Выбор системы электроснабжения на солнечных батареях

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.


Гибридные солнечные электростанции

Надежное и бесперебойное электроснабжение, использование бесплатной и чистой энергии солнца, экономия на счетах за электроэнергию – это реальность! Гибридная солнечная станция – комплексное решение всех вопросов электроснабжения загородного дома.

Если ваш загородный дом подсоединен к электросети, которая работает без сбоев, стоимость электроэнергии невысока, то вы никогда не подумаете что-то менять в своей системе электроснабжения. Но если электричество не проведено к месту вашего проживания, электрическая сеть постоянно прерывается или стоимость электроэнергии высокая, то сразу же возникает желание решить эти задачи. Для этого есть много технических возможностей, обычно устанавливают дизельный генератор или ИБП. Но самым выгодным решением является установка солнечной электростанции, которая комплексно решает все эти задачи.

Установка солнечной электростанции обеспечивает вам ряд преимуществ:

1. Выработка и экологически чистой энергии;

2. Экономия на оплате счетов за электроэнергию на 70-80%;

3. Работает как автономная станция если вас еще не подключили к внешней сети;

4. Работает как ИБП – питает ваш дом во время отключений электроэнергии;

5. «Зеленый тариф Ready!» – продажа излишков в городскую сеть после принятия закона о зеленом тарифе;

6. При использовании литиевых АКБ, в весенне-летний период можно вообще не потреблять энергию от внешней сети.

Недостатки, которые надо учитывать :

1. Необходимость иметь место, подходящее для установки солнечных батарей;

2. Дороговизна первоначальной стоимости.


Надо понимать, что солнечные электростанции сильно различаются в зависимости от целей использования. При отсутствии внешней сети используют автономные солнечные станции с аккумуляторами. Если есть стабильная внешняя сеть, но при этом стоимость электроэнергии высока, то для ее экономии ставят сетевые солнечные электростанции. Если внешняя сеть нестабильна и часто отключается, то устанавливаются стандартные ИБП. А вот гибридные солнечные электростанции спроектированы так, чтобы решить все эти вопросы комплексно.

Если у вас нет внешней сети, то гибридная станция собирает энергия от солнечных батарей, накапливает их в блоке аккумуляторов и расходует эту энергию по мере потребности ваших электроприборов. Если есть стабильная внешняя, то гибридная станция питает от солнечной энергии всех ваших потребителей. В случае, если солнечной энергии недостаточно, то система добавляет энергию от внешней сети. Когда солнечной энергии нет (ночь или пасмурное небо) и произошло отключение внешней электросети, то гибридная станция работает как обычный ИБП и питает важные потребители энергией, запасенной в аккумуляторах.

Читайте также:  Временное утепление

Конечно, у гибридной электростанции есть минус – она немного дороже, чем обычный ИБП, обычная автономная или сетевая станция, т.к. в ней есть все возможные компоненты. Она включает в себя солнечные батареи, которых нет в обычном ИБП. Гибридный инвертор дороже обычного автономного инвертора. Кроме того, в сетевой станции нет блока аккумуляторов.

Зачем же тогда нужны гибридные станции? Есть две ситуации, когда надо ставить гибридную станцию:

Во-первых, представим себе ситуацию: подведенная к вашему дому сеть нестабильна и отключения не редки. Наиболее оптимальное решение – это установка ИБП (об этом можете прочесть в статье ИБП против бензиновых или дизельных генераторов). Вы покупаете относительно дорогое оборудование, которое большую часть времени стоит в режиме ожидания отключения сети. Немного доплатив, вы можете использовать его для получения энергии от солнца и начать экономить на счетах за электроэнергию.

Вторая ситуация связана с дизельными или бензиновыми генератором. Стоимость энергии, получаемой от дизельных или бензиновых генераторов, самая высокая для всех автономных систем. А с учетом периодического обслуживания, заменой масел и фильтров, а также доставкой самого топлива, его реальная конечная стоимость еще больше. Гибридная солнечная станция решает проблему уменьшения потребления топлива и общего времени работы генератора. Когда нагрузка достаточно велика, она замещает электроэнергию от генератора на энергию от солнца, т. о. уменьшается количество потребленных литров топлива. А когда нагрузка небольшая, то генератор можно просто остановить и вся потребленная электроэнергия будет поступать от солнечных батарей.

В чем же смысл именно сейчас установить инвертор Bineos HV4K? Это выгодно по ряду причин:

1. Стоимость гибридного инвертора ниже, чем стоимость общая стоимость обычного инвертора для ИБП и сетевого инвертора. Например, на момент написания статьи цена батарейного инвертора 5кВт / 48В равно 49080р, стоимость самого дешевого сетевого инвертора SOFAR 4000TLM равна 59620р, а стоимость гибридного инвертора Bineos HV4K – выгода составляет 29040 рублей!

2. Пока не принят закон о зеленой тарифе, запрещено передавать энергию в сеть. В случае, если вы будете поставлять энергию от солнечной станции в сеть сейчас, это может повлечь серьезный штраф, более того, ваш счетчик будет считать будто всю эту энергию вы потребили, а не отдали. Поэтому на данный момент нет смысла ставить большие солнечные станции для экономии энергии. На момент написания статьи, самый маленький сетевой инвертор с функцией неотдачи в сеть это SOFAR 1100TL мощностью 1100 Вт, который стоит 30тр. Если доплатить эти же деньги за гибридный инвертор Bineos HV4K, то вы получите станцию на 4000 Вт мощности солнечных батарей. Это реальная экономия!

3. Если вы решили попробовать использовать солнечную энергию для экономии, то вы можете купить маломощный инвертор и установить 3-4 солнечных батарей. При этом потом, после выхода закона о зеленом тарифе, вам надо будет заново покупать более мощный инвертор. Или сразу купить и смонтировать как минимум 10-12 солнечных батарей мощностью и смириться с тем, что большая часть энергии от солнечных батарей не будет использоваться, пока закон о зеленом тарифе не вступит в силу. На гибридный инвертор Bineos HV4K можно установить массив солнечных батарей мощностью от 750 до 4000 Вт. Уже сейчас вы может поставить 3 солнечных батареи и начать реально экономить на счетах за электроэнергию.

4. Еще одно немаловажное преимущество гибридного инвертора Bineos HV4K состоит в том, что если отключение внешней сети произошло на более долгий срок, чем запасено в вашем блоке аккумуляторов, то вы сможете продлить время резерва на большее время, чем без него. А если на улице будет солнечная погода, то вы не заметите что отключался свет даже если его не будет месяц!

Какой бы вариант вы не выбрали, установив гибридную солнечную электростанцию, Вы получите на длительный срок надежное, бесперебойное электроснабжение, а также экономию на счетах за электроэнергию используя бесплатную и чистую энергию солнца – практически все время.

Как правильно выбрать солнечную батарею для частного дома

Дата публикации: 31 декабря 2018

Среди альтернативных источников энергии сегодня активно используют энергию солнца. Это еще и хороший вклад в экологию планеты. Главный способ получения такой энергии – солнечные батареи (панели), которые еще называют фотоэлектрическими. Их выбор зависит от множества критериев.

Советы по выбору

В вопросе, какие солнечные батареи лучше брать для дома, важно сначала определиться, в каком режиме они будут работать. Использование солнечной энергии в быту может обеспечивать:

  • Аварийное электроснабжение. Для выбора мощности панели необходимо рассчитать, сколько потребляют приборы, которые должны работать при отключении энергии. Чаще это 4-5 кВт/ч, которые обеспечивают резервное отопление и освещение.
  • Базовое электроснабжение. В этом случае батареи замещают электрическую энергию почти полностью. Рассчитать потребуется уже суточное потребление электроэнергии.
  • Комфортный режим. На работу батарей приходятся только некоторые приборы. Чаще это духовые шкафы, телевизор, чайник и вытяжка.

Кроме ожидаемой нагрузки, имеет значение время автономной работы батареи. Оно напрямую зависит от емкости аккумулятора. Чем она выше, тем больше панель сможет накопить энергии, которая будет расходоваться в пасмурные дни. Решая вопрос, как правильно выбрать солнечную батарею для частного дома, необходимо обратить внимание и на ее разновидности.

Монокристаллические

Если цена не важна, стоит выбирать монокристаллические панели. Их КПД за 25 лет снижается не более чем на 20%. Они состоят из одного кремниевого кристалла и за счет его одностороннего направления эффективнее. Такие панели выбирают в регионах с более высокой активностью солнца.

Поликристаллические

При выборе недорогих батарей для дачи или дома оптимальный вариант – поликристаллические кремниевые. Они стоят дешевле, чем монокристаллические, но вполне могут обеспечить дом достаточным количеством электричества. Здесь мелкие кристаллы объединены в фотоэлементы. По сравнению с монокристальными они менее эффективны, но лучше работают в условиях невысокой активности солнца.

Аморфные

В пасмурную погоду максимально эффективны аморфные батареи. Они работают в любых условиях: при рассвете, закате, запыленном воздухе и в дождь. Рассеянный свет обеспечивает им на 10% больше эффективности, чем у поликристалла. Благодаря гибкости, панели удобно монтировать на криволинейные поверхности, поэтому они не требовательны к углу наклона. Их располагают на крыше дома, покатых и неровных частях.

Многие интересуются, какая солнечная батарея лучше – монокристаллическая или поликристаллическая. Первая эффективнее, но требует много света. Если площадь ограничена и из нее нужно выжать максимум, лучше взять монокристаллические элементы. Когда места много, обходятся поликристаллическими. Для удобства эффективность и отличия разных панелей представлены в таблице.

Тип панелейКПД, %Стоимость, долларов
Монокристаллические17-22170-200
Поликристаллические12-18150
Аморфные5-6250

Обзор популярных производителей

В процессе выбора лучше рассматривать проверенных производителей, которые у всех на слуху. Какой фирмы выбрать солнечные батареи:

  • NIBE. Представитель лидеров-производителей отопительного оборудования мирового уровня. Продукция шведской компании экономична, термоэффективна и выполнена с учетом европейских стандартов. Пример выпускаемых товаров – NIBE SOLAR. Это комплект, в который входят сразу все необходимые элементы:
    • солнечные панели NIBE Solar FP215P (2-6 шт.);
    • расширительный бак;
    • насосная станция;
    • блок контроллера.
  • Sanyo. Японский производитель электроники, создавший самые энергоэффективные солнечные панели в мире под названием HIT-N230. При КПД 22,8% их толщина вдвое меньше, чем у стандартных батарей.
  • SOLBAT. Производитель солнечных батарей с 17-летним опытом работы. Компания предлагает монокристаллические солнечные модули в каркасе и облегченные бескаркасные. Возможно изготовление элементов по индивидуальным размерам. Цены батарей: МСК-30 – 2500 р., МСК-100- 5300 р., МСК-50 – 3500 р.
  • Jinko Solar. Представитель крупнейших производителей солнечных элементов в мире. Среди удачных решений компании выделяют панель Jinko Solar Eagle PERC. При цене 14000 р. показатель ее эффективности составляет до 18,02%. Модуль оснащен фотоэлементами, имеющими 5 шин, что снижает потери генерируемого тока до минимума.

Существуют плюсы и минусы использования солнечной энергии в быту. К преимуществам относят возможность обеспечить автономное энергообеспечение и экономить на счетах за электричество. Минусами считают высокую стоимость и зависимость от погоды и времени суток. Будут ли системы достойной заменой централизованному электричеству и какие солнечные батареи самые эффективные, покажет только время.

Думаю, предпочтем аморфные батареи. Последние несколько летних сезонов были дождливыми, солнце видели раз в неделю, и недолго. При такой погоде от монокристаллической батареи будет мало толку.

Хороший выбор, если в Вашем регионе преобладает дождливая погода именно аморфные батареи наиболее эффективны!

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Современные системы независимого электроснабжения дома на солнечных батареях

Специалисты сходятся во мнении, что будущее – за автономными экологически чистыми системами энергоснабжения. Солнечную энергетику рассматривают как наиболее вероятную альтернативу нынешним технологиям генерации электричества, в первую очередь потому, что конечному потребителю она будет обходится дешевле – если принять во внимание, что цены на электричество, вырабатываемое “традиционными” способами, растут по всему миру.

