборов. В первую колонку вносят порядковый номер, во вторую — название электрического прибора, в третью — потребляемую мощность. Следующие столбцы, вплоть до 27 — расписанные по часам сутки, начиная с 0 часов и заканчивая 24. Здесь же через дробь в десятичном виде указывают время работы прибора (числитель) и его потребляемая мощность (знаменатель).

Так будет легко подсчитать часовые нагрузки. В колонке под номером 28 записывают суммарное время, на протяжении которого работала техника в течение суток. В следующую колонку вносят потребление электричества конкретным электроприбором.

Определяют его путем умножения времени на индивидуальную мощность, потребляемую прибором. В 30 колонке — примечания и промежуточные подсчеты.

По данной таблице, вы сможете рассчитать общую потребляемую мощность всех приборов для вашего частного дома или дачи

Спецификация потребителей

Заполненную таблицу используют и при дальнейших расчетах. Прежде всего, для составления спецификации. В первой ее графе проставляют порядковые номера, а во второй прописывают наименования приемников электроэнергии. Сначала вносят в эту колонку спецификации электроприборы, находящиеся в прихожей.

Далее перечисляют по порядку все, что находится в следующих помещениях.

Второй этаж и помещения над ним, если такие имеются, описывают в таком же порядке, взяв за исходную точку лестницу. Освещение двора и лестничных пролетов также подлежит включению в спецификацию.

Синхронно со второй заполняют и третью колонку, указывая в ней напротив каждой единицы домашней техники ее мощность. В столбцах 4 – 27 отображают часы суток и подчеркивают их горизонтальными линиями. Под этой линией вписывают значения мощности, такие же как и в третьей графе.

После заполнения всех часовых колонок, построчно подсчитывают, сколько времени в сутки работал прибор. Результаты заносят в 28 колонку в соответствующий квадрат. Так, продвигаясь постепенно, высчитывают электропотребление потребителей, входящих в перечень, за каждые сутки.

Фиксируют эти величины в 29 столбце. Когда в спецификации не останется ни одной свободной колонки и строки, выполняют итоговые расчеты. Знаменатели часовых колонок суммируют, чтобы узнать нагрузки, приходящиеся на каждый час.

Чтобы определить общее среднесуточное значение, складывают суточные величины электропотребления каждого прибора, продвигаясь сверху вниз. Допустим, есть телевизор, потребляющий 30 Вт и работающий в среднем 5 часов в сутки, три лампы, потребляющие по 15 Вт за каждый час при 6 часовой работе ежедневно и холодильник — 600 Вт на протяжении 24 часов.

Такой фактор, как собственное потребление проектируемой гелиосистемы этот расчет не предусматривает. Поправку на него учитывает вспомогательный коэффициент, применяемый на следующем этапе расчета.

Оптимизация полученных значений

Если идет речь о создании на 100% автономной системы, здесь солнечное электричество вырабатывается довольно дорого. В этом случае, исходя из данных, занесенных в спецификацию, лучше оставить в перечне только приборы с энергосберегающими характеристиками — если это лампы, то светодиодные или люминесцентные, если холодильник, то класса А, а еще лучше А++ .

Приборы, которые не относятся к разряду самых необходимых, выгодней питать от генератора. Когда гелиостанция — резервный вариант, то при временном отсутствии централизованной подачи электропитания, также лучше не использовать энергоемкую технику до момента, пока ситуация не нормализуется.

Солнечная электростанция будет работать стабильно в безаварийном режиме, если нагрузки выровнять по максимуму, исключить возможность резких временных провалов электропотребления. Опираясь на эти критерии, можно выбрать для своей солнечной установки экономичные варианты составляющих ее модулей. Полнее раскрыть всю картину поможет график.

На нем четко можно проследить неравномерность потребления электроэнергии и сделать так, чтобы пиковые нагрузки приходились на период, когда солнце наиболее активно.

