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.

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.

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.

Принцип работы солнечной батареи

Мы не собираемся отнимать ваше время и рассказывать, как полупроводниковые модули генерируют ток. Но если вы хотите организовать солнечное отопление частного дома, нужно представлять принцип работы фотоэлектрической станции и знать все нюансы, влияющие на ее мощность.

Солнечная энергетическая установка (СЭС) состоит из следующих элементов (показаны ниже на схеме):

• одна либо несколько панелей, воспринимающих излучение солнца;
• аккумуляторные батареи (АКБ), накапливающие произведенную электроэнергию;
• контроллер следит за уровнем заряда, направляет ток в нужную цепь;
• инвертор преобразует постоянное напряжение солнечных батарей в переменный ток 220 В.

Схема солнечной установки с инвертором и контроллером

Упрощенно поясним алгоритм работы системы:

1. В течение светового дня батареи вырабатывают ток, проходящий через контроллер.
2. Электронный блок оценивает уровень заряда АКБ, затем направляет энергию в нужную линию – на зарядку либо потребителям (к инвертору).
3. Инверторный блок преобразует постоянный ток в переменный со стандартными параметрами – 220 В / 50 Гц.

Существует 2 типа контроллеров – ШИМ и MPPT. Разница между ними состоит в способе зарядки элементов электропитания и величине потерь напряжения. Блоки MPPT более современные и экономичные. Аккумуляторы применяются разные: свинцово-кислотные, гелевые и так далее.

В состав СЭС входят специальные АКБ, не боящиеся глубокого разряда

Если планируется использование нескольких модулей, то они соединяются между собой 3 способами:

1. Параллельная схема подключения позволяет нарастить ток в цепи. «Минусовые» контакты всех батарей присоединяются к одной линии, «плюсовые» – к другой. Напряжение на выходе остается неизменным.
2. Применение последовательной схемы дает возможность увеличить выходное напряжение. «Минусовая» клемма первой панели соединяется с «плюсом» второй и так далее.
3. Комбинированный способ применяется, когда нужно изменить оба параметра – силу тока и напряжение. Несколько модулей соединяется последовательно, потом группа подключается к общей сети параллельно другим аналогичным группам.

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).

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

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

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

Предлагаем ознакомиться Солнечные батареи как они работаютРис. 1: устройство солнечной электростанции

• Фотоэлектрический преобразователь – позволяет генерировать электрическую энергию из солнечного излучения посредством химической реакции. Характеризуются мощностью на 1м2 площади, производительностью и типом. Общее количество выбирается в зависимости от нужд потребителя и планируемых объемов выработки.
• Аккумуляторная батарея – накапливает электрический заряд, получаемый от солнечной батареи для питания приборов в темное время суток. Поэтому емкость выбирается с запасом из расчета, что в пасмурную погоду заряд будет происходить значительно хуже.
• Контроллер заряда – осуществляет перераспределение электроэнергии от солнечных батарей к аккумулятору, а при достижении ним максимума, передает избыток во внешнюю сеть. При отсутствии такой системы, снижает электрическую мощность, поступающую на аккумулятор до минимума.
• Инвертор – предназначен для преобразования постоянного электрического напряжения, поступающего от фотоэлектрического элемента, в переменное, используемое в бытовых сетях. Они же позволяют владельцам солнечных батарей продавать избыток электричества от домашней электростанции.
  Рис. 2. Принцип реализации солнечной электроэнергии
• Соединительные провода – осуществляют передачу электроэнергии по всей электрической сети солнечной установки. В зависимости от места расположения, к ним предъявляются различные требования, к примеру, прокладываемые на улице должны быть устойчивыми к воздействию внешних факторов.

Несмотря на важность каждого элемента домашнего генератора свободной энергии, особое внимание следует уделить выбору фотоэлектрического модуля, так как от этого будет зависеть и продуктивность, и качество работы всей системы.

После того, как вы заготовили все необходимое для домашней электростанции, подобрали место и составили схему расположения панелей, переходите непосредственно к установке. Для этого:

• Соберите каркас – для этого подойдут любые прочные материалы (сталь, алюминий или дерево). Желательно использовать долговечные варианты, так как электростанция прослужит вам не один год.
  Рис. 9: Соберите каркас

В зависимости от места установки их можно изготавливать и собирать отдельно от монтажной площадки, но размеры должны учитывать габариты панелей заранее. Между крышей и батареей обязательно оставляйте воздушный зазор для вентиляции.