Солнечная электростанция: как это устроено

В общих чертах солнечная электростанция для частного дома состоит из нескольких компонентов, каждый из которых играет важную роль в получении энергии. В первую очередь это сами солнечные модули, которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в постоянный ток, и инфраструктура, которая обеспечивает дальнейшее преобразование тока в переменный, аккумулирование и подачу к бытовым приборам. Как выглядит солнечный модуль, несложно представить: это плоская панель, состоящая из фотоэлектрических ячеек, которые под действием солнечного света вырабатывают постоянный ток. Если панелей несколько, они соединяются между собой специальными кабелями и коннекторами (МС4). Входящий в систему инвертор преобразует постоянный ток в переменный. Вспомогательные элементы системы – солнечные кабели и электрораспределительный щит. Автономные солнечные электростанции также включают в себя аккумуляторные батареи и контроллер их заряда/разряда. Сетевые электростанции не оборудуются батареями и контроллером по причинам, которые разберем ниже.

Автономные и сетевые: в чем различие

Полностью автономные солнечные электростанции, как понятно из названия, созданы для домов, не подключенных к централизованному электроснабжению. Днем, в период солнечной активности, автономная система обеспечивает текущие энергопотребности дома и заряжает аккумуляторные батареи, которые снабжают дом энергией в ночное время. Понятно, что в центральной России вряд ли найдется населенный пункт, к которому не подведено электричество. Однако «автономки» актуальны даже в благополучном Подмосковье, поскольку их можно использовать не только вместо централизованной подачи энергии, но и вместе с ней. Например, вы купили участок земли, к которому на данный момент не подведено централизованное энергоснабжение. С помощью автономной электростанции вы решаете проблему электроснабжения вашего объекта. Когда же вам подведут электричество, можно будет докупить контроллер для вашей солнечной электростанции (СЭС) и модернизировать автономную СЭС в автономно-гибридную. В дальнейшем к солнечной системе можно выборочно подключить некоторые наиболее часто используемые электроприборы — и, соответственно, не платить за электричество, которое они потребляют. Кроме того, автономная электростанция на солнечных батареях – отличный резервный источник электричества на случай его аварийного отключения, а такое в дачных и коттеджных поселках случается нередко, особенно после сильных ветров или ледяных дождей, а также вследствие перегрузки изношенных сетей из-за повышенного энергопотребления в пиковые часы.

Сетевые электростанции на солнечных батареях не накапливают электроэнергию, они работают параллельно с внешней сетью по приоритетной схеме. Дом в основном снабжается от солнечных модулей, а внешняя сеть используется только ночью, при плохой погоде или при недостатке мощности. Излишки энергии, выработанной солнечными батареями, можно даже продавать другим пользователям – подробнее об этом здесь.

При выборе поставщика солнечной электроустановки нужно обращать внимание на множество аспектов, одним из них является комплектность решения. Ориентируясь только на цену «коробочного» решения и не владея тонкостями вопроса, потребитель может в итоге переплатить. Часто в цену комплекта включены не все необходимые компоненты и потребитель узнает об этом только на этапе монтажа, когда нужно докупить тот или иной компонент. Но это меньшее из зол. Хуже, когда в составе электроустановки используется не самое надёжное или несовместимое оборудование. Эта ситуация чревата уже серьезными потерями: от низкой эффективности станции за счет несогласованной работы плохо подобранного оборудования до выхода всей системы из строя из-за поломки какого-либо элемента. А ведь солнечная электроустановка – удовольствие не из дешевых, и работа электростанции рассчитана на 30 и более лет. Как не попасться на удочку недобросовестных продавцов и какие критерии определяют надежность поставщика, можно почитать здесь.

Какие солнечные модули лучше? Доступно о технологиях

В Интернете постоянно идут настоящие баталии по поводу «Какие солнечные батареи лучше?!». Чтобы понять это, придется немного углубиться в технические подробности.

Фотоэлектрические элементы солнечных батарей изготавливаются на основе кремния, который может быть «организован» несколькими способами. Наибольшее распространение на рынке получили моно- и поликристаллические панели. Они состоят из пластин, которые имеют в основе один цельный или множество отдельных кремниевых кристаллов высокой чистоты. Для защиты от внешних воздействий ячейки кристаллических солнечных модулей покрывают закаленным стеклом, хорошо пропускающим свет.

КПД монокристаллических модулей выше (в среднем около 18%) – следовательно, они вырабатывают больше энергии на единицу площади в сравнении с поликристаллическими (обычно не превышает 16%); однако выше и цена. Недостатки у обеих разновидностей общие.

  • Потеря мощности при нагреве. Она может быть очень существенной – до 25% (в пределах рабочей температуры батарей). Эта проблема актуальна не только в жарком климате. Даже в прохладном Подмосковье в безветренный солнечный день темный предмет, находящийся на солнцепеке, нагревается до температур куда более высоких, чем окружающий воздух.
  • Невысокая эффективность при слабой освещенности и высокая чувствительность к затенению. Существует мнение, что эти недостатки связаны скорее с качеством изготовления панелей у отдельных производителей, чем с особенностями технологии в целом, однако это спорный вопрос.

Нивелировать минусы кристаллических батарей пытаются разными способами – например, использованием технологии PERC (пассивация задней панели), но это удорожает производство и, как следствие, сказывается на стоимости солнечных панелей.

В отличие от кристаллических тонкопленочные модули хорошо улавливают рассеянный свет и в них меньше всего кремния, поэтому они дешевле, но КПД таких модулей не очень высок – 10-12%, поэтому для эффективного электроснабжения нужно больше площади. К тому же срок службы у них меньше из-за более высокой деградации.

Читайте также:  Посоветуйте, как избавиться от скрипа дверей

Гетероструктурные солнечные панели являются новинкой российского солнечного рынка, чего не скажешь про зарубежный. Эта технология на данный момент является наиболее современной и эффективной, а где, как не в Европе, знают толк в высокой эффективности и надежности? Во всем мире пока насчитывается всего несколько производителей солнечных панелей этого типа, так как инвестиции в организацию производства такого типа довольно серьезные, но и продукция имеет совершенно иные показатели, определяющие качество продукта премиального уровня. Не без гордости стоит заметить, что одним из производителей, выпускающих гетероструктурные батареи, является российская компания «Хевел», которая разработала и внедрила собственную технологию изготовления гетероструктурных модулей. Примечательно, что Хевел является единственным производителем этих батарей не только в России, но и в Европе. Предприятие осуществило грандиозную модернизацию производственных мощностей, оснастив их самым передовым европейским оборудованием. Теперь «Хевел» может предложить современные солнечные батареи не только российскому потребителю, но и взыскательным клиентам за рубежом.

Чем же так хороши гетероструктурные батареи?

Гетероструктурные солнечные панели сочетают в себе преимущества тонкопленочных и кристаллических: по КПД они, как уже говорилось, превосходят модули на поли- и монокристаллах, отлично работают в условиях переменной облачности и менее чувствительны к жаре. Еще одно важное преимущество гетероструктурных модулей – низкий коэффициент деградации; выражаясь простым языком – они практически не подвержены «старению» и сохраняют свою высокую эффективность даже спустя десятки лет. Официальная гарантия на производительность модулей Хевел составляет 25 лет. За это время они могут потерять максимально не более 17% мощности. Таким показателем не может похвастаться ни одна из вышеописанных технологий. Важно отметить, что солнечные модули отечественного производства адаптированы под особенности российского климата, и результаты их испытаний были получены именно в тех условиях, в которых им предстоит работать.

Высокая эффективность модулей (до 22,3 % для двусторонних модулей (BiFi +20%)), в том числе в условиях слабой освещенности, низкая степень деградации и температурный коэффициент, соответствие российским стандартам и техническим требованиям, адаптированность к российскому климату – все это в целом обеспечивает высочайшие показатели по выработке (до +20% для двусторонних модулей) и высочайшее качество продукта.

Монтаж: основные моменты

В частном доме лучшее место для установки солнечных модулей – крыша. В принципе, нет никаких технических ограничений и для установки на земле, но из-за высокой стоимости земли этот вариант менее популярен.

Форма кровли может быть любой: плоская, обычная скатная, вальмовая, многощипцовая и пр. Оптимальный угол наклона крыши может разниться от региона к региону. Точный угол наклона крыши в конкретном регионе необходимо уточнять у специалистов. Важно обращаться в компании, имеющие значительный опыт в реализации проектов на рынке и зарекомендовавшие себя в качестве экспертов отрасли. Одной из таких компаний можно считать все того же российского производителя гетероструктурных панелей – компанию «Хевел». «Хевел»по праву считается брендом №1 на рынке солнечной энергетики по совокупному объему построенных в России солнечных станций.

Хорошо, когда угол наклона крыши можно предусмотреть еще на этапе проектирования дома, но чаще всего солнечные модули устанавливаются на уже готовую крышу. В этом нет ничего страшного: наклон модулей можно откорректировать с помощью опорных конструкций. Солнечные модули лучше всего устанавливать на южной стороне кровли – там они будут получать самое большое количество солнца. Хорошо себя показывает и установка с ориентацией на запад или восток, северную сторону специалисты не рекомендуют. В целом нежелательно, чтобы крышу затеняли большие деревья или другие дома – это в бОльшей или мЕньшей степени (в зависимости от типа модулей, о чем писали выше) снижает КПД солнечных элементов.

Материал кровли тоже не играет особой роли: компания «Хевел», например, подбирает опорные конструкции к конкретной кровле, ее конфигурации и материалу. Если на крыше есть мансардные окна, установлены аэраторы или система снегозадержателей, это не проблема: солнечные модули совершенно не обязательно устанавливать вплотную друг к другу.

Площадь кровли влияет на количество солнечных панелей, которые можно на ней установить. Зачастую полезная площадь ограничена, поэтому важным аспектом является коэффициент использования пространства: чем выше эффективность модулей на единицу площади, тем больше кВт вы сможете получить с одной и той же поверхности. В случае с гетероструктурными батареями, ввиду их высокой эффективности, коэффициент использования пространства максимальный. Допустим, у нас есть дом размерами 6х9 м с обычной двускатной крышей; полная полезная площадь (одного ската) будет около 30м 2 ; на таком скате можно установить около 15 гетероструктурных модулей Хевел (что составляет 4,8 кВт).

Несущая способность стропильной системы – важный момент, так как на кровлю будет приходиться заметный дополнительный вес. Упомянутая выше солнечная электростанция из 15 модулей весит около 285 кг, плюс некоторый дополнительный вес от крепежных элементов. Перед установкой модулей сертифицированная «Хевел» монтажная бригада проводит аудит кровельных конструкций; обычно никакое дополнительное усиление им не требуется, так как нагрузка распределенная.

Сроки монтажа составляют обычно 1-2 дня, работы не связаны с особенным дискомфортом для владельцев дома или соседей. Если установка солнечных панелей запланирована на стадии строительства дома, какое-то время может занять прокладка штроб для кабелей; в уже заселенном доме проводку можно проложить в кабель-каналах.

Эксплуатация: самые важные вопросы

Как солнечные панели выдерживают плохую погоду? Если речь идет о качественном продукте, то, например, гетероструктурные модули «Хевел» имеют класс герметизации IP 65, что означает полную защиту от попадания пыли и струй воды независимо от их направления. Что касается механической прочности, то по результатам инструментальных испытаний модуль «Хевел» выдерживает нагрузку до 2,4 кПа – это около 245 кг/м 2 . Таким образом, ни дождь, ни град не могут нанести вреда. Если речь идет о выпадении снега, то поскольку солнечные панели немного нагреваются во время работы и располагаются под углом, снег сходит без каких-либо проблем. Если по какой-то причине этого не произошло (что очень маловероятно), снег можно убрать автомобильной щеткой или другим подручным инструментом с мягкой рабочей частью. Диапазон рабочих температур модулей «Хевел» – от -40 до +85°С, существует даже специальное арктическое исполнение для температур до -60°С.

