Солнечная батарея для дачи — экономичное решение энергии

Солнечная батарея для дачи — экономичное решение энергии

Главная » Дача » Солнечная батарея для дачи — экономичное решение энергии

Наконец то вы приобрели заветные шесть «соток». Но вот беда, в садоводческое товарищество еще не подведена электроэнергия и неизвестно, когда она будет. Дачники мучаются без холодильников, телевизоров, света, долгими вечерами сидят при свечах. Нет, так жить нельзя! Нужно срочно что-нибудь придумать!

Солнечные батареи

Долгое время энергия солнца использовалась в солнцемобилях – экологически чистых транспортных средств, в которых световая преобразуется в электрический ток, питающий тяговый электродвигатель. Чтобы можно было ездить на солнцемобилях в пасмурную погоду и в темное время суток, на них устанавливают накопители энергии – аккумуляторы, заряжаемые днем прямо от солнца. По аналогичному принципу работают дачные солнечные генераторы.

В комплект солнечной батареи для дачи входит: два-три солнечных модуля размером 1-1,4 м, номинальной мощностью 60-80 Вт и напряжением 15,5 В, разместите их на крыше своей «бытовки» и соедините с автомобильным аккумулятором емкостью 90 А.ч. К аккумулятору через инвертор (преобразователь постоянного тока в переменный) подключите небольшой холодильник, электролампочку и переносной телевизор. И когда вечером загорелся голубой экран, на свет в вашем окошке потянутся соседи.

«Солнечная крыша» на вашей «бытовке» по сути дела представляет собой полностью автономную миниэлектростанцию. Подобные солнечные батареи для дачи разной мощности в последние годы получают все большее распространение более чем в 70 странах, где приняты государственные программы развития экологически чистой, позволяющей сохранять невосполнимые природные ресурсы гелиоэнергетики – от северной Скандинавии до выжженных беспощадным солнцем австралийских пустынь.

В условиях Дальнего Востока и средней полосы России солнечные батареи для дачи площадью 15-20 кв. м вырабатывают 1,5-2 тыс. кВт/ч электроэнергии в год и имеют гарантийный срок службы не менее 10 лет. Две трети этой энергии получают в наиболее важное для дачников летнее время и одну треть — в зимний период.

Во многих странах индивидуальные солнечные батареи на дачу 3 квт строят даже там, где дома подключены к электросетям общего пользования. Дневной избыток электроэнергии направляется в сеть общего пользования. После захода солнца энергия возвращается владельцу солнечной электростанции, причем вечером и ночью, когда электростанции недогружены, электроэнергию часто получают по льготному ночному тарифу. Электронные счетчики бдительно следят за тем, чтобы он оплачивал лишь разность между потребленной и отданной в сеть электроэнергией.

Даже совсем маленькая гелиоэлектрическая установка может найти разнообразное, подчас весьма оригинальное применение на приусадебном участке. Пример — светильники на солнечных батареях для дачи, установив такой, даже в темное время ваша лужайка будет ярко освещена.

Батареи могут заряжать аккумуляторы, которые вечером будут питать декоративные солнечные светильники для дачи со светодиодными или люминесцентными лампами, освещающие достопримечательность вашего сада. Дополнительные фотоэлементы смогут включать светильник над любимой клумбой или на разветвлении садовых дорожек только при приближении к нему хозяев и их гостей. Если же вы опасаетесь визита непрошеных гостей, включите в электросхему гелиоустановки звуковой сигнал тревоги.

Новая форма дачных батарей

Несмотря на свою благородную задачу, освоение чистой энергии, солнечные батареи не отличаются разнообразием форм и внешней эстетикой. Брюссельские энергетики планируют изменить ситуацию и выпустить солнечные батареи необычной, сферической формы. Они могут собирать и аккумулировать солнечный свет со значительно большей эффективностью, что позволит на 99% сократить площадь батарей, сохраняя прежний уровень мощности. К тому же, их можно устанавливать в большем количестве мест, чем плоские аналоги.

Каждый в детстве проделывал опыт, когда луч света фокусируется через увеличительное стекло на бумагу, и она загорается. Этот принцип действия решил использовать немецкий архитектор Андре Броссел. Он заменил бумагу фотоэлементом, линзу — на сферу, и поставил ее на ось, с помощью которой отслеживается движение солнца.

В результате испытаний выяснилось, что шаровидное устройство способно собирать энергию солнечного, лунного и, даже, других, незначительных источников света. Система фокусировки позволяет генерировать энергию светового луча в 4 раза слабее, чем нужно для традиционных солнечных батарей. Поэтому устройство может работать и в пасмурный день, и ночью. Система автоматической ориентации позволяет сфере все время «поворачиваться» за солнцем, значит и фотоэлементу постоянно находиться в фокусе светового луча.

Будущее отросли

Затраты на фотоэлектрические установки сегодня достаточно высоки: 6-8 долларов США за 1 Вт установленной мощности. В 70-ых годах 1 Вт мощности фотоэлектрических модулей оценивался в 2-3 тыс. долларов США, а 10 лет назад – уже только в 25-30 долл.

