Cолнечные батареи - советы по выбору, характеристики

Солнечные батареи можно купить для электроснабжения частного дома, дачи или другого помещения. Сложность их выбора состоит в необходимости создания сбалансированной системы из разных элементов. К ним относятся: фотопанели и аккумулятор, инвертор и контроллер.

Оглавление:

1. Как устроена и работает солнечная батарея
2. Преимущества и эффективность автономных устройств
3. Недостатки солнечных батарей для дома
4. Когда солнечные батареи целесообразны
5. Режимы автономного электроснабжения
6. Выбор панелей солнечных батарей
7. Выбор контроллера и инвертора
8. Выбор аккумуляторов
9. Обслуживание солнечной батареи

Как устроена и работает солнечная батарея

Солнечная батарея представляет собой независимый источник электроэнергии. Устройство состоит из ряда полупроводников, которые преобразовывают солнечное излучение в ток. Размер поглощающих панелей варьируется от пары миллиметров до нескольких метров.

Батарея состоит из двух слоев с разной проводимостью. Солнечная энергия выбивает электроны из катода и они попадают в пустоши анода. Получается их круговорот. Исторически первым фотоэлементом был селен. Но его производительность была низкой.

В 1954 представители телекоммуникационной компании США предложили заменить его кремнием. И уже через 4 года был запущен спутник на фотоэлементе из него. Эффективность монокристаллического материала составляет 17 %, а поликристаллического – 15 %.

Со времен производства первых солнечных батарей их стоимость существенно упала.

Для продолжительности срока службы, устройства элементы шунтуются диодами. Что уменьшает итоговое сопротивление цепи. Обычно их размещают на каждой четверти длины батареи. Такая конструкция особенно важна, когда часть панелей находится в тени. Диоды не позволяют превращаться им в потребителей тока.

Накапливаемое электричество сохраняется в аккумуляторе. Напряжение которого меньше, чем поступающий потенциал. Процесс заряда и его скорость проверяется специальным контроллером.

Эффективными считаются свинцовые и гелевые устройства для накопления энергии. Срок их эксплуатации составляет 10 - 15 лет.

Избыточный ток поглощает резистор. Для преобразования постоянного напряжения в переменное используют инверторы.

Производительность солнечной батареи зависит от угла ее наклона и стороны света, в которую она направлена. Так, максимальный результат будет от такого размещения устройства:

• на юг под углом в 30° - эффективность 100%,
• на юго-восток/юго-запад под углом 30° - 93%,
• на восток/запад под углом - 93°.

Преимущества и эффективность автономных устройств

Покупают солнечные батареи для дачи, частного дома, отелей в курортных городах. Пользователи отмечают ряд их конкурентных преимуществ:

• неисчерпаемость источника энергии,
• общедоступность в любой местности,
• экологическая безопасность,
• бесшумность системы,
• длительный срок службы до 25 лет,
• государственная поддержка развития альтернативных источников электроэнергии в Европейских странах,
• возможность монтажа дополнительных панелей для расширения системы,
• малая вероятность поломки,
• бесплатность самой энергии,
• автономность системы.

Недостатки солнечных батарей для дома

Использование солнечных батарей сопровождается рядом недостатков:

• высокая стоимость системы,
• необходимость разового вклада большой суммы,
• низкая производительность по сравнению с традиционными источниками питания,
• необходимость места для размещения дополнительных комплектующих,
• длительный срок окупаемости,
• необходимость постоянного ухода,
• проблемы утилизации батарей,
• вероятность кражи дорогостоящего оборудования,
• неэффективность в зимнюю, туманную и пасмурную пору.

Когда солнечные батареи целесообразны

Стоимость автономного энергоснабжения зависит от ее мощности и производительности. И чем она больше, тем меньше цена единиц ее составляющих.

Мощные солнечные батареи можно купить от 330 до 530 у.е. Для того, чтобы обеспечить электроэнергией дом на 4 человека потребуется вложиться на 15 – 25 тыс. у.е.

