Плюсы и минусы СЭС
Солнечные генераторы имеют массу достоинств. Главным из них является экологическая чистота для окружающей среды.
Плюсы солнечных электростанций:
- Солнечная энергия постоянно возобновляется;
- СЭС не причиняет вред окружающей среде;
- Независимость от центральной подачи электричества;
- Полная автономность системы;
- Длительный срок эксплуатации;
- Бесплатный энергетический ресурс.
Роль человека в получении электричества в данном случае сводится к нулю. Выработка энергии таким способом имеет и минусы. Покупка оборудования потребует серьезных вложений. Кроме этого необходимо приобрести аккумулятор, так как в ночное время СЭС не производит выработку электричества. Установка оборудования требует дополнительной площади. Она может осуществляться на земле, крыши дома, стене здания. К недостаткам можно отнести необходимость очищать отражающую поверхность от пыли и загрязнений, а также нагрев атмосферы над поверхностью оборудования. Мощность вырабатываемого тока напрямую зависит от погодных условий.
Если рационально подходить к вопросу установки солнечных батарей, необходимо учесть некоторые нюансы:
- Проанализировать много ли солнечных дней в предполагаемом районе;
- Уточнить возможность подключения к центральной сети;
- Выяснить, как часто бывают перебои электричества;
- Решить, приборы какой мощности будут использоваться в быту.
Достаточно много достоинств и недостатков у СЭС, однако природные ресурсы не вечны и станции на солнечной энергии смогут стать достойной заменой привычным ресурсам.
Схема солнечной электростанции: на что обратить внимание при покупке
Автономная СЭС для частного сектора наиболее востребована для резервного электроснабжения частного сектора.
Схема тепловых батарей представляет единый блок со съемной крышкой, состоящий из элементов:
- Фотопанели для создания тока;
- Накопительный аккумулятор;
- Инвертор, для преобразования тока;
- Контроллер заряда, способствует накоплению ресурсов в аккумуляторе.
При выборе генератора, необходимо обратить внимание на некоторые нюансы. Количество солнечных батарей подбирают в соответствии с нагрузкой, необходимой продолжительности работы и географического расположения объекта
Провода должны быть оснащены водонепроницаемыми коннекторами. При выборе контролера заряда лучше остановиться на современном приборе МРРТ. Выключатель постоянного тока является важным элементом. Во-первых, он защищает контролер от выгорания. Во-вторых, позволяет безопасно производить обслуживание комплекса, которое необходимо обеспечивать как минимум 2-3 раза в год.
Виды солнечных электростанций
В зависимости от потребностей объекта существуют различные типы солнечных электростанций (СЭС) и источников бесперебойного питания (ИБП). «Мосэнергосбыт» предлагает для установки следующие решения:
- сетевые СЭС;
- автономные СЭС;
- гибридные СЭС;
- системы резервного питания на базе АКБ с функцией ИБП (сетевые, без использования солнечной энергии).
Комплекты оборудования в каждом случае могут различаться и подбираются индивидуально в зависимости от потребностей заказчика. Наши специалисты обязательно проконсультируют вас перед покупкой и помогут подобрать наиболее выгодное предложение.
Виды кремниевых батарей
Наиболее популярными являются кремниевые батареи. Они отличаются долговечностью и качественной работой. Их различают два вида: монокристаллические и поликристаллические.
Виды пленочных батарей
Теперь рассмотрим виды солнечных батарей пленочного типа. Пленочная панель достаточно недавно появилась в сфере получения альтернативной солнечной энергии. На сегодняшний день они не пользуются большой популярностью, в том числе и из-за высокой стоимости, но имеют свои преимущества. Они бывают нескольких типов. Рассмотрим каждый из них: на основе теллурида кадмия и на основе Cigs.
Устройство и принцип работы солнечных панелей
Принцип работы солнечной батареи
Первый вопрос, который волнует владельцев частных домов: «Как работает солнечная батарея для электроснабжения?». Давайте разбираться. Принцип функционирования заключается в эффекте полупроводников. Кремний отлично справляется с этой задачей
Однако важно понять, как возникает эффект полупроводников при нагревании панелей
Фотоэлементы являются полупроводниками. А любой полупроводник — это такой тип материала, в атомарной структуре которого либо есть лишние электронные пары, либо их нет. Исходя из этого можно классифицировать полупроводник как материал, состоящий из двух слоев с разной проводимостью. Именно они и выступают в качестве катода (n) и анода (p) при подключении полупроводника (а в нашем случае фотоэлемента) в электрическую цепь.