Отечественные предприятия оборонной отрасли, раньше изготавливавшие солнечные батареи лишь для космических кораблей и искусственных спутников Земли, обладают интеллектуальным и материально-техническим потенциалом для массового производства долговечных фотоэлектрических модулей с высоким КПД, химических источников тока с большим сроком службы, электронных систем автоматического управления и контроля. Энергетические гелиоустановки представляют собой наукоемкую продукцию с новыми потребительскими свойствами, которую наша промышленность готова предложить как на внутреннем, так и на международном рынках. В Москве и Московской области, в Санкт-Петербурге и Краснодаре существуют госпредприятия и сравнительно недавно отпочковавшиеся от них фирмы, разрабатывающие и выпускающие фонари на солнечной батарее для дачи, фотоэлектрические установки бытового и производственного назначения номинальной мощностью от 100 Вт до 10 кВт.

Варианты использования солнечных батарей для экономии Ваших средств

Можно ли сэкономить при помощи солнечных батарей?
Этот вопрос мы слышим каждый день от наших клиентов и отвечали на него сотни раз.

Конечно, в каждом конкретном случае, у Вас дома, в квартире или на даче, в небольшой компании или на крупном производстве, ответ всегда индивидуален и зависит от многих факторов (тип электростанции, регион эксплуатации, сезонность эксплуатации, есть ли подключение к сети 220/380 Вольт, тип электрооборудования, наличие незатеняемого места для установки панелей и т.д.). Тем не менее, есть несколько основных вариантов применения солнечной энергии в быту и на производстве, которые мы рассмотрим и постараемся охватить большую часть Ваших вопросов.

Для получения электричества от Солнца применяются следующие 4 типа электростанций:

• резервная,
• автономная,
• гибридная,
• сетевая.

Резервная электростанция

При применении этого типа, речи об экономии не идет, т.к. подразумевается, что есть подключение к сети 220 Вольт, но бывают отключения электричества.

Этот тип используется только при отключении света на время от нескольких часов до 2-3 дней. На время, когда отключили электричество, самые нужные электроприборы (холодильник, освещение и т.п.) подключаются к инвертору, который берет энергию от аккумуляторов и солнечных батарей небольшой мощности (200-300 Вт).

Комплектация и стоимость резервной системы минимальна, но т.к. используется эта система не постоянно, то электроэнергия от нее получается достаточно дорогой. Но резервные системы и не устанавливают для экономии, т.к. их предназначение совсем другое — обеспечить самые важные электроприборы в доме или на даче электричеством, когда оно внезапно исчезло в розетке.

Автономная электростанция

При сроке полной окупаемости оборудования 20 лет, “стоимость электроэнергии” от автономной солнечной электростанции составит от 8 до 20 рублей за кВт*час в зависимости от комплектации системы и региона эксплуатации (если разделить стоимость оборудования на кол-во энергии, которое будет выработано за 20 лет). То есть, при текущей цене электроэнергии 4 руб./кВт*час, речи об экономии также не идет.

Этот тип электростанции используется там, где нет подключения к сети и если сравнивать её с бензо- или дизель-генератором, то применение автономной солнечной электростанции выгоднее примерно в 2 раза. Кроме того, она абсолютно бесшумна и не требует постоянного подвоза топлива, заправки и частого техобслуживания.

При этом нужно отметить, что в широтах России зимой получать электроэнергию только от Солнца очень дорого по причине малого количества солнечных дней. Поэтому, при необходимости круглогодичной эксплуатации, система обязательно дополняется бензогенератором, который периодически используется при длительном отсутствии Солнца.

Гибридная электростанция

Гибридная солнечная электростанция — это та же автономная, но с постоянным подключением к сети 220 Вольт.

Гибридная электростанция работает следующим образом: при наличии энергии от солнечных батарей, эта энергия используется в первую очередь, а при ее недостатке используется сеть. При такой работе, аккумуляторы, входящие в состав оборудования, используются не постоянно, что значительно увеличивает их срок службы по сравнению с автономной системой, в которой их нужно будет менять один раз в 3-5 лет.

При сроке полной окупаемости оборудования 20 лет, “стоимость электроэнергии” от гибридной солнечной электростанции составит от 6 до 15 рублей за кВт*час в зависимости от комплектации системы и региона эксплуатации. То есть, при постоянном росте тарифов, уже очень скоро в регионах с большим количеством солнечных дней будет выгодно применять данный тип электростанций.

Кроме того, используя гибридную электростанцию, Вы не только сэкономите в будущем, но и при отключении света (сети), не останетесь без электричества.

Сетевая электростанция

При сроке полной окупаемости оборудования 20 лет, “стоимость электроэнергии” от сетевой солнечной электростанции составит от 4 до 8 рублей за кВт*час в зависимости от комплектации системы и региона эксплуатации. То есть, при текущей цене электроэнергии 4 руб./кВт*час и при введении повышенных тарифов за электроэнергию сверх социальной нормы, Вы начинаете экономить уже сегодня!

Сетевая солнечная электростанция состоит всего из двух основных компонентов: сетевой инвертор и панели необходимой мощности (обычно от 500 Вт до 5 кВт).

Особенностью этого типа является то, что для работы обязательно необходимо наличие сетевого электричества, а также то, что электроэнергия вырабатывается только в светлое время суток. При отключении электричества, сетевой инвертор также отключается, т.е. Вы не сможете использовать энергию от солнечных батарей в случае, если у Вас отключат свет.

Этот тип электростанции не обеспечивает резерв и применяется только для экономии на оплате электроэнергии или для получения дополнительной мощности при подключении к сети с ограничением по мощности.

Все промышленные солнечные электростанции являются сетевыми.

Примечание: расчет стоимости электроэнергии приведен в ценах 2013 года. В расчет необходимо вносить корректировку исходя из отношения обменного курса рубля на сегодняшний день к 2013-у году..

