Как выбрать солнечную батарею: критерии и нюансы

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 энергоэффективности солнечных батарей

При расчете необходимой площади солнечных батарей необходимо учитывать, что один квадратный метр такого оборудования даст в вашу сеть около 120 ватт. А теперь пройдитесь по своему дому и прикиньте, какую мощность имеют имеющиеся у вас бытовые электрические приборы и оборудование. Разумно будет также прикинуть, какую экономию электричества может дать замена некоторых устройств на энергоэффективные. После этого вы можете приступать к расчетам необходимого количества и площади солнечных батарей, стараясь учитывать время солнечной активности в вашей местности.

 Отопление частного дома от солнечной энергии

Кроме добычи электроэнергии из солнечной энергии – наше светило вполне может и обогреть ваш дом. Конечно, можно воспользоваться самым простым способом и подключить электрическую систему отопления к солнечным батареям. Но скорее всего это будет довольно неэффективно, особенно учитывая не очень большое количество солнечных дней в году на наших широтах.

Лучше всего будет комбинировать систему добычи электричества с помощью солнечных батарей и систему автономного отопления, основанную на нагреве солнечным теплом жидкости, поступающей затем в радиаторы отопления вашего дома.

 Принцип работы отопления на солнечной энергии

Ключевым звеном такой автономной системы солнечного отопления будут являться нагревательные коллекторы. Это специализированные устройства, которые с минимальными потерями передают солнечную лучистую энергию на теплоноситель, в качестве которого может выступать вода или специальный антифриз.

схема солнечного нагревателя

Немаловажным преимуществом такого высокотехнологичного подхода является то, что такая система будет эффективно работать даже в самых суровых климатических условиях, ее коэффициент полезного действия не снижается даже при низких отрицательных температурах на улице.

Такие системы, называемые также солнечными коллекторами отлично зарекомендовали себя, например, в северных районах Китая – в местности с весьма суровым климатом. При этом в тех регионах они устанавливаются даже на многоквартирных домах.

После нагрева в коллекторе теплоноситель обычно попадает в аккумулирующих бак, оснащенный отличной теплоизоляцией. Температура жидкости в таком баке сохраняется довольно продолжительное время. В случае, если в качестве теплоносителя используется обычная водопроводная вода, то, помимо отопления – такую жидкость также можно использовать для бытовых целей, например, для умывания или мытья посуды.

Корпус и стекло

Солнечные батареи для дома имеют алюминиевый корпус. Этот металл не корродирует, при достаточной прочности имеет небольшую массу. Нормальный корпус должен быть собран из профиля, в котором присутствуют, как минимум, два ребра жесткости. К тому же стекло должно быть вставлено в специальный паз, а не закреплено сверху. Все это — признаки нормального качества.

Бликов на корпусе быть не должно

Еще при выборе солнечной батареи обратите внимание на стекло. В нормальных батареях оно не гладкое, а текстурированное

На ощупь — шершавое, если провести ногтями, слышен шорох. К тому же должно иметь качественное покрытие, которое сводит к минимуму блики. Это означает что в нем не должно ничего отражаться. Если хоть под каким-то углом видны отражения окружающих предметов, лучше найдите другую панель.

Подключение и функционирование аккумуляторов для солнечных батарей

Из-за разбалансировки устройств по уровню заряда, аккумулятор не способен функционировать в полном цикле, что быстрее выработает ресурс. Это возможно при использовании параллельного и комбинированного соединения аккумуляторов.

Для управления зарядом встраивается контролер, которой всегда снабжается система получения солнечной электроэнергии.

Совместная работа объеденных в единый массив аккумуляторов, может давать неравномерную зарядку и разрядку. Во избежание этого нужно применять аккумуляторы одинаковой модели.

Сегодня вполне вероятно обустроить жилье с использованием всех необходимых бытовых приборов, которые функционируют от сети в 12 или 24 Вт (холодильники, телевизоры).

В таком случае разумно разместить вблизи этих аккумуляторов инвертор, который будет преобразовывать электрическое напряжение.

sovet-ingenera.com, mywatt.ru, electricadom.com, slarkenergy.ru, alter220.ru, pechiexpert.ru

Как выбрать солнечную батарею

В продаже имеются несколько видов солнечных панелей: монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные модули из аморфного кремния. Более подробно об устройстве, принципах работы, видах и схемах подключения можно прочитать в этой статье: “как работает солнечная батарея“.