Затем электроны переходят в цепь и проходя через нагрузку (аккумулятор) накапливают энергию, которая в свою очередь может быть потрачена на освещение, обогрев или работу тех или иных электроприборов.
Принцип работы солнечной электростанции для жилого дома
Разумеется, один фотоэлемент вырабатывает сравнительно небольшое количество энергии, поэтому солнечная батарея для частного дома должна быть многофункциональной. Это модули из множества фотоэлементов, объединенных в общую цепь – панель.
Также важно помнить, как правильно крепить модуль на крышу дома. Размещать панели нужно на хорошо освещенном участке, на балконе, веранде или прилегающей территории
Размещать панели нужно на хорошо освещенном участке, на балконе, веранде или прилегающей территории.
Рассмотрим устройство солнечных батарей. В панели каждый фотоэлемент крепится в своей ячейке, чтобы была возможность легкой замены в случае поломки или выхода из строя отдельных блоков разной мощности. Сама конструкция для защиты от факторов окружающей среды, а также механического или иного физического воздействия покрывается прочной пластмассовой пластиной или каленым защитным стеклом.
Плюсы и минусы солнечных электростанций
Описанные ниже преимущества и недостатки в равной степени справедливы для стационарных электростанций большой мощности и небольших портативных.
Плюсы
- Фотоэлектрические панели улавливают свет, даже когда на небе тучи. Они могут улавливать лучи, недоступные для нашего глаза. Таким образом, электростанция работает беспрерывно;
- Есть возможность комбинировать получение энергии из нескольких источников. Обычно применяют ветро─солнечные батареи, сочетающие возможности обоих типов электростанций. Такая связка может функционировать практически беспрерывно без оглядки на внешние факторы;
- Мобильные электростанции имеют небольшие габариты и могут использоваться для обеспечения электроэнергией дома;
- Средний срок службы оборудования СЭС составляет 30─50 лет. При подключении накопительных аккумуляторов, энергия может быть запасена днём и затем использоваться ночью;
- Солнечная энергия бесплатна;
- Солнечные электростанции надёжны, долговечны и дешёво обходятся в обслуживании.
Минусы
- Нельзя использовать фотоэлементы ночью. По этой причине нужно использовать накопительные аккумуляторы;
- Не во всех климатических зонах солнечные электростанции имеют одинаковую эффективность;
- СЭС имеют низкий КПД. В большинстве случаев он составляет 20 процентов. То есть, остальные 80 процентов солнечной энергии теряются. Если сравнивать с другими альтернативными электростанциями, то ветряные имеют КПД до 40, а приливные ─ до 70 процентов.
Производители солнечных станций для максимальной эффективности своих систем рекомендуют использовать гибридные системы, преобразующие энергию солнца в тепловую и электрическую.
Сетевая СЭС: как это работает
Сетевая солнечная электростанция не заменяет централизованное электроснабжение, а работает параллельно с ним. Когда поступление энергии от солнца достаточное, приоритет имеет солнечная электростанция; ночью или в плохую погоду снабжение дома электричеством берет на себя централизованный источник. Сетевые СЭС, в отличие от автономных, не комплектуются аккумуляторными батареями, но при необходимости такую СЭС можно оснастить и ими – это несложно, а получившаяся в результате конфигурация электростанции будет называться гибридной.
Упрощенная схема работы сетевой солнечной электростанции
СЭС башенного типа
Башенные гелиостанции работают по тому же принципу, что и тарельчатые. Основу системы составляет башня, достигающая в высоту 18-24 м. Ее располагают по центру всей установки. Составляющие башни:
- Резервуар, наполненный водой. Чтобы поглощать максимум солнечного излучения, он покрашен в черный цвет..
- Насосная группа. Образующийся пар нужно доставить на турбогенератор, что и делает насос.
