Приступая к проектированию загородного дома, обустройству дачи, будущий домовладелец неизбежно будет решать вопросы, связанные с энергообеспечением своего хозяйства. Прежде всего необходимо определиться с тем, какая именно электростанция должна быть установлена в доме – автономная, сетевая или гибридная. Каждая из этих энергоустановок имеет свои плюсы и минусы. Солнечные батареи являются неотъемлемой составляющей во всех трех вариантах, поэтому их тип и количество рассматриваются только с точки зрения предполагаемой архитектуры системы электроснабжения и финансовых возможностей.
Домашняя солнечная электростанция этого типа устанавливается в домах, расположенных далеко от магистральных электросетей. Такая электростанция должна быть укомплектована необходимым количеством солнечных батарей и соответствующим оборудованием, чтобы полностью обеспечить потребности обитателей дома в электричестве. Как правило, такая электростанция состоит из солнечных панелей, суммарная мощность которых примерно на 30% превышает расчетную мощность нагрузки в доме. Запас мощности необходим на случай, если потребуется подключение незапланированных потребителей.
Схема автономной домашней гелиевой электростанции
Ток, вырабатываемый гелиевыми панелями, через контроллер заряда аккумуляторов поступает на аккумуляторную батарею. Контроллер отслеживает максимальное значение рабочей точки и регулирует процесс заряда/разряда аккумуляторов.
Суммарная емкость аккумуляторов должна быть таковой, чтобы обеспечить функционирование всех электроприборов в доме в течение достаточно продолжительного времени, если погодные условия не позволят гелиевым батареям производить полную зарядку. И, наконец, последнее звено в схеме автономной гелиевой электростанции – инвертор. Этот прибор преобразовывает постоянный ток, снимаемый с аккумуляторов в переменный 220 вольт, 50 герц.
Автономный солнечный инвертор
Достоинства автономной домашней гелиевой электростанции – полная независимость от внешних источников энергии, возможность наращивания мощности, если в этом есть необходимость и позволяют площади для установки дополнительных солнечных батарей. Высокая надежность гелиевых панелей гарантирует их эффективную работу в течение до 25 лет.
Основные недостатки – высокая стоимость оборудования и, как следствие, длительный срок окупаемости. К этому следует добавить, что даже при использовании самых современных моделей гелевых аккумуляторов их все равно придется менять через 10-12 лет работы, что также скажется на окупаемости электростанции.
Сетевая домашняя солнечная электростанция устанавливается в домах, подключенных к стационарной электрической сети. В конфигурации такой электростанции отсутствуют аккумуляторная батарея и, естественно, контроллер заряда аккумуляторов. Гелиевые панели подключены непосредственно к так называемому сетевому инвертору. В светлое время суток, когда гелиевые панели вырабатывают электрический ток, сетевой инвертор преобразовывает получаемый постоянный ток в ток переменный, 220 вольт, 50 герц.
Схема сетевой домашней гелиевой электростанции
Сетевой инвертор также подключен и к магистральной сети. Если мощности, вырабатываемой солнечными батареями, недостаточно для питания всех электроприборов дома, недостающее количество электричества отбирается от сети. Если гелиевые панели вырабатывают избыток энергии, то этот избыток отдается в сеть. В темное время суток питание всех электроприборов дома производится от магистральной сети. По составу оборудования сетевая домашняя гелиевая электростанция намного проще, следовательно, она и стоит намного дешевле. Это ее достоинство.
Сетевой солнечный инвертор
К недостаткам следует отнести прямую зависимость от напряжения в магистральной сети. Если по каким-то причинам в светлое время суток блок-участок сети, к которому подключен дом, будет обесточен, сетевой инвертор мгновенно отключает от себя всю нагрузку. Это сделано для того, чтобы электричество, вырабатываемое солнечными батареями, не подавалось в сеть, где возможно проводятся ремонтные работы.
Еще одним недостатком является то, что нужно очень строго выбирать сетевой инвертор. Дело в том, что есть инверторы, вырабатывающие так называемую модифицированную синусоиду, а есть инверторы, на выходе которых напряжение представляет собой чистую синусоиду. Это необходимое условие, так как некоторые из домашних электроприборов могут работать только с чистой синусоидой. Инверторы, вырабатывающие чистую синусоиду, стоят несколько дороже.