Нужно ли солнечной электростанции специальное обслуживание? Практически нет. При необходимости солнечные панели можно мыть, если на поверхности скопились грязь или птичий помет. Мелкая пыль, как правило, смывается осадками. Что до периферических устройств (инвертор, контроллер, аккумуляторы), то их, как любое электрооборудование, желательно держать в отапливаемом помещении вдали от источников огня и нагревательных приборов.

Солнечная электростанция для частного дома 81

Если вы являетесь счастливым обладателем своего загородного дома или планируете его строительство, скорее всего, вам не раз приходилось задумываться над вопросами электроснабжения своего жилища. Слишком часто бывает так, что мощность ближайшей подстанции не позволяет обеспечить всех желающих электроэнергией и связано это с тем, что степень изношенности многих подстанций сегодня высока, а аппетиты городов и посёлков постоянно увеличиваются в связи со строительством новых зданий и частных домов. Лампочка горящая в полнакала, перепады и скачки напряжения, которые несут угрозу для всех бытовых приборов в доме, а то и вовсе отключение света.

Столкнувшись в очередной раз со всеми недостатками централизованных сетей электроснабжения частного дома, мы поняли, что генерация своей собственной электроэнергии станет для нас наиболее разумным решением. Вариантов было несколько: дизель-генератор, ветровая или солнечная электростанции. От установки дизель-генератора отказались по понятным причинам – шумно, да и невозможно использовать дизель-генератор как основной источник электроэнергии. Это решение больше для аварийных ситуаций.

Ветровая электростанция. Одним из главных критериев для ее установки являются требования к ветру. Среднегодовая скорость ветра должна быть около 4.0-4.5 м/с., этого показателя должно быть достаточно для того, чтобы домашняя ветряная электростанция была выгодна в использовании. Среднегодовая скорость ветра в Псковской области достигает 2,0 м/с да и то в зимний период. В другие времена года эти значения были еще ниже.

Для справки:
Среднегодовая или среднемесячная скорость ветра – это усредненный показатель, рассчитанный на основе 10-летних наблюдений. Скорость ветра измеряется на высоте 10 метров от поверхности земли. Эти показатели сильно отличаются в различных регионах страны и напрямую влияют на эффективность использования ветрогенераторов и электростанций на основе энергии ветра.

Солнечная электростанция. В основе расчета солнечной электростанции нужно учитывать два параметра. Это необходимая мощность потребления и количество солнечных дней в году. Исходя из этого необходимо сначала определить сколько понадобится электроэнергии, и сколько дней в году будет работать система.

Инсоляция определяет количество солнечных дней в году. От этого будет зависеть мощность и количество электроэнергии, генерируемой солнечными батареями. Уровень инсоляции для Псковской области оставляет 3-3,5 кВт*ч/м2/сутки, что уже неплохо. Теперь посмотрим график распределения инсоляции в году.

Пиковые значения солнечных дней в году приходятся на май, июнь и июль. В зимний период солнца значительно меньше (данные взяты для Псковской области, значения уровня инсоляции могут варьироваться от региона к региону).

Вот такие исходные данные мы получили. И, при весьма скромном бюджете, решили всё-таки реализовать данный проект. Что у нас получилось, с какими трудностями пришлось столкнуться – читайте далее.

Есть три основных типа солнечных электростанций: сетевые, автономные и гибридные.

Сетевая солнечная электростанция работает без аккумуляторов и используется для уменьшения оплаты за сетевую электроэнергию. Принцип работы прост: выработанную от солнца электроэнергию она направляет во внутреннюю сеть, из промышленной сети берется только недостающая мощность.

Автономная солнечная электростанция строится для электроснабжения там, где нет промышленной сети. Выработанную солнечную энергию она направляет на питание потребителей, а избытки запасает в аккумуляторных батареях. В темное время суток все электроснабжение осуществляется от аккумуляторов.

Гибридная солнечная электростанция – это комбинированный тип сетевой и автономной солнечных электростанций. Днем солнечная энергия направляется во внутреннюю сеть, уменьшая потребление. Ночью система переходит на питание от промышленной сети или аккумуляторов. При отключении промышленной сети система работает как автономная солнечная электростанция – энергоснабжение объекта не прерывается и осуществляется от солнечной и запасенной в аккумуляторах энергии.

В нашем проекте была использована гибридная солнечная станция. Это позволило решить проблему малого количества солнечных дней в зимний период. Но главное – весь год мы теперь не зависели от некачественной сети. И при отсутствии в ней электричества, электроснабжение дома не прерывалось.

Принцип работы гибридной солнечной электростанции

Система состоит из трёх элементов: солнечные панели, аккумуляторы и гибридный инвертор.

Основа всего – гибридный инвертор, который способен в потребляемую от внешней сети энергию “подмешивать” энергию, выработанную солнечными панелями.

Принцип работы таков: дом потребляет энергию от солнечных панелей, но при ее нехватке использует мощности внешней сети. Когда внешняя сеть отсутствует, гибридный инвертор переходит на автономную работу, при которой используется энергия солнечных панелей и энергия аккумуляторов.

Остановимся подробнее на каждом элементе солнечной электростанции.

Список оборудования получился следующим:

  • Солнечная батарея 200Вт – 4 шт;
  • Гибридный солнечный инвертор SILA 3000M Plus – 1 шт;
  • Аккумулятор SunStonePower ML12-200 – 2 шт.

Дополнительное оборудование:

  • 7 x Кабель солнечный 6 мм2 ( черный );
  • 7 x Кабель солнечный 6 мм2 ( красный );
  • 2 x Коннектор MC4 30A;
  • 1 x Балансир заряда двух АКБ 12 Вольт;
  • 1 x Коннектор МС4 Y-3;
  • 3 x Диод шоттки МС4 10А;
  • 1 x Перемычка для аккумуляторов 260/25 под болт М8;
  • 2 x Перемычка для аккумуляторов 1500/25 под болт М8;
  • 1 x Предохранитель ANL 200А;
  • 1 x Держатель предохранителя ANL;
  • 1 x УЗИП постоянного тока 2Р;
  • 1 x Предохранитель FDS-32;
  • 1 x Держатель предохранителя FDS-32.

Собирали систему самостоятельно.

Чаще всего, солнечные панели устанавливают на крышах домов, гаражей или хозяйственных построек. Эффективность производства электроэнергии при неправильной установке может сильно снижаться, поэтому необходимо учитывать следующие правила:

  1. На солнечные батареи не должна падать тень от близлежащих зданий, деревьев или опор ЛЭП.
  2. Летом панели должны быть повернуты на юг, зимой – на юго-восток.
  3. Панели необходимо устанавливать на подвижные основания, за счет которых можно будет регулировать угол наклона.

Все четыре солнечные батареи мы разместили на крыше надворной постройки. Место установки было выбрано неслучайно, так как солнечные панели нужно направить на юг, чтобы они получали больше солнца в течение всего дня.

Перед установкой нужно тщательно продумать расположение компонентов солнечной электростанции. Протянуть провода от панелей до места расположения инвертора. Провода выбрали сечением 6 мм², так как по ним будет передаваться напряжение до 100 В и ток 25–30 А. Такой запас по сечению позволяет минимизировать потери на проводе.

Солнечные панели были собраны в две группы по две панели в каждой.

Группы панелей между собой подключены параллельно специальными коннекторами, обеспечивающими хороший контакт и герметичность соединения – называются MC4.


Коннектор MC4 30A

Подключение гибридного инвертора производится с нижней стороны на клеммные колодки и винтовые зажимы:

На передней панели находятся четыре кнопки управления режимами индикации и управления инвертором.

Индикация – дисплей у инвертора LCD и дает полную информацию о состоянии и параметрах во время работы системы. На дисплее отображается схема работы, напряжение и частота входа и выхода по высокому напряжению, потребляемая мощность нагрузки, генерируемая мощность солнечных панелей, напряжение аккумуляторной батареи и потребляемый от нее ток.

Также, на передней панели выведены три светодиода для информирования о состоянии основных режимов работы инвертора.

Помимо органов управления, инвертор обеспечивает легкую и доступную настройку и визуализацию рабочих процессов через ПО, скачать которое можно на сайте производителя. Подключается инвертор к компьютеру через шнур (идет в комплекте поставки) к порту RS232. Если у вас нет данного порта, то нужно дополнительно приобрести переходник USB-RS232.

Установленное ПО автоматически находит подключенный инвертор. Выглядит оно следующим образом:

А вот здесь можно произвести точную настройку инвертора под Ваши задачи:

Этот комплект может выдать до 3 кВт мощности в автономном режиме. Если приобрести такой же инвертор, то можно нарастить мощность до 6 кВт на фазу.

Типовой состав потребителей:

  • освещение 200 Вт до 5 часов в сутки;
  • телевизоры 200 Вт до 5 часов в сутки;
  • ноутбук и телефон 100 Вт до 5 часов в сутки;
  • компьютер 300 Вт до 5 часов в сутки;
  • холодильник 100 Вт до 24 часов в сутки;
  • циркуляционный насос 100 Вт до 12 часов в сутки;
  • стиральная машина 1000 Вт 1 час в сутки.
Читайте также:  Борьба с подтоплением на даче

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:

Как правильно выбрать солнечные батареи

Мы не так часто в нашей жизни покупаем солнечные батареи или устанавливаем солнечную электростанцию у себя на крыше. И правильно подобрать такое дорогостоящее оборудование одновременно ответственная и сложная задача для покупателя. Давайте попробуем разобраться в некоторых нюансах и возможных подводных камнях перед желанной покупкой.

В первую очередь, необходимо обратить внимание на технические характеристики солнечного фотомодуля. Основные из них перечислены ниже. Также, необходимо проверить качество изготовления и отсутствие визуальных дефектов на фотоэлементах, защитном стекле, ну и конечно, раме солнечного модуля.

Как определить, какое напряжение у модулей?

В последние годы на рынке появились солнечные панели с нестандартным напряжением, которые предназначены для работы в последовательных высоковольтных цепочках. С легкой руки непрофессиональных продавцов, появилась путаница с указанием номинального напряжения солнечных модулей. Мы возьмём на себя смелость и постараемся дать несколько советов, как определить, какое напряжение у солнечной батареи.

Различают несколько напряжений, которые указываются в параметрах солнечных панелей.

  1. Напряжение в точке максимальной мощности (ТММ). Это напряжение при работе модуля с максимальной эффективностью, т.е. когда он выдает свою пиковую мощность при стандартных тестовых условиях (STC). Это напряжение указывается в спецификациях модулей. Нужно учитывать, что измерить напряжение ТММ не так просто. Более того, очень часто нагрузка или аккумуляторные батареи заставляют работать солнечный модуль при напряжении, отличном от напряжения ТММ (обычно на несколько вольт ниже). Номинальная мощность равна произведению напряжения в точке максимальной мощности на ток в ТММ.
  2. Напряжение холостого хода. Напряжение холостого хода измеряется на клеммах солнечной панели без нагрузки, т.е. когда ток равен нулю. Это напряжение указывается в спецификациях на солнечных модуль. Напряжение холостого хода важно для определения максимально возможного напряжения, которое может выдавать модуль и солнечная батарея, собранная из нескольких модулей. Используя коэффициент температурной коррекции напряжения можно вычислить максимально возможное напряжение солнечного модуля при низкой температуре. Это напряжение не должно превышать максимально допустимого напряжения контроллера или инвертора.
  3. Номинальное напряжение. Это напряжение используется для классификации и различения модулей. Этот параметр пришел к нам со времен, когда солнечные панели использовались только для заряда аккумуляторных батарей. Это напряжение часто не указывается в спецификациях солнечной панели. Параметр номинального напряжения был введен для облегчения подбора солнечных панелей к аккумуляторам. Например, 12 В аккумуляторы нужно заряжать солнечной панелью с номинальным напряжением 12 В, а батарею 24 В — солнечной панелью с номинальным напряжением 24 В.
    Здесь ситуация аналогичная напряжениям, указываемым для аккумуляторов. Как известно, для заряда аккумулятора номинальным напряжением 12 В нужно зарядное устройство с напряжением примерно до 15 В. Поэтому 12-ти вольтовая солнечная панель должна выдавать такое напряжение при различной температуре.
    Поэтому, даже несмотря на то, что напряжение в ТММ солнечной панели равно 17 В, она будет заряжать аккумулятор при 14 В, а инвертор питать при 10-15 В, но все эти элементы будут иметь номинальное напряжение 12 В. Таким образом, для потребителя облегчается задача подбора оборудования, совместимого друг с другом.
    Такой подход прекрасно работал до появления MPPT контроллеров и сетевых фотоэлектрических инверторов. Технология MPPT (поиска точки максимальной мощности солнечной батареи, англ. maximum power point tracking) позволяет «отвязать» напряжение солнечной батареи от номинальных напряжений инвертора и аккумулятора.
    Сетевые инверторы и MPPT контроллеры позволили производителям солнечных панелей ориентироваться на размер панелей и их мощность, а не на напряжение. Так появились модули, напряжение которых совершенно не связано с напряжениями на аккумуляторах.

