Виды солнечных батарей (для частного дома): сколько нужно, как подобрать

Если вы живете в одном из южных регионов России, солнечные батареи могут заметно сократить расходы на покупку электричества. Какие выбрать для безотказной работы?

Аспекты, влияющие на то, сколько энергии вырабатывает солнечная батарея

Прежде всего, производительность солнечных панелей зависит от материала изготовления и технологии производства. Из тех, что представлены на рынке, Вы можете найти батареи с производительностью от 5 до 22%. Все солнечные батареи разделяют на кремниевые и пленочные.

Производительность модулей на основе кремния:

• Монокристаллические кремниевые панели – до 22%.
• Поликристаллические панели – до 18%.
• Аморфные (гибкие) – до 5%.

Производительность пленочных модулей:

• На основе кадмий теллурида – до 12%.
• На основе селенида мели-индия-галлия – до 20%.
• На полимерной основе – до 5%.

Существуют так же смешанные типы панелей, которые преимуществами одного вида позволяют перекрыть недостатки другого, благодаря чему повышается КПД модуля.

Так же на то, сколько энергии дает солнечная батарея влияет количество ясных дней в году. Известно, что если солнце в Вашем регионе появляется на целый день меньше чем в 200 днях в году, то установка и использование солнечных батарей едва ли будет выгодной.

Кроме того, на КПД панелей влияет так же и температура нагрева батареи. Так, при нагревании на 1̊С производительность падает на 0,5%, соответственно, при нагреве на 10̊ С мы имеем в половину уменьшенный КПД. Чтобы предотвратить такие неприятности устанавливают системы охлаждения, так же требующие расход энергии.

Для сохранения высоких показателей производительности в течение дня устанавливают системы слежения за движением солнца, которые помогают сохранять прямой угол падения лучей на солнечные панели. Но эти системы стоят достаточно дорого, не говоря о самих батареях, поэтому не всем по карману устанавливать их для обеспечения энергией своего дома.

Сколько энергии вырабатывает солнечная батарея, зависит так же от суммарной площади установленных модулей, потому что каждый фотоэлемент может принять ограниченное количество солнечной энергии.

“100Вт” ≠ 100Вт

Когда мы говорим, что солнечная панель имеет мощность 100Вт, то такую мощность она выдаёт при интенсивности солнечного излучения 1000Вт/м². Обычно такая интенсивность бывает летом в ясную погоду, когда солнце находится в зените. Естественно, производители не бегают каждый раз на улицу с солнечной панелью, они тестируют их мощность при определённых лабораторных условиях – STC (Standart Test Conditions) или так называемых “стандартных тестовых условиях”. Эти условия следующие:

• интенсивность солнечного излучения 1000 Вт/м²
• температура воздуха 25°С
• солнечные лучи падают перпендикулярно на солнечную панель
• скорость ветра равна нулю
• масса воздуха 1.5
• некоторые другие критерии

Таким образом, реальная выходная мощность солнечных панелей может варьироваться в зависимости внешних погодных условий. При расчётах обычно мы занижаем мощность солнечных панелей, основываясь на разнице между лабораторными испытаниями и вашей реальной установкой.
Если 12В солнечная панель имеет мощность 100Вт, то имеется ввиду мгновенная мощность. Если проведём измерения при условиях STC, то мы должны получить выходное напряжение ~18В и ток 5.55А. Мощность – это произведение напряжения на ток (P=V*I), поэтому 18В·5.55А = 100Вт.

Здесь даже можно провести небольшую аналогию с автомобилем, мощность – это как скорость автомобиля. Если автомобиль едет с постоянной скоростью 100км/ч, то за 1 час он проедет 100км. Тоже самое с солнечной панелью. Чтобы определить какое количество энергии будет произведено за определённое время, нужно количество ватт умножить на количество часов. Например, за 1 час будет сгенерирован 100Вт x 1ч = 100ватт·часов = 100Вт·ч.

Если рассмотреть всё это на конкретной солнечной панели, то можно взять солнечную панель Delta SM 100-12P оптимальное рабочее напряжение 18.1В (Ump) и оптимальный рабочий ток 5.52А. 18.1В х 5.52А = 99.91Вт (100Вт).

