Принцип работы и устройство солнечных мини электростанций
Современный человек уже не может представить свою жизнь без различной бытовой техники и электронных устройств. А все эти приборы функционируют от электрических сетей. При этом все мы любим отдыхать в своих загородных домах подальше от городской суеты. И часто бывает так, что наша загородная резиденция не подключена к электросетям. Никто ведь не захочет отдыхать, как в каменном веке? Можно купить дизельный генератор, но тогда нужно будет постоянно заправлять его топливом. К тому же, запасы углеводородных энергоносителей постепенно исчерпываются, что заставляет людей заниматься разработкой альтернативных источников энергии (в основном электрической и тепловой). Одним из результатов таких исследований стало создание мини солнечных электростанций, которые могут быть очень полезны в частных домах и на дачных участках.
Преимущества и недостатки
Основным достоинством портативных электростанций является их полная автономия и возможность работы при отсутствии централизованного электроснабжения. Эти устройства позволяют совершать длительные путешествия и не ощущать при этом дискомфорта. Фотоэлектрические элементы, используемые в устройствах, считаются экологически чистыми, не загрязняющими окружающую среду. Большинство мини-электростанций отличается оригинальным дизайном и удачно вписываются в территорию дачного участка.
Солнечные панели подключаются к системам умного дома, а их энергия наиболее рационально распределяется среди потребителей. За счет этого удается получить максимальный результат.
Туристические мобильные электростанции обладают компактными размерами и небольшим весом. Один человек может легко транспортировать весь комплект оборудования, а при необходимости – быстро развернуть мини-систему электроснабжения. Несмотря на довольно высокую стоимость, компактные солнечные батареи за счет низких расходов по эксплуатации, полностью окупают себя в течение нескольких лет.
Тем не менее, несмотря на ярко выраженные плюсы, переносные солнечные электростанции имеют ряд недостатков:
- Бесперебойная и максимально эффективная зарядка гаджетов происходит только при ясной солнечной погоде. В пасмурные дни и в зимнее время производительность таких электростанций резко снижается.
- Высокая стоимость, которая не всегда оправдана. Из-за этого приобретение компактных панелей бывает экономически невыгодно и не оправдывает себя.
- Несмотря на заявления производителей, реальный срок службы портативных панелей составляет не более 3-5 лет. Под действием атмосферных осадков происходит порча защитного стекла, солнечные лучи постепенно выжигают слой кремния и КПД батареи через определенное время становится значительно ниже.
- Низкая мощность по сравнению с обычными электрическими сетями. Портативные устройства способны обеспечивать питанием лишь маломощные приборы, не более 300 Вт, например, ноутбук, планшет, лампочки накаливания и т.д. Следует учесть и тот фактор, что мощность гаджетов подключенных для зарядки, должна быть ниже мощности, выдаваемой солнечной панелью как минимум на 10-15%.
Солнечная электростанция для дома на 5 кВт и 10 кВт
Электростанция на солнечных батареях
Газотурбинная электростанция (ГТЭС)
Солнечная электростанция (СЭС)
Ветряные электростанции
Солнечные батареи для дома
Что необходимо знать при подборе солнечной электростанции
Обязательному расчету и определению подлежат такие параметры и характеристики, как:
- максимальная потребляемая мощность;
- пусковая мощность;
- сколько требуется энергии в сутки;
- площадь для размещения;
- периоды, когда установка будет работать на протяжении года.
После этого можно приступать к выбору и приобретению элементов конструкции. По минимуму это будут следующие компоненты:
- Батареи из пластин фотоэлементов, преобразующих энергию солнца.
- Контроллер, ускоряющий заряд, обеспечивающий долговечность аккумулятора, а также сигнализирующий по поводу состояния.
- Аккумуляторы, сохраняющие выработанную энергию для применения.
- Инвертор (или преобразователь), превращающий постоянный ток в переменный 50 Гц и 220 В для питания приборов.
Чтобы посчитать пусковую и потребляемую мощность, а также нужный расход, нужно произвести умножение мощности потребителя (прибора) на часы его работы в течение суток. Данные от всех устройств складываются.
Характеристики солнечных электростанций, обеспечивающих все нужды хозяйства, это величина порядка 1700Вт*ч ежесуточно.