Напряжение солнечной батареи определяется количеством соединенных последовательно солнечных фотоэлементов. Каждый элемент имеет рабочее напряжение чуть менее полвольта. В настоящее время есть модули с количеством элементов 36 шт., 48 шт., 54 шт., 60 шт., 72 шт., 96 шт. и 120 шт. Самые распространённые панели с количеством фотоэлементов 36 шт., 60 шт. или 72 шт. В таблице ниже приведены основные напряжения этих солнечных панелей.

При покупке модулей для автономной системы с аккумуляторами обращайте внимание на напряжение модуля. В последнее время массово производятся модули высокой мощности с нестандартным номинальным напряжением 20 В. Такие модули обычно используются совместно с сетевыми фотоэлектрическими инверторами или с MPPT контроллерами заряда. Если вы хотите удешевить систему за счет менее дорогого ШИМ контроллера, выбирайте модули с номинальным напряжением 12 В или 24 В.

Температурная коррекция напряжения

Напряжение при возможных низких рабочих температурах модуля важно знать, для того, чтобы правильно подобрать солнечный контроллер или инвертор. Как известно, напряжение солнечной батареи растет при понижении температуры. Температурный коэффициент обычно указывается в спецификациях солнечного модуля.

На что обращать внимание при выборе солнечных панелей для вашей солнечной электростанции?

Цена против качества

Кроме того, что не все производители и солнечные модули одинаковы, есть еще ряд параметров и факторов, на которые следует обратить внимание при принятии решения о покупке и при выборе поставщика. Только лишь цена на модули не должна быть определяющим фактором.

Проблемы и ухудшение параметров солнечных модулей может быть вызвано следующими факторами:

  • Качество солнечного элемента — его эффективность может быть разной. Это зависит от множества его параметров — шунтового и последовательного сопротивлений, шумовых токов, обратного сопротивления и т.д. Многое зависит от качества производства солнечного элемента и качества применяемых при его производстве материалов и оборудования. Известны проблемы практически на каждом этапе производства элемента — начиная от качества применённого кремния, до качества применяемых контактных паст и припоя. Мы в данной статье не будем рассматривать эти проблемы, это предмет для отдельной большой статьи.
  • Качество пайки солнечных элементов. При некачественной пайке возможен локальный перегрев контакта и его прогорание.
  • Качество EVA пленки, которая расположена между элементами и стеклом. Старение кристаллических солнечных модулей в основном связано со старением и помутнением этой пленки. Некачественная пленка может начать мутнеть и разрушаться уже через несколько лет. Хорошая пленка будет служить 30 и более лет, при этом ее помутнение (и, следовательно, потеря мощности модулем) не будет превышать 25-30%
  • Качество герметизации модуля и качество задней защитной пленки. Задняя пленка защищает модуль от попадания влаги. В любом модуле происходит диффузия влаги через пленку. Если качество пленки хорошее, то вся влага, которая попадает внутрь модуля, при его нагревании на солнце, выводится наружу. Если же пленка некачественная, то влаги попадает больше, чем может выйти при нагреве, остаточная влага накапливается внутри модуля и разрушает контакты и контактную сетку элементов. Это приводит к преждевременному выходу модуля из строя.
  • Качество алюминиевой рамы. Здесь все понятно: некачественное анодирование может приводить к окислению рамки и ее коррозии. К счастью, этот дефект больше визуальный и вряд ли приводит к преждевременному выходу модуля из строя. Хотя, в некоторых случаях (например, при установке модулей на мачтах, где возможны сильные ветровые нагрузки или там, где среда агрессивная) ускоренная коррозия металла может приводить к его разрушению под нагрузками.
  • В последнее время появились солнечные модули с двойным стеклом, т.е. вместо задней защитной пленки применено стекло. Такие модули имеют ряд преимуществ.

Крыша веранды изготовлена из солнечных панелей с двойным стеклом

Толеранс

Под толерансом подразумевается отклонение реальной мощности модуля от паспортной. Толеранс может быть, как положительным, так и отрицательным. Например, модуль c паспортной мощностью 280 Вт может иметь мощность 275 Вт – это будет означать, что данный модуль имеет отрицательный толеранс. Положительный толеранс означает, что солнечная панель не только гарантированно будет иметь при стандартных тестовых условиях выходную мощность 290Вт, но и даже больше.

Температурный коэффициент

Температурный коэффициент отражает, какое влияние на выходные ток и напряжение модуля будет иметь повышение или понижение температуры модуля. Как известно, напряжение и мощность модуля при повышении температуры уменьшаются, а ток повышается. Чем меньше температурный коэффициент изменения мощности, тем лучше.

Эффективность преобразования солнечного света

C этим понятно — чем больше КПД, тем меньшая площадь модулей потребуется для генерации одинаковой мощности и энергии.

Срок службы и гарантии

Заявленный срок службы солнечной панели важен по нескольким причинам. Он может отражать уверенность производителя в качестве произведенной продукции. Солидные производители имеют гарантию 25 лет на 80-90% мощности модуля, а также 5 и более лет на механические повреждения.

Однако, нужно учитывать, что гарантия действует до тех пор, пока существует производитель или импортер. Здесь уже «как карта ляжет» — в последние годы из солнечного бизнеса ушли компании, которые, казалось, будут в нем еще очень долго. Но тем не менее, общее правило остается — покупайте у продавцов и производителей, которые давно на рынке и устойчиво «плывут» в бурном потоке рынка. Так как мало кто покупает модули напрямую от производителя, важно правильно выбрать продавца или установщика, которые обеспечат вам правильный выбор и режимы работы вашей системы солнечного электроснабжения.

Размеры и мощность

Стоимость модуля зависит от его мощности прямо пропорционально. Однако, чем больше единичная мощность модуля, тем меньше будет его стоимость за ватт. Поэтому, если вам нужна определенная мощность, то лучше ее набрать большими модулями, чем маленькими — это будет и дешевле, и надежнее, т.к. у вас будет меньше соединений. Также, стоимость за ватт модулей со стандартным напряжением 12/24 В обычно выше, чем с нестандартным количеством элементов в модуле 48 или 54. Для последних при заряде аккумуляторов нужен более дорогой MPPT контроллер.

Тип солнечных элементов, примененных в модуле, также определяет его размер. Поэтому сначала посчитайте, какая мощность вам нужна для снабжения энергией вашей нагрузки, потом посмотрите, хватит ли вам места для размещения такого количества модулей. Может потребоваться выбрать более дорогие, но более эффективные модули, для того, чтобы обеспечить все ваши потребности в энергии. Не забывайте, кстати, что перед проектированием системы солнечного электроснабжения нужно принять все возможные меры по энергосбережению.

Пиковая мощность всех модулей измерена при стандартных тестовых условиях:
Масса воздуха AM=1.5, радиация E=1000 Вт/м 2 и температура фотоэлектрического элемента Tc=25°C. Такие условия при реальной работе модулей не существуют — модули нагреваются обычно до 40-60 градусов, освещенность почти всегда ниже 1000 Вт/м 2 (исключение составляют морозные ясные дни). Поэтому многие производители также дают характеристики модулей при NOCT (normal operation conditions) — обычно для температуры модуля 45-47 °C и освещенности 800 Вт/м 2 , при этом выработка модулей примерно на 25-30% ниже пиковой. В морозный ясный день выработка модулей может доходить до 125% от пиковой.

Типы солнечных элементов: монокристаллические, поликристаллические, аморфные и другие.

Основные типы солнечных элементов, которые сейчас массово продаются на рынке, следующие:

  • Монокристаллические. Имеют наибольшую эффективность и удовлетворительные температурные коэффициенты.
  • Поликристаллические. В настоящее время наиболее популярные, т.к. имеют меньшую стоимость за ватт при примерно таких же характеристиках, как монокристаллические. Последние улучшения в технологии поликристаллических модулей брендовых производителей привели к тому, что их параметры могут быть даже лучше, чем у монокристаллических модулей noname производителей/сборщиков панелей.
  • Аморфные (тонкопленочные). Используют наименьшее количество кремния. Имеют примерно в 2 раза меньший КПД по сравнению с кристаллическими модулями. К преимуществам можно отнести низкий температурных коэффициент (т.е. при нагревании мощность таких модулей падает незначительно) и большую чувствительность при низких освещенностях.
  • CIGs — тонкопленочные модули из кадмий-индий-галлий теллурида. Многообещающая технология, но массового распространения пока не получила. Делают такие модули всего несколько производителей, и цена на них за ватт обычно выше, чем на массово выпускаемые модули из кристаллического кремния.

В последние годы появились солнечные модули, изготовленные с применение новых технологий: PERC, гетероструктурные и т.п. Они имеют больший КПД и улучшенную эффективность. Пока их стоимость превышает стоимость стандартных кристаллических модулей с токосъемными шинами, но технология совершенствуется и рынок постепенно переходит на новые типы модулей, цена которых снижается.

Какие же модули, из перечисленных выше, работают лучше? В последнее время появилось много мифов и необоснованных заявлений насчет того, что какой-то из этих типов модулей работает лучше, чем другие. Некоторые уверяют, что поликристаллические элементы лучше работают при низкой освещенности и в пасмурную погоду. Другие утверждают то же самое, но для монокристаллических элементов. Были даже версии, что поликристаллические элементы лучше преобразуют рассеянный свет, потому что кристаллы в них «повернуты в разные стороны».

Анализ результатов тестирования сотен модулей показывает, что модуль хорош не тот, который моно или поли, а тот, который сделан качественно. Результаты тестирования модулей по PTC (которые ближе к реальным условиям эксплуатации модулей) показывают, что некоторые монокристаллические лучше, чем некоторые поликристаллические, а некоторые поликристаллические лучше, чем некоторые монокристаллические. Этот факт также подтверждают многочисленные результаты сравнений модулей конечными пользователями — можно найти как «доказательства» преимуществ моно перед поли, так и преимуществ поли перед моно. Однако большинство монокристаллических модулей немного лучше работают при нагреве — это подтверждает анализ большого количества данных по PTC мощности солнечных модулей различных производителей.

Что является фактами, так это следующее:

  • Монокристаллические модули обычно имеют больший КПД при STC, т.е. можно получить больше мощности с единицы площади солнечной батареи при ярком солнце.
  • Монокристаллические модули имеют меньшую деградацию со временем.
  • Монокристаллические модули дороже за ватт.
  • На эффективность стандартных модулей в общем случае влияет количество токосъемных шин. Чем их больше, тем лучше работают солнечные элементы. Солнечные элементы с 4 шинами (4BB) постепенно вытеснены элементами с 5 шинами (5BB). Эффективность их выше, чем у элементов с 3 или 4 шинами, но сравнивать при этом нужно элементы производителей одинакового уровня. Хороший (брендовый, Tier1) производитель делает модули с 4BB элементами лучше, чем noname или Tier3 c 5BB.
  • Солнечные элементы, изготовленные по новой технологии (PERC, гетероструктурные и др.) имеют КПД примерно на 10-15% выше. Т.е. в размере стандартного 260-280Вт модуля можно получить до 320Вт.

Так что еще раз повторим — если хотите получить солнечные панели с прогнозируемыми параметрами — покупайте брендовые, с указанием реального производителя. Этот производитель должен быть в списке протестированных независимыми лабораториями или рекомендован независимыми агентствами.