И, наконец, еще один очень важный нюанс. В странах Европы, Австралии, Америки действует так называемый «зеленый тариф». По этому зеленому тарифу владельцы сетевых домашних солнечных электростанций за тот излишек электроэнергии, который отдается в магистральную сеть, получают оплату от оператора данной сети. Механизм взаиморасчетов очень простой. На выходе сетевого инвертора между магистральной сетью и домашней электростанцией устанавливается двунаправленный счетчик. Если дом потребляет энергию от сети, счетчик работает в «плюс». Когда дом отдает энергию в сеть, счетчик работает в обратном направлении, в «минус». По итогам года сводится баланс. Как правило, в выигрыше оказываются владельцы сетевых домашних электростанций. Срок окупаемости такой электростанции значительно сокращается.
В России, к сожалению, «зеленый тариф» еще не работает, хотя законодатели обещают ввести этот вид взаиморасчетов в 2017 году. Когда зеленый тариф начнет действовать в России, то этот условный недостаток сетевых электростанций сразу превратится в достоинство, резко сокращая срок окупаемости.
И, наконец, гибридные домашние солнечные электростанции. Эти электростанции укомплектованы точно так же, как и автономные. Разница заключается в том, что в этих энергоустановках используется гибридный инвертор. Этот прибор при нормальной работе магистральной сети работает, как сетевой инвертор. В случае отключения магистральной сети гибридный инвертор блокирует соединение с нею и подключает нагрузку (домашние электроприборы) к питанию от аккумуляторов. С появлением напряжения в магистральной сети гибридный инвертор выдерживает некоторую паузу (длительность паузы устанавливается при настройке прибора), после чего он выполняет синхронизацию вырабатываемого им переменного тока с током сети.
Схема гибридной домашней гелиевой электростанции
Синхронизация производится как по фазе, так и по амплитуде. Рассогласование по фазе не должно превышать одного градуса. По амплитуде напряжение, вырабатываемое инвертором, должно быть на несколько вольт выше сетевого. После восстановления нормального режима работы магистральной сети гибридный инвертор отключает аккумуляторы, переводит нагрузку на питание от сети, а аккумуляторы в режим заряда.
Гибридный солнечный инвертор
Достоинства гибридной системы – обеспечение электроэнергией домашнего хозяйства в любых условиях, возможность продажи излишков энергии оператору магистральной сети, высокая надежность. Недостатки – высокая стоимость оборудования и аккумуляторов, которые нужно с определенной периодичностью менять, что также влияет на срок окупаемости системы.
Этот краткий обзор плюсов и минусов систем солнечной вольтаики не дает конкретных рекомендаций по выбору той или иной системы, но он может помочь сориентироваться в основных проблемах выбора.
Не так давно бесплатная электроэнергия казалась чем-то из ряда фантастики. Но инженерная мысль летит вперёд и сейчас доля альтернативной энергетики становится всё больше. Постепенно все больше людей используют автономные гелиосистемы на основе солнечных батарей. Они становятся эффективным источником бесплатной энергии при разумных финансовых вложениях. Солнечная энергия посредством фотоэлементов превращается в электрическую, и вы её получаете абсолютно бесплатно. При этом солнце – это возобновляемый и бесплатный источник энергии. Гелиосистемы обретают всё большую популярность на фоне роста тарифов за электричество и тепло. Выпуск солнечных панелей в промышленных масштабах открыт в США, Европе, Китае, некоторых странах СНГ. В России заводы имеются в Москве, Зеленограде, Краснодаре, Рязани.
Солнечные батареи в составе гелиосистем применяются в основном для выработки электроэнергии для частных домов, дачных домиков, а также различных мобильных сооружений, которые находятся далеко от линий электропередач. В южных регионах такие установки можно встретить в домах отдыха, санаториях и прочих учреждениях. Фактически, солнечные батареи можно установить в любом доме, где есть необходимость в дополнительной электроэнергии. Конечно, для установки системы должны быть свободное место. Солнечная батарея состоит из набора фотоэлектрических преобразователей, объединенных в последовательную цепь. Сами батареи могут объединяться параллельно и последовательно для увеличения мощности системы.