На данном графике вы сможете отследить как неравномерно энергопотребление: нам нужно – сдвинуть максимумы на время наибольшей активности солнца и снизить потребление электроэнергии в сутки, особенно ночью.

Оптимизировать нерациональный график энергопотребления можно на базе спецификации, снизив как суточное потребление, так и среднесуточную почасовую нагрузку. Возможно, нет смысла покупать более мощные и дорогие солнечные модули, а разумней смириться с небольшими временными неудобствами.  

Комплектация гелиоэлектростанции

Чтобы правильно подобрать комплектующие для своей электростанции, необходимо определить количество приборов и их мощность. Для наглядности лучше рассмотреть конкретный пример: есть дача, находящаяся в пригороде Рязани, в которой проживают, начиная с марта и по сентябрь.

В комплектацию солнечных батарей входят: солнечные панели, инвертор, крепеж, дополнительные материалы (кабели, автоматы и т.д.) Среднесуточное потребление равно 10 000 Вт/ч, Нагрузка — в среднем 500 Вт, Максимальная нагрузка — 1000 Вт. Подсчитаем пиковую нагрузку, увеличив максимальную на 25%: 1000 х 1,25 = 1250 Вт.  

Действующее напряжение

Наиболее часто встречаемый номинал аккумуляторной батареи — кратный 12 В. Такие компоненты гелиостанции, как контроллер, инвертор, солнечные модули рассчитаны на напряжение от 12 до 48 В. Присутствие 12 В аккумуляторов удобно тем, что при выходе их из строя, замену можно выполнить по одному.

При напряжении вдвое большем, исходя из специфики эксплуатации АБ, возможна только замена пары. В сети 48 В на одной ветке придется менять все четыре батареи, к тому же 48 В — это уже угроза с точки зрения электробезопасности. С другой точки зрения, чем выше напряжение, тем меньшего сечения провода потребуются, а контакты будут более надежными.

При выборе номинала нужно учитывать как мощностные характеристики инверторов, так и значение пиковой нагрузки:       

48 В — от 3 – 6 кВТ;     

24 или 48 В — от 1,5 – 3 кВт;     

12, 24, 48В — до 1, 5 кВт.  

Если емкость и цена АБ примерно равны, выбор следует остановить на аккумуляторе с наивысшей допустимой глубиной разряда и наибольшей разрешенной величиной тока. Ресурс АБ значительно повышается, когда этот показатель не превышает 30 – 50%.

«Главным критерием при выборе батареи должна быть надежность. В конкретном случае исходным будет напряжение в системе 24 В.»  

Подбор солнечных элементов

Мощность солнечной АБ вычисляют с использованием следующей формулы: Рсм = ( 1000 х Есут ) / ( К х Син ) В ней:

Рсм — мощность батареи в Вт, которая равна сумме мощностей солнечных панелей, 1000 — светочувствительность фотоэлементов в кВт/м²,  

Есут — потребное суточное потребление электричества в кВт ч. ( для выбранного региона — 18). Коэффициент К учитывает все потери посезонно: для лета — 0,7, для зимы — 0,5.

Син — лавина солнечной радиации в кВт х ч/м² (табличное значение) при наиболее выгодном наклоне панелей. Узнать этот параметр можно в метеослужбе региона. Оптимальный угол, под которым следует установить солнечные панели, весной и осенью идентичен значению широты.

Летом следует отминусовать 15⁰, а зимой — 15⁰ прибавить. Сами панели обязательно нужно ориентировать на юг. Регион из примера находится на широте 55⁰.

Так как интересующее нас время выпадает на март-сентябрь, берем летний угол наклона — 40⁰ относительно земли. При этом среднесуточная инсоляция для этой местности составляет 4,73.

Все эти данные подставляем в формулу и выполняем действие:

Рсм = 1000 х 12 : ( 0,7 х 4,73 ) ≈ 3 600 Вт.

Если модули, составляющие батарею, будут иметь мощность 100 Вт, то необходимо приобретать 36 шт. Для их размещения понадобится площадка 5 х 5 м, а весить сооружение будет около 0,3 т.  