Ссылка на основную публикацию

Выбор системы электроснабжения на солнечных батареях

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.


Солнечная электростанция для частного дома 81

Если вы являетесь счастливым обладателем своего загородного дома или планируете его строительство, скорее всего, вам не раз приходилось задумываться над вопросами электроснабжения своего жилища. Слишком часто бывает так, что мощность ближайшей подстанции не позволяет обеспечить всех желающих электроэнергией и связано это с тем, что степень изношенности многих подстанций сегодня высока, а аппетиты городов и посёлков постоянно увеличиваются в связи со строительством новых зданий и частных домов. Лампочка горящая в полнакала, перепады и скачки напряжения, которые несут угрозу для всех бытовых приборов в доме, а то и вовсе отключение света.

Столкнувшись в очередной раз со всеми недостатками централизованных сетей электроснабжения частного дома, мы поняли, что генерация своей собственной электроэнергии станет для нас наиболее разумным решением. Вариантов было несколько: дизель-генератор, ветровая или солнечная электростанции. От установки дизель-генератора отказались по понятным причинам – шумно, да и невозможно использовать дизель-генератор как основной источник электроэнергии. Это решение больше для аварийных ситуаций.

Ветровая электростанция. Одним из главных критериев для ее установки являются требования к ветру. Среднегодовая скорость ветра должна быть около 4.0-4.5 м/с., этого показателя должно быть достаточно для того, чтобы домашняя ветряная электростанция была выгодна в использовании. Среднегодовая скорость ветра в Псковской области достигает 2,0 м/с да и то в зимний период. В другие времена года эти значения были еще ниже.

Для справки:
Среднегодовая или среднемесячная скорость ветра – это усредненный показатель, рассчитанный на основе 10-летних наблюдений. Скорость ветра измеряется на высоте 10 метров от поверхности земли. Эти показатели сильно отличаются в различных регионах страны и напрямую влияют на эффективность использования ветрогенераторов и электростанций на основе энергии ветра.

Солнечная электростанция. В основе расчета солнечной электростанции нужно учитывать два параметра. Это необходимая мощность потребления и количество солнечных дней в году. Исходя из этого необходимо сначала определить сколько понадобится электроэнергии, и сколько дней в году будет работать система.

Инсоляция определяет количество солнечных дней в году. От этого будет зависеть мощность и количество электроэнергии, генерируемой солнечными батареями. Уровень инсоляции для Псковской области оставляет 3-3,5 кВт*ч/м2/сутки, что уже неплохо. Теперь посмотрим график распределения инсоляции в году.

Читайте также:  Посоветуйте, как избавиться от скрипа дверей

Пиковые значения солнечных дней в году приходятся на май, июнь и июль. В зимний период солнца значительно меньше (данные взяты для Псковской области, значения уровня инсоляции могут варьироваться от региона к региону).

Вот такие исходные данные мы получили. И, при весьма скромном бюджете, решили всё-таки реализовать данный проект. Что у нас получилось, с какими трудностями пришлось столкнуться – читайте далее.

Есть три основных типа солнечных электростанций: сетевые, автономные и гибридные.

Сетевая солнечная электростанция работает без аккумуляторов и используется для уменьшения оплаты за сетевую электроэнергию. Принцип работы прост: выработанную от солнца электроэнергию она направляет во внутреннюю сеть, из промышленной сети берется только недостающая мощность.

Автономная солнечная электростанция строится для электроснабжения там, где нет промышленной сети. Выработанную солнечную энергию она направляет на питание потребителей, а избытки запасает в аккумуляторных батареях. В темное время суток все электроснабжение осуществляется от аккумуляторов.

Гибридная солнечная электростанция – это комбинированный тип сетевой и автономной солнечных электростанций. Днем солнечная энергия направляется во внутреннюю сеть, уменьшая потребление. Ночью система переходит на питание от промышленной сети или аккумуляторов. При отключении промышленной сети система работает как автономная солнечная электростанция – энергоснабжение объекта не прерывается и осуществляется от солнечной и запасенной в аккумуляторах энергии.

В нашем проекте была использована гибридная солнечная станция. Это позволило решить проблему малого количества солнечных дней в зимний период. Но главное – весь год мы теперь не зависели от некачественной сети. И при отсутствии в ней электричества, электроснабжение дома не прерывалось.

Принцип работы гибридной солнечной электростанции

Система состоит из трёх элементов: солнечные панели, аккумуляторы и гибридный инвертор.

Основа всего – гибридный инвертор, который способен в потребляемую от внешней сети энергию “подмешивать” энергию, выработанную солнечными панелями.

Принцип работы таков: дом потребляет энергию от солнечных панелей, но при ее нехватке использует мощности внешней сети. Когда внешняя сеть отсутствует, гибридный инвертор переходит на автономную работу, при которой используется энергия солнечных панелей и энергия аккумуляторов.

Остановимся подробнее на каждом элементе солнечной электростанции.

Список оборудования получился следующим:

  • Солнечная батарея 200Вт – 4 шт;
  • Гибридный солнечный инвертор SILA 3000M Plus – 1 шт;
  • Аккумулятор SunStonePower ML12-200 – 2 шт.

Дополнительное оборудование:

  • 7 x Кабель солнечный 6 мм2 ( черный );
  • 7 x Кабель солнечный 6 мм2 ( красный );
  • 2 x Коннектор MC4 30A;
  • 1 x Балансир заряда двух АКБ 12 Вольт;
  • 1 x Коннектор МС4 Y-3;
  • 3 x Диод шоттки МС4 10А;
  • 1 x Перемычка для аккумуляторов 260/25 под болт М8;
  • 2 x Перемычка для аккумуляторов 1500/25 под болт М8;
  • 1 x Предохранитель ANL 200А;
  • 1 x Держатель предохранителя ANL;
  • 1 x УЗИП постоянного тока 2Р;
  • 1 x Предохранитель FDS-32;
  • 1 x Держатель предохранителя FDS-32.

Собирали систему самостоятельно.

Чаще всего, солнечные панели устанавливают на крышах домов, гаражей или хозяйственных построек. Эффективность производства электроэнергии при неправильной установке может сильно снижаться, поэтому необходимо учитывать следующие правила:

  1. На солнечные батареи не должна падать тень от близлежащих зданий, деревьев или опор ЛЭП.
  2. Летом панели должны быть повернуты на юг, зимой – на юго-восток.
  3. Панели необходимо устанавливать на подвижные основания, за счет которых можно будет регулировать угол наклона.

Все четыре солнечные батареи мы разместили на крыше надворной постройки. Место установки было выбрано неслучайно, так как солнечные панели нужно направить на юг, чтобы они получали больше солнца в течение всего дня.

Перед установкой нужно тщательно продумать расположение компонентов солнечной электростанции. Протянуть провода от панелей до места расположения инвертора. Провода выбрали сечением 6 мм², так как по ним будет передаваться напряжение до 100 В и ток 25–30 А. Такой запас по сечению позволяет минимизировать потери на проводе.

Солнечные панели были собраны в две группы по две панели в каждой.

Группы панелей между собой подключены параллельно специальными коннекторами, обеспечивающими хороший контакт и герметичность соединения – называются MC4.


Коннектор MC4 30A

Подключение гибридного инвертора производится с нижней стороны на клеммные колодки и винтовые зажимы:

На передней панели находятся четыре кнопки управления режимами индикации и управления инвертором.

Индикация – дисплей у инвертора LCD и дает полную информацию о состоянии и параметрах во время работы системы. На дисплее отображается схема работы, напряжение и частота входа и выхода по высокому напряжению, потребляемая мощность нагрузки, генерируемая мощность солнечных панелей, напряжение аккумуляторной батареи и потребляемый от нее ток.

Также, на передней панели выведены три светодиода для информирования о состоянии основных режимов работы инвертора.

Помимо органов управления, инвертор обеспечивает легкую и доступную настройку и визуализацию рабочих процессов через ПО, скачать которое можно на сайте производителя. Подключается инвертор к компьютеру через шнур (идет в комплекте поставки) к порту RS232. Если у вас нет данного порта, то нужно дополнительно приобрести переходник USB-RS232.

Установленное ПО автоматически находит подключенный инвертор. Выглядит оно следующим образом:

А вот здесь можно произвести точную настройку инвертора под Ваши задачи:

Этот комплект может выдать до 3 кВт мощности в автономном режиме. Если приобрести такой же инвертор, то можно нарастить мощность до 6 кВт на фазу.

Типовой состав потребителей:

  • освещение 200 Вт до 5 часов в сутки;
  • телевизоры 200 Вт до 5 часов в сутки;
  • ноутбук и телефон 100 Вт до 5 часов в сутки;
  • компьютер 300 Вт до 5 часов в сутки;
  • холодильник 100 Вт до 24 часов в сутки;
  • циркуляционный насос 100 Вт до 12 часов в сутки;
  • стиральная машина 1000 Вт 1 час в сутки.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:

Гибридные солнечные электростанции

Надежное и бесперебойное электроснабжение, использование бесплатной и чистой энергии солнца, экономия на счетах за электроэнергию – это реальность! Гибридная солнечная станция – комплексное решение всех вопросов электроснабжения загородного дома.

Если ваш загородный дом подсоединен к электросети, которая работает без сбоев, стоимость электроэнергии невысока, то вы никогда не подумаете что-то менять в своей системе электроснабжения. Но если электричество не проведено к месту вашего проживания, электрическая сеть постоянно прерывается или стоимость электроэнергии высокая, то сразу же возникает желание решить эти задачи. Для этого есть много технических возможностей, обычно устанавливают дизельный генератор или ИБП. Но самым выгодным решением является установка солнечной электростанции, которая комплексно решает все эти задачи.

Установка солнечной электростанции обеспечивает вам ряд преимуществ:

1. Выработка и экологически чистой энергии;

2. Экономия на оплате счетов за электроэнергию на 70-80%;

3. Работает как автономная станция если вас еще не подключили к внешней сети;

4. Работает как ИБП – питает ваш дом во время отключений электроэнергии;

5. «Зеленый тариф Ready!» – продажа излишков в городскую сеть после принятия закона о зеленом тарифе;

6. При использовании литиевых АКБ, в весенне-летний период можно вообще не потреблять энергию от внешней сети.

Недостатки, которые надо учитывать :

1. Необходимость иметь место, подходящее для установки солнечных батарей;

2. Дороговизна первоначальной стоимости.


Надо понимать, что солнечные электростанции сильно различаются в зависимости от целей использования. При отсутствии внешней сети используют автономные солнечные станции с аккумуляторами. Если есть стабильная внешняя сеть, но при этом стоимость электроэнергии высока, то для ее экономии ставят сетевые солнечные электростанции. Если внешняя сеть нестабильна и часто отключается, то устанавливаются стандартные ИБП. А вот гибридные солнечные электростанции спроектированы так, чтобы решить все эти вопросы комплексно.

Если у вас нет внешней сети, то гибридная станция собирает энергия от солнечных батарей, накапливает их в блоке аккумуляторов и расходует эту энергию по мере потребности ваших электроприборов. Если есть стабильная внешняя, то гибридная станция питает от солнечной энергии всех ваших потребителей. В случае, если солнечной энергии недостаточно, то система добавляет энергию от внешней сети. Когда солнечной энергии нет (ночь или пасмурное небо) и произошло отключение внешней электросети, то гибридная станция работает как обычный ИБП и питает важные потребители энергией, запасенной в аккумуляторах.

Конечно, у гибридной электростанции есть минус – она немного дороже, чем обычный ИБП, обычная автономная или сетевая станция, т.к. в ней есть все возможные компоненты. Она включает в себя солнечные батареи, которых нет в обычном ИБП. Гибридный инвертор дороже обычного автономного инвертора. Кроме того, в сетевой станции нет блока аккумуляторов.

Зачем же тогда нужны гибридные станции? Есть две ситуации, когда надо ставить гибридную станцию:

Во-первых, представим себе ситуацию: подведенная к вашему дому сеть нестабильна и отключения не редки. Наиболее оптимальное решение – это установка ИБП (об этом можете прочесть в статье ИБП против бензиновых или дизельных генераторов). Вы покупаете относительно дорогое оборудование, которое большую часть времени стоит в режиме ожидания отключения сети. Немного доплатив, вы можете использовать его для получения энергии от солнца и начать экономить на счетах за электроэнергию.

