Использование альтернативных источников энергии в частных домах и даже в загородных домах стало сегодня модным трендом. Однако это достаточно практично и, как правило, выгодно. Частные омические солнечные батареи (солнечные батареи, солнечные электростанции) завоевали первенство среди этих устройств. Это связано с (очень солидным) ежегодным ростом производства, снижением цен, многочисленными разработками, упрощающими выбор оборудования и строительство заводов.
Содержание
- Что это?
- Критерии выбора
- Структура домашней солнечной электростанции
- Зависимый от сети вариант (электростанция, ведомая сетью)
- Автономная схема
- Полуавтономная (гибридная) система
- Виды
- Монокристаллические
- Поликристаллические модули
- Аморфные
- Остальные
- Мощность и количество
- Напряжение
- Установка
- Оборудование для солнечной электростанции
- Аккумуляторы
- Контроллер панелей
- Инвертор
- Частые вопросы
- Видео-советы по подключению
Что это?
Солнечные панели являются основой любой системы. Они играют роль основного источника энергии и часто становятся самым дорогим компонентом.
Их взвешенный выбор зависит от:
Критерии выбора
Единственным критерием при проектировании домашней электростанции и выборе оборудования для нее должна быть возможность.
Однако это понятие широкое, для его понимания необходимо будет учесть множество факторов:
Структура домашней солнечной электростанции
Определяется двумя основными положениями:
- Цель создания и использования.
- Работа в связке со стационарными электрическими сетями.
В итоге можно рассмотреть 3 варианта обустройства солнечной электростанции дома:
- Зависимость от электросети.
- Полуавтономный с резервированием.
- Полностью автономный.
Зависимый от сети вариант (электростанция, ведомая сетью)
Такая электростанция строится по простейшей схеме. Включает:
Солнечные элементы подключены к входу инвертора. Его выход подключается к сети (после счетчика). Основной особенностью схемы является отсутствие промежуточных накопителей энергии (аккумуляторов) и устройства для их подзарядки.
При такой структуре бытовые приборы потребляют электроэнергию от солнечных батарей через инвертор. Недостаток мощности восполняется сетью и, наоборот, ее избыток (например, при работе аккумуляторов в номинальном режиме и отключении коммунальных услуг) разряжается в сеть.
Преимущества этой схемы:
Есть у него и серьезный недостаток: при отсутствии сетевого напряжения (при отключении электричества) система не работает.
Экспертное мнение Торсунова Павла Максимовича Если в доме установлен реверсивный счетчик, использование такого прибора становится еще более выгодным: благодаря генерации в сети можно не только снизить общую стоимость потребляемой домом электроэнергии, но и для достижения положительного баланса. С другой стороны, нереверсивные счетчики, как правило, считают киловатты по модулю. В этом случае отданная мощность будет считаться потребленной, а экономический эффект от использования солнечной системы будет практически нулевым.
Автономная схема
В этой системе нет сети, и дом полностью питается электричеством от солнечных батарей.
Этот функционал определяет схему построения:
Система работает следующим образом:
Поэтому при включенных электроприборах они получают питание напрямую от солнечных батарей (через контроллер и инвертор), когда светит солнце. В то же время, если есть избыточная мощность, аккумуляторы заряжаются. Когда солнечный источник не работает, батареи поставляют накопленную энергию (через инвертор) пользователям.
В такой системе нет подключения к сети (поэтому она и называется автономной) и, главное, домовладелец вообще не платит за электроэнергию.
Однако за красивым фото обязательно есть «подводные камни»:
Решить проблему поможет резервный источник электроэнергии. В вариантах полностью автономных систем его роль может выполнять ветро- или гидрогенератор, дизельный или бензиновый. При наличии сетевого ввода стационарная электросеть будет выступать в качестве резервного источника, и система станет полуавтономной.
Полуавтономная (гибридная) система
Схема такой электростанции практически полностью повторяет предыдущую за единственным исключением – для зарядки накопителей используется энергия не только от солнечных батарей, но и от сети. В этом случае контроллер, помимо управления процессами зарядки, получает дополнительную функцию.