Солнечные коллекторы и водонагреватели

Для получения тепловой энергии от Солнца применяются солнечные водонагреватели. Трубчатые вакуумные коллекторы, входящие в состав систем нагрева воды, имеют КПД 60-70%, что примерно в 4 раза превышает КПД солнечных батарей. Кроме того, самые простые модели солнечных водонагревателей представляют из себя моноблок и достаточно дёшевы.

По этим причинам, использование солнечных водонагревателей позволяет значительно сэкономить на оплате тепловой энергии уже сейчас и типичный срок их полной окупаемости составляет около 5 лет.

Надеемся, приведенная информация поможет Вам сделать выбор!

Солнечные батареи своими руками. Расчет и выбор солнечных элементов

Солнечные батареи редко рассматриваются в качестве единственного источника электроэнергии, тем не менее, целесообразность в их установке есть. Так, в безоблачную погоду правильно рассчитанная автономная система сможет обеспечивать электроэнергией подключенные к ней электроприборы практически круглые сутки. Впрочем, грамотно скомплектованные солнечные панели, аккумуляторы и вспомогательные устройства даже в пасмурный зимний день позволят значительно снизить затраты на оплату электроэнергии по счетчику.

Использую солнечные панели из элементов уже 2-й год. Был вынужден, так как в кооперативе, где мой гараж, очень надолго отключили свет. Собрал 2 шт. по 60 Ватт, контроллер купил и инвертер на 1500 Вт. Полная независимость просто окрыляет. И свет есть, и работа ручным инструментом доставляет удовольствие.

Правильная организация автономных систем электроснабжения на основе солнечных батарей – это целая наука, но, опираясь на опыт пользователей нашего портала, мы можем рассмотреть общие принципы их создания.

Что такое солнечная батарея

Солнечная батарея (СБ) представляет собой несколько фотоэлектрических модулей, объединенных в одно устройство с помощью электрических проводников.

И если батарея состоит из модулей (которые еще называют панелями), то каждый модуль сформирован из нескольких солнечных элементов (которые называют ячейками). Солнечная ячейка является ключевым элементом, который находится в основе батарей и целых гелиоустановок.

На фото представлены солнечные ячейки различных форматов.

А вот фотоэлектрическая панель в сборе.

На практике фотоэлектрические элементы используются в комплекте с дополнительным оборудованием, которое служит для преобразования тока, для его аккумуляции и последующего распределения между потребителями. В комплект домашней солнечной электростанции входят следующие устройства:

1. Фотоэлектрические панели – основной элемент системы, генерирующий электричество при попадании на него солнечного света.
2. Аккумуляторная батарея – накопитель электроэнергии, позволяющий обеспечивать потребителей альтернативным электричеством даже в те часы, когда СБ его не вырабатывают (например, ночью).
3. Контроллер – устройство, отвечающее за своевременную подзарядку аккумуляторных батарей, одновременно защищающее аккумуляторы от перезарядки и глубокого разряда.
4. Инвертор – преобразователь электрической энергии, позволяющий получать на выходе переменный ток с требуемой частотой и напряжением.

Схематично система электроснабжения, работающая от солнечных батарей, выглядит следующим образом.

Схема довольно проста, но для того, чтобы она эффективно работала, необходимо правильно рассчитать рабочие параметры всех задействованных в ней устройств.

Расчет фотоэлектрических панелей

Первое, что необходимо знать, собираясь рассчитывать конструкцию фотоэлектрических преобразователей (панелей ФЭП), это количество электроэнергии, которое будет потреблять оборудование, подключенное к солнечным батареям. Просуммировав номинальную мощность будущих потребителей солнечной энергии, которая измеряется в Ваттах (Вт или кВт), можно вывести среднемесячную норму потребления электроэнергии – Вт*ч (кВт*ч). А требуемая мощность солнечной батареи (Вт) будет определяться, исходя из полученного значения.

Для примера рассмотрим перечень электрооборудования, которое сможет обеспечивать энергией небольшая солнечная электростанция мощностью 250 Вт.

Таблица взята с сайта одного из производителей солнечных панелей.

Налицо несоответствие между суточным потреблением электроэнергии – 950 Вт*ч (0,95 кВт*ч) и значением мощности солнечной батареи – 250 Вт, которая при непрерывной работе должна генерировать в сутки 6 кВт*ч электроэнергии (что намного больше обозначенных потребностей). Но раз уж мы говорим именно о солнечных панелях, то следует помнить, что свою паспортную мощность эти устройства способны развивать только в светлое время суток (примерно с 9-ти до 16-ти часов), да и то в ясный день. В пасмурную погоду выработка электроэнергии также заметно падает. А утром и вечером объем электроэнергии, вырабатываемой батареей, не превышает 20–30% от среднесуточных показателей. К тому же, номинальная мощность может быть получена с каждой ячейки только при наличии оптимальных для этого условий.

Почему номинал батареи 60 Вт, а она выдает 30? Значение 60 Вт производители ячеек фиксируют при инсоляции в 1000Вт/м² и температуре батареи – 25 градусов. Таких условий на земле, а тем более в средней полосе России, нет.

Все это учитывается, когда в конструкцию солнечных панелей закладывается определенный запас мощности.

Теперь поговорим о том, откуда взялся показатель мощности – 250 кВт. Указанный параметр учитывает все поправки на неравномерность солнечного излучения и представляет собой усредненные данные, основанные на практических экспериментах. А именно: измерение мощности при различных условиях эксплуатации батарей и вычисление ее среднесуточного значения.

