Как выбрать солнечную батарею: критерии и нюансы

КПД

У монокристаллических панелей зависимости от модели он может составлять от 14 до 17%. Но, их постоянно совершенствуют, поэтому, возможно, скором времени этот показатель достигнет 33%.

Здесь возможны в недалеком будущем серьезные изменения. Уже сегодня можно встретить пленочные модули на основе индия и кадмия, отлично поглощающие свет. Несмотря на радиоактивность последнего, об опасности облучения можно не беспокоиться, поскольку металла содержится настолько мало, что для окружающего пространства вреда не будет, тем более для людей.

По этому критерию им проигрывают поликристаллические, показатель КПД которых всего 10-12%. Связано это с наличием посторонних включений и хаотичным расположением кристаллических частиц, что мешает сублимации энергии. Выходом из положения может стать симбиоз элементов аморфных с поли/монокристаллическими, поскольку первым для работы не требуется интенсивное излучение, в отличие от вторых.

Принцип работы

Как было сказано раньше, принцип работы заключается в эффекте полупроводников. Кремний является одним из самых эффективных полупроводников, из известных человечеству на данный момент.

При нагревании фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после чего их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Соответственно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.

Преимущества и недостатки солнечной энергетики

Плюсы:

  • На стадии использования — экологичность (почему с оговоркой: производство и утилизация такие же «грязные», как и любая другая электроника).
  • После первичных вложений, полученная электроэнергия условно бесплатная (требуются некоторые средства на обслуживание по истечении срока эксплуатации).
  • Возможна полная автономия: вы можете организовать энергоснабжение в местах, где даже не планируется централизованная подача электроэнергии.
  • Вы не зависите от тарифной политики энергетических компаний.
  • При выполнении определенных нормативов, можно «продавать» избыток электроэнергии в городские сети.

Минусы:

  • Относительная дороговизна оборудования (как видно на примерах использования, это не всегда является проблемой).
  • Зависимость от погодных условий (в регионах, где солнечных дней немного, использование затруднено).
  • Оборудование нуждается в периодическом обновлении — присутствует естественный износ.

Популярные производители

Чтобы система работала долго, а показатели из технической документации не отличались от реальных, стоит выбирать изделия проверенных изготовителей. Не стоит экономить на качестве, при покупке солнечных батарей это недопустимо. Лучшие варианты на сегодня такие:

  1. LG Energy. Занимается разработкой панелей около 30 лет и производит их в промышленных масштабах 11 лет. Завод расположен в Южной Корее, батареи имеют гарантию в 25 лет и относятся к среднему и высокому ценовым сегментам. Продукция премиум-класса популярна в странах Северной Америки и Европы.
  2. SunPower. Американская компания, выпускающая солнечные батареи с длительным сроком службы. За 25 лет емкость панелей уменьшается всего на 8%. Изделия дорогие, но считаются одними из самых долговечных на рынке.
  3. REC Group. Норвежская фирма с производством в Сингапуре производит надежные панели, дает гарантию на 20 лет, причем емкость падает медленно, поэтому срок службы намного больше гарантийного. Есть варианты из средней и дорогой категорий.
  4. Panasonic. Еще один известный бренд. Солнечные батареи этого производителя имеют гарантию 25 лет, качество высокое и срок службы длительный. Изделия хорошо подходят для использования в средних широтах и имеют эффективность 18-20%.
  5. Jinko Solar. Китайская компания, которая продает продукцию во всем мире и считается одной из лучших в недорогом ценовом сегменте. Продукция имеет гарантию 25-30 лет, изделия качественные, несмотря на малую цену. Есть варианты как бюджетного, так и среднего класса.
  6. Trina Solar. Еще один китайский бренд, который предлагает дешевые панели с неплохими рабочими показателями, но гарантия тут намного меньше – 10 лет, за этот период емкость падает примерно на 10%. Многие специалисты считают этот вариант оптимальным по соотношению цены и качества.
  7. Longi Solar. Компания из Китая, которая недавно вышла на мировой рынок, но внутри страны продает недорогие солнечные батареи уже давно. При производстве используются монокристаллы, что обеспечивает хорошую работу даже при низких температурах и плохой освещенности. Эффективность составляет от 18 до 20%.