Сборка аккумуляторного блока

При обустройстве блока аккумуляторов следует учитывать следующие нюансы: обычные аккумуляторы, предназначенные для автомобилей, для этой цели не подходят; на батареях для солнечных электростанций должна быть надпись «SOLAR»; все приобретаемые аккумуляторы должны иметь одинаковые параметры и, желательно, принадлежать к одной партии выпуска; размещать элементы необходимо в теплом помещении, оптимально — 25⁰.

Не обязательно покупать новые аккумуляторы, потому что бывшие в употреблении аккумуляторы также отлично подходят для данных целей. Если температура уменьшится до -5⁰, емкость батареи упадет на 50%. В примере с 12 вольтовой АБ емкостью 100 А/ч можно увидеть, что она на протяжении часа способна обеспечить электричеством потребителей мощностью, в сумме составляющей 1200 Вт.

Правда, за этим последует полная разрядка АБ, а это крайне нежелательно. Так как «золотой серединой» для разрядки считается 60%, берем запас энергии на каждые из 100 А/ч в 600 Вт/ч (1000Вт/ч х 60%). Аккумуляторы, устанавливаемые изначально, должны быть заряжены на 100% от стационарной розетки.

Запас должен быть таким, чтобы его хватило на перекрытие ночной нагрузки, а если погода пасмурная, то обеспечивать и днем необходимые параметры для работы системы. Избыточное число аккумуляторов нежелательно, т.к. они постоянно будут недозаряженными и прослужат меньше.

Самое грамотное решение — блок батарей с запасом, перекрывающим суточное электропотребление. Определим суммарную емкость батарей: (10 000 Вт/ч : 600 Вт/ч) х 100 А/ч = 1667 А/ч Следовательно для обустройства солнечной электростанции из конкретного примера потребуется 16 АБ емкостью 100 А/ч либо 8 по 200. Тип подключения последовательно-параллельный.  

Как подобрать контроллер

Выбор контроллера имеет свою специфику. Грамотно подобранный контроллер должен:

1. Обеспечить такой многоступенчатый заряд аккумуляторов, чтобы он увеличивал срок их службы.

2. Выполнять автоматическое согласованное подключение/отключение АБ и солнечной батареи в тандеме с зарядкой или разрядкой.

3. Переподключать нагрузки с солнечной батареи на АБ и в обратном порядке.

Контроллер заряда солнечных батарей должен находиться в одном помещении с аккумуляторами Для этого его параметры на входе должны соответствовать соответствующим величинам солнечных модулей, а на выходе необходимо напряжение одинаковое с разностью потенциалов внутри системы.

От того, настолько правильно будет выбран контроллер, зависит многое: и работа аккумуляторного блока, и всей гелиосистемы в целом. Если сделать так, чтобы освещение получало питание напрямую от контроллера, можно будет сэкономить при покупке инвертора — приобрести более дешевый вариант.

Как подобрать инвертор Задача инвертора — обеспечить пиковую нагрузку на протяжении длительного времени.

Это возможно, когда его напряжение на входе идентично разности потенциалов внутри системы.

Лучшим вариантом при выборе инвертора, это будет «Инвертор с функцией контроллера»   Важными являются следующие критерии: Форма синусоиды и частота тока, преобразованного в переменный. Близость к синусоиде частотой 50 Гц — гарантия более высокого КПД.

Идеально, если этот показатель будет выше 90%. Соизмеримым с суммарным электропотреблением гелиосистемы должно быть и собственное потребление устройства. Лучше всего — до 1%. Прибор должен выдерживать двукратные перегрузки кратковременного характера.  

Советы и примеры расчетов, приведенных в статье, помогут при устройстве домашней солнечной электростанции. Они подойдут как для большого коттеджа, так и для маленького загородного домика.

Источник: https://eco-energetics.com/solar-energy/solnechnye-batarei-dlya-dachi-i-doma#/

Источник: zen.yandex.ru


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.