Когда узнаете объем потребления, выбирайте фотоэлектрические элементы, исходя из требуемой мощности модулей: каждые 100Вт модулей вырабатывают 400-500 Вт*ч в сутки.

Идем дальше: зная среднесуточные потребности в электричестве, можно рассчитать требуемую мощность солнечных батарей и количество рабочих ячеек в одной фотоэлектрической панели.

При осуществлении дальнейших расчетов будем ориентироваться на данные уже знакомой нам таблицы. Итак, предположим, что суммарная мощность потребления равна примерно 1 кВт*ч в сутки (0,95 кВт*ч). Как мы уже знаем, нам понадобится солнечная батарея, обладающая номинальной мощностью – не менее 250 Вт.

Предположим, что для сборки рабочих модулей вы планируете использовать фотоэлектрические ячейки с номинальной мощностью – 1,75 Вт (мощность каждой ячейки определяется произведением силы тока и напряжения, которые генерирует солнечный элемент). Мощность 144-х ячеек, объединенных в четыре стандартных модуля (по 36 ячеек в каждом), будет равна 252 Вт. В среднем с такой батареи мы получим 1 – 1,26 кВт*ч электроэнергии в сутки, или 30 – 38 кВт*ч в месяц. Но это в погожие летние дни, зимой даже эти значения можно получить далеко не всегда. При этом в северных широтах результат может быть несколько ниже, а в южных – выше.

Есть солнечные батареи – 3,45 кВт. Работают параллельно с сетью, поэтому КПД – максимально возможный:

Эти данные чуть выше средних значений, т. к. солнца было больше обычного. Если циклон затяжной будет, то выработка в зимний месяц может не превысить 100-150 кВт*ч.

Представленные значения – это киловатты, которые можно получить непосредственно с солнечных батарей. Сколько же энергии дойдет до конечных потребителей – это зависит от характеристик дополнительного оборудования, встроенного в систему электроснабжения. О них мы поговорим позже.

Как видим, количество солнечных элементов, необходимых для генерирования заданной мощности, можно рассчитать лишь приблизительно. Для более точных расчетов рекомендуется использовать специальные программы и онлайн калькуляторы солнечной энергии, которые помогут определить требуемую мощность батареи в зависимости от многих параметров (в том числе, и от географического положения вашего участка).

Если с первого раза произвести правильный расчет фотоэлектрических панелей не удалось (а непрофессионалы очень часто сталкиваются с подобной проблемой), это не беда. Недостающую мощность всегда можно будет восполнить, установив несколько дополнительных фотоэлементов.

Разновидности фотоэлектрических элементов

С помощью настоящей главы постараемся развеять заблуждения, касающиеся преимуществ и недостатков наиболее распространенных фотоэлектрических элементов. Это упростит вам выбор подходящих устройств. Широкое распространение сегодня получили монокристаллические и поликристаллические кремниевые модули для солнечных батарей.

Так выглядит стандартный солнечный элемент (ячейка) монокристаллического модуля, который можно безошибочно отличить по скошенным углам.

Ниже представлено фото поликристаллической ячейки.

Какой модуль лучше? Пользователи FORUMHOUSE активно спорят по этому поводу. Кто-то считает, что поликристаллические модули работают более эффективно при пасмурной погоде, при этом монокристаллические панели демонстрируют превосходные показатели в солнечные дни.

У меня моно – 175 Вт дают на солнце под 230 Вт. Но я отказываюсь от них и перехожу на поликристаллы. Потому что, когда небо чистое, электричества хоть залейся с любого кристалла, а вот когда пасмурно – мои вообще не работают.

При этом всегда найдутся оппоненты, которые после проведения практических замеров полностью опровергают представленное утверждение.

У меня получается все наоборот: поликристаллы очень чувствительны к затемнению. Стоит маленькому облачку пройти по солнцу, как это сразу отражается на количестве вырабатываемого тока. Напряжение, кстати, практически не меняется. Монокристаллическая же панель ведет себя более стабильно. При хорошем освещении обе панели ведут себя очень хорошо: заявленная мощность обеих панелей – 50Вт, обе эти самые 50Вт выдают. Отсюда мы видим, как улетучивается миф о том, что монопанели дают больше мощности при хорошем освещении.

Второе утверждение касается срока службы фотоэлектрических элементов: поликристаллы стареют быстрее монокристаллических элементов. Рассмотрим данные официальной статистики: стандартный срок службы монокристаллических панелей составляет 30 лет (некоторые производители утверждают, что такие модули могут работать до 50 лет). При этом период эффективной эксплуатации поликристаллических панелей не превышает 20-ти лет.

Действительно, мощность солнечных батарей (даже с очень высоким качеством) с каждым годом эксплуатации уменьшается на определенные доли процента (0,67% – 0,71%). При этом в первый год эксплуатации их мощность может снизиться сразу на 2% и 3% (у монокристаллических и поликристаллических панелей – соответственно). Как видим, разница есть, но она незначительна. А если учесть, что представленные показатели во многом зависят от качества фотоэлектрических модулей, то разницу и вовсе можно не брать во внимание. Тем более, известны случаи, когда дешевые монокристаллические панели, изготовленные нерадивыми производителями, теряли до 20% своей мощности в первый же год эксплуатации. Вывод: чем надежнее производитель фотоэлектрических модулей, тем долговечнее его продукция.