Солнечные батареи для дома обычно классифицируют по типу фотоэлементов, из которых они собраны. Эти фотоэлементы отличаются технологией изготовления и поверхностью. Есть три основных вида:
Выбирая солнечные батареи для дома, следует брать в расчёт климатические условия вашего региона. От этого будет зависеть эффективность их работы. Также регион следует учитывать при выборе типа фотоэлементов, о которых говорилось выше. В южных областях России в целях экономии можно установить поликристаллические. Здесь много солнечных дней и зимой не очень холодно. Для использования на севере лучше взять на монокристаллах, которые могут работать на рассеянном солнечном свете.
Основные характеристики, на которые следует обратить внимание:
Обычно для отопления дома используется электрическая или газовая энергия, а гелиосистема при этом просто выдаёт в сеть необходимый ток, работая в связке с основным источником электричества. Бывают системы, которые включают в себя , которые подключены к бойлеру или системе отопления. В этом случае при монтаже ещё нужно выделить место под коллектор.
Как уже говорилось, солнечные батареи работают в составе гелиосистем. Помимо них туда входят:
Стоит отметить, что в процессе эксплуатации солнечной системы для дома, в ней довольно часто придётся менять аккумуляторы. Сами солнечные батареи работают по 25─30 лет. В процессе работы ток с солнечных панелей заряжает аккумулятор, а от него через инвертор электричеством снабжаются электроприборы в доме.
В результате аккумулятор постоянно заряжается и разряжается. Зная цену и срок службы обычного вы можете прикинуть расходы на его замену при эксплуатации гелиосистемы.
Стоит отметить ещё один момент. Реклама убеждает нас в том, что солнечные батареи не нуждаются в обслуживании, но это не так. Поверхность панелей нужно регулярно чистить от пыли и грязи, а зимой от снега. Иначе эффективность их работы существенно снижается. А если панели установлены на крыше или на фасаде, то процедура чистки будет сопряжена со сложностями. Только с чистыми панелями ваша маленькая солнечная электростанция для дома сможет работать на полную мощность.
Есть и негативный эффект от нагрева батарей в жаркое время года. Из-за этого снижается их эффективность и уменьшается выработка электроэнергии.
Электричество все дорожает и дорожает, известны случаи, где цены на электричество завышены в несколько десятков! раз, даже притом, что станция находится буквально в километре от населенного пункта. Уже давно многие страны развивают альтернативные источники получения энергии, ветрогенераторы, тепловые станции, солнечные панели… В данной статье пойдет речь о солнечных батареях.
За пределами земной атмосферы интенсивность солнечной радиации довольно значительна, поток энергии, падающей на поверхность перпендикулярную солнечным лучам, составляет 1340 Ватт на 1 мг. Эту энергию, а вернее, способность солнечной радиации создавать фотоэлектрические эффекты и используют в солнечных батареях.
Составная часть солнечной батареи, это фотоэлементы, внешне выглядят как полоски или квадратики. Солнечная батарея позволяет преобразовывать радиацию солнца в полезный для человека вид энергии – электричество. Кристаллический кремний используется в качестве рабочего тела в большинстве типов солнечных батарей. В используемых в настоящее время солнечных батареях один фотон солнечного света выбивает один электрон, а большая часть солнечной энергии теряется, превращаясь в тепло.
Как известно, мощность маленьких фотоэлементов очень маленькая, и в панелях их соединяют параллельно, за счет чего увеличивается мощность. Напряжение в данном случае остается неизменным. Увеличить мощность, отдаваемую солнечными панелями можно соединив эти панели последовательно-параллельно.
Корпуса у таких панелей могут быть самыми разными, могут быть изготовлены из металла, текстолита, или жесткой пластмассы.
Солнечные батареи применяют в микрокалькуляторах, зарядниках сотовых телефонов, ноутбуков, применяют для питания бытовой техники, через преобразователи напряжения и т.п. Солнечные батареи очень широко используются в тропических (и в субтропических) регионах, с большим количеством солнечных дней. Новые дома, которые строят в некоторых странах, например в Испании, оборудуются солнечными установками для электрификации домов, к 2020 году Швеция планирует полностью отказаться от углеводородного топлива, в Германии и США действуют программы "солнечные крыши". СБ прекрасно зарекомендовали себя в космосе как надежный и стабильный источник энергии, способный работать очень длительное время.