Монокристаллические элементы представляют собой срез кристалла кремния. Внешне отличаются по цвету – имеют равномерный серый или темно-синий цвет. Характеризуются немалым коэффициентом полезного действия, доходящим до 25%.

Производство таких элементов связано с трудностями: необходимо изготовить кристалл нужного качества большого размера, а затем разделить его на части. Это, в свою очередь, сказывается на конечной цене.

Поликристаллические элементы имеют меньший КПД, не больше 18%. Отличаются по внешнему виду – имеют синий или темно-синий цвет и зернистую структуру. Продаются по более низкой цене, чем вышеописанные приборы.

Благодаря использованию полимерных материалов при изготовлении тонкопленочных модулей из аморфного кремния их можно легко согнуть или даже свернуть в трубочку. Обладают наименьшим КПД, составляющим 5-8%.

Солнечные батареи для квартиры плюсы и минусы

Современные тенденции в применении чистых источников энергии позволяют сделать вывод об этих источниках энергии, что это самое перспективное направление на ближайшее будущее.

Основные достоинства такого источника энергии:

• Независимость от городской электросети;
• За выработанное электричество не придется ежемесячно платить;
• Как мы уже писали, эти девайсы обладают длительным периодом службы 20–30 лет;
• Простота конструкции придает надежность собранной системе;
• Простота в работе. Какого либо особого ухода не требуется.

Недостатки тоже есть:

• Продуктивность системы зависит от временного промежутка в течение суток и погодных условий;
• Довольно высокая себестоимость, при большом периоде самоокупаемости;
• Низкая производительность;
• Все-таки, это дополнительный источник электричества, а не постоянный;
• Все приборы необходимо оградить от попадания на них атмосферных осадков. Сам балкончик должен быть остеклен и утеплён.

Виды солнечных панелей

Что касается ячеек, то они бывают двух типов – монокристаллические и поликристаллические. Отличаются они по материалу изготовления, форме, эффективности преобразования энергии.

В монокристаллических ячейках при создании используются однородные по структуре кристаллы кремния.

У второго же типа ячеек применяются кристаллы кремния с разной структурой.

Структура кристаллов влияет на общую эффективность преобразования энергии.

У монокристаллических она выше, поэтому модуль с такими ячейками способен обеспечить выработку энергии по количеству одинаковую с поликристаллическим модулем, но при значительно меньших размерах самой панели. Но и стоимость монокристаллических панелей выше.

По внешнему виду эти модули различить легко. У монокристаллических панелей углы ячеек закруглены.

Автономные инверторы напряжения для солнечных батарей, устройство, принцип работы, как выбрать

Ячейки поликристаллического модуля имеет прямоугольную форму.

Недавно появились модули, ячейки которых выполнены из аморфного или микроморфного кремния.

Такие модули не имеют каркаса, и сделаны они в виде пленки, которая наклеивается на поверхность. Следует отметить, что такие модули являются самыми дешевыми из-за меньшего расхода кремния.

Солнечные батареи для квартиры плюсы и минусы

Современные тенденции в применении чистых источников энергии позволяют сделать вывод об этих источниках энергии, что это самое перспективное направление на ближайшее будущее.

Основные достоинства такого источника энергии:

• Независимость от городской электросети;
• За выработанное электричество не придется ежемесячно платить;
• Как мы уже писали, эти девайсы обладают длительным периодом службы 20–30 лет;
• Простота конструкции придает надежность собранной системе;
• Простота в работе. Какого либо особого ухода не требуется.

Недостатки тоже есть:

• Продуктивность системы зависит от временного промежутка в течение суток и погодных условий;
• Довольно высокая себестоимость, при большом периоде самоокупаемости;
• Низкая производительность;
• Все-таки, это дополнительный источник электричества, а не постоянный;
• Все приборы необходимо оградить от попадания на них атмосферных осадков. Сам балкончик должен быть остеклен и утеплён.

Контроллеры

Перейдем к контроллерам заряда. Через них проходит выработанная энергия и подается на аккумуляторы.

Сейчас производятся два типа контроллеров – широтно-импульсной модуляции (ШИМ-контроллер) и слежения за точкой максимальной мощности (МРРТ-контроллер).