• Если модули в панелях не спаяны между собой, обязательно произведите данную процедуру. Выполняйте ее крайне аккуратно, так как хрупкие детали можно легко повредить.
  Рис. 10: спаяйте модули

Если вы приобрели готовые панели, в которых ничего спаивать не нужно, сразу переходите к монтажу.

• Установка готовых солнечных батарей не требует дополнительных манипуляций – главное надежно зафиксировать их на каркасе.
  Рис. 11: установите панели

Если вы собираете их из модулей, изготовьте основание из диэлектрического материала с отверстиями для вентиляции, установите клеевую основу и закройте герметичной прозрачной крышкой.

• Припаяйте соединительные провода – панели между собой могут соединяться как последовательно, так и параллельно, но главное, не забудьте установить запирающий диод в цепь питания каждой из них. Это предотвратит обратный разряд аккумулятора в цепь модуля после захода солнца.
• Подключите солнечную батарею к остальным элементам домашней электростанции.

Следует отметить, что положение солнца летом и зимой кардинально отличается, поэтому весьма эффективно выполнять регулировку угла наклона. Для этого можно предусмотреть соответствующий подвижный механизм в каркасе или опорном кронштейне.

Предлагаем ознакомиться Куда звонить если течет батарея

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.

Самостоятельная установка

Оптимальная генерация электрического тока обеспечивается при условии попадания достаточного количества солнечного света на поверхность панели, поэтому близлежащие постройки и деревья не должны ее затенять. То же касается и способа размещения их друг относительно друга – верхние или боковые панели не должны закрывать собой соседние.

Наиболее часто для установки солнечных батарей используются:

• Крыши зданий – в зависимости от угла наклона, солнечные батареи могут располагаться как непосредственно на кровле, так и на специальной конструкции. Но далеко не каждый угол наклона подойдет для получения электричества, оптимальным считается от 0° до 40°.
  Рис. 5: солнечная батарея на крыше здания
• Отдельно стоящие опоры – подходят для дома с приусадебным участком, на котором есть место под дополнительную конструкцию.
  Рис. 6: отдельно стоящие солнечные батареи
• Стены – несмотря на горизонтальное положение, панель крепиться к наклонному каркасу.
  Рис. 7: солнечная батарея на стенах зданий
• Лоджия или балкон – для покрытия фотоэлементами подходят как стены, так и крыша.
  Рис. 8: солнечная батарея на балконе

Помимо открытого пространства, не забывайте, что выбранная конструкция должна выдерживать и вес солнечной батареи. Это особенно актуально для строящихся или модернизируемых зданий, дабы та же крыша не провалилась под весом домашней электростанции, солнечного коллектора и прочего крышевого оборудования.

Заметьте, скопление на солнечном модуле пыли, снега, листьев, продуктов жизнедеятельности животных и насекомых существенно снижает эффективность их работы. Поэтому место установки должно предусматривать возможность ухода и периодического технического обслуживания.

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

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

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

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

Популярные производители солнечных батарей

Самой распространенной в России является продукция китайских производителей, благодаря относительной дешевизне, по сравнению с продукцией, произведенной в других странах. К примеру, солнечные батареи из Китая почти вдвое ниже по цене, чем немецкие.

Чаще всего на прилавках встречается продукция компаний Yingli Green Energy и Suntech Power Ко. Также популярностью пользуются панели HiminSolar (Китай). Их солнечные батареи производят электроэнергию даже в дождливую погоду.

Производство солнечных батарей налажено и у отечественного производителя. Этим занимаются такие компании:

• ООО «Хевел» в Новочебоксарске;
• «Телеком-СТВ» в Зеленограде;
• «Sun Shines» (ООО «Автономные Системы Освещения») в Москве;
• ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов»;
• ЗАО «Термотрон-завод» и другие.

По стоимости всегда можно найти подходящий вариант. Например в Москве на солнечные батареи для дома стоимость будет варьироваться от 21 000 до 2 000 000 руб. Стоимость зависит от комплектации и мощности устройств.

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.

Прочитать позже

Отправим материал на почту

Автор статьи

Инженер-проектировщик, редактор собственного строительного блога

Кирилл Громов