Вторая составляющая станции – гелиостаты, которые окружают башню. За счет включения в общую систему позиционирования зеркала подстраиваются под положение солнца, меняя свою ориентацию. Температура в резервуаре достигает 700 °C в яркую солнечную погоду, а КПД – 20%.
Разновидности электростанций
Современные солнечные панели классифицируют, в основном, базируясь на таких факторах:
- механизм преобразования энергии;
- общее количество фотоэлектрических деталей и их расположение;
- уровень мощности.
Внешний вид этих электростанций может быть классическим, либо созданным по индивидуально составленному проекту для конкретной жилплощади.
Мощность можно назвать ключевым критерием, на который обращают внимание при выборе модели. Уровень мощности, которую вырабатывают солнечные панели, зависит, прежде всего, от уровня солнечной радиации. Электростанции делятся на такие виды:
Электростанции делятся на такие виды:
- автономные;
- мини;
- сетевые.
Автономная
Такой тип СЭС складывается из следующих компонентов:
- аккумулятора;
- зарядного устройства;
- инвертора;
- подключения к дому;
- распределителя с предустановленной защитой;
- солнечной панели.
Солнечная батарея подключается к аккумулятору посредством контроллера. Затем к аккумуляторам подсоединяется инвертор, переводящий постоянный ток в переменный. Такие электростанции незаменимы в той местности, где полностью отсутствует сеть.
Принцип работы солнечных панелей
Подавляющее большинство солнечных панелей являются в физическом смысле фотоэлектрическими преобразователями. Электрогенерирующий эффект возникает в месте полупроводникового p-n перехода.
Именно кремниевые пластины составляют основу себестоимости солнечных панелей, но при их использовании в качестве круглосуточного источника электроэнергии придется дополнительно купить дорогостоящие аккумуляторные батареи
Панель состоит из двух кремниевых пластин с различными свойствами. Под действием света в одной из них возникает недостаток электронов, а в другой – их избыток. Каждая пластина имеет токоотводящие полоски из меди, которые подсоединяются к преобразователям напряжения.
Промышленная солнечная панель состоит из множества ламинированных фотоэлектрических ячеек, скрепленных между собой и закрепленных на гибкой или жесткой подложке.
КПД оборудования зависит во многом от чистоты кремния и ориентации его кристаллов. Именно эти параметры пытаются улучшить инженеры последние десятилетия. Основной проблемой при этом является высокая стоимость процессов, которые лежат в основе очищения кремния и расположения кристаллов в одном направлении на всей панели.
Ежегодно максимальные КПД различных солнечных панелей изменяются в большую сторону, потому что в исследования новых фотогальванических материалов вкладываются миллиарды долларов (+)
Полупроводники фотоэлектрических преобразователей могут изготавливаться не только из кремния, но и из других материалов – принцип работы батареи при этом не изменяется.
Солнечная энергетика для частных домов
Буквально несколько лет назад возможность полностью автономного энергоснабжения дома за счет солнечных батарей казалась нам чем-то из разряда фантастики. Однако сегодня технологии не стоят на месте, эффективность генерации электроэнергии неизменно увеличивается, стоимость оборудования снижается, что и позволяет многим домовладельцам при помощи таких батарей полностью решить проблемы с энергоснабжением частных домов.
Большой популярностью пользуются солнечные станции в странах Западной Европы, где стоимость киловатт-часа потребленной энергии чрезвычайно высока. Поэтому многие домовладельцы в целях экономии устанавливают у себя на крыше частного дома солнечные панели, которые полностью покрывают их потребности в электричестве.
Многим из нас сложно понять, какой мощности солнечную электростанцию необходимо использовать и в какую сумму обойдется установка такого оборудования. При выполнении расчетов необходимо исходить в первую очередь из общих показателей потребления электроэнергии частным домом. Так, для дачного домика, где используется лишь несколько электроприборов, работает небольшой холодильник и телевизор, будет достаточно солнечной батареи мощностью в 250 Вт. А вот для создания полноценной станции необходима мощность панели на уровне 1000 Вт и более.