Вторая ситуация связана с дизельными или бензиновыми генератором. Стоимость энергии, получаемой от дизельных или бензиновых генераторов, самая высокая для всех автономных систем. А с учетом периодического обслуживания, заменой масел и фильтров, а также доставкой самого топлива, его реальная конечная стоимость еще больше. Гибридная солнечная станция решает проблему уменьшения потребления топлива и общего времени работы генератора. Когда нагрузка достаточно велика, она замещает электроэнергию от генератора на энергию от солнца, т. о. уменьшается количество потребленных литров топлива. А когда нагрузка небольшая, то генератор можно просто остановить и вся потребленная электроэнергия будет поступать от солнечных батарей.

В чем же смысл именно сейчас установить инвертор Bineos HV4K? Это выгодно по ряду причин:

1. Стоимость гибридного инвертора ниже, чем стоимость общая стоимость обычного инвертора для ИБП и сетевого инвертора. Например, на момент написания статьи цена батарейного инвертора 5кВт / 48В равно 49080р, стоимость самого дешевого сетевого инвертора SOFAR 4000TLM равна 59620р, а стоимость гибридного инвертора Bineos HV4K – выгода составляет 29040 рублей!

2. Пока не принят закон о зеленой тарифе, запрещено передавать энергию в сеть. В случае, если вы будете поставлять энергию от солнечной станции в сеть сейчас, это может повлечь серьезный штраф, более того, ваш счетчик будет считать будто всю эту энергию вы потребили, а не отдали. Поэтому на данный момент нет смысла ставить большие солнечные станции для экономии энергии. На момент написания статьи, самый маленький сетевой инвертор с функцией неотдачи в сеть это SOFAR 1100TL мощностью 1100 Вт, который стоит 30тр. Если доплатить эти же деньги за гибридный инвертор Bineos HV4K, то вы получите станцию на 4000 Вт мощности солнечных батарей. Это реальная экономия!

3. Если вы решили попробовать использовать солнечную энергию для экономии, то вы можете купить маломощный инвертор и установить 3-4 солнечных батарей. При этом потом, после выхода закона о зеленом тарифе, вам надо будет заново покупать более мощный инвертор. Или сразу купить и смонтировать как минимум 10-12 солнечных батарей мощностью и смириться с тем, что большая часть энергии от солнечных батарей не будет использоваться, пока закон о зеленом тарифе не вступит в силу. На гибридный инвертор Bineos HV4K можно установить массив солнечных батарей мощностью от 750 до 4000 Вт. Уже сейчас вы может поставить 3 солнечных батареи и начать реально экономить на счетах за электроэнергию.

4. Еще одно немаловажное преимущество гибридного инвертора Bineos HV4K состоит в том, что если отключение внешней сети произошло на более долгий срок, чем запасено в вашем блоке аккумуляторов, то вы сможете продлить время резерва на большее время, чем без него. А если на улице будет солнечная погода, то вы не заметите что отключался свет даже если его не будет месяц!

Какой бы вариант вы не выбрали, установив гибридную солнечную электростанцию, Вы получите на длительный срок надежное, бесперебойное электроснабжение, а также экономию на счетах за электроэнергию используя бесплатную и чистую энергию солнца – практически все время.

Как правильно выбрать солнечную батарею для частного дома

Дата публикации: 31 декабря 2018

Среди альтернативных источников энергии сегодня активно используют энергию солнца. Это еще и хороший вклад в экологию планеты. Главный способ получения такой энергии – солнечные батареи (панели), которые еще называют фотоэлектрическими. Их выбор зависит от множества критериев.

Советы по выбору

В вопросе, какие солнечные батареи лучше брать для дома, важно сначала определиться, в каком режиме они будут работать. Использование солнечной энергии в быту может обеспечивать:

  • Аварийное электроснабжение. Для выбора мощности панели необходимо рассчитать, сколько потребляют приборы, которые должны работать при отключении энергии. Чаще это 4-5 кВт/ч, которые обеспечивают резервное отопление и освещение.
  • Базовое электроснабжение. В этом случае батареи замещают электрическую энергию почти полностью. Рассчитать потребуется уже суточное потребление электроэнергии.
  • Комфортный режим. На работу батарей приходятся только некоторые приборы. Чаще это духовые шкафы, телевизор, чайник и вытяжка.

Кроме ожидаемой нагрузки, имеет значение время автономной работы батареи. Оно напрямую зависит от емкости аккумулятора. Чем она выше, тем больше панель сможет накопить энергии, которая будет расходоваться в пасмурные дни. Решая вопрос, как правильно выбрать солнечную батарею для частного дома, необходимо обратить внимание и на ее разновидности.

Монокристаллические

Если цена не важна, стоит выбирать монокристаллические панели. Их КПД за 25 лет снижается не более чем на 20%. Они состоят из одного кремниевого кристалла и за счет его одностороннего направления эффективнее. Такие панели выбирают в регионах с более высокой активностью солнца.

Поликристаллические

При выборе недорогих батарей для дачи или дома оптимальный вариант – поликристаллические кремниевые. Они стоят дешевле, чем монокристаллические, но вполне могут обеспечить дом достаточным количеством электричества. Здесь мелкие кристаллы объединены в фотоэлементы. По сравнению с монокристальными они менее эффективны, но лучше работают в условиях невысокой активности солнца.

Аморфные

В пасмурную погоду максимально эффективны аморфные батареи. Они работают в любых условиях: при рассвете, закате, запыленном воздухе и в дождь. Рассеянный свет обеспечивает им на 10% больше эффективности, чем у поликристалла. Благодаря гибкости, панели удобно монтировать на криволинейные поверхности, поэтому они не требовательны к углу наклона. Их располагают на крыше дома, покатых и неровных частях.

Читайте также:  Перегородки межкомнатные

Многие интересуются, какая солнечная батарея лучше – монокристаллическая или поликристаллическая. Первая эффективнее, но требует много света. Если площадь ограничена и из нее нужно выжать максимум, лучше взять монокристаллические элементы. Когда места много, обходятся поликристаллическими. Для удобства эффективность и отличия разных панелей представлены в таблице.

Тип панелейКПД, %Стоимость, долларов
Монокристаллические17-22170-200
Поликристаллические12-18150
Аморфные5-6250

Обзор популярных производителей

В процессе выбора лучше рассматривать проверенных производителей, которые у всех на слуху. Какой фирмы выбрать солнечные батареи:

  • NIBE. Представитель лидеров-производителей отопительного оборудования мирового уровня. Продукция шведской компании экономична, термоэффективна и выполнена с учетом европейских стандартов. Пример выпускаемых товаров – NIBE SOLAR. Это комплект, в который входят сразу все необходимые элементы:
    • солнечные панели NIBE Solar FP215P (2-6 шт.);
    • расширительный бак;
    • насосная станция;
    • блок контроллера.
  • Sanyo. Японский производитель электроники, создавший самые энергоэффективные солнечные панели в мире под названием HIT-N230. При КПД 22,8% их толщина вдвое меньше, чем у стандартных батарей.
  • SOLBAT. Производитель солнечных батарей с 17-летним опытом работы. Компания предлагает монокристаллические солнечные модули в каркасе и облегченные бескаркасные. Возможно изготовление элементов по индивидуальным размерам. Цены батарей: МСК-30 – 2500 р., МСК-100- 5300 р., МСК-50 – 3500 р.
  • Jinko Solar. Представитель крупнейших производителей солнечных элементов в мире. Среди удачных решений компании выделяют панель Jinko Solar Eagle PERC. При цене 14000 р. показатель ее эффективности составляет до 18,02%. Модуль оснащен фотоэлементами, имеющими 5 шин, что снижает потери генерируемого тока до минимума.

Существуют плюсы и минусы использования солнечной энергии в быту. К преимуществам относят возможность обеспечить автономное энергообеспечение и экономить на счетах за электричество. Минусами считают высокую стоимость и зависимость от погоды и времени суток. Будут ли системы достойной заменой централизованному электричеству и какие солнечные батареи самые эффективные, покажет только время.

Думаю, предпочтем аморфные батареи. Последние несколько летних сезонов были дождливыми, солнце видели раз в неделю, и недолго. При такой погоде от монокристаллической батареи будет мало толку.

Хороший выбор, если в Вашем регионе преобладает дождливая погода именно аморфные батареи наиболее эффективны!

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Современные системы независимого электроснабжения дома на солнечных батареях

Специалисты сходятся во мнении, что будущее – за автономными экологически чистыми системами энергоснабжения. Солнечную энергетику рассматривают как наиболее вероятную альтернативу нынешним технологиям генерации электричества, в первую очередь потому, что конечному потребителю она будет обходится дешевле – если принять во внимание, что цены на электричество, вырабатываемое “традиционными” способами, растут по всему миру.

Солнечная электростанция: как это устроено

В общих чертах солнечная электростанция для частного дома состоит из нескольких компонентов, каждый из которых играет важную роль в получении энергии. В первую очередь это сами солнечные модули, которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в постоянный ток, и инфраструктура, которая обеспечивает дальнейшее преобразование тока в переменный, аккумулирование и подачу к бытовым приборам. Как выглядит солнечный модуль, несложно представить: это плоская панель, состоящая из фотоэлектрических ячеек, которые под действием солнечного света вырабатывают постоянный ток. Если панелей несколько, они соединяются между собой специальными кабелями и коннекторами (МС4). Входящий в систему инвертор преобразует постоянный ток в переменный. Вспомогательные элементы системы – солнечные кабели и электрораспределительный щит. Автономные солнечные электростанции также включают в себя аккумуляторные батареи и контроллер их заряда/разряда. Сетевые электростанции не оборудуются батареями и контроллером по причинам, которые разберем ниже.

Автономные и сетевые: в чем различие

Полностью автономные солнечные электростанции, как понятно из названия, созданы для домов, не подключенных к централизованному электроснабжению. Днем, в период солнечной активности, автономная система обеспечивает текущие энергопотребности дома и заряжает аккумуляторные батареи, которые снабжают дом энергией в ночное время. Понятно, что в центральной России вряд ли найдется населенный пункт, к которому не подведено электричество. Однако «автономки» актуальны даже в благополучном Подмосковье, поскольку их можно использовать не только вместо централизованной подачи энергии, но и вместе с ней. Например, вы купили участок земли, к которому на данный момент не подведено централизованное энергоснабжение. С помощью автономной электростанции вы решаете проблему электроснабжения вашего объекта. Когда же вам подведут электричество, можно будет докупить контроллер для вашей солнечной электростанции (СЭС) и модернизировать автономную СЭС в автономно-гибридную. В дальнейшем к солнечной системе можно выборочно подключить некоторые наиболее часто используемые электроприборы — и, соответственно, не платить за электричество, которое они потребляют. Кроме того, автономная электростанция на солнечных батареях – отличный резервный источник электричества на случай его аварийного отключения, а такое в дачных и коттеджных поселках случается нередко, особенно после сильных ветров или ледяных дождей, а также вследствие перегрузки изношенных сетей из-за повышенного энергопотребления в пиковые часы.

Сетевые электростанции на солнечных батареях не накапливают электроэнергию, они работают параллельно с внешней сетью по приоритетной схеме. Дом в основном снабжается от солнечных модулей, а внешняя сеть используется только ночью, при плохой погоде или при недостатке мощности. Излишки энергии, выработанной солнечными батареями, можно даже продавать другим пользователям – подробнее об этом здесь.

При выборе поставщика солнечной электроустановки нужно обращать внимание на множество аспектов, одним из них является комплектность решения. Ориентируясь только на цену «коробочного» решения и не владея тонкостями вопроса, потребитель может в итоге переплатить. Часто в цену комплекта включены не все необходимые компоненты и потребитель узнает об этом только на этапе монтажа, когда нужно докупить тот или иной компонент. Но это меньшее из зол. Хуже, когда в составе электроустановки используется не самое надёжное или несовместимое оборудование. Эта ситуация чревата уже серьезными потерями: от низкой эффективности станции за счет несогласованной работы плохо подобранного оборудования до выхода всей системы из строя из-за поломки какого-либо элемента. А ведь солнечная электроустановка – удовольствие не из дешевых, и работа электростанции рассчитана на 30 и более лет. Как не попасться на удочку недобросовестных продавцов и какие критерии определяют надежность поставщика, можно почитать здесь.