Плюсы солнечной батареи
:
- прост в изготовлении, простота конструкции.
- небольшой вес.
- солнечные батареи достаточно надежны, и ремонтнопригодны.
- большой срок службы.
- не загрязняют окружающую среду.
- бесшумные в работе.
- отсутствие подвижных частей, нет износостойких деталей.
- и самое главное, бесплатная электроэнергия.
Минусы солнечных батарей
:
- самый главный недостаток, стоят они не дешево.
- занимают много места.
- чувствительны к загрязнениям.
- зависимость от времени суток и погоды.
- ночью солнечные батареи не работают.
- низкий КПД, от 9 до 24%.
- на солнце панели нагреваются, это очень вредно для них.
Заводы в России производящие солнечные батареи:
ООО «Хевел» (Новочебоксарск)
ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов»
ОАО «Сатурн» Краснодар
ЗАО "Термотрон-завод" (Брянск)
«Телеком-СТВ» (Зеленоград)
«Солнечный ветер» (Краснодар)
«Квант» (Москва)
В России изготавливается примерно 5-6 МВт солнечных батарей, а продаётся на внутреннем рынке не более 150 кВт (данные на 2011г)
В пасмурную и облачную погоду мощность, отдаваемая солнечными батареями, снижается до 10 и более раз. В средней полосе России яркие солнечные дни бывают только летом, следовательно, в это время года СБ выдают максимальную мощность. Как уже писал, солнечные батареи не любят перегрева от солнца, поэтому их нужно охлаждать, либо вентиляторами, либо установкой, которая обрызгивает водой. Если батареи перегреются, они могут выйти из строя. Так-же с ростом температуры у СБ падает производительность.
Осенью и зимой отдаваемая мощность сильно снижается, примерно в 3-5 раз. Зимой погода почти всегда стоит пасмурная, так что в это время года они почти бесполезны. К тому же, зимой солнечные батареи покрываются снегом, чистить их просто напросто устанешь.
Солнечные панели как правило размещают на крышах домов – это кстати наиболее удобный для большинства случаев вариант, строят конструкции, ставят устройства слежения за солнцем - гелиостаты, чтобы солнечная панель шла вслед за солнцем, чем точнее такие приборы тем лучше будет результат, если солнечные панели на градус другой повернуть в сторону чем нужно (убрать из под прямых солнечных лучей) то мощность хоть и немного, но упадет. При использовании солнечных батарей необходимо стремиться к тому, чтобы они были размещены на максимально освещенном месте.
Для грамотного использования солнечных батарей нужно придерживать двух основных правил.
1) Солнечная батарея должна находиться под солнцем как можно дольше
2) Должны быть устройства, которые накапливают энергию, чтобы энергия солнечных батарей не растрачивалась попусту. Для этих целей применяют аккумуляторы.
Например, для получения мощности 1 кВт потребуется батарея, состоящая из ~30 000 элементов с общим весом около 100 кг, такие батареи займут площадь более 15 м2.
Для зарядки телефонов, прослушивания радиопередач, плееров и пр… вполне хватит солнечной панели на 10-20 ватт. Мои солнечные батареи в яркую солнечную погоду выдают по 7 вольт каждая, ток 150мА.
Я их соединяю либо последовательно, либо параллельно, в зависимости от погоды на улице. В ближайшем будущем планирую еще закупить солнечные панели, летом их удобно цеплять например к вентиляторам, чтобы использовать для охлаждения и вентиляции помещений.
Солнечные батареи незаменимы на природе, особенно если у них имеется встроенный стабилизатор, контроллер заряда и аккумулятор, накапливающий электроэнергию. Днем солнечные панели заряжают аккумулятор, а ночью, мы используем его заряд, можно сказать вечный источник питания. Схема простого солнечного зарядного устройства приведена
Похожие устройства уже давно продаются в магазинах, например есть девайсы для зарядки сотовых телефонов.