В странах Запада, где на законодательном уровне закреплена возможность домовладельца продавать электроэнергию государству, домовладелец может сбрасывать электричество в общую сеть, а в последующем отбирать его по такой же льготной цене из общей сети, соответственно использовать аккумуляторы не требуется. Это позволяет существенно снизить общую стоимость обустройства в частном доме полностью автономной станции генерирования электроэнергии, которая покрывает все потребности домовладельца в энергии.
Простейшие установки солнечных станций, которые имеют батареи и контроллер, предназначающиеся для электроснабжения дачных домиков, будут иметь стоимость порядка 60−80 тысяч рублей. А вот для обеспечения электроэнергией частного дома площадью 200−300 квадратных метров, где проживают круглый год, потребуется мощность станции в тысячу Ватт и более. Такая система в обязательном порядке оснащается аккумулятором, что приводит к существенному увеличению стоимости оборудования. В среднем приобрести качественную солнечную станцию, построенную на надежных компонентах, обойдется в сумму в 400−600 тысяч рублей и более.
Как выбрать надежную электростанцию для дома
На что обратить внимание при подборе нужной электростанции:
Вы должны знать показатель максимальной потребляемой энергии бытовыми приборами одномоментно с учетом прибавки на пусковую мощность
В соответствии с этим подбирается тип фотоэлементов электростанции.
Вы должны рассчитать максимальную суточную нагрузку потребления энергии (в Вт/час).
При выборе готовых солнечных электростанций нужно учитывать время использования агрегата: круглогодично или сезонно.
Также вы должны заранее поинтересоваться у местной метеослужбы о среднегодовой и среднемесячной гелио активности.
Выбор фотоэлементов зависит от показателей суммарной потребляемой энергии.
При выборе аккумуляторов после расчета солнечной электростанции для дома обратите внимание на низкий показатель уровня саморазряда: модуль должен сохранять энергию минимум четыре дня. Наиболее подходящими являются аккумуляторы GEL
Их особенность — неприхотливость в сложных условиях эксплуатации. Они меньше подвержены воздействию неблагоприятных моментов, чем аккумуляторы AGM.
Выбор инвертора зависит от количества приборов с высокой пусковой мощностью. Если таких приборов много, то следует подобрать синусоидный инвертор, причем, мощность инвертора должна перекрывать пусковую мощность приборов. Допустим, одномоментно потребляемая мощность — 600 Вт при максимальной пусковой в 2 000 Вт, следовательно, вы подбираете инвертор с показателем постоянной величины 650 Вт и пусковой — больше 2 000 Вт.
Для правильного выбора контроллера необходимо разделить мощность фотоэлементов (батарей) на напряжение аккумуляторов. В этом случае мы получим максимальный показатель зарядного рабочего тока, который должен выдерживать контроллер.
Реальная Эффективность
В реальных условиях эффективность работы солнечной панели зависит от многих внешних факторов. В зависимости от местных условий окружающей среды эти различные факторы могут снизить эффективность панели и общую производительность системы. Основные факторы, влияющие на эффективность солнечной панели, перечислены ниже:
- Освещенность (Вт/м2)
- Затенение
- Ориентация панели
- Температура
- Местоположение (широта)
- Время года
- Пыль и грязь
Факторами, оказывающими наибольшее влияние на эффективность панели в реальных условиях, являются освещенность, затенение, ориентация и температура.
Приведенные выше кривые мощности показывают взаимосвязь между излучением и выходной мощностью панели.
Уровень солнечного излучения , измеряемый в ваттах на квадратный метр (Вт/м2), зависит от атмосферных условий, таких как облака и смог, широты и времени года. Естественно, если панель полностью затенена, выходная мощность будет очень низкой, но частичное затенение также может иметь большое влияние не только на эффективность панели, но и на общую эффективность системы. Например, небольшое затенение нескольких ячеек на одной панели может снизить выходную мощность на 50% и более, что, в свою очередь, может снизить мощность всей цепочки на аналогичную величину, поскольку большинство панелей соединены последовательно, и затенение одной панели влияет на всю цепочку
Поэтому очень важно попытаться уменьшить или устранить затенение, если это возможно
К счастью, существуют дополнительные устройства, известные как оптимизаторы и микроинверторы, которые могут уменьшить негативное влияние затенения, особенно когда затеняется лишь небольшое количество панелей.