Какие солнечные модули лучше? Доступно о технологиях

В Интернете постоянно идут настоящие баталии по поводу «Какие солнечные батареи лучше?!». Чтобы понять это, придется немного углубиться в технические подробности.

Фотоэлектрические элементы солнечных батарей изготавливаются на основе кремния, который может быть «организован» несколькими способами. Наибольшее распространение на рынке получили моно- и поликристаллические панели. Они состоят из пластин, которые имеют в основе один цельный или множество отдельных кремниевых кристаллов высокой чистоты. Для защиты от внешних воздействий ячейки кристаллических солнечных модулей покрывают закаленным стеклом, хорошо пропускающим свет.

КПД монокристаллических модулей выше (в среднем около 18%) – следовательно, они вырабатывают больше энергии на единицу площади в сравнении с поликристаллическими (обычно не превышает 16%); однако выше и цена. Недостатки у обеих разновидностей общие.

  • Потеря мощности при нагреве. Она может быть очень существенной – до 25% (в пределах рабочей температуры батарей). Эта проблема актуальна не только в жарком климате. Даже в прохладном Подмосковье в безветренный солнечный день темный предмет, находящийся на солнцепеке, нагревается до температур куда более высоких, чем окружающий воздух.
  • Невысокая эффективность при слабой освещенности и высокая чувствительность к затенению. Существует мнение, что эти недостатки связаны скорее с качеством изготовления панелей у отдельных производителей, чем с особенностями технологии в целом, однако это спорный вопрос.

Нивелировать минусы кристаллических батарей пытаются разными способами – например, использованием технологии PERC (пассивация задней панели), но это удорожает производство и, как следствие, сказывается на стоимости солнечных панелей.

В отличие от кристаллических тонкопленочные модули хорошо улавливают рассеянный свет и в них меньше всего кремния, поэтому они дешевле, но КПД таких модулей не очень высок – 10-12%, поэтому для эффективного электроснабжения нужно больше площади. К тому же срок службы у них меньше из-за более высокой деградации.

Гетероструктурные солнечные панели являются новинкой российского солнечного рынка, чего не скажешь про зарубежный. Эта технология на данный момент является наиболее современной и эффективной, а где, как не в Европе, знают толк в высокой эффективности и надежности? Во всем мире пока насчитывается всего несколько производителей солнечных панелей этого типа, так как инвестиции в организацию производства такого типа довольно серьезные, но и продукция имеет совершенно иные показатели, определяющие качество продукта премиального уровня. Не без гордости стоит заметить, что одним из производителей, выпускающих гетероструктурные батареи, является российская компания «Хевел», которая разработала и внедрила собственную технологию изготовления гетероструктурных модулей. Примечательно, что Хевел является единственным производителем этих батарей не только в России, но и в Европе. Предприятие осуществило грандиозную модернизацию производственных мощностей, оснастив их самым передовым европейским оборудованием. Теперь «Хевел» может предложить современные солнечные батареи не только российскому потребителю, но и взыскательным клиентам за рубежом.

Чем же так хороши гетероструктурные батареи?

Гетероструктурные солнечные панели сочетают в себе преимущества тонкопленочных и кристаллических: по КПД они, как уже говорилось, превосходят модули на поли- и монокристаллах, отлично работают в условиях переменной облачности и менее чувствительны к жаре. Еще одно важное преимущество гетероструктурных модулей – низкий коэффициент деградации; выражаясь простым языком – они практически не подвержены «старению» и сохраняют свою высокую эффективность даже спустя десятки лет. Официальная гарантия на производительность модулей Хевел составляет 25 лет. За это время они могут потерять максимально не более 17% мощности. Таким показателем не может похвастаться ни одна из вышеописанных технологий. Важно отметить, что солнечные модули отечественного производства адаптированы под особенности российского климата, и результаты их испытаний были получены именно в тех условиях, в которых им предстоит работать.

Высокая эффективность модулей (до 22,3 % для двусторонних модулей (BiFi +20%)), в том числе в условиях слабой освещенности, низкая степень деградации и температурный коэффициент, соответствие российским стандартам и техническим требованиям, адаптированность к российскому климату – все это в целом обеспечивает высочайшие показатели по выработке (до +20% для двусторонних модулей) и высочайшее качество продукта.

Монтаж: основные моменты

В частном доме лучшее место для установки солнечных модулей – крыша. В принципе, нет никаких технических ограничений и для установки на земле, но из-за высокой стоимости земли этот вариант менее популярен.

Форма кровли может быть любой: плоская, обычная скатная, вальмовая, многощипцовая и пр. Оптимальный угол наклона крыши может разниться от региона к региону. Точный угол наклона крыши в конкретном регионе необходимо уточнять у специалистов. Важно обращаться в компании, имеющие значительный опыт в реализации проектов на рынке и зарекомендовавшие себя в качестве экспертов отрасли. Одной из таких компаний можно считать все того же российского производителя гетероструктурных панелей – компанию «Хевел». «Хевел»по праву считается брендом №1 на рынке солнечной энергетики по совокупному объему построенных в России солнечных станций.

Хорошо, когда угол наклона крыши можно предусмотреть еще на этапе проектирования дома, но чаще всего солнечные модули устанавливаются на уже готовую крышу. В этом нет ничего страшного: наклон модулей можно откорректировать с помощью опорных конструкций. Солнечные модули лучше всего устанавливать на южной стороне кровли – там они будут получать самое большое количество солнца. Хорошо себя показывает и установка с ориентацией на запад или восток, северную сторону специалисты не рекомендуют. В целом нежелательно, чтобы крышу затеняли большие деревья или другие дома – это в бОльшей или мЕньшей степени (в зависимости от типа модулей, о чем писали выше) снижает КПД солнечных элементов.

Материал кровли тоже не играет особой роли: компания «Хевел», например, подбирает опорные конструкции к конкретной кровле, ее конфигурации и материалу. Если на крыше есть мансардные окна, установлены аэраторы или система снегозадержателей, это не проблема: солнечные модули совершенно не обязательно устанавливать вплотную друг к другу.

Площадь кровли влияет на количество солнечных панелей, которые можно на ней установить. Зачастую полезная площадь ограничена, поэтому важным аспектом является коэффициент использования пространства: чем выше эффективность модулей на единицу площади, тем больше кВт вы сможете получить с одной и той же поверхности. В случае с гетероструктурными батареями, ввиду их высокой эффективности, коэффициент использования пространства максимальный. Допустим, у нас есть дом размерами 6х9 м с обычной двускатной крышей; полная полезная площадь (одного ската) будет около 30м 2 ; на таком скате можно установить около 15 гетероструктурных модулей Хевел (что составляет 4,8 кВт).

Несущая способность стропильной системы – важный момент, так как на кровлю будет приходиться заметный дополнительный вес. Упомянутая выше солнечная электростанция из 15 модулей весит около 285 кг, плюс некоторый дополнительный вес от крепежных элементов. Перед установкой модулей сертифицированная «Хевел» монтажная бригада проводит аудит кровельных конструкций; обычно никакое дополнительное усиление им не требуется, так как нагрузка распределенная.

Сроки монтажа составляют обычно 1-2 дня, работы не связаны с особенным дискомфортом для владельцев дома или соседей. Если установка солнечных панелей запланирована на стадии строительства дома, какое-то время может занять прокладка штроб для кабелей; в уже заселенном доме проводку можно проложить в кабель-каналах.

Эксплуатация: самые важные вопросы

Как солнечные панели выдерживают плохую погоду? Если речь идет о качественном продукте, то, например, гетероструктурные модули «Хевел» имеют класс герметизации IP 65, что означает полную защиту от попадания пыли и струй воды независимо от их направления. Что касается механической прочности, то по результатам инструментальных испытаний модуль «Хевел» выдерживает нагрузку до 2,4 кПа – это около 245 кг/м 2 . Таким образом, ни дождь, ни град не могут нанести вреда. Если речь идет о выпадении снега, то поскольку солнечные панели немного нагреваются во время работы и располагаются под углом, снег сходит без каких-либо проблем. Если по какой-то причине этого не произошло (что очень маловероятно), снег можно убрать автомобильной щеткой или другим подручным инструментом с мягкой рабочей частью. Диапазон рабочих температур модулей «Хевел» – от -40 до +85°С, существует даже специальное арктическое исполнение для температур до -60°С.

Нужно ли солнечной электростанции специальное обслуживание? Практически нет. При необходимости солнечные панели можно мыть, если на поверхности скопились грязь или птичий помет. Мелкая пыль, как правило, смывается осадками. Что до периферических устройств (инвертор, контроллер, аккумуляторы), то их, как любое электрооборудование, желательно держать в отапливаемом помещении вдали от источников огня и нагревательных приборов.

Читайте также:  Вытяжка работает на «приток»

Как правильно выбрать солнечные батареи

Мы не так часто в нашей жизни покупаем солнечные батареи или устанавливаем солнечную электростанцию у себя на крыше. И правильно подобрать такое дорогостоящее оборудование одновременно ответственная и сложная задача для покупателя. Давайте попробуем разобраться в некоторых нюансах и возможных подводных камнях перед желанной покупкой.

В первую очередь, необходимо обратить внимание на технические характеристики солнечного фотомодуля. Основные из них перечислены ниже. Также, необходимо проверить качество изготовления и отсутствие визуальных дефектов на фотоэлементах, защитном стекле, ну и конечно, раме солнечного модуля.

Как определить, какое напряжение у модулей?

В последние годы на рынке появились солнечные панели с нестандартным напряжением, которые предназначены для работы в последовательных высоковольтных цепочках. С легкой руки непрофессиональных продавцов, появилась путаница с указанием номинального напряжения солнечных модулей. Мы возьмём на себя смелость и постараемся дать несколько советов, как определить, какое напряжение у солнечной батареи.

Различают несколько напряжений, которые указываются в параметрах солнечных панелей.

  1. Напряжение в точке максимальной мощности (ТММ). Это напряжение при работе модуля с максимальной эффективностью, т.е. когда он выдает свою пиковую мощность при стандартных тестовых условиях (STC). Это напряжение указывается в спецификациях модулей. Нужно учитывать, что измерить напряжение ТММ не так просто. Более того, очень часто нагрузка или аккумуляторные батареи заставляют работать солнечный модуль при напряжении, отличном от напряжения ТММ (обычно на несколько вольт ниже). Номинальная мощность равна произведению напряжения в точке максимальной мощности на ток в ТММ.
  2. Напряжение холостого хода. Напряжение холостого хода измеряется на клеммах солнечной панели без нагрузки, т.е. когда ток равен нулю. Это напряжение указывается в спецификациях на солнечных модуль. Напряжение холостого хода важно для определения максимально возможного напряжения, которое может выдавать модуль и солнечная батарея, собранная из нескольких модулей. Используя коэффициент температурной коррекции напряжения можно вычислить максимально возможное напряжение солнечного модуля при низкой температуре. Это напряжение не должно превышать максимально допустимого напряжения контроллера или инвертора.
  3. Номинальное напряжение. Это напряжение используется для классификации и различения модулей. Этот параметр пришел к нам со времен, когда солнечные панели использовались только для заряда аккумуляторных батарей. Это напряжение часто не указывается в спецификациях солнечной панели. Параметр номинального напряжения был введен для облегчения подбора солнечных панелей к аккумуляторам. Например, 12 В аккумуляторы нужно заряжать солнечной панелью с номинальным напряжением 12 В, а батарею 24 В — солнечной панелью с номинальным напряжением 24 В.
    Здесь ситуация аналогичная напряжениям, указываемым для аккумуляторов. Как известно, для заряда аккумулятора номинальным напряжением 12 В нужно зарядное устройство с напряжением примерно до 15 В. Поэтому 12-ти вольтовая солнечная панель должна выдавать такое напряжение при различной температуре.
    Поэтому, даже несмотря на то, что напряжение в ТММ солнечной панели равно 17 В, она будет заряжать аккумулятор при 14 В, а инвертор питать при 10-15 В, но все эти элементы будут иметь номинальное напряжение 12 В. Таким образом, для потребителя облегчается задача подбора оборудования, совместимого друг с другом.
    Такой подход прекрасно работал до появления MPPT контроллеров и сетевых фотоэлектрических инверторов. Технология MPPT (поиска точки максимальной мощности солнечной батареи, англ. maximum power point tracking) позволяет «отвязать» напряжение солнечной батареи от номинальных напряжений инвертора и аккумулятора.
    Сетевые инверторы и MPPT контроллеры позволили производителям солнечных панелей ориентироваться на размер панелей и их мощность, а не на напряжение. Так появились модули, напряжение которых совершенно не связано с напряжениями на аккумуляторах.