Что такое солнечная батарея

Если принято решение установить дома солнечную электростанцию, необходимо иметь точное представление о ее устройстве. В первую очередь, надо знать, что представляют собой солнечные панели и как они работают.

Прежде всего, надо уточнить терминологию. Под названием «солнечные батареи» принято понимать весь комплекс по принятию, преобразованию и накоплению солнечной энергии. Видимые элементы, расположенные на открытых участках (крышах, специальных опорных сооружениях или просто на земной поверхности) — это солнечные панели. Она представляют собой плоскость, составленную из отдельных солнечных элементов.  Каждый из них является самостоятельным приемником солнечной энергии, преобразующим ее в электричество. Для этого использован фотоэлектрический эффект, возникающий при освещении полупроводников:

Эффективность солнечных батарей напрямую зависит от размера, типа и количества отдельных элементов, составляющих данный комплект. Один элемент способен выдать определенное, довольно небольшое количество энергии. Однако, объединенные в батарею (подключенные параллельно) и выполненные в виде сплошной принимающей поверхности (панели), они могут обеспечивать энергией определенное количество потребителей. Для пользователя остается лишь выполнить расчет солнечных батарей и определить, сколько нужно приобрести панелей и дополнительного оборудования.

Так что же это за системы и как они работают

Фотоэлектрические системы энергоснабжения (ФСЕ) работают по принципу физического закона фотоэффекта. Не вдаваясь в подробности его можно описать как превращение солнечного света в электрические микроразряды.

Как известно, солнце это неограниченный источник энергии, но только незначительная ее часть доходит к поверхности земли. Однако и этой энергии вполне достаточно, учитывая что современные панели могут использовать до 45% от ее количества.

Срок службы солнечных батарей

Как правило, в документах на оборудование, указывается срок годности от 20 до 25 или даже 30 лет. Однако многие устройства продолжают функционировать и по прошествии указанного производителями периода. Например, первая в мире солнечная батарея работает уже свыше 60 лет, а за эти годы технология производства была существенно усовершенствована.

Прототип солнечной батареи был разработан еще в конце XIX века Источник studygu.ru

Явно можно выделить только один недостаток – при постоянной эксплуатации мощность оборудования снижается, тем не менее эти показатели незначительны: за 10 лет не больше чем на 10%.

При соблюдении несложных рекомендаций срок службы солнечных панелей можно увеличить:

• Предупреждать физические повреждения, такие как падение деревьев, срыв ветром и царапин на чувствительных элементах. От последних зависит эффективность работы устройства.
• Регулярно производить уход: обслуживание и очистку.
• При необходимости установить ветрозаградительные конструкции.

Солнечные панели для частного дома (готовые комплекты) в систему включают следующие составляющие: аккумуляторные батареи и силовая электроника. Срок службы первых устройств составляет от 2 до 15 лет, вторых – от 5 до 20 лет, в зависимости от характеристик, интенсивности эксплуатации и бережного ухода.

Каждый кулик хвалит своё болото

Хотя 52% опрошенных указывают на кризис воспроизводимости в науке, менее 31% считают опубликованные данные в корне неверными и большинство указало, что по-прежнему доверяют опубликованным работам.

Вопрос: Существует ли кризис воспроизводимости результатов?

Конечно же, не стоит рубить с плеча и линчевать всю науку как таковую лишь на основании данного опроса: половину опрошенных всё же составили учёные, связанные, так или иначе, с биологическими дисциплинами. Как отмечают авторы, в физике и химии уровень воспроизводимости и доверия к полученным результатам намного выше (см. график ниже), но всё же не 100%. А вот в медицине дела обстоят совсем плохо на фоне остальных.

На ум приходит анекдот:

Маркус Мунафо (Marcus Munafo) биологический психолог из университета Бристоля (Англия) имеет давний интерес к проблеме воспроизводимости научных данных. Вспоминая времена студенческой молодости, он говорит:

Вопрос: Сколько уже опубликованных работ в Вашей отрасли воспроизводимы?

Пленочные батареи

Однако пленочные солнечные батареи имеют относительно небольшую мощность и их проще повредить механическими воздействиями. Их КПД составляет всего 10%, что гораздо меньше, чем даже у поликристаллических модулей. Но благодаря своей невысокой цене пленочные батареи имеют свою аудиторию.