Электростанция от солнца: миф или реальность
Разберемся, что же представляет портативная электростанция, работающая от солнечной энергии. Визуально она выглядит как несгибаемая панель, либо как полотно, которое можно свернуть. Лицевая сторона выполнена в черном цвете. Это связано с кремниевой основой, используемой при производстве походной солнечной электростанции. Особо дорогие модели комплектуются аккумуляторными накопителями, которые хранят электрический заряд в то время, когда нет солнечного света. Более дешевые же модели заряжают устройство «напрямую» и работают лишь в ясную погоду.
Гибкие панели удобно носить в рюкзаке, отправляясь в путешествие. Они имеют малый вес, компактный размер, удобны и просты в использовании. Достаточно развернуть ее и подключить к источнику потребления. Несгибаемые же панели чаще используют для статичного расположения на домах, отдаленных от линии электропередач.
Это могут быть как дома охотников и лесников, так и небольшая дача, подключение электроэнергии стандартным способом к которой считается нецелесообразной. Вот тут на помощь и приходит портативная электростанция (о видах солнечных панелей вы можете почитать здесь).
Функционирование, виды преобразователей и их сравнительная энергоэффективность
Преобразователи или инверторы являются ключевыми компонентами солнечных батарей. Они трансформируют постоянный ток, вырабатываемый модулем в переменный напряжением 220 В, который необходим для работы электрических приборов. Инверторы имеют мощность от 250 до 8000 Вт. При покупке рекомендуют учитывать самую высокую нагрузку на сеть и соотносить напряжение и мощность. Оптимальными считаются параметры: 12 вольт и 600 ватт, 24 Вольт при 600-1500 Ватт, 48 Вольт, если мощность больше 1500 Ватт.
Инвертор, на принципиальной схеме работы солнечных батарей Источник studygu.ru
Разновидности преобразователей
- Автономный. Перед тем как выбрать инвертор, надо определить, какие приборы будут от него питаться, и подсчитать их общую максимальную мощность в единицу времени. Рекомендуется взять мощность инвертора несколько больше. Некоторые бытовые электроприборы при включении создают резкое увеличение напряжения, из-за которого устройство может выйти из строя.
- Синхронный. Они накапливают энергию, а излишки передают в электрическую сеть. В случае недостатка электричества, выработанного системой, преобразователь «позаимствует» его из общей сети. Применение модели синхронного типа позволит избежать перебоя в энергоснабжении.
- Многофункциональные устройства объединили в себе преимущества первого и второго вида.
Комбинированные СЭС
Уже из названия понятно, что комбинированные СЭС совмещают в себе разные типы гелиостанций. Часто сочетают между собой солнечные батареи и концентраторы – тарельчатые или параболические. Кроме производства энергии на солнечных электростанциях предусмотрена возможность обеспечения населения горячей водой. Ее нагрев осуществляют за счет дополнительно установленных теплообменных конструкций.
Разнообразие видов солнечных электростанций только подтверждает, что сегодня они активно развиваются. В связи с этим крупные компании продолжают вкладывать в строительство таких установок серьезные инвестиции. Гелиостанции окупают себя за несколько лет и остаются рентабельными в отличие от ископаемых ресурсов, цены на которые постепенно растут. Существующие же виды СЭС продолжают совершенствовать, чтобы устранить их основные недостатки. В будущем это позволит использовать солнечную энергию на полную мощность как в промышленных, так и в гражданских целях.
Как рассчитать количество гелиопанелей
Автономная солнечная электростанция для дома начинается со сбора информации.
Необходимы все данные по количеству солнечных дней в вашей местности. В этом помогут специальные метеосправочники и интернет. Подсчитать общее количество за год и с разбивкой по месяцам. Ориентиром для подбора мощности будущей солнечной станции для дачи служат количество месяцев с самыми скромными показателями.
Теперь рассчитываются ваши общие потребности в электричестве и годовые и помесячные. Надо учитывать, что главное не только накопить энергию, но и правильно ее использовать. Если автономная солнечная электростанция будет с небольшими потребностями, соответственно количество панелей надо меньше. А это влияет на конечную стоимость домашней электростанции от солнца.
Необходимо помнить, что эффективность панелей держится на уровне 12–14%. То есть, если солнечная эффективность для вашего региона составляет 20 кВт-час/м², тогда только панель площадью 0.7 м² будет отдавать 1.68 кВт-час. Дальше всё просто. Если потребность в электричестве примерно 80кВт-час/месяц нужно 48 панелей, на которых и будет эффективно работать солнечная станция.