Многие пользователи нашего портала утверждают, что монокристаллические модули всегда дороже поликристаллических. У большинства производителей разница в цене (в пересчете на один ватт генерируемой мощности) на самом деле ощутима, что делает покупку поликристаллических элементов более привлекательной. Поспорить с этим нельзя, но не поспоришь и с тем, что КПД монокристаллических панелей выше, чем у поликристаллов. Следовательно, при одинаковой мощности рабочих модулей поликристаллические батареи будут иметь большую площадь. Иными словами, выигрывая в цене, покупатель поликристаллических элементов может проиграть в площади, что при недостатке свободного пространства под установку СБ может лишить его так очевидной на первый взгляд выгоды.

У распространенных монокристаллов КПД, в среднем, равняется 17%-18%, у поли – около 15%. Разница – 2%-3%. Однако по площади эта разница составляет – 12%-17%. С аморфными панелями разница еще нагляднее: при их КПД – 8-10% монокристаллическая панель может быть по площади в два раза меньше аморфной.

Аморфные панели – это еще одна разновидность фотоэлектрических элементов, которые пока не успели стать достаточно востребованными, несмотря на свои очевидные преимущества: низкий коэффициент потери мощности при повышении температуры, способность генерировать электроэнергию даже при очень слабом освещении, относительная дешевизна одного производимого кВт энергии и так далее. А одна из причин низкой популярности кроется в их весьма ограниченном КПД. Аморфные модули еще называют гибкими модулями. Гибкая структура значительно облегчает их установку, демонтаж и хранение.

Не знаю, кто это аморфные рекламирует. КПД у них низкий, места почти в два раза больше занимают, при этом с возрастом КПД, так же, как и у кристаллических, снижается. Классические модули рассчитаны на 25 лет эксплуатации с потерей КПД в 20%. Плюс у аморфных пока только один: выглядят, как черное стекло (можно весь фасад такими покрыть).

Выбирая рабочие элементы для строительства солнечных батарей, в первую очередь следует ориентироваться на репутацию их производителя. Ведь именно от качества зависят их реальные рабочие характеристики. Также нельзя упускать из вида условия, при которых будет производиться монтаж солнечных модулей: если площадь, отведенная под установку солнечных батарей, у вас ограничена, то целесообразно использовать монокристаллы. Если недостатка в свободном пространстве нет, то обратите внимание на поликристаллические или аморфные панели. Последние могут оказаться даже практичнее панелей кристаллических.

Приобретая готовые панели от производителей, можно значительно упростить себе задачу по строительству солнечных батарей. Для тех же, кто предпочитает все создавать своими руками, процесс изготовления солнечных модулей будет описан в продолжении настоящей статьи. Также в ближайшее время мы планируем рассказать о том, по каким критериям следует выбирать аккумуляторы, контроллеры и инверторы – устройства, без которых ни одна солнечная батарея не сможет функционировать полноценно. Следите за обновлениями нашей статейной ленты.

На фото изображены 2 панели: самодельная монокристаллическая на 180Вт (слева) и поликристаллическая от производителя на 100 Вт (справа).

О самых популярных альтернативных источниках энергии вы сможете узнать в соответствующей теме, открытой для обсуждения на нашем портале. В разделе, посвященном строительству автономного дома, можно узнать много интересного об альтернативной энергетике и о солнечных батареях, в частности. А небольшой видеосюжет расскажет об основных элементах стандартной солнечной электростанции и об особенностях установки солнечных панелей.

Можно ли применить солнечные батареи для отопления дома

Полупроводниковые панели, преобразующие энергию солнца в электричество, обычно устанавливаются с одной целью – обеспечить работу домашних бытовых приборов. Настоящие энтузиасты на достигнутом не останавливаются и пытаются приспособить солнечные батареи для отопления дома. Предлагаем обсудить эту идею, рассмотреть возможные способы обогрева с помощью фотоэлектрических панелей. Рентабельность электростанций альтернативной энергетики и прочие финансовые вопросы разбирать нет смысла, это отдельная тема.

Как работает солнечная электростанция

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.

Интересный момент. Цена модулей составляет не более 30% от стоимости полного комплекта оборудования. Остальные 70% – это аккумуляторы, инверторный блок и контроллер. Комплектующие подбираются под одно рабочее напряжение 12, 24 или 48 вольт.

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.

Как выглядят солнечные панели для дома и сопутствующее оборудование, расскажет мастер-электромонтажник на видео:

Сколько нужно солнечных батарей для отопления дома

Казалось бы, все просто. На обогрев небольшого загородного коттеджа площадью 100 м² пойдет приблизительно 10 кВт = 10 000 Вт тепловой энергии. Это 100 панелей по 0.1 кВт или 34 больших модуля по 300 Вт. Столько батарей на крышу дома не поставишь, а о квартире и речи нет.

Справка. Размер 1 фотоэлектрического элемента мощностью 100 Вт, изготовленного по поликристаллической технологии, составляет около 1020 х 700 мм или 0.71 м². Аналогичная батарея на 300 Вт займет 1.68 м² (170 х 99 см).

Сразу оговоримся, полученный результат – неправильный, поскольку не учитывает особенности эксплуатации солнечных энергетических систем:

Фотоэлектрический модуль выдает максимальную мощность, когда лучи падают под углом 90° к плоскости батареи. Если не сделать трекер – следящий механизм, поворачивающий панель вслед за движением солнца, потеряем около 40% энергии. С другой стороны, подобное устройство тоже расходует электричество.

Трекер поворачивает модули вслед за светилом, обеспечивая угол падения лучей 90°

Вывод. Универсального расчета электрической мощности батарей, подходящего ко всем странам и регионам, не существует. Но озвученную выше цифру 10 кВт нужно удвоить (как минимум), чтобы получить пристойный результат на практике. Понадобится от 200 стоваттных панелей, занимающих площадь свыше 140 м².