Где уже применяются и для кого актуальны

Современный мир уже давно использует ФСЕ в промышленных масштабах, особенно это актуально для стран где солнечный свет активен большую часть года. Сегодня же, благодаря снижению цен на это оборудование и росту стоимость электричества, их часть используют частные дома и дачи в качества основного или дополнительного источника энергии.

А что же с квартирами? Здесь все сложнее, во первых нет достаточной свободной площади для установки панелей. Во вторых это сложно согласовать в различными надзорными органами.

В целом, такую задачу можно решить, но обойдется установка оборудования в многоквартирном доме значительно дороже, чем в частном доме.

Расчет аккумуляторов для солнечной электростанции

Далее перейдем к расчёту ёмкости аккумуляторной батареи для солнечных панелей. Их количестов и емкость должна быть такой, чтобы энергии которая в них запасается хватило на темное время суток, стоит учесть что ночью потребление электроэнергии минимально, по сравнению с дневной активностью.

Аккумулятор на 100А.ч. запасает примерно 100А * 12В = 1200Вт. (лампочка на 100Вт. проработает от такого акб 12 часов). Так если за ночь вы потребляете 2,4кВт.ч. электричества, то вам необходимо установить 2 АКБ по 100А.ч. (12В), но тут стоит учитывать что аккумуляторы нежелательно разряжать на 100%, а лучше не более 70%-50%. Исходя из этого получаем, что 2 АКБ по 100А.ч. будут запасать 2400 * 0,7 = 1700Вт.ч. Это верно при разряде не большими токами, при подключении мощных потребителей происходит просадка напряжения и емкость по факту уменьшается.

Если вы хотите рассчитать, какая емкость аккумулятора нужна к солнечной батари, ниже приводим таблицу соответствия (для системы 12В.):

•  Солнечная батарея 50Вт. – АКБ 20-40А.ч.
•  100Вт. – 50-70А.ч.
•  150Вт. – 70-100А.ч.
•  200Вт. – 100-130А.ч.
•  300Вт. – 150-250А.ч.

Состав комплекта солнечных батарей

Комплект солнечных батарей для дома представляет собой набор оборудования, где сами панели играют роль только приемника и источника энергии. Сами панели, принимая и перерабатывая свет в электрический сигнал, отдают его через контроллер заряда на аккумуляторные батареи. Они соединены с сетевым инвертором — устройством, преобразующим постоянный ток в стабильные переменные 230 В. Инвертор выдает это напряжение на потребителей, а излишки (если они есть) он может отдавать в централизованную сеть. Некоторые комплекты малой мощности работают только на снабжение собственного потребления и в сеть ничего отдать не способны. В европейских странах уже достаточно давно используется схема выдачи в сеть излишков энергии, за что владельцы частной солнечной электростанции получают определенные льготы, скидки или доплаты.

Все оборудование размещается в доме, снаружи только солнечные панели. Для частного дома этого комплекта может хватить даже без дополнительной подпитки из централизованной сети, если расчет количества солнечных батарей и дополнительного оборудования выполнен правильно. Особенностью любого комплекта является возможность увеличения его параметров путем установки дополнительных панелей и увеличения емкости аккумулятора. Поскольку производительность напрямую завязана на площадь освещенной поверхности, суммарный размер панелей определяет возможности всего комплекта.

Вычисляя параметры комплекса, необходимо делать поправку на непостоянство солнечного освещения. Например, в летнее время комплекс выдает в 10 раз меньше энергии, чем летом. Кроме того, погодные условия также вносят свои поправки. Поэтому, определить показатели солнечной электростанции можно только приблизительно, а при расчетах приходится делать большой запас. Максимальной эффективностью обладают крупные солнечные электростанции промышленного назначения, способные питать большие населенные пункты.

Какую взять: переносную или стационарную солнечную батарею?

Как выбрать солнечную батарею по конструктивному исполнению? Существуют стационарные и переносные модели. Стационарные солнечные панели предназначены для монтажа на крышу дома или гаража. Они имеют немалый вес и не предназначены для перемещения. Стационарную батарею стоит купить, если необходимо запитать дом или дачу.