SunPower – одни из самых долговечных батарей.

Техника для летней кухни

Солнечная энергия подходит не только для освещения и работы садового оборудования. Ее можно применять и для готовки пищи. Более того, как бы это странно ни звучало, существует такой прибор, как гриль на солнечной энергии. Его выпускает компания GoSun, по утверждению которой устройство пригодится и на даче, и в походе. Судя по размерам устройства, представляющего собой колбу диаметром 7 см и длиной 61 см, в это можно легко поверить. Внутренний объем пространства для мяса и других продуктов – 1,2 литра. Максимальная температура нагрева, которую гриль позволяет достичь всего за 20 минут – 288 градусов.

Гриль на солнечной батарее можно заказать с доставкой примерно за 7000 рублей 

Тот же производитель разработал не только гриль, но и холодильник, для работы которого не нужен ни лед, ни специальные охлаждающие элементы. Модель GoSun Chill работает на солнечной энергии, потребляя около 144 Вт. А батарея располагается здесь отдельно – поэтому покупатель может выбрать несколько вариантов источников. В том числе, гибкий модуль или специальный стол.

В обычных условиях холодильник легко подключается к электросети и даже к автомобильному прикуривателю. После использования на даче аппарат может пригодиться и в городской квартире для хранения небольшого количества продуктов (объем холодильника – 40 литров). Одного полного заряда достаточно на 5-14 часов работы, минимальная температура при этом – минус 20ᵒC.

Холодильник на солнечных батареях стоит почти как классическая модель для большой кухни – около 40 000 рублей 

Среди продукции GoSun есть еще одно не требующее подключения к электросети устройство – раскладной стол со встроенной солнечной батареей. С его помощью можно заряжать другую технику, начиная от телефона или ноутбука и заканчивая холодильником того же бренда. Лучше всего устройство подойдет для пикника, но пригодится и для дачи, и для загородного дома.

Расчёт и выбор аккумулятора

Малый комплект СЭС

Для начала необходимо рассчитать мощность ожидаемой выработки энергии. Расчеты производятся на основе мощности излучения солнца, составленных с учетом погоды в разное время года.

Помимо этого при получении результата необходимо в обязательном порядке учесть углы наклона панели солнечной батареи, причем неважно – горизонтально или вертикально она сориентирована. Угол наклона крайне важен, поэтому его нужно выбирать правильно

Угол наклона крайне важен, поэтому его нужно выбирать правильно.

Если планируется эксплуатировать систему в течение всего года, то лучше всего сориентировать панель под угол на пятнадцать градусов больше, чем значение географической широты расположения объекта, где находится система.

Помимо всего этого необходимо учитывать, что в процессе эксплуатации на панели солнечной батареи будет скапливаться пыль, наледь и снег. Для московского региона угол наклона панели составляет семьдесят процентов с ориентацией на южную сторону. Если планируется использовать фотоэлектрическую батарею, то её можно установить на фасаде дома или на крыше, при этом угол наклона должен быть сориентированным в восточном или западном направлении.

После выбора угла наклона панели солнечной батареи нужно провести расчет возможной производительности солнечной электростанции, требуемого числа солнечных модулей, необходимых для функционирования системы в определенном режиме. Все расчеты осуществляются на примере самого худшего месяца, чаще всего этим месяцем является январь, и самого лучшего для солнечной электростанции – июль, а также для большей части года, периода с последнего месяца зимы, февраля, по последний месяц осени, ноябрь.

Именно в этот период солнце наиболее активно. Стандартный показатель инсоляции рассчитывается для площади в один квадратный метр, при этом номинальное значение мощности определяется при температуре в двадцать пять градусов стандартного потока света в один киловатт на один квадратный метр.