Есть надежный способ получить точные данные по инсоляции и рассчитать производительность солнечных батарей – обратиться в местную организацию, занимающуюся их монтажом. Либо самому изучать карту инсоляции района.

На карте видно, что центральные регионы РФ получают довольно мало радиации солнца – в среднем 3–3.5 кВт на метр квадратный за день

Предлагаем пойти другим путем – использовать опыт владельцев солнечных автономных электростанций, почитать их отзывы на тематических форумах. Отыщите там пользователей, проживающих в вашей местности, если хотите получить реальные цифры бесплатно. Приведем примеры:

1. Автономная система солнечного электроснабжения, расположенная в Ленинградской области, РФ. Установлено 6 панелей по 0.22 кВт (всего 1.32 кВт), пиковая мощность в зимний безоблачный день – 1157 Вт. Тема обсуждается на известном русскоязычном форуме.
2. г. Анапа, производительность батарей – 2.2 кВт, количество не указывается. За световой день электростанция генерирует порядка 9 кВт.
3. г. Москва, мощность СЭС 2.64 кВт. За весь июнь установка выработала 304 кВт энергии.

Примечание. Отзывы и другие полезные данные по эксплуатации СЭС вы найдете по этому адресу.

Обратите внимание: нами учитывалась только солнечная энергия для отопления, подогрев воды и прочие хозяйственные нужды в расчет не принимались. Как рассчитать число батарей на практике, смотрите в видеосюжете:

Реальные способы обогрева

Как вы поняли их вышесказанного, реализовать полноценное электрическое отопление дома солнечными батареями довольно сложно (и дорого). Далеко не каждый хозяин решится купить и установить панели на площади 100–150 м², дабы прогреть небольшой дом или дачу. Значит, схема электрокотел + водяная система + отопительные радиаторы отпадает.

Но идею обогрева солнечными модулями все же нельзя назвать утопией. Перечислим варианты, реализованные домовладельцами на практике:

• панели плюс инверторные кондиционеры с коэффициентом эффективности COP 3.5–4;
• подключение батарей напрямую к электрическим обогревателям без инвертора;
• строительство полноценной СЭС, продажа электроэнергии государству, вырученные средства идут на оплату традиционного отопления.

Дополнение. Применение панелей в качестве дополнительных источников энергии для основного отопления обсуждать нет смысла – это очевидное решение.

Начнем с третьего варианта, который интересен предпринимателям. В странах, где государством установлен так называемый зеленый тариф, домовладелец может получать электричество из возобновляемых источников и отдавать в общую энергетическую сеть, получая прибыль. То есть, домовладелец приобретает те же 200–300 солнечных панелей, но продает энергию по хорошей цене, а не расходует почем зря.

Большое количество батарей на крыше жилого дома не поместится, станцию большой мощности придется размещать на участке

Например, в Украине зеленый тариф превышает обычный в 3 раза (по состоянию на июнь 2019 г.). Необходимо выдержать 1 условие: минимальная производительность СЭС – 30 кВт. Строите электростанцию, поставляете энергию в сеть, а сами покупаете втрое дешевле.

Оставшиеся 2 варианта рассмотрим поподробнее.

Отопление кондиционерами

Способ основан на эффективности инверторных сплит-систем, доставляющих внутрь дома вчетверо больше тепла, чем затрачено электроэнергии. Как реализовать такое отопление:

1. Первым делом максимально снижаем теплопотери здания – утепляем стены, полы и крышу, устанавливаем энергосберегающие окна. Идеальный показатель теплопотребления для жилища 100 м² – 6 кВт.
2. Приобретаем 2 кондиционера с инверторными компрессорами, работающими при отрицательной уличной температуре. Суммарная производительность агрегатов должна равняться теплопотерям дома, в нашем случае – 6 кВт. Потребление таких «сплитов» не превысит 2 кВт.
3. Монтируем солнечную станцию, способную круглосуточно обеспечивать электричеством кондиционеры.
4. Для отопления в самые холодные сутки стоит установить любой традиционный источник тепла – котел, дровяную печь.

Тепловые насосы Mitsubishi Zubadan расходуют энергии еще меньше, чем кондиционеры, а тепла приносят вчетверо больше (COP = 4)

Видео в конце данного раздела подтверждает, что описанная схема вполне работоспособна. Один существенный минус: при отрицательной температуре эффективность кондиционеров резко снижается, без помощи котла не обойтись. В условиях умеренного и северного климата солнечные модули в одиночку не справятся.

Примечание. Большинство инверторных сплит-систем способны функционировать при морозе до —15 °C. Коэффициент эффективности COP снижается до 1.5–2 (тепла выделяется вдвое больше, чем потребляется электричества).

Использование местных обогревателей

Речь идет о значительном удешевлении системы в случае использования неприхотливых потребителей – обычных тепловентиляторов. Ввиду отсутствия инвертора к солнечным модулям придется подключать 12-вольтовые обогреватели (можно взять автомобильный либо сделать своими руками).

Как собрать солнечный генератор электроэнергии:

1. Устанавливаем нужное количество батарей с рабочим напряжением 12 вольт.
2. Соединяем их проводами 2.5 мм² согласно приведенной ниже схеме – без инвертора.
3. Подключаем нагрузку – маломощный тепловентилятор на 12 В.