Переносные складные панели удобны для походов. Если нужно подзарядить телефон или планшет, подключить походный холодильник или телевизор. Некоторые, как например, ФСМ-7МТ, имеют складную конструкцию и превращаются в небольшую сумочку. Они имеют USB-порт для подключения зарядки телефона или планшета. Вес такого устройства всего 300 гр, поэтому его можно свободно носить в рюкзаке.

Существуют мощные складные панели до 150 Вт. Такие панели подходят для палаточных городков или кемпинга на долгих стоянках. Как и мобильные модули они также имеют складную конструкцию – правда, в рюкзак уже не поместятся. Одной из таких хороших складных солнечных батарей является двухпанельный модуль Woodland Sun House мощностью 120 Вт. Длина такой панели в разложенном состоянии составляет 128 см. Производитель предусмотрел для нее специальную сумку для транспортировки, куда солнечная панель помещается в сложенном состоянии.

Так какую солнечную батарею все-таки лучше взять: стационарную или переносную? Если нужно запитать дом, то однозначно стационарную соответствующей мощности. Для походов в лес и долгих стоянок лучше взять складную модель. А для мобильного телефона или планшета небольшую панель в виде сумки.

Расчет количества солнечных батарей

Он делается очень просто: общую потребность в электроэнергии делят на мощность панели. Общую потребность можно определить двумя способами:

1. Составить список всех электрических устройств
   , определить примерную продолжительность работы в течение месяца, рассчитать, сколько электроэнергии каждый из них потребляет в месяц (мощность умножается на число часов), и суммировать все полученные цифры.
2. Поднять квитанции по оплате за электроэнергию
   и найти самое большое употребленное за один месяц количество кВт*ч. На всякий случай полученную цифру можно умножить на 1,5.

Предположим, что за месяц 3-4 жители дома используют 300 кВт*ч. Чтобы полностью обеспечить себя своей электрической энергией, нужно иметь 300*12/284,16 = 12,66 панелей SolarWorld 2015. Конечную цифру округляют, конечно, в большую сторону. Поэтому покупать надо 13 панелей.

В 1991 году в Германии, в столице Баварии Мюнхене, открылась выставка INTERSOLAR EUROPE. На этой выставке ведущие производители систем солнечной энергетики представили свои самые новейшие разработки.

По замыслу организаторов этой выставки – компании Freiburg Wirtschaft Touristik und Messe GmbH & Co. KG – эта международная выставка была полностью посвящена использованию в различных сферах солнечных элементов фотовольтаики, а также компонентов солнечного теплоснабжения

Выставка сразу же привлекла внимание специалистов из многих стран мира. Она имела большой успех, поэтому организаторы решили сделать ее традиционной и проводить ежегодно

На выставку, которая проходит в мае-июне, съезжаются руководители крупнейших компаний-производителей, а также компаний, использующих различные виды изделий солнечной энергетики, приезжают разработчики, инженеры, ученые, работающие в этой области.

Все хотят ознакомиться с новыми идеями, новейшими технологиями в области применения энергии солнца. Специалисты обмениваются опытом, представляют свои последние разработки. В выставочных залах можно увидеть миниатюрные зарядные устройства и самые мощные солнечные батареи, прозрачный телевизор на солнечных батареях и солнечный дом, различные приборы, устройства, машины, работающие исключительно от энергии солнца.

Эта выставка не предназначена для широкой публики, а рассчитана исключительно на профессионалов. На ее площадках проводятся семинары, конференции для специалистов, работающих в областях фотовольтаики, систем хранения энергии, возобновляемых отопительных технологий. Для презентации самых интересных разработок выделяются отдельные павильоны.

На двух последних выставках китайские и южнокорейские производители солнечных модулей представили свои новейшие изделия — панели мощностью более 300 ватт.

Как рассчитать, сколько энергии дает солнечная батарея для Вашего дома?

Опираясь на вышеизложенные моменты, которые стоит учесть при покупке солнечных панелей, мы можем вывести простую формулу, по которой можем высчитать, какое количество энергии будет выдавать один модуль.