Такие маленькие солнечные батареи в подобных устройствах практически бесполезны, обычно это маркетинговый ход, ставят их для красоты. В таких зарядниках основную роль играет аккумулятор, он то как раз и заряжает сотовый телефон, в этих приборах всегда ставят дополнительный разъем для зарядки внутреннего АКБ от сетевого источника питания.
Солнечные панели бывают односторонние, и соответственно двухсторонние. Двусторонние обычно устанавливают на большем расстоянии от земли, 8 метров и выше, чтобы тень не была снизу панелей, а находилась далеко в стороне. Отраженный свет от поверхности земли падает и на нижнюю часть солнечных панелей, часто на землю расстилают светоотражающий материал.
Удобно и даже полезно солнечные батареи совмещать с ветрогенератором, почему, думаю и так понятно.
Все гениальное просто! Оказывается, можно получать тепловую энергию для отопления жилья не прибегая к разрушению природной среды, а лишь преобразовывая солнечное излучение в тепло- и электроэнергию.
Этот природный ресурс возобновляем, экологичен и экономичен. Владельцы частных домов не зря активно интересуются данным вопросом.
КПД новых коллекторов, со специальными фильтрами для улавливания волн разной длины , радует своим значением – не менее 40 % . Обычные кремниевые панели имеют КПД не превышающий 25 %.
Срок службы нагревательных элементов, по оценкам производителей, составляет от 10 до 30 лет . Другие части системы, такие как аккумуляторные батареи и электроника, могут выйти из строя раньше – через 5–15 лет.
Принцип действия батарей основан на фотогальваническом эффекте. Лучистая энергия, проходящая через фотоэлементы, преобразуется в электрическую энергию. Доступный пример – часы и калькуляторы с фотоэлементами , уже несколько десятилетий демонстрирующие нам на примитивном уровне этот принцип работы.
Фотоэлектрические системы бывают двух видов:
В первом случае
– фотоэлементы, соединенные параллельно и последовательно, работают по принципу электростанции, вырабатывающей электрический ток.
Во втором случае – с помощью лучистой энергии, производится нагрев теплоносителя, который циркулирует по трубкам коллектора. Обычно это вода или специальная жидкость.
Солнечный обогреватель для дома любого типа обладают следующими достоинствами:
Недостатки:
Зачем нужен , и как правильно его выбрать?
Каких видов бывают настенные газовые котлы? А также о том, как они работают и устанавливаются.
Преимущества и недостатки алюминиевых радиаторов отопления — Технические характеристики и установка.
Прежде всего, мы подробно разберемся с различиями в строении и функционировании батарей и коллекторов.
Панель состоит из нескольких фотоэлементов, соединенных между собой на каркасе из непроводящих энергию материалов.
Фотоэлектрические преобразователи – достаточно сложные конструкции, представляющие собой своеобразный сэндвич из пластин с различными характеристиками и назначениями.
Кроме гелио модулей и специального крепежа, система состоит из таких элементов:
Коллекторы бывают двух видов: вакуумные и плоские.
Вакуумные коллекторы состоят из полых стеклянных трубок, внутри которых расположены трубки меньшего диаметра, содержащие поглотитель энергии. Меньшие трубки соединены с теплоносителем. В свободном пространстве между ними находится вакуум, который сохраняет тепло.
Плоские коллекторы состоят из рамы и армированного стекла с фотонопоглощающим слоем. Слой поглотителя подключен к трубкам с теплоносителем.
Обе эти системы состоят из контура для теплообмена и теплового аккумулятора (бак для жидкости).
Из бака вода поступает в отопительную систему при помощи насоса. Во избежание потерь тепла, бак должен быть хорошо утеплен.
Располагаться такие установки должны на южном скате кровли. Угол наклона должен быть 30–45 градусов. Если расположение дома или конструкция крыши не позволяют установить панели гелиосистемы на кровле, то можно установить их на специальных укрепленных каркасах или на стойках, закрепленных в стену.
Количество солнечной энергии, выделяемой в разное время года, сильно отличается . Величину коэффициента инсоляции для места вашего проживания можно найти по карте солнечной активности. Зная коэффициент инсоляции, вы сможете посчитать необходимое вам количество модулей.