Принимая максимальное значение инсоляции (мощность излучения солнца, падающего на поверхность), расчет показывает, что значение вырабатываемой батареей электрической энергии относится к значению показателя инсоляции одного квадратного метра, точно также, как и вырабатываемая энергия к значению мощности солнечного излучения на поверхности земли при ясной погоде, которая приходится на один квадратный метр, то есть тысячи ватт.

Умножая значение месячной инсоляции на значение вырабатываемой мощности солнечной батареи, поделенное на максимальное значение инсоляции, можно более точно узнать возможную месячную выработку энергии солнечной батарей.

В свою очередь, значение номинальной мощности устройства рассчитывается при помощи перемножения максимального значения мощности инсоляции и выработки электрической энергии, получаемой от солнечной электростанции, поделенных на произведение месячной инсоляции и КПД.

Подбор узлов гелиоэлектростанции

Для изучения проекта независимого источника питания можно рассмотреть электростанцию на дачу из фотоэлектрических панелей.

Исходные параметры:

  • потребление (Е), кВт/ сутки — 14;
  • мощность нагрузки (среднее, максимальное, пиковое значение), Вт — 700, 1500, 1850;
  • место расположения объекта недвижимости — г. Казань.

Подразумевается сезонная генерация (март — сентябрь).

Определение рабочего напряжения системы

Напряжение сети постоянного тока, VОсобенностиРекомендованная мощность, кВт
12Параллельное включение АКБ увеличивает силу тока на выходе, поэтому применяют провода с большим поперечным сечениемДо 1,5
24Замена аккумуляторных батарей выполняется парами1,5-3
48Этот уровень напряжения увеличивает опасность поражения пользователей электрическим током6 и более

Комплектование батареи солнечными модулями

Формула расчета мощности панели преобразователя — P = (Е*1000)/ (К*И), где:

  • Е — среднесуточное потребление электроэнергии;
  • 1000 — относительная светочувствительность фотоэлементов;
  • К — коэффициент потерь;
  • И — инсоляция при оптимальном положении панелей относительно падающих лучей.

Если рабочая зона блока установлена горизонтально, среднее значение солнечной радиации для Казани летом составляет 4,49 кВт*ч/м кв. Подставив исходные параметры, вычисляют мощность электрического источника автономного питания: P = (14*1000)/ (4,49*0,7) ≈ 4450 Вт.

Обустройство аккумуляторного энергоблока

При выборе АКБ учитывают следующие факторы:

  • для системы с фотоэлектрическими преобразователями подходят АКБ с маркировкой Solar;
  • необходимо покупать комплект батарей из одной товарной партии (подразумеваются одинаковые технические параметры АКБ);
  • полная разрядка уменьшает срок службы аккумуляторов, поэтому значение поддерживают от 50 до 70%;
  • достаточный энергетический запас — сутки.

Для установки АКБ применяют отапливаемое помещение. Рекомендуемая температура воздуха: +25°C.

Аккумулятор для солнечных батарей.

Выбор хорошего контроллера

Хорошее оснащение блока управления обеспечивает поэтапный процесс зарядки, продлевающий ресурс АКБ. Сложный контроллер обеспечивает коммутацию автономного и сетевого источников питания по установленному алгоритму.

Подбор инвертора лучшего исполнения

Эффективное преобразование выполняется без больших потерь (КПД>90%). Важный параметр генерации — форма выходного сигнала. Чем точнее синусоида блока питания, тем лучше.

Эффективность солнечных батарей

В зависимости от действия различных факторов КПД солнечной электростанции способен изменяется как в сторону увеличения, так и уменьшения. На эффективность работы гелиопанелей оказывают влияние:

  • температурный режим работы;
  • уровень освещенности;
  • угол, под которым панель освещается солнечными лучами;
  • сопротивление потребителей (нагрузки);
  • затемнение участков панели;
  • загрязнение поверхности батарей.