Видео описание
На видео показано, как выбрать инвертор для частного дома: На общую стоимость солнечных батарей для частного дома влияют и преобразователи. В зависимости от формы сигнала напряжения на выходе существует несколько видов их видов, которые различаются применением и стоимостью:
- С синусоидальным сигналом. Создают ток высокого качества, что сказывается на их стоимости. От них работают крупные бытовые приборы: холодильники, котлы, кондиционеры.
- Прямоугольным. К этим недорогим инверторам подключают осветительные приборы. Большинство домашних бытовых приборов с ними несовместимы.
- Псевдосинусоидальным. Их преимуществом является возможность подключения практически всей домашней техники. Но качество сигнала снижено по сравнению с первым видом, поэтому они стоят дешевле.
Ребристая форма инвертору нужна для максимально эффективного охлаждения Источник superfb.site
Достаточное ли количество электроэнергии будет генерировать домашняя солнечная электростанция?
Для ответа на третий вопрос, перед началом проектирования солнечной установки определяет профиль энергопотребления дома. Его можно записать установив на объекте счетчик электроэнергии с функцией сохранения текущих параметров: напряжения сети, потребляемого тока, текущей потребляемой мощности, частоты. Через месяц, вы можете оценить свой профиль потребления со средними, максимальными и минимальными значениями параметров.
Если такой прибор отсутствует, то профиль энергопотребления можно оценить так: потребуется записать все приборы, которые могут использоваться в доме и смоделировать возможные варианты их ежедневного использования. После этого, вооружившись калькулятором, вы сможете рассчитать суточное потребление электричества и пиковые значения мощности.
Существенную роль играет регион, где расположено здание. Энергия, достигающая поверхности Земли, в зависимости от региона, может изменяться от более, чем 5 кВтч/м2/день до 1,5 кВтч/м2/день и менее.
Если максимальное потребление приходится на светлое время суток, то для обеспечения достаточности генерируемого электричества нужно разделить максимальную потребляемую мощность на мощность одной панели солнечных элементов. Тип и характеристики панелей известны из каталогов производителей. Нужно учитывать, что характеристики солнечных панелей приведены при их максимальной освещенности – поправка на региональный коэффициент обязательна. Зимний период, когда батареи покрыты снегом не учитывается.
Такой расчет не учитывает следующую особенность: В течении дня, установка будет всегда генерировать избыточное количество энергии, а ночью, по понятным причинам, генерация будет равна 0.
Аккумуляторные батареи с одной стороны увеличивают общую стоимость системы, с другой стороны, позволяют уменьшить количество панелей солнечных элементов за счет накопления энергии в периоды меньшего энергопотребления.
Для расчета банка АКБ нужно ответить на следующие вопросы:
- Предполагается ли система полностью автономной?
- В случае, если система не автономна, то какой максимальный возможный срок перерывов в электроснабжении.
Максимальное потребление в кВт часах умножается на количество часов без основного источника (нужно учитывать, что в момент отключения солнца может и не быть). На основе этих данных можно рассчитать емкость банка АКБ. Разрядка АКБ до 0 сокращает срок их службы, поэтому в расчете вводят коэффициент показателя максимального разряда, например, он может быть 50, 40 или 30 %. Чем меньше максимальный показатель разряда, тем большее количество АКБ потребуется.
Виды и особенности применения
Желание сохранить планету для потомков, не нарушая ее экологического равновесия заставляет людей вместо привычных источников питания, работающих на природных ископаемых, искать альтернативные способы получения энергии. Одним из них является использование солнечных автономных электростанций, которые подразделяются на следующие виды:
- Автономные;
- Полноценные;
- Гибриды.
Первые считаются одними из самых популярных на современном этапе развития. Они отличаются небольшими размерами, простотой эксплуатации, способны обеспечить непрерывную работу бытовой техники.
Полноценные солнечные электростанции предназначены для населенных пунктов в которых отсутствует централизованная электросеть. Они не только вырабатывают постоянный или переменный ток из солнечной энергии, но и способны накапливать ее, отдавая затем в темное время суток. Такую солнечную электростанцию можно купить для круглосуточного использования.