Недостатки солнечной электростанции
Мини электростанция способна обеспечить при условии ясной погоды бесперебойной зарядкой смартфон, планшет и любые электроприборы, имеющие низкое энергопотребление даже в зимнее время года.
Но почему же полки магазинов не пестрят переносными электростанциями, которые могут зарядить и напитать силами любой электроприбор?
Во — первых из — за цены. За счет дорогого кремниевого покрытия и сложности достижения герметичности всей конструкции, являющейся главной при выборе жестких панелей. Стоимость зачастую перекрывает выгоду от покупки мобильных солнечных панелей.
Во — вторых – срок службы. Срок службы таких конструкций всего лишь не превышает 3-5 лет. И причиной этого является солнце, которое выжигает кремниевый слой и атмосферные осадки, портящие защитное стекло. За счет этого снижается КПД установки.
В — третьих – малая мощность по отношению к традиционным источникам электроэнергии. Портативная солнечная панель стоимостью около 30000 рублей способна прокормить электроприборы, потребление которых не превышает 300 Ватт. К таким приборам можно отнести насос воды или ноутбук, 4 лампочки по 60 Ватт, или музыкальный центр.
Виды солнечных коллекторов
Наиболее распространёнными считаются плоские и вакуумные гелиоколлекторы.
Вакуумные
Главным элементом вакуумного устройства является тепловая труба. Внешне представляет собой ряд, состоящий из стеклянных трубок, заключённых в алюминиевом каркасе. Каждая трубка состоит из двух трубок разных диаметров, а между ними находится вакуум. Благодаря нему теплоноситель внутри неё намного лучше защищён от воздействия температуры окружающей среды.
Устройство вакуумного гелиоколлектора
Медная труба с меньшим диаметром содержит внутри себя специальную нетоксичную жидкость. При нагревании она испаряется. Пар поднимается к самому верху трубки – к наконечнику. Там он отдаёт тепло теплоносителю, находящемуся в теплопроводе.
Обратите внимание! Нетоксичная жидкость испаряется даже при температуре на улице -30°С, благодаря вакууму между трубками.
Конденсируясь на стенках трубы, жидкость обратно стекает вниз. Далее процесс снова повторяется. Все трубы расположены параллельно. Угол наклона зависит от места монтажа системы и географической широты объекта. Панель должна быть направлена на юг.
Устройство водонагревательной системы с использованием вакуумного гелиоколлектора
Солнечный гелиоколлектор отлично работает даже в пасмурную погоду, так как вакуумные трубки хорошо поглощают инфракрасное излучение, проходящее сквозь тучи. В отличие от плоских устройств на вакуумные оказывает меньшее влияние низкая температура на улице и ветер, благодаря изоляционным свойствам вакуума. Системы с солнечными гелиоколлекторами этого типа могут функционировать до -35°C.
Чтобы внутри трубок как можно дольше сохранялся вакуум, один их конец покрыт толстым слоем бария. Он поглощает различные газы, которые появляются во время эксплуатации и хранения устройства. Также барий является своеобразным индикатором. Если он изменил цвет с серебристого на белый, значит, вакуума в трубке уже нет и её следует заменить на новую.
Чтобы провести замену, не нужно останавливать всю систему. Также, если одна из трубок вышла из строя, то коллекторы всё равно продолжат работать как прежде. В случае необходимости в систему можно добавить трубки или снять лишние.
Преимущества вакуумных гелиоколлекторов:
- удобный монтаж;
- простое обслуживание;
- низкие теплопотери;
- длительный период работы.
К недостаткам относят невозможность самостоятельной очистки от снежных наносов, а также минимальный угол наклона должен быть не менее 20°.
Плоские
Внешне плоские солнечные гелиоколлектора представляют собой прямоугольную панель. Корпус выполнен из алюминия. Для подачи и вывода теплоносителя имеются 2 патрубка. Боковые стороны и одна стена утеплены теплоизолятором толщиной 3-4 см. Это позволяет значительно сократить теплопотери устройства.
Главная часть всего гелиоколлектора – это абсорбер, соединенный с теплопроводом. Именно он поглощает инфракрасное излучение. Сверху он закрыт закалённым стеклом с низким уровнем металла. Чаще всего поглощающий элемент делается из меди, так как она имеет высокую теплопроводность.