ШИМ-контроллеры более простые и доступные.

Однако при их использовании теряется до 30 % выработанной панелями энергии.

МРРТ-контроллер же способен произвести 100% выработку энергии, но и стоимость его значительно выше.

К примеру, выходная мощность панелей составляет 2 кВт. При использовании ШИМ-контроллера из-за потерь выработки конечная мощность составит 1400-1600 Вт. А вот МРРТ-контроллер способен обработать все 2 кВт мощности.

Поэтому рекомендуется при установке панелей с выходной мощностью свыше 1 кВт использовать МРРТ-контроллер.

Что касается мощностных показателей, то подбирается контроллер по мощности, которую он способен обработать.

Поликристаллические кремниевые элементы

Поликристаллические кремниевые элементы

В поликристаллических батареях элемент включает множество кристаллов с хаотической ориентацией оптических осей. Для их производства не требуется сырье с высокой степенью очистки – могут использоваться вторичные источники (в частности, переработанные кремниевые батареи), отходы металлургического производства.

В результате стоимость изготовления значительно снижается. Однако при этом уменьшается и эффективность преобразования – лучшие образцы демонстрируют эффективность на уровне 15-18%.

Мнение эксперта
Гребнев Вадим Савельевич
Монтажник отопительных систем

Такие показатели позволили потеснить на рынке монокристаллические панели. В настоящее время на долю поликристаллов приходится более 53% продаж кремниевых батарей, против немногим более 30% у монокристаллических.

Внешне поликристаллические представляют собой правильной формы прямоугольные пластины насыщенного синего цвета. Стоимость генерации «синих» панелей составляет около 0.7-0.9: за 1 Вт. При этом они демонстрируют значительно меньшее снижение при рассеянном освещении и падении света под углами, отличными от 90 градусов.

Разновидности солнечных отопительных коллекторов

В настоящее время используются следующие разновидности солнечных отопительных коллекторов:

1. плоские;
2. вакуумные.

Отличаются они друг от друга устройством передачи лучистой энергии Солнца.

самодельный коллектор

В плоском солнечном отопительном коллекторе устройством для сбора такой энергии служит ящик, заполненный специальным адсорбирующим материалам. В толще материала проложены трубопроводы системы теплоснабжения. Жидкость, циркулирующая по ним, нагревается от воздействия солнечных лучей и затем сбрасывается в бак теплоаккумулятора.

В вакуумном отопительном коллекторе вместо плоского ящика используется система прозрачных трубок, из которых откачан воздух. Внутри трубок имеются трубопроводы системы теплоснабжения различной конфигурации. Интересный физический эффект такого устройства заключается в том, что солнечные лучи беспрепятственно проходят через наружный слой стекла и вакуум, и затем нагревают жидкость в трубопроводах. А вот обратно тепло от жидкости в трубопроводах уже не утекает, так как вакуум является отличным теплоизолятором. В общем. Такая конструкция в миниатюре напоминает нашу планету: ведь у нас тоже имеется теплоизолятор в виде межзвездного вакуума, который, тем не менее не мешает солнечным лучам эффективно нагревать землю.

По уровню качества все солнечные панели делятся на три категории:

• Grade A — высшее: несмотря на естественное старение элементов, потеря мощности со временем составляет не более 5%;
• Grade B — среднее: при старении наблюдается потеря мощности до 30%;
• Grade C — самое низкое: со временем мощность теряется на 30% и более.

Удачный выбор солнечных панелей зависит и от толщины элементов. Если панели достаточно толстые, это обеспечит долгий срок их службы. Существуют дешевые китайские варианты, когда прочным и толстым является не сам элемент, а его покрытие из фольги. Это делают для того, чтобы удешевить производство. Лучше не приобретать такую панель: работать она будет недолго и абсолютно не стоит потраченных на нее средств.

При покупке рекомендуется смотреть на поверхность элементов. Если они покрыты текстуированным стеклом, это обеспечит увеличение мощности входного облучения системы на 10-15%. Коэффициент полезного действия текстуированных элементов будет намного выше — в том числе и в прохладную пасмурную погоду, когда солнце редко появляется из-за туч.