Ниже на видео специалист подробно описывает все нюансы такого подключения. Способ годится для обогрева отдельных комнат тепловентиляторами 1–1.5 кВт. Отопить весь дом сложнее – нужно собирать несколько отдельных контуров с солнечными панелями, чтобы не увеличивать сечение проводов.

Заключительный вывод

Сделать полноценное отопление частного дома на солнечных батареях очень непросто. Единственный более-менее реалистичный сценарий – это применение сплит-систем, а лучше – геотермального теплового насоса, мало зависящего от уличной температуры. Установка потребляет мало электричества, поэтому сможет работать от домашней СЭС.

Мы специально исключили из статьи финансовые вопросы, поскольку речь шла о технических моментах. Но надо понимать, что оборудование солнечной энергетики – аккумуляторы, батареи, инверторы и блоки управления – стоят больших денег. Чтобы успешно решить задачу, нужно быть хорошо зарабатывающим энтузиастом.

Схема с вакуумными коллекторами, подключенными к косвенному водонагревателю, обойдется дешевле. Но в данном варианте есть свои трудности, например, аккумулирование тепла и стагнация коллектора при жаре. В нелегком деле освоения солнечной энергии нет простых решений.

Окупаются ли солнечные батареи для частного дома

Одним из преимуществ собственного дома является возможность его модификации. В том числе и источниками альтернативной энергии. Солнечные батареи для частного дома – наилучший на данный момент способ обеспечить себя экологичным электричеством.

С чего начать

Подсчет затрат электроэнергии. Для установления необходимой мощности системы солнечных панелей, нужно подсчитать, сколько электричества вы расходуете. Очень многое в этом вопросе зависит от того, используется ли частный дом постоянно или только как дача в определенные сезоны года. Для подсчета возьмите квитанции по оплате за электроэнергию за год и установите общее количество киловатт, затраченных за этот период, затем разделите на 12 (количество месяцев) – вы получите среднемесячный расход электроэнергии.

Расчет среднемесячного расхода потребляемого электричества

Как показывает опыт и отзывы реальных потребителей, в средней полосе России полученный результат необходимо умножить на коэффициент 16, чтобы получить необходимую мощность батарей в Ваттах.

Рассмотрим пример. За год вы потратили 1625 кВт, делим эту цифру на 12 месяцев и умножаем на коэффициент 16 – получается, 2166 Ватт. Т.е. система солнечных батарей будет обеспечивать такой дом, если ее мощность будет не менее 2200 Ватт/час

Где крепить?

Крыша. Закрепление солнечных батарей на крыше – очевидное, но не всегда лучшее решение для частного дома. Направленный на юг скат крыши действительно обеспечивает наилучший результат из стационарных способов крепления солнечных батарей, но на этом варианты не ограничиваются.

При таком закреплении скат крыши должен быть на ЮГ

Стены. Если стена «смотрит» на юг – она отлично подходит для размещения на ней солнечных батарей. Понаблюдайте, не падает ли на стену тень от деревьев, хозяйственных построек, забора, иных объектов. Не размещайте солнечные панели в этих местах.

Желательно также использовать южную стену

Не стоит ставить панели на восточной или западной стенах. Таким образом, в самый интенсивный период светового дня вы будете получать на свои панели только косые лучи, что значительно снижает эффективность системы

Свободное размещение. Самый эффективный вариант размещения солнечных батарей, но требует свободной площади во дворе. При свободном размещении солнечных батарей в частном доме их можно закреплять на шарнирах и таким образом, направляя их поверхность к солнцу под 90°.

Такое расположение батарей позволяет получить от них максимум мощности

Что входит в систему

Солнечные панели. О том, как их собрать, мы писали в этой статье (откроется в новом окне). Вы можете купить готовый комплект солнечных батарей для дома, но для экономии средств можно приобрести поликристаллические фотоэлементы и собрать солнечные батареи для своего дома своими руками.

Инвертор. Солнечные батареи вырабатывают постоянный ток, близкий к 12 или 24 вольтам (в зависимости от подключения), инвертор преобразует его в переменный 220 В и 50 Гц, от которого можно питать все бытовые приборы.

Аккумулятор. Даже их система. Солнечная энергия вырабатывается не постоянно. В пиковые часы её может быть переизбыток, а с наступлением сумерек её выработка прекращается вовсе. Аккумуляторы накапливают электричество в течении светового дня и отдают его вечером/ночью. Как выбирать аккумулятор для солнечной электростанции написано в этой статье (откроется в новом окне).

Важно знать. Не рекомендуется использовать для этих целей обычные автомобильные аккумуляторы – они приходят в негодность за 2-3 года эксплуатации (на такой срок службы они и рассчитаны)

Контроллер. Обеспечивает полный заряд аккумуляторной батареи и защищает её от перезарядки и закипания. О том, какой контроллер выбрать мы писали в этой статье (откроется в новом окне).

Выгодны ли солнечные батареи для частного дома

В западных странах мода на солнечную энергетику продиктована больше заботой об экологии, чем поиском экономической выгоды. У нас реалии несколько иные.

При сохранении нынешних цен на поставляемое электричество, система из солнечных батарей, собранная своими руками для одного частного дома и семьи из 4 х человек, полностью окупается за 4-5 лет. При этом срок службы фотоэлементов – составляет 20-25 лет, а вот аккумуляторы придется менять через 5-7 лет в зависимости от качества батарей.

Пока нигде в мире (и Россия не исключение) не наблюдается снижения цен на поставляемое электричество, поэтому за срок службы фотоэлементов в солнечной панели, система успеет окупиться как минимум 4-5 раз.