В настройках контроллера можно установить приоритет источников:
Таким образом, домовладелец получает самую универсальную систему, но и самую сложную систему. За универсальность придется заплатить деньгами — этот вариант оказывается самым дорогим в реализации.
Виды
Монокристаллические
Такие батареи визуально выглядят как панели с глубокими черными сегментами. Свое название он получил за конструкцию на основе монокристаллов кремния.
Наиболее существенным недостатком является жесткая ориентация оптических осей кристаллов, что требует точного позиционирования панелей для получения максимальной эффективности. По той же причине монокристаллы плохо переносят затенение: значительно снижается выработка энергии.
На данный момент у них самый высокий КПД преобразования — около 22%. При этом стоимость тоже самая высокая — около 0,9-1,1$ за 1Вт вырабатываемой мощности.
Поликристаллические модули
Такие батареи получили свое название из-за размещения на подложке множества кристаллов кремния с хаотично ориентированными оптическими осями. Визуально такие модули синие с «морозным» рисунком.
Разумеется, такое расположение кристаллов вызывало потерю КПД преобразования: в ущерб 11-16%. Однако это также позволило повысить эффективность работы рассеянного света, что привело к созданию панелей, успешно конкурирующих с монокристаллическими (при прочих равных условиях, например, габаритами) по мощности генерации. Также по цене они значительно выигрывают и стоят 0,7-0,9$ за 1 Ватт.
Аморфные
Технология изготовления рабочей жидкости аналогична поликристаллической, но основой служит аморфный кремний (aSi). Имея КПД в диапазоне 8-11%, они высокоэффективны в рассеянном свете, также могут улавливать инфракрасный диапазон. В результате они имеют наилучшую стоимость — около 0,5-0,7$ за 1 Вт.
Кроме того, у них есть солидное преимущество – гибкая основа. Это означает, что для монтажа не требуются жесткие конструкции, материал легко приклеивается к поверхностям любой формы.
Остальные
Модули, предлагаемые производителями, могут быть выполнены по другим технологиям:
Эти предложения должны быть тщательно изучены, некоторые из них могут оказаться гораздо более выгодными, чем лидирующие на рынке панели, изготовленные по стандартной технологии.
В целом монокристаллические панели можно рекомендовать к установке только жителям южных регионов. Остальным стоит выбирать поликристаллы или панели по другим технологиям.
Следует обращать внимание не только на технологию изготовления панелей, но и на качество. В маркировке он отображается как Grade от A (самый высокий) до D. Также рекомендуется проверять репутацию производителя, особенно если он выпускает не собственную, а ОЕМ продукцию. Это можно сделать на сайтах лабораторий качества — калифорнийских или европейских TUV.
Мощность и количество
Определите, сколько солнечных панелей необходимо, исходя из среднего и максимального энергопотребления. Среднее значение легко найти в счетах за электроэнергию: месячное потребление делится на количество дней в месяце. Максимум находится путем сложения мощностей всех приборов в доме.
Кроме мощности потребителя необходимо учитывать:
После расчета необходимой мощности генерации рассчитывается мощность, отдаваемая аккумулятором:
Р = Кс * Wn * Ки
Где это находится:
Расчетная необходимая мощность генерации делится на оба значения (летнее и зимнее). Большее из двух чисел будет минимальным количеством панелей, необходимых для питания дома.
Экспертное мнение Павел Максимович Торсунов Наконец, берут ближайшее кратное 2 для системы с выходным напряжением 24 В, 4 — для 36 В, 4 — для 48 В.
Напряжение
Обычно панели выпускаются с выходным напряжением 12 В. Но для зарядки аккумуляторов необходимо иметь напряжение в системе выше рабочего напряжения, а преобразование из постоянного в переменный более выгодно с точки зрения эффективности, от более высоких значений.
Какое выходное напряжение у ваших солнечных панелей?12В/24В 36В/48В
Таким образом, это нормальная практика использования напряжений:
Для получения этих напряжений используется последовательное соединение панелей (ряд панелей).