КПД гелиопанелей падает при повышении температуры. При облачности снижается производительность ФЭП с линзами, фокусирующими солнечное излучение.

Идеальным считается угол падения лучей на панель 90 градусов. Если он отклонится от прямого, например, в пределах 30 градусов, то КПД солнечной батареи упадет примерно на 5 %. Дальнейшее изменение угла приводит к значительному снижению производительности за счет увеличения количества отраженного света.

ФЭП должно быть равномерно освещено. Затемненные участки не только не генерируют электричество, но и становятся источниками дополнительной нагрузки. Перед батареями не должно быть объектов, закрывающих их частично или полностью от солнечных лучей. Поверхность панелей необходимо регулярно очищать от грязи и пыли.

Разновидности солнечных панелей

Фотоэлектрический преобразователь создают по разным технологиям. Кроме эффективности источника автономного питания (КПД) учитывают:

  • цену;
  • скорость деградации;
  • рекомендованные условия эксплуатации.

Некоторые фотоэлементы обеспечивают генерацию при неблагоприятных погодных условиях.

Кремниевые

Главное условие высокой эффективности преобразования энергии солнечного света — отсутствие примесей в кремнии. Технология производства рабочих элементов определяет параметры генерации.

Кремниевые панели.

Поликристаллические

Для изготовления фотоэлементов применяют высокотемпературную обработку исходного сырья. Расплавленный материал после остывания отличается неравномерным распределением цвета поверхности. Сравнительно низкий КПД фотоэлектрических преобразователей (до 16%) компенсирует способность генерации энергии при разных углах падения лучей. Мощность уменьшается, если облака создают тень. Однако сохраняется рабочее состояние фотоэлемента.

Монокристаллические

Пластины создают из цилиндрических заготовок, поэтому углы срезают. Упорядоченная направленность кристаллов увеличивает КПД источника автономного питания до 30%. Ускоренное старение уменьшает эффективность генерации до 25-30% за 25 лет эксплуатации оборудования.

Из аморфного кремния

Рабочий слой фотоэлемента наносят напылением. Применяют подложку из гибкого материала. Такие панели можно устанавливать на криволинейную основу. КПД — не более 11%.

Из редких металлов

Дороговизна исходного сырья увеличивает стоимость изделий. Самые эффективные пластины создают из арсенида галлия (индия), обеспечивают КПД ≤ 40%. Отдельные комбинации редких металлов сохраняют хорошие показатели фотоэлектрических преобразователей, если температура оборудования увеличивается до +150°C.

Мнения экспертов о продукции

Выбор типа солнечной станции зависит от задачи, которую необходимо решить с помощью альтернативных источников энергии.

В настоящее время наиболее широко применяются три типа солнечных электростанций:

  1. Автономные. В местах, где нет подключения к центральной сети, в садах, на дачах, автономные солнечные электростанции самые востребованные, хорошо подходят для освещения и других жизненно важных электроприборов. Применение автономных солнечных станций позволяет существенно экономить финансы, на жидкое топливо для генераторов, особенно в районах с большим количеством солнечных дней.
  2. Комбинированные с сетью. Если есть центральная сеть, то не нужно отказываться от нее, лучше сделать систему совместную с сетью. Автоматическая работа инвертора, входящего в состав такой станции, будет самостоятельно выбирать источник питания электрических приборов. А входящие в состав аккумуляторные батареи для солнечных батарей будут источником резервного электроснабжения, при отключениях сети.
  3. Сетевые on-grid. Сетевые солнечные электростанции самые выгодные и быстро окупаемые, поскольку не имеют в составе аккумуляторных батарей и преобразование энергии происходит с высоким КПД. Более того, позволяют передавать (продавать) излишки генерируемой электроэнергии в сеть, тем самым ускоряя процесс окупаемости. Во многих странах при такой генерации с помощью возобновляемых источников для продажи электроэнергии действует «зеленый тариф». В РФ в 2019 году принят в первом чтении Федеральный закон №581324-7 «О внесении изменений в ФЗ «Об электроэнергетике» в части развития микрогенерации», который позволит реализовывать электрическую энергию, вырабатываемую альтернативными источниками, по специальному тарифу. Покупка гарантирующим поставщиком электроэнергии от объектов микрогенерации будет обязательной. Цена купли-продажи будет равна средневзвешенной нерегулируемой цене на электроэнергию на ОРЭМ. Доходы физических лиц, возникшие при реализации лишней электроэнергии, произведенной для нужд своего домохозяйства, не будут подлежать налогообложению.