В Западной Европе спрос на альтернативные источники питания выше, поскольку там достаток людей выше. К тому же, есть возможность передачи накопленной энергии в общую сеть. При этом закупочная цена со стороны государства выше, чем тарифы при потреблении.

Целесообразно использовать мощность солнечных батарей при недостатке электроэнергии в регионе. Например, в курортном городе, где в «сезон» вводятся ограничения потребления.

Или же дом находится вдали от источника питания. И прокладка сети проводов дороже, чем стоимость батарей.

Лучше использовать энергию солнца, когда ее поступление не закрывают туманы и плохая погода. Например, на юге страны на возвышенности.

Для большей эффективности солнечной батареи следуйте инструкции установки, которая идет от производителя.

Режимы автономного электроснабжения

При выборе системы солнечного источника питания, необходимо учитывать максимальную силу, требуемую от нее. Она вычисляется суммированием мощностей всех бытовых инструментов и других электропотребителей. Также надо определить среднесуточную норму. Она зависит от режима автономности от общей сети.

Полная замена привычного источника питания, сопровождается отключением от городского электроснабжения. Требуемое количество мощности определяется по показателям счетчика за предыдущие периоды. При этом целесообразно учитывать возможных будущих электрических потребителей, задел на которые лучше сделать заранее. Обычно необходимо не менее 600 кВт в месяц для обеспечения дома на 3 – 4 человека.

При частичном электроснабжении, основная мощность идет от сети, остальная – от солнечных батарей. Приборы, устройства и системы, требующие больше 2 кВт/ч или 5 кВт/сутки остаются на традиционном источнике питания. Например, пол с подогревом, электрический бойлер, стиральная машина, обогреватель, утюг. Для такого режима потребуется 2 – 2,5 кВт/ч.

Умеренное электроснабжение меняет привычный стиль жизни. Емкие работы, как большая стирка, выполняются периодически 1 – 2 раза в месяц. В период высокой активности солнца. Нагрев воды также ограничивается до почасовой подачи. Для системы необходимо 150 кВт в месяц при возможном среднем потреблении энергии в 4 – 6 кВт/ч. Пиковая мощность может достигать 10 кВт/ч.

При базовом режиме используется 100 кВт в месяц. Хозяева находятся в состоянии экономии энергии, постоянно контролируют включение света и других потребителей тока. Работы, требующие большой мощности, проводятся до обеда. Чтобы до вечера аккумулятор накопил достаточное количество заряда.

Аварийный режим используется в экстренных ситуациях и в течение нескольких дней. После, предполагается восстановление привычного уровня электроснабжения от сети. Используется для обеспечения основных надобностей жителей дома. Среднее потребление энергии в сутки не превышает 2 кВт при пиковом значении в 6 кВт/ч.

После определения уровня требуемой энергии можно приступать к выбору конкретной системы солнечных батарей.

Выбор панелей солнечных батарей

Солнечные батареи имеют такие характеристики:

• размер,
• материал изготовления,
• мощность,
• напряжение номинальное и при пиковой мощности,
• ток при максимальной мощности,
• сила тока при коротком замыкании,
• диапазон рабочей температуры,
• срок эксплуатации.

При выборе фотоэлементов необходимо учитывать все вышеперечисленные показатели.

Для достижения необходимого уровня напряжения, панели параллельно соединяются в блоки. Важно понимать, что для объединения используются однотипные элементы. Но, если выбор между большой батареей или парой маленьких, то лучше отдать предпочтение первому варианту. Поскольку в нем отсутствуют дополнительные соединения, что увеличивает надежность конструкции.

Обычно размеры панелей составляют 1 – 2 м² при мощности в 220 – 250 Вт.

Современные батареи изготавливают из кремния.

Сколько стоит солнечная батарея зависит от ее типа. Фотопанели бывают моно- и поликристаллические. Первые, отличаются большей эффективностью на уровне 17,5% при сравнительном показателе в 15% аналога. Но их стоимость выше. Но в готовой конструкции при пересчете получаемой энергии на затраты, стоимость 1 Ватт приблизительно равна. Срок эксплуатации панелей одинаковый. А вот активность солнца отличается не постоянством в разные периоды года. Поэтому предпочтительней приобретение монокристаллических фотоэлементов.