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 коллектораИсточник 21ek.ru

Выбор параметров солнечной батареи

При выборе солнечной батареи перед покупателем встает вопрос «Как выбрать подходящую солнечную батарею?» Существует несколько видов фотоэлементов, имеющих свои преимущества и недостатки:

1. Поликристаллические элементы, в которых полупроводник производится поликристаллическим способом, этот метод удешевляют солнечную батарею, но снижают эффективность её работы. КПД элементов составляет 17-19%.
2. Монокристаллические. Если элементы выращиваются монокристаллическим способом, то КПД фотоэлементов составляет 20-21%. Стоимость батарей при таком способе производства кремния увеличивается, но площадь фотоэлементов для получения энергии того же количества снижается. Готовые солнечные батареи, изготовленными поликристаллическим способом имеют КПД 13-17 %, а с фотоэлементами, изготовленными монокристаллическим способом – КПД 15-18,5%,
3. Аморфные. Самым низким КПД (4-6%) обладают солнечные батареи, в которых фотоэлементы изготавливают из аморфного кремния.
4. Арсенид галлиевые. Для изготовления высокоэффективных преобразователей в настоящее время широко используются GaAs – Арсенид галлия, имеющий гетероструктуру и более широкую запрещенную зону, это позволяет увеличить КПД солнечных батарей до 35-40%, правда такой тип элементов имеет очень высокую цену и используется только в космической отрасли.

Рис. 2 Типы солнечных элементов

О технологии

Сказать, что это новая технология, было бы неверно. В 1960-м космонавты использовали спутники на солнечных батареях, во времена второй мировой на домах в США было установлено много таких батарей, позволяющих получать энергию от солнца и отапливать за ее счет свои жилища.

Однако внедрить технологию повсеместно было проблематичным – панели фотоэлектрических элементов, отвечающие за преобразование солнечного света в электрическую энергию, представляют собой довольно дорогую технологию. Именно стоимость часто является ключевым фактором при принятии решения.

Очевидно, что для принятия решения необходимо учитывать совокупность факторов. Рассмотрим явные выгоды оснащения дома солнечными батареями:

• Энергия солнца бесплатна и неисчерпаема.
• Энергия солнца – экологически чистая.
• Отсутствуют выбросы парниковых газов.

Используя солнечные батареи, мы практически присоединяемся к «зеленому движению», становимся на путь защиты планеты и получаем бесплатную и бесконечную энергию.

Как же устроена солнечная батарея? Панель состоит из фотоэлектрических ячеек, объединенных общей рамкой. В каждой используется полупроводниковый материал (чаще всего кремний) и электрическое поле. Полупроводник поглощает энергию лучей и нагревается, высвобождает электроны, направляемые электрическим полем в определенном направлении, поток электронов образует электроток. Ток через установленные контакты отправляется в провода и используется по назначению. Сила тока зависит от мощности, производимой фотоэлементом.

Для повышения эффективности кремния, используют примеси (в кремний добавляются атомы других веществ), например, фосфора.

Кроме того, кремний хорошо отражает свет, поэтому для уменьшения потерь фотоэлементы защищают антибликовым покрытием. И еще для защиты батарей от механических повреждений их покрывают стеклом.

КПД таких батарей довольно низкий – они способны переработать только 12-18% попадающих на них лучей. Самые успешные образцы достигают КПД 40%.

Преимущества и особенности реального использования

Никто не даст лучшей оценки, чем те, кто попробовал технологию на себе. Остались ли довольны решением пользователи солнечных батарей? Узнаем, что об этом рассказывают пользователи сети.

Грид-инверторы, используемые для работы батарей, не требуют аккумуляторов, которые являются слабым звеном в альтернативном электроснабжении.
Электроэнергия вырабатывается в режиме реального времени сразу же попадает в сеть.
Теоретические расчеты полностью соответствуют действительности, что проверено на практике. Это позволяет планировать расходы на приобретение батарей

Однако важно делать поправку на облачность.

Сколько нужно солнечных панелей для частного дома

Сначала нужно было определить, позволяют ли климатические условия местности установить солнечные батареи. Ведь, согласитесь, если количество солнечных дней в году невелико, то и количество вырабатываемой электроэнергии будет небольшим.

В моем случае для средней полосы России количество солнечных дней составляет около 90 дней в году, что является вполне допустимым показателем.

Для расчета необходимого количества солнечных батарей нужно исходить из требуемой мощности потребителей электроэнергии.