Напряжение солнечной батареи определяется количеством соединенных последовательно солнечных фотоэлементов. Каждый элемент имеет рабочее напряжение чуть менее полвольта. В настоящее время есть модули с количеством элементов 36 шт., 48 шт., 54 шт., 60 шт., 72 шт., 96 шт. и 120 шт. Самые распространённые панели с количеством фотоэлементов 36 шт., 60 шт. или 72 шт. В таблице ниже приведены основные напряжения этих солнечных панелей.

При покупке модулей для автономной системы с аккумуляторами обращайте внимание на напряжение модуля. В последнее время массово производятся модули высокой мощности с нестандартным номинальным напряжением 20 В. Такие модули обычно используются совместно с сетевыми фотоэлектрическими инверторами или с MPPT контроллерами заряда. Если вы хотите удешевить систему за счет менее дорогого ШИМ контроллера, выбирайте модули с номинальным напряжением 12 В или 24 В.

Температурная коррекция напряжения

Напряжение при возможных низких рабочих температурах модуля важно знать, для того, чтобы правильно подобрать солнечный контроллер или инвертор. Как известно, напряжение солнечной батареи растет при понижении температуры. Температурный коэффициент обычно указывается в спецификациях солнечного модуля.

На что обращать внимание при выборе солнечных панелей для вашей солнечной электростанции?

Цена против качества

Кроме того, что не все производители и солнечные модули одинаковы, есть еще ряд параметров и факторов, на которые следует обратить внимание при принятии решения о покупке и при выборе поставщика. Только лишь цена на модули не должна быть определяющим фактором.

Проблемы и ухудшение параметров солнечных модулей может быть вызвано следующими факторами:

  • Качество солнечного элемента — его эффективность может быть разной. Это зависит от множества его параметров — шунтового и последовательного сопротивлений, шумовых токов, обратного сопротивления и т.д. Многое зависит от качества производства солнечного элемента и качества применяемых при его производстве материалов и оборудования. Известны проблемы практически на каждом этапе производства элемента — начиная от качества применённого кремния, до качества применяемых контактных паст и припоя. Мы в данной статье не будем рассматривать эти проблемы, это предмет для отдельной большой статьи.
  • Качество пайки солнечных элементов. При некачественной пайке возможен локальный перегрев контакта и его прогорание.
  • Качество EVA пленки, которая расположена между элементами и стеклом. Старение кристаллических солнечных модулей в основном связано со старением и помутнением этой пленки. Некачественная пленка может начать мутнеть и разрушаться уже через несколько лет. Хорошая пленка будет служить 30 и более лет, при этом ее помутнение (и, следовательно, потеря мощности модулем) не будет превышать 25-30%
  • Качество герметизации модуля и качество задней защитной пленки. Задняя пленка защищает модуль от попадания влаги. В любом модуле происходит диффузия влаги через пленку. Если качество пленки хорошее, то вся влага, которая попадает внутрь модуля, при его нагревании на солнце, выводится наружу. Если же пленка некачественная, то влаги попадает больше, чем может выйти при нагреве, остаточная влага накапливается внутри модуля и разрушает контакты и контактную сетку элементов. Это приводит к преждевременному выходу модуля из строя.
  • Качество алюминиевой рамы. Здесь все понятно: некачественное анодирование может приводить к окислению рамки и ее коррозии. К счастью, этот дефект больше визуальный и вряд ли приводит к преждевременному выходу модуля из строя. Хотя, в некоторых случаях (например, при установке модулей на мачтах, где возможны сильные ветровые нагрузки или там, где среда агрессивная) ускоренная коррозия металла может приводить к его разрушению под нагрузками.
  • В последнее время появились солнечные модули с двойным стеклом, т.е. вместо задней защитной пленки применено стекло. Такие модули имеют ряд преимуществ.

Крыша веранды изготовлена из солнечных панелей с двойным стеклом

Толеранс

Под толерансом подразумевается отклонение реальной мощности модуля от паспортной. Толеранс может быть, как положительным, так и отрицательным. Например, модуль c паспортной мощностью 280 Вт может иметь мощность 275 Вт – это будет означать, что данный модуль имеет отрицательный толеранс. Положительный толеранс означает, что солнечная панель не только гарантированно будет иметь при стандартных тестовых условиях выходную мощность 290Вт, но и даже больше.

Температурный коэффициент

Температурный коэффициент отражает, какое влияние на выходные ток и напряжение модуля будет иметь повышение или понижение температуры модуля. Как известно, напряжение и мощность модуля при повышении температуры уменьшаются, а ток повышается. Чем меньше температурный коэффициент изменения мощности, тем лучше.

Эффективность преобразования солнечного света

C этим понятно — чем больше КПД, тем меньшая площадь модулей потребуется для генерации одинаковой мощности и энергии.

Срок службы и гарантии

Заявленный срок службы солнечной панели важен по нескольким причинам. Он может отражать уверенность производителя в качестве произведенной продукции. Солидные производители имеют гарантию 25 лет на 80-90% мощности модуля, а также 5 и более лет на механические повреждения.

Однако, нужно учитывать, что гарантия действует до тех пор, пока существует производитель или импортер. Здесь уже «как карта ляжет» — в последние годы из солнечного бизнеса ушли компании, которые, казалось, будут в нем еще очень долго. Но тем не менее, общее правило остается — покупайте у продавцов и производителей, которые давно на рынке и устойчиво «плывут» в бурном потоке рынка. Так как мало кто покупает модули напрямую от производителя, важно правильно выбрать продавца или установщика, которые обеспечат вам правильный выбор и режимы работы вашей системы солнечного электроснабжения.

Размеры и мощность

Стоимость модуля зависит от его мощности прямо пропорционально. Однако, чем больше единичная мощность модуля, тем меньше будет его стоимость за ватт. Поэтому, если вам нужна определенная мощность, то лучше ее набрать большими модулями, чем маленькими — это будет и дешевле, и надежнее, т.к. у вас будет меньше соединений. Также, стоимость за ватт модулей со стандартным напряжением 12/24 В обычно выше, чем с нестандартным количеством элементов в модуле 48 или 54. Для последних при заряде аккумуляторов нужен более дорогой MPPT контроллер.

Тип солнечных элементов, примененных в модуле, также определяет его размер. Поэтому сначала посчитайте, какая мощность вам нужна для снабжения энергией вашей нагрузки, потом посмотрите, хватит ли вам места для размещения такого количества модулей. Может потребоваться выбрать более дорогие, но более эффективные модули, для того, чтобы обеспечить все ваши потребности в энергии. Не забывайте, кстати, что перед проектированием системы солнечного электроснабжения нужно принять все возможные меры по энергосбережению.

Пиковая мощность всех модулей измерена при стандартных тестовых условиях:
Масса воздуха AM=1.5, радиация E=1000 Вт/м 2 и температура фотоэлектрического элемента Tc=25°C. Такие условия при реальной работе модулей не существуют — модули нагреваются обычно до 40-60 градусов, освещенность почти всегда ниже 1000 Вт/м 2 (исключение составляют морозные ясные дни). Поэтому многие производители также дают характеристики модулей при NOCT (normal operation conditions) — обычно для температуры модуля 45-47 °C и освещенности 800 Вт/м 2 , при этом выработка модулей примерно на 25-30% ниже пиковой. В морозный ясный день выработка модулей может доходить до 125% от пиковой.

Типы солнечных элементов: монокристаллические, поликристаллические, аморфные и другие.

Основные типы солнечных элементов, которые сейчас массово продаются на рынке, следующие:

  • Монокристаллические. Имеют наибольшую эффективность и удовлетворительные температурные коэффициенты.
  • Поликристаллические. В настоящее время наиболее популярные, т.к. имеют меньшую стоимость за ватт при примерно таких же характеристиках, как монокристаллические. Последние улучшения в технологии поликристаллических модулей брендовых производителей привели к тому, что их параметры могут быть даже лучше, чем у монокристаллических модулей noname производителей/сборщиков панелей.
  • Аморфные (тонкопленочные). Используют наименьшее количество кремния. Имеют примерно в 2 раза меньший КПД по сравнению с кристаллическими модулями. К преимуществам можно отнести низкий температурных коэффициент (т.е. при нагревании мощность таких модулей падает незначительно) и большую чувствительность при низких освещенностях.
  • CIGs — тонкопленочные модули из кадмий-индий-галлий теллурида. Многообещающая технология, но массового распространения пока не получила. Делают такие модули всего несколько производителей, и цена на них за ватт обычно выше, чем на массово выпускаемые модули из кристаллического кремния.

В последние годы появились солнечные модули, изготовленные с применение новых технологий: PERC, гетероструктурные и т.п. Они имеют больший КПД и улучшенную эффективность. Пока их стоимость превышает стоимость стандартных кристаллических модулей с токосъемными шинами, но технология совершенствуется и рынок постепенно переходит на новые типы модулей, цена которых снижается.

Какие же модули, из перечисленных выше, работают лучше? В последнее время появилось много мифов и необоснованных заявлений насчет того, что какой-то из этих типов модулей работает лучше, чем другие. Некоторые уверяют, что поликристаллические элементы лучше работают при низкой освещенности и в пасмурную погоду. Другие утверждают то же самое, но для монокристаллических элементов. Были даже версии, что поликристаллические элементы лучше преобразуют рассеянный свет, потому что кристаллы в них «повернуты в разные стороны».

Анализ результатов тестирования сотен модулей показывает, что модуль хорош не тот, который моно или поли, а тот, который сделан качественно. Результаты тестирования модулей по PTC (которые ближе к реальным условиям эксплуатации модулей) показывают, что некоторые монокристаллические лучше, чем некоторые поликристаллические, а некоторые поликристаллические лучше, чем некоторые монокристаллические. Этот факт также подтверждают многочисленные результаты сравнений модулей конечными пользователями — можно найти как «доказательства» преимуществ моно перед поли, так и преимуществ поли перед моно. Однако большинство монокристаллических модулей немного лучше работают при нагреве — это подтверждает анализ большого количества данных по PTC мощности солнечных модулей различных производителей.

Что является фактами, так это следующее:

  • Монокристаллические модули обычно имеют больший КПД при STC, т.е. можно получить больше мощности с единицы площади солнечной батареи при ярком солнце.
  • Монокристаллические модули имеют меньшую деградацию со временем.
  • Монокристаллические модули дороже за ватт.
  • На эффективность стандартных модулей в общем случае влияет количество токосъемных шин. Чем их больше, тем лучше работают солнечные элементы. Солнечные элементы с 4 шинами (4BB) постепенно вытеснены элементами с 5 шинами (5BB). Эффективность их выше, чем у элементов с 3 или 4 шинами, но сравнивать при этом нужно элементы производителей одинакового уровня. Хороший (брендовый, Tier1) производитель делает модули с 4BB элементами лучше, чем noname или Tier3 c 5BB.
  • Солнечные элементы, изготовленные по новой технологии (PERC, гетероструктурные и др.) имеют КПД примерно на 10-15% выше. Т.е. в размере стандартного 260-280Вт модуля можно получить до 320Вт.

Так что еще раз повторим — если хотите получить солнечные панели с прогнозируемыми параметрами — покупайте брендовые, с указанием реального производителя. Этот производитель должен быть в списке протестированных независимыми лабораториями или рекомендован независимыми агентствами.

Ссылка на основную публикацию