Допустим, Вы выбрали один из самых производительных модулей площадью в 2 м2. Количество солнечной энергии в обычный солнечный день равно примерно 1000 Ватт на м2. В итоге мы получаем такую формулу: солнечная энергия (1000 Вт/м2) × производительность (20%) × площадь модуля (2 м2) = мощность (400 Вт).

Если Вы хотите высчитать, сколько воспринимается батареей солнечной энергии в вечернее время суток и в облачный день, Вы можете воспользоваться следующей формулой: количество солнечной энергии в ясный день × синус угла солнечных лучей и поверхности панели × процент преобразуемой энергии в пасмурный день = сколько солнечной энергии в итоге преобразует батарея. Для примера допустим, что вечером угол падения лучей равен 30̊. Получаем следующий расчет: 1000 Вт/м2 × sin30̊ × 60% = 300 Вт/м2, и последнее число используем как основу расчета мощности.

Где купить

Приобрести солнечные панели можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых панелей есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:

См. также[править | править код]

• Фотоэлемент
• Многослойная солнечная батарея
• Солнечная энергетика
• Солнечная генерация
• Солнечный коллектор

Как солнечная энергия используется для получения тепла

 Гелиосистемы применяются для нагревания воды и отопления жилища. Они могут давать тепло (по желанию владельца) даже тогда, когда отопительный сезон закончится, и обеспечивать дом горячей водой бесплатно. Простейшее устройство представляет собой металлические панели, которые устанавливают на крыше дома. Они аккумулируют энергию и согревают воду, которая циркулирует по скрытым под ними трубам. Функционирование всех гелиосистем основано на этом принципе, несмотря на то, что конструктивно они могут отличаться друг от друга.

Солнечные коллекторы состоят из:

• бака-аккумулятора;
• насосной станции;
• контроллера;
• трубопроводы;
• фиттингов.

По типу конструкции различают плоские и вакуумные коллекторы. У первых дно покрыто теплоизоляционным материалом, а жидкость циркулирует по стеклянным трубам. Вакуумные коллекторы отличаются большой эффективностью, потому что теплопотери в них сведены к минимуму. Этот тип коллектора обеспечивает не только отопление солнечными батареями частного дома – его удобно использовать для систем горячего водоснабжения и подогрева бассейнов.

Принцип действия солнечного коллектора Источник 21ek.ru

Выбор солнечных батарей

При выборе солнечных батарей необходимо определить не только тип, но и электрические параметры – мощность и напряжение.

Определение потерь электроэнергии в домашней системе

Величину этих потерь учитывает Кпот. Эти потери могут быть в:

1. Проводах. Величина составляет 1%.
2. . Составляют от 3 до 7%.
3. Шунтирующих диодах (0,5%).
4. Самой батареи при очень малом солнечном излучении (1-3%).

Также потери электроэнергии могут возникать из-за сильного нагрева модуля
(составляют 4-8%) и из-за наличия грязи на солнечных панелях или их потемнений (1-3%).

Автономная электрическая система для дома считается оптимальной, если общие потери не превышают 15%. Тогда срок окупаемости сокращается, а также аккумуляторы накапливают больше тока. Кпот
составляет 0,85. Однако плохое качество оборудования или неграмотный выбор комплектующих может привести к 30-процентным потерям. Кпот
уже составит 0,7.

Тип

Выбирают тип солнечной панели из условий инсоляции (количества солнечных дней, интенсивности излучения):

• Так, монокристаллические кремниевые батареи вполне подойдут для установки в южных регионах.
• В Средней полосе и на других российских территориях оптимальным вариантом будут поликристаллические панели, хорошо зарекомендовавшие себя в условиях рассеянного освещения.
• В северных широтах следует обратить более пристальное внимание на аморфные модули, которые позволяют создать значительную площадь батареи без дополнительных монтажных работ.

Внимания требует и категория качества. В маркировке батарей этот параметр указывается как Grade A, B или C. При прочих равных следует отдать предпочтение изделиям Grade A — они прослужат 20-30 лет при незначительной (не более 20%) деградации.

Более низкие категории качества присваиваются продукции по итогам заводских испытаний, которые выявляют отклонение от номинальных параметров не более 5% (Grade B) и 30% (Grade C) в процессе эксплуатации.