Независимо от выбранного типа солнечной электростанции, стоит понимать, что для надежной и эффективной работы лучше приобретать высококачественные солнечные батареи. Несмотря на более высокую стоимость они более эффективны и долговечны. Срок службы батарей может достигать 30 и более лет. Покупатели часто задают вопрос: «Почему выработка зимой меньше?» Не нужно думать, что из-за холода батарея будет хуже работать. Негативное действие на эффективность работы оказывают осадки в виде снега, которые необходимо удалять, плюс меньшая продолжительность светового дня с высокой облачностью – именно это негативно влияет на выработку электроэнергии в зимнее время. Летом солнечная батарея генерирует меньшее напряжение, чем зимой. В жару температура на поверхности гелиопанели может достигать 50–55 °С, что снижает эффективность фотогальванических элементов.

Какие лучше монокристаллические или поликристаллические?

Фотоэлектрические панели, предназначенные для строительства жилых домов, чаще всего изготавливаются из кремниевых элементов. Они могут иметь монокристаллическую или поликристаллическую структуру, и их отличает эффективность. Многие люди не знают, какую фотоэлектрическую панель выбрать, чтобы она была достаточно энергоэффективной.

  • Монокристаллические модели имеют темный цвет и состоят из монолитного кристалла кремния цилиндрической формы. Его диаметр составляет около 30 см. КПД таких панелей составляет от 18% до 22%. По словам специалистов, они долговечнее поликристаллических, но и дороже.
  • Поликристаллические модели изготавливаются из прессованного блока кристаллизованного кремния и обычно имеют светло-голубой цвет (на них видны края кристаллов). Ячейки в поликристаллических панелях квадратные, их КПД не более 16%. Они менее долговечны, но долговечность установки из поликристаллических панелей определяется даже на несколько десятков лет. Это более дешевая альтернатива монокристаллическим элементам.

Если не хотите слишком много тратить на покупку панелей, можно выбрать модель из аморфных кремниевых элементов. Она имеет высокий начальный КПД, который, однако, относительно быстро падает во время работы. Для достижения указанной мощности всей фотоэлектрической установки панели из аморфного кремния должны иметь большую площадь поверхности, чем моно- или поликристаллические.

Особенности монтажа

От правильной установки солнечных батарей во многом зависит их эффективность. Если вы решили осуществить монтаж солнечных батарей для дома своими руками, для начала, необходимо определиться с их расположением:

Затененность.

Избегайте тени от деревьев и рядом стоящих построек, в противном случае эффективность установки будет крайне мала и может не окупиться.

Близко расположенные деревья помешают работе установки

Ориентация.

Идеальный вариант – южная сторона.

Угол наклона.

Угол наклона желательно выставлять равным вашей широте. Эта величина является приблизительной и подлежит корректировке в разное время года (достаточно два раза в год).

Иногда угол наклона батареи не совпадает с углом кровли

Возможность доступа.

Поверхность солнечных панелей необходимо чистить от грязи, пыли и снега. Если этого не делать, КПД будет стремительно уменьшаться.

Очистка возможно при помощи современного оборудования

Выбрав место, можно переходить к монтажу. Внимательно ознакомьтесь с инструкцией, ведь в случае ошибки, устройство не будет работать достаточно эффективно.