Установка
допускается крепление панелей практически как угодно: вертикально, горизонтально, под углом. Однако следует учитывать, что максимальный выход модули дают, когда солнечные лучи падают на рабочую поверхность перпендикулярно. При этом необходимо обеспечить максимальное время воздействия.
Итак — несколько советов по установке:
также следует позаботиться о том, чтобы модули не затенялись деревьями на участке или другими постройками в течение дня. В этом случае можно будет гарантировать максимальную мощность генерации. Это особенно критично для монокристаллических батарей, эффективность которых значительно снижается в условиях рассеянного освещения.
Оборудование для солнечной электростанции
Эффективность солнечных батарей для частного дома определяется не только правильным подбором и расчетом количества модулей. Во многом это зависит от выбора оборудования.
Аккумуляторы
Наилучшие результаты в системах показывают литиевые аккумуляторы, но их стоимость пока запредельная — около 4 долларов за 1 Вт мощности. Кроме того, их ресурс составляет 1000-2000 циклов заряда-разряда, что соответствует сроку службы 3-6 лет. В этом отношении свинцово-кислотные аккумуляторы более выгодны. При том же ресурсе их стоимость почти в 10 раз ниже — около 38 центов за 1 Вт.
Для дома лучше всего использовать необслуживаемые аккумуляторы: AGM или гелевые. Если вы хотите существенно сэкономить, стоит обратить внимание на восстановленные тяговые батареи. Срок их службы (с учетом замены электролита, восстановления пластин) значительно выше. Однако их нужно будет установить в специальном помещении с соблюдением обязательных условий (например, оборудовать отдельной вентиляционной установкой).
Требуемое напряжение батареи достигается путем последовательного подключения.
Контроллер панелей
Устройство отвечает за передачу энергии от солнечных батарей к батареям или на вход сетевого инвертора.
Большинство контроллеров сегодня используют один из двух принципов управления:
- ШИМ (ШИМ). Использует широтно-импульсную модуляцию, работает при напряжении батареи на аккумуляторе до двух раз.
- MPPT (отслеживание точки максимальной мощности). Устройство обеспечивает максимальную выходную мощность, работает при любой разности напряжений и имеет более высокий КПД, чем ШИМ-регулятор. Однако стоит он при прочих равных в среднем в 4 раза дороже.
Для мощных солнечных станций для большого дома предпочтение стоит отдать второму варианту.
Инвертор
Только для подключенных к сети (управляемых сетью) солнечных станций. Автономные и гибридные модели используют одни и те же модели, но по-разному. Современные технологии позволяют добиться высокого КПД и качества выходного напряжения. При этом могут быть созданы как однофазные, так и трехфазные системы напряжения.
Частые вопросы
можно ли обойтись без аккумуляторов в автономной системе?
Поскольку генерация прерывистая, в системе требуется запоминающее устройство. Можно использовать не электрохимию, а другие варианты, например, гидроаккумулятор. Но, как правило, его создание обойдется намного дороже и связано со сложностями в исполнении.
можно ли увеличить доходность панелей с помощью поворотных систем слежения за солнцем?
Да, но они значительно усложняют и удорожают систему.
можно ли устанавливать в систему обслуживаемые автомобильные аккумуляторы?
можно, но с ними те же проблемы, что и с тяговыми — требуется отдельное помещение и условия, соответствующие правилам техники безопасности. Кроме того, они плохо переносят разряд малыми токами, что значительно снижает ресурс.
Как часто нужно мыть поверхности панелей?
Как правило, производители не устанавливают периодичность такого обслуживания, аргументируя это тем, что для очистки поверхностей достаточно естественных осадков. А вот поливать панели из шланга 2-4 раза в год не помешает.
Какую из схем выгоднее использовать?
Наиболее эффективной считается гибридная система, позволяющая обеспечить бесперебойное питание с минимальной оплатой поставщикам электроэнергии.
Стоит ли использовать солнечные батареи для частного дома на Миддл-лейн?
По показателям инсоляции можно сделать вывод, что солнечные электростанции в этом районе полностью оправданы. Конечно, в целом это будет стоить немного дороже, но творение окупается всего за 3-5 лет эксплуатации.