Солнечная батарея LG 315 N1C-G4 NeON2

Уже из самого названия этого солнечного модуля южнокорейской компании LG следует, что заявленная мощность этого модуля составляет 315 ватт

Для компании LG очень важно выйти на рынок альтернативных источников энергии не просто в качестве одного из производителей, а в качестве одного из ведущих производителей систем фотовольтаики

Поэтому гарантия качества продукции является одним из главных приоритетов компании. Солнечные панели разработаны и производятся с использованием самых передовых технологических процессов.

И фотопреобразователи, из которых составлена эта солнечная батарея, выполнены с наивысшими показателями качества и эффективности.

Ячейки выполнены на базе монокристаллического кремния по специальной двусторонней технологии. Благодаря своим качествам эти ячейки способны пропускать солнечные лучи, которые, отражаясь от специального покрытия тыльной стороны ячейки, способствуют повышению генерации электрического тока. То есть каждая ячейка может вырабатывать электрический ток обеими своими сторонами, повышая тем самым мощность модуля.

Модуль LG 315 N1C-G4 NeON2. Лицевая сторона

Перед сборкой модуля каждая пластина проходит тщательнейший контроль на предмет строгого соответствия размерам (точность до микрометра) и обнаружения возможных механических повреждений. После проверки отобранные ячейки проходят очередную стадию подготовки. Для минимизации отражения солнечного света ячейки проходят стадию жидкостного травления щелочью. Ячейки с лицевой стороны ламинируются трехслойным покрытием EVA (этиленвинилацетат) и специальной отражающей пленкой с тыльной.

Модуль LG 315 N1C-G4 NeON2. Тыльная сторона

Затем собранный модуль инкапсулируется для защиты ячеек от проникновения влаги, после чего покрывается трехмиллиметровым антибликовым противоударным стеклом. Рама модуля выполнена из анодированного профильного алюминия. На тыльной стороне устанавливается многофункциональная распределительная коробка с байпасными диодами.

Многофункциональная распределительная коробка

Благодаря такой технологии изготовления модули LG NeON 2 имеют характерный черный цвет, что делает их привлекательными еще и с эстетической точки зрения.

Номинальная мощность 315 ватт.
Эффективность 19.2%
N-типа
Размеры (ДхШхТ) 1640х1000х40 миллиметров
Вес 17. 0 ± 0.5 кг
Тип разъемов МС-4
Класс защиты IP67
Стоимость модуля 30000 рублей

Ссылки[править | править код]

• Модели фотоэлектрический инвертор описание (на английском языке) VisSim исходный код диаграмма (англ.)
• Процесс производства фотоэлектрических преобразователей на основе кремния (англ.)
• Белые солнечные панели — небольшая «революция» в солнечной энергетике, 30.10.2014, NashaGazeta.ch

Устанавливаем уровень напряжения для солнечных батарей

Чтобы понять, сколько дают энергии солнечные батареи, нужно определиться с уровнем их рабочего напряжения. Это значение всегда кратно 12 вольтам, поскольку такое напряжение характерно большинству аккумуляторов. Чаще всего используются инверторы, контроллеры и солнечные панели с напряжением в 12, 24 или 48 вольт.

Для систем с более высоким уровнем напряжения можно применять питающие кабели с меньшим сечением, что обеспечивает высокую надежность соединений.

В тоже время, аккумуляторы по 12 вольт, если они сломаются, можно заменять поочередно. Особенностью эксплуатации батарей с напряжением в 24 вольта будет необходимость замены узлов только попарно. В случае использования системы с напряжением в 48 вольт необходимо будет менять сразу 4 батареи, расположенных на одной ветке. Кроме того, при неосторожном обращении с батареями в 48 вольт можно получить удар электрическим током.

Рабочее напряжение электросистемы напрямую влияет на то, сколько дает солнечная батарея. Этот фактор учитывается при подборе необходимого оборудования.

Зависимость между мощностью инвертора и пиковыми нагрузками выглядит так:

• 3-6 кВт – 48 вольт;
• 1,5-3 кВт – 24 или 48 вольт;
• до 1,5 кВт – 12, 24 или 48 вольт.

В рассматриваемом примере выбор между сложностями при замене аккумуляторов и надежностью электропроводки сделаем в пользу последнего. Уровень рабочего напряжения составит 24 вольта.