Наиболее распространённый вариант установки – на крыше. Большинство панелей монтируются по следующей схеме:

  1. Монтаж профиля.
  2. Установка на него панелей при помощи болтов.

Сложным монтаж солнечных батарей назвать нельзя, однако он требует определенных знаний и навыков. Поэтому, если вы не уверены в своих силах, стоит обратиться к профессионалам.

Для того, чтобы лучше разобраться в нюансах монтажа, советуем посмотреть тематическое видео:

Корпус

Последним важным показателем является корпус солнечной батарее, он должен отвечать следующим качествам:

  1. Прочность.
  2. Легкий вес.
  3. Стойкость к погодным условиям.
  4. Стойкость к перепадам температуры.
  5. Долговечность.
  6. Невысокая цена.

Далее обращаем внимание на стекло, оно можно быть следующего типа:

  1. Оргстекло. Оно пропускает 92% света, маленькая масса и довольно низкая стоимость. Но, есть и большой недостаток, при больших нагрузках (солнечному свечению) оно может выйти из строя и деформироваться.
  2. Поликарбонат. Пропускная способность 90%, не деформируется, имеет низкую стоимость. Однако такое стекло используется редко, ведь при перепадах температуры мутнеет и перестает пропускать свет в нормальном количестве.
  3. Стекло. Сейчас это лучший вариант, пропускная способность 98%, цена самая низкая. Минуса можно назвать два: хрупкость и большой вес.

Интересная статья по теме: Ветровая электроэнерния для дома: правда или ложь.

Опыт использования солнечных вакуумных коллекторов из других стран

Sub**r, Беларусь

С октября до Нового Года вода в накопителе больше 16 градусов не нагревалась, коллектор задуло снегом, говорят, что установлен неправильно. 7 января на улице было -32, но датчики и контроллер показали, что к 12 дня вода нагрелась до +30. Наверное, мало трубок поставил, у нас на бак в 200 литров лучше 30-40 устанавливать.

Собирал все сам, может есть и просчеты, но думаю, что продавцы оборудования лукавят с эффективностью. Хотя для меня это скорее эксперимент, цена и сроки окупаемости не совсем радуют.


9eb8830d456fc3e23a515ef9402c382a.jpe

I***rs

Решили заняться продажей солнечных коллекторов и протестировать вакуумный. Поставили коллеге в частном доме. Выбрали из расчета необходимости – для горячей воды, с раздельным баком, который установлен внутри дома. Бак на 135 литров, один коллектор на 12 трубок 58 мм диаметром и 1800 мм длиной.

«Владелец» доволен, так как бак, коллектор, контроллер и блок управления дали ему бесплатно. Остальные расходники сотрудник докупал сам.

С июля до середины октября коллектор нагревал один бак за день до 50 градусов, если постоянно было солнечно – 2 бака. То есть, 135 и 270 литров соответственно. Зимой нагрев идет весьма эффективно, судим по количеству срабатываний насоса на прокачку. С установкой мы ошиблись – большая протяженность труб (около 30 метров), а значит и большие потери. Да и установка датчика неправильная – поставили в коллекторе, а не в баке. Вообще в идеале нужно два ставить, чтобы коррелировать данные через контроллер.

Дмитрий, Беларусь (переслано из комментариев)

Поставили недалеко от дома два вакуумных коллектора по 24 трубки. Для отопления маловато, но на горячую воду хватает. Вода – просто кипяток. Монтажники помогли подключить к системе отопления для подогрева воды, после чего до нужных 70 градусов газовым котлом.

Экономия налицо, расход газа упал на 30-40%. Пройдет зима, посчитаем окупаемость. Единственная проблема – поставили под углом 45 градусов. Подняли в положение ближе к вертикали – производительность выросла. Но температура нагрева зависит от облачности. Также влияют туманы по утрам – в такие дни медленнее прогревается бак. А так, вполне довольны.