Видео. Как рассчитать необходимое количество солнечных батарей для дома

В ролике наглядно показан порядок расчета площади солнечных батарей для частного дома. Полезно для тех, кто хочет учесть все расходы на сооружение системы автономного солнечного электроснабжения уже на этапе планирования.

Стоит ли устанавливать солнечные батареи для дачи?

Если у вас есть дача, но там нет электричества или оно поступает с перебоями, для вас хорошей альтернативой может стать установка солнечных батарей. Но будет ли покупка электростанции целесообразна с экономической точки зрения?

Если на вашем дачном участке вообще нет электроэнергии, электростанция будет решением. Ведь её обычно дачникам требуется сравнительно мало. Для бытовых нужд — холодильника, телевизора, питания освещения нужна станция небольшой мощности.

Миниэлектростанция экологична, работает практически бесшумно, легко монтируется и не требует больших усилий по эксплуатации. Кроме этого, ее срок достигает порядка 50 лет.

Плюсы и минусы

Первый плюс – у вас будет бесплатное электричество, работающее без общей электросети, где часто случаются перебои.

Второй плюс – летом в центральной России достаточно солнца, чтобы обеспечить дачный домик. Энергии хватит на небольшое количество бытовых приборов.

Третья причина – вы сможете улучшить вид дачи. Четвертая причина – окупаемость. Владельцы говорят о том, что примерный срок окупаемости составит 5-7 лет в зависимости от региона и типа вашей мини-станции. И последняя пятая причина в том, что цена за пять лет упала в разы и продолжает снижаться.

Минусы – стоимость полного комплекта альтернативной электростанции и сравнительно низкий коэффициент более дешевых видов. Однако, вы можете решиться на монтаж сами и сэкономите до 10% средств, которые уйдут на необходимые комплектующие.

Что необходимо

Солнечные панели. Их количество зависит от того, какая мощность должна быть на выходе. Есть разные типы: кремниевые – монокристаллические и поликристаллические, тонкопленочные.

Первые имеют самую высокую стоимость и хорошие характеристики коэффициента полезного действия, не менее 15%. Поликристаллические дешевле моно примерно на 20% из-за материала, но и КПД их несколько ниже, а площадь, которую они занимают, больше.

Тонкопленочные модули хорошо поглощают свет, имеют гибкую поверхность, дешевле, чем кремниевые.

Следует ориентироваться не только на КПД (не менее 10%), но и важно точно рассчитать величину потребления электроэнергии в сутки/месяц. Комплект 200 ватт даст 1 кВт*ч в сутки. Для полноценной работы всех имеющихся приборов нужна мини-электростанция порядка 600 ватт. Обращайте внимание также на емкость и дальнейшее их расширение, т.к. вы, возможно, захотите получать больше электроэнергии в будущем, а для этого потребуются дополнительные.

Самое главное – выбрать правильное место. Это должна быть южная сторона. Многие устанавливают на крыше. Но можно попробовать установить их на специальной подставке на территории участка.

Угол наклона. Ориентируйтесь на угол географической широты вашего региона. Два раза в год следует менять угол для эффективности всей гелио-станции: осенью увеличивают на 15%, а весной соответственно – уменьшают на те же 15%. Поэтому хорошо, если имеется возможность смены угла наклона вашей системы.

Конечно, покупкой одних панелей, зачастую не обойтись. Потребуется приобрести инвертор и аккумуляторы для накопления и бесперебойной работы сети в темное время суток и в дождливую погоду. А также возможна покупка контроллера для обеспечения стабильности электрического заряда и увеличения продолжительности службы АКБ.

Что касается цен, тут существует огромный выбор. Всё зависит от типа, мощности, страны производителя и т.д. Монокристаллические модули, изготовленные в России, стоят от 7 тыс. руб. Импортные выходят дороже, от 13 тыс. руб., но и качество их лучше. Многие останавливают своё внимание на аморфных панелях. Это тонкопленочные, изготовленные из аморфного кремния. Они обладают высокой эффективностью, хорошо защищены от попадания влаги. Цена на них начинается от 6 тыс. руб.

В любом случае, батареи в два-три раза выгоднее дизельного генератора.

Для того, чтобы наладить отопление есть два основных способа: когда к источнику тока напрямую подключаются все нагревательные приборы и опосредованный нагрев, при котором сначала энергия солнца используется для нагрева, например, воды в электрокотле. А затем уже горячая вода поступает по трубам, обогревая весь дом.

Итак, подведем итог всему вышесказанному.

Итог

Выделим преимущества:

• бесплатная электрическая энергия;
• снижение затрат на оплату коммунальных квитанций;
• поддержание экологии;
• возможность получения электричества и обогрева дома;
• сравнительно быстрая окупаемость;
• не нужно собирать бумаги на разрешение использования оборудования для альтернативных источников;
• долгий срок службы;
• установка собственными силами.

Недостатки:

• изначально потребуется вложение некоторых средств;
• если у вас регион, где мало солнечных дней, то вероятно эффективность мини-электростанции будет мала;
• при неправильном расположении КПД будет находиться на низком уровне;
• производительность год от года падает.
• Поэтому необыкновенно важно перед установкой проанализировать и взвесить все «за» и «против», и только затем принять решение. И не стоит экономить на монтаже оборудования. Не можете сами, обязательно обращайтесь к грамотным специалистам, которые установят всё необходимое и еще дадут гарантию на все комплектующие и свою работу.