Номинальное напряжение является показателем, на который рассчитано устройство в условиях нормальной работы. При этом максимальное - выше на 5 – 10 %.

В случае с солнечными батареями отдайте предпочтение 24-х вольтовым панелям. Больший показатель встречается редко. А устройства на 12 В предназначены для малых систем. Их обычно используют по архитекторским соображениям, когда ограничено пространство под батарею.

Установка способна работать при определенной температуре. Оптимальным решением является диапазон от -40°С до +90°С.

По отзывам потребителей, солнечные батареи исправно функционируют в течение 20 – 25 лет. При этом их эффективность снижается на 7 – 8 % каждые 10 лет.

Выбор контроллера и инвертора

Контроллер монтируется между солнечной батареей и аккумулятором. Он управляет уровнем напряжения, идущего от фотопанелей, в зависимости от уровня заряда накопителя энергии. Так при 100% накопления, предупреждается перезаряд отключением подачи напряжения в аккумулятор.

Дорогостоящие технологии отслеживают изменение входящих потоков и балансируют их. Так достигается максимально возможная продуктивность батарей в любой период суток и времени года. Контроллеры Maximum Power Point Tracking целесообразно использовать в больших системах. А при обеспечении энергией частного дома достаточно упрощенной модели. Например, типа PWM.

Такие устройства при уровне заряда аккумулятора от 80% уменьшают напряжение солнечной батареи и поддерживают его. Для сравнения контроллеры ON/OFF, которые являются самым дешевым аналогом, просто отключают систему.

Также важно, чтобы контролирующий блок мог компенсировать температуру и предполагал выбор типа аккумуляторной батареи.

Производители солнечных батарей при отказе от контроллера рекомендуют постоянно измерять вольтметром заряд аккумулятора. И при необходимости вручную отключать систему. Поскольку при перезаряде уменьшается срок службы накопителя.

Инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное. Показатель входного напряжения должен соотноситься с мощностью устройства. Так при его силе в 600 Вт достаточно U = 24 В, и соответственно 48 В при большей мощности.

Если говорить о видах инвертора, то меньше всего хлопот доставит синусоидальное устройство.

Косвенным показателем является вес оборудования. Поскольку трансформатор отличается значительной массой, то условно на 100 Вт идет 1 кг инвертора. И поэтому качественный преобразователь в 1000 Вт весит 8 – 10 кг.

Номинальная выходящая мощность должна равняться силе всех электрических потребителей.

Выбор аккумуляторов

Аккумулятор стоит выбирать, исходя из количества энергии, которое он будет накапливать. Для этого определяется суточная потребность в энергии на разные потребители. При этом делается корректировка в дополнительные 10% на потери преобразования в инверторе.

Если солнечные батареи будут автономным источником питания, то важно максимальное возможное количество заряда аккумулятора. А при резервном или аварийном режиме системы необходимо отдавать предпочтение аккумуляторам с большим сроком службы.

Стартейные батареи нуждаются в постоянном обслуживании и используются при малой силе системы. Гелевые аналоги не так требовательны в уходе и способны накапливать больше энергии. Герметичные и заливные аккумуляторы обеспечивают длительное время работы при высоких мощностях. AGM используются преимущественно для резервного режима энергосбережения.

При одинаковых характеристиках, лучшими реальными показателями будет обладать более тяжелый аналог.

Обслуживание солнечной батареи

Солнечные батареи требуют большего ухода, чем стационарная сеть. Их поверхность надо систематически очищать от загрязнений. Таких как, птичий помет, пыль, следы от осадков. Так как загрязненные панели поглощают меньше солнечной энергии.

Для чистки достаточно помыть их потоком воды из шланга. А для снятия снега использовать палку по типу старой швабры с резиновой прослойкой.

Также необходимо обрезать ветки деревьев, которые кидают тень на поверхность батарей. В идеале лучше, чтобы в прилежащей территории дома высоких насаждений не было вовсе.

Два раза в год проверяйте состояние креплений системы. При необходимости смените их.