В моем случае общая потребность составила 180 Вт, из них:

• освещение: 5 светодиодных ламп мощностью по 5 Вт каждая, общая мощность которых составила 25 Вт;
• жидкокристаллический телевизор с диагональю экрана 32 дюйма – 55 Вт;
• холодильник – 60 Вт.

При расчете нагрузки пришлось исходить из потребности временного обеспечения электроэнергией только самых необходимых приборов. Другие электроприборы в расчет не включались.

После изучения предложений в интернете выбор был остановлен на солнечных панелях Delta SM 50-12 M в количестве 4 штуки. Мощность одной панели составляет 50 Вт, суммарная мощность – 200 Вт, КПД элемента – 17,96%. Этого должно хватить для беспроблемного обеспечения электроэнергией всех одновременно включенных важных потребителей.

При расчете надо учесть, что вероятность одновременной работы всех электроприборов невелика. Так, для ламп освещения время работы составит 5 часов в сутки, телевизор также никто не будет смотреть круглые сутки на даче – от силы 1 час. А режим работы холодильника по умолчанию является периодическим.

Но выбор мощности на первое время производился с расчетом обеспечения электроэнергией при отключении сети 220 В. Недостаток мощности, вырабатываемой солнечными батареями для электроснабжения частного дачного дома в зимнее время, компенсировался пуском бензинового генератора.

Место установки и угол наклона для лучших результатов

Так как дачный дом изначально был ориентирован на север-юг, трудностей с выбором оптимального положения солнечных панелей не возникло. Местом для установки солнечных батарей была выбрана южная сторона двускатной крыши дачного дома.

Панели прекрасно разместились на крыше. Угол наклона выбирать не пришлось, установил вровень с крышей, как есть – 45°. Конечно, со временем угол наклона можно будет скорректировать. Размер одной солнечной панели составил 67*55 см. Площадь одной панели, соответственно, составила 3,7 м2. Общая площадь панелей составила 14,8 м².

Для того чтобы убрать тень от растущей вблизи дома ветлы, последнюю пришлось спилить. Это также избавило от другой проблемы: угрозы падения сучков и веток от сильного ветра или под воздействием снега на крышу с установленными панелями.

Выбор аккумуляторов и контроллера

Аккумуляторы и контроллер тоже являются необходимыми элементами, которые играют роль в удачном выборе гелиоустановки в целом. К панелям нужно подобрать несколько подходящих аккумуляторных батарей, которые будут обеспечивать автономность их работы в случае форс-мажорных обстоятельств. АКБ нужны и для того, чтобы установка работала и в пасмурную погоду, и в ночное время.

Что касается контроллера, его функция заключается в том, чтобы аккумуляторы работали исправно. Если солнечная установка снабжена хорошим контроллером, АКБ будут работать долго и продуктивно. Различают два вида контроллеров: МРРТ и ШИМ. ШИМ-контроллер стоит дешевле, но способен освоить только 80% той энергии, которая накопилась. МРРТ- контроллер использует накопленный заряд на 100%. Именно поэтому рекомендуется останавливать свой выбор именно на нем, несмотря на то, что стоит он в 2-3 раза дороже, чем ШИМ- контроллер.

Правильный выбор солнечных батарей зависит от многих факторов. Недостаточно приобрести дорогие панели высокого качества

Нужно тщательно продумать сборку системы в целом, акцентируя внимание на качество каждого ее звена и исходя из необходимых расчетов мощности. Если все сделано правильно, гелиоустановка будет служить долго и окупит все расходы в течение ближайшего времени

Заключение

Теперь мы знаем, что с 7 утра и до 17 вечера мощность панели в солнечную погоду будет на уровне 30 Вт, что само по себе уже неплохо. В пасмурную погоду мощность естественно будет падать. Об экономической составляющей мы уже говорили – каждый сам решает, насколько ему необходима такая система, которая за неделю сможет выработать всего 2 кВт/час.

Но все же если не учитывать того момента, что установка такого комплекта на балконе не даст квартире полную энергонезависимость, в наших российских реалиях такой комплект может хорошо выручить — зарядит смартфон, светодиодные ленты будут давать свет. Кроме всего прочего, вы будете себя чувствовать сопричастным к процессу использования альтернативных источников энергии.