Уровень инсоляции в моём районе

Живу я в Краснодарском крае, в посёлке городского типа Ахтырский. Приехал я сюда в 2002 году из города Стрежевой, Томской области. Об этом написано в статье “Об авторе”.

Недавно узнал, что город Краснодар находится на 45 параллели. Чем же она примечательна? Эта параллель является равноудалённой от Северного полюса и экватора, что определяет очень благоприятный климат. Другое её название – “Золотая параллель”.

На этой широте находятся такие известные города мира: американский Миннеаполис и итальянский Турин, канадская Оттава и французский Бордо. Наверно поэтому вина Фанагории соперничают с французскими винами. На этой же параллели расположен и посёлок Ахтырский. 

В Краснодаре на улице Захарова, рядом с торговым центром “Сити Центр” установлен знак о нахождении г. Краснодара на этой параллели. Он представляет из себя трёхметровый земной глобус из гранита на котором отмечены перечисленные выше города. Рядом со знаком находиться памятная доска на которой написано, что он установлен в честь 175-летия Русского географического общества и передан в дар жителям Краснодара компанией “Магнит”.

45 параллель, памятный знак в Краснодаре

На этой же параллели расположен и посёлок Ахтырский в котором я проживаю.

Но вернёмся к нашей теме. Что же такое инсоляция?

В переводе на простой язык это значит как светит солнышко в определённом месте.

Для того, чтобы узнать какая инсоляция в разных регионах, воспользуемся данными On-line калькулятора солнечной энергии. Здесь мы получаем среднегодовую мощность за сутки и суммарную за год от солнечной панели мощностью 1 кВт.

Для разных регионов Европейской части России она выглядит так:

№ п/пГородСреднегодовая выработка электроэнергии, кВтч/суткиСуммарная выработка электроэнергии за год, кВтч
1Архангельск2,70984,86
2Вологда3,051111,51
3Ярославль3,101130,90
4Москва3,231178,28
5Воронеж3,381234,88
6Ростов-на-Дону3,751369,05
7Волгоград3,781379,48
8Сочи4,001458,67
9Астрахань4,041474,22
10Махачкала4,241546,78

Из приведённых данных видно, что уровень инсоляции возрастает от северных регионов к южным, что вполне ожидаемо.

На карте указано место в котором я проживаю

В месте расположения моего дома среднегодовая выработка электроэнергии от солнечной панели мощностью 1 кВт составляет 3,91 кВтч/сутки, а за весь год – 1426,33 кВтч. По сравнению с Махачкалой, где самый высокий уровень инсоляции, это на 7,8% меньше, а  с Сочи на 2,2% меньше, что не так уж и много.

График выработки электроэнергии от солнечной панели 

Разница между июлем – самым производительным по электроэнергии месяцем и декабрём – самым низким, получается в 3,1 раза. Все эти выкладки интересны, но надо на практике проверить как работает солнечная батарея и будет ли от неё толк.

Принцип работы солнечной батареи

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

Элемент представляет собой «бутерброд» и пластинок кремния, разделенных стандартным (для радиодеталей) переходом. Секрет в том, что кремниевые части имеют различный тип:

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

Это интересно: Многие из стандартных радиокомпонентов также могут вырабатывать электроэнергию при воздействии яркого света. Просто КПД настолько мизерный, что использовать их в качестве источника тока бессмысленно.

К слою кремния N-типа добавляется фосфор. В состоянии покоя такая смесь дает избыток электронов с естественным отрицательным зарядом.

P-тип «обогащен» бором, что создает дефицит отрицательных зарядов (так называемый эффект электроновых дыр).

Соответственно, к N-слою подключается отрицательный электрод (для снятия электротока), а к P-слою — положительный.