Например, вы потребляете энергии 8 кВт/ч, инсоляция в среднем 2 кВт/ч. Мощность солнечной панели – 250 Вт (0,25 кВт). Произведем расчеты: 8 / 2 / 0,25 = 16 штук – именно такое количество панелей вам понадобится.
Выбирая солнечные батареи для отопления дома, обратите внимание на их основные характеристики:
мощность, вес, габариты, наличие или отсутствие в вашем доме места для установки накопительного бака (в коллекторной системе).
При установке батарей на крыше необходимо учесть следующие моменты:
Покупая фотоэлектрические модули – делайте ставку на проверенных производителей . Их изделия отличаются большим сроком службы и более высокой ценой, но экономия в этом случае будет неуместной.
Например, вакуумная гелиосистема для отопления, состоящая из одного коллектора, аккумуляторного бака, объемом в 300 литров и циркуляционного насоса, стоит 120.000 рублей . Есть системы с большим объемом бака и количеством панелей, но с ценой в два раза выше. Покупка необходимых элементов по отдельности в общей сумме выйдет дороже.
Если говорить о цене одного солнечного коллектора, то батареи с большим сроком службы и хорошей мощностью стоят в среднем 22 000 рублей за единицу.
Окончательные цены на монтаж гелиосистемы компания, производящая установку, сможет озвучить только после выезда к вам. Приблизительная стоимость установки одной батареи составляет 2 500 рублей.
Установка гелиосистемы – разумный выбор. Вы ощутите все преимущества автономного отопления, а ваши первоначальные вложения окупятся через несколько лет.
Также смотрите видео о солнечных коллекторах для нагрева воды и отопления дома:
Кипение воды в плоском солнечном коллекторе зимой:
В последнее время изучение вопроса альтернативной энергетики набирает всё большую популярность.
Актуальность проблем экологии и истощаемости ископаемого топливного запаса, ежегодно вовлекает всё большее количество стран в поиск возобновляемых источников тепла. Одним из таких экологически чистых, неисчерпаемых природных ресурсов и является солнечная энергия. На сегодняшний день, это, пожалуй, самый технологически развитый и перспективный сектор альтернативной энергетики.
Масштабы возможностей в данной области - по истине безграничны. Учёные подсчитали, что по своей ресурсности, двадцать солнечных дней равны всем запасам нефти, угля и прочего органического топлива на планете!
Солнечная батарея как самый экономичный генератор постоянного тока
На базе процесса генерации солнечной энергии в электрическую - были созданы солнечные батареи, в наше время ставшие доступными широкому потребителю.
В основе принципа работы солнечных батарей - «фотоэлектрическй эффект».
Сама батарея представляет собой фотоэлемент со множеством полупроводников на поверхности. При взаимодействии с солнечными лучами, полупроводники начинают «движения», вследствие которых и вырабатывается электрический ток.
Стоит отметить, что мощность одной такой панели - сравнительно небольшая и напрямую зависит от их географического расположения, сезонности и даже времени суток. Для увеличения КПД, несколько панелей объединяют в модули, увеличивая площадь батареи. Как правило, необходимая площадь пропорционально зависит от масштабов объекта энергоснабжения. В настоящее время, самые габаритные солнечные панели в мире находятся в пустыне Мохаве. Их мощность равна 354 мегаватт, а занимаемая площадь - около 1000 гектаров!
Преимущества использования солнечных батарей
Основное и бесспорное преимущество солнечных батарей в их неисчерпаемом источнике энергии - Солнце! Пользователи такого универсального генератора абсолютно не зависят от функционирования поставщиков, роста цен или проблем в топливной промышленности.
Длительность эксплуатации большинства современных солнечных батарей достигает 20, а то и 40 лет! При этом всё техническое обслуживание оборудования заключается лишь в осмотре и очистки панелей от органического мусора.
Ещё одно неоспоримое преимущество этого вида энергии - в его экологичности. Так как при преобразовании в электричество солнечная энергия не загрязняет воздух и не влияет на окружающую среду, то можно с уверенностью заявлять, что солнечные батареи - это универсальный, выгодный и безопасный источник электроэнергии, как для большинства промышленных предприятий, так и для бытовых нужд!
Подпишитесь на нас