Устройство плоского солнечного гелиоколлектора
Принцип действия коллектора следующий: солнечные лучи проникают сквозь стекло и попадают на абсорбер. Он нагревается и передаёт тепло теплоносителю. В отличие от вакуумных систем, плоские коллектора могут самостоятельно очиститься от снега. Их монтаж можно провести под любым углом. Но по сравнению с вакуумными устройствами, у них больше теплопотери, и устанавливать их нужно только в полностью собранном виде. Еще один недостаток – в случае повреждения придётся менять всю панель. Но по сравнению с вакуумными, они более надёжные и простые.
Миф 1: Солнечные панели не работают в холодную снежную погоду или когда облачно.
Факт: солнечные панели работают даже при снежной и облачной пагоде, при наличии даже рассеянного света. Работать и выдавать полную мощность — это разные вещи, так что не ждите что с 1000 ватт солнечных панелей вы получите в пасмурную погоду много. Зачастую, мощность на которую вы можете рассчитывать от 1 до 10% от суммарной мощности. Что вполне хватает на покрытие потребления оборудования и на маломальскую нагрузку. Технологии солнечных панелей позволяют эффективно работать как при низких температурах, так и при высоких. Даже холодные, солнечные зимние дни, дают сопоставимый уровень электричества тому, что вы получите от жарких летних дней. Примерами стран, в которых такие системы являются эффективными, являются Германия (мировой лидер солнечных панелей), Великобритания, Китай и Италия.
Установка солнечной батареи
Существует несколько правил, которые нужно неукоснительно соблюдать.
Не знаешь где купить купить радиаторы для отопления? Статья расскажет, где это сделать, читай тут.
Монтаж солнечных батарей
- Место для солнечных панелей не должно затеняться.
- К солнечным батареям должен быть обеспечен легкий доступ для мытья и уборки снега.
- Батареи устанавливаются в наклон. Оптимальный угол наклона в северном полушарии – угол, равный географической широте местности.
- Батареи ориентируют строго на юг.
- Монтаж производят на стены зданий, на крыши, на опоры, установленные на земле. В этом случае необходимо предусмотреть достаточное расстояние между панелями, чтобы они не затеняли друг друга. Алюминиевые рамки панелей имеют отверстия для крепежа, и для установки панелей не нужна особая оснастка.
Аккумуляторы
Автономная солнечная электростанция потребует аккумуляторную батарею.
Для того, чтобы приборы служили дольше, следует соблюдать ряд правил.
- Хранение производится в заряженном виде. Особенно на морозе.
- Не нагревать более 30 градусов C.
- Заряжать на 15 %, а разряжать не ниже 50 %, как правило.
Генератор из асинхронного двигателя: схема, таблица, инструкция, как сделать своими руками + фото от мастера!
Солнечная батарея своими руками — пошаговая инструкция как изготовить и провести монтаж солнечной батареи в домашних условиях (фото и видео-инструкция)
Солнечные коллекторы для отопления дома: преимущества, недостатки, мифы, правда и отзывы владельцев (130 фото + видео)
Предпочтительнее оказываются гелевые аккумуляторы. Их параметры: напряжение 24 В и емкость до 200 Ач (два, соединенных последовательно).
Солнечные электростанции башенного типа
Все башенные электростанции работают на воде, превращающейся в пар под влиянием солнечных лучей. В центре установки располагается башня, на вершине которой установлена емкость с водой. Данный резервуар окрашивается черным цветом, усиливающим его способность к поглощению солнечных лучей. Подача воды в емкость осуществляется насосами. В результате нагрева, вода превращается в пар с температурой более 500 градусов, приводящий в действие турбогенератор, установленный неподалеку от башни.
Максимальная концентрация солнечной энергии в нужной точке достигается за счет гелиостатов в количестве нескольких сотен, расположенных вокруг башни. Каждый из них направляет отраженный солнечный луч в точном направлении к емкости с водой. Гелиостат по своей сути является зеркалом с различной площадью, в зависимости от общей конструкции установки. Все зеркала устанавливаются и закрепляются на опорах.
Точное направление луча обеспечивается автоматическими системами фокусировки, определяющими позицию гелиостатов в соответствии с положением солнца в конкретное время дня. В наиболее жаркие дни величина температуры пара может достигать 700 градусов, и турбина функционирует в стабильном рабочем режиме.
В башенных электростанциях может использоваться не только вода. В некоторых зарубежных установках используются жидкие теплоносители в виде соляного раствора, сохраняющие тепло даже