Из законов физики мы знаем, что в P/N переходе присутствует электрической поле. Под воздействием на отрицательную панель солнечных фотонов, в переходе происходит интенсивное разделение отрицательных и положительных частиц. «Минусы» накапливаются в верхнем слое, а «плюсы» в нижнем. В результате, солнечный бутерброд превращается в обычную батарейку с накопленным зарядом. Если к электродам подключить потребителя энергии — возникает электроток.

Естественно, заряд в таком источнике моментально исчезает, но его тут же восстанавливает солнечный свет. Таким образом, пока фотобатарея интенсивно бомбардируется фотонами, мы имеем достаточно производительную мини электростанцию.

Современные батареи могут работать даже при отсутствии прямых солнечных лучей (например, при сплошной облачности). Естественно, интенсивность выработки электроэнергии при этом снижается. Но при отсутствии света (даже луна не способна «пробудить» батарею), процесс останавливается. Поэтому рассматривать фотопанели отдельно, как источник электроэнергии нельзя. Схема подключения солнечных батарей обязательно включает в себя буферное устройство: аккумулятор энергии.

Кроме того, вырабатываемый ток нестабилен, поэтому для организации энергоснабжения объекта требуется управляющий контроллер. Разумеется, если вы используете мобильную фотобатарею для подзарядки смартфона в многодневном походе, такие технологии не требуются. А для строительства индивидуальной электростанции требуется комплект периферийных устройств.

Как рассчитать необходимую мощность солнечных батарей

При выборе гелиопанелей мощность выступает одним из основных параметров данного оборудования, сказывающемся на его стоимости. Подобрать для домашнего использования по данному критерию модуль (соответственно прочие комплектующие) можно несколькими способами:

  • определив суточное (почасовое) электропотребление всех имеющихся дома потребителей электроэнергии;
  • по величине потребляемой электроэнергии (определяется по электросчетчику).

Чтобы определить суточное потребление электроэнергии домашними электроприборами, необходимо составить их перечень с указанием потребляемой мощности. После следует записать часы (период) и время работы каждого устройства в течение дня.

Умножением времени использования прибора на его мощность удастся рассчитать электропотребление в сутки. Суточное потребление электроэнергии получится сложением потребления всех единиц электрооборудования.

Солнечные панели за световой день по производительности должны покрывать рассчитанную суточную величину электропотребления. Желательно создать запас по мощности примерно 20 %.

Для проведения расчетов удобно все данные занести в таблицу. Её пример:

Пример таблицы для расчета электропотребления

Следует учитывать наличие пиковых часов энергопотребления, чтобы оптимизировать скачки нагрузки путем отключения ненужных во время пика электроприборов. Их поможет выявить записанное потребление по приборам.

По показателям счетчика требуемая мощность панелей рассчитывается упрощенным способом (например, потребление 210 кВт за 30 дней) в следующей последовательности:

  • 210 кВт/30 дней = 7 кВт – средний дневной расход, а 7000 Вт/24 часов = 292 Вт (округленно) – это среднечасовое потребление;
  • затем величину среднего потребления за день (7 кВт) необходимо разделить на усредненную продолжительность светового дня по региону (определяется широтой местности) – это даст требуемую производительность электростанции в час.

Изложенные выше способы позволяют получить усредненные данные. Более точную информацию даст учет в расчетах среднего числа солнечных дней в каждом месяце, средней продолжительности светового дня по месяцам года, потерь в цепи.

Дом с потребителями электроэнергии

Рассчитав величину электропотребления жилья удобным способом, можно приобрести готовые солнечные электростанции заводского производства либо самостоятельно собрать схему. В последнем случае понадобится правильно подобрать по мощности, рабочему напряжению и способу функционирования аккумулятор, инвертор, контроллер. Цены на устройства варьируются в широком диапазоне. Они зависят от эксплуатационных характеристик и вида оборудования, производителя. Поэтому в вопросе выбора большая роль принадлежит личным финансовым возможностям.

В нижеследующем видеоролике на примере с расчетами показан выбор солнечных панелей и других устройств, необходимых для создания домашней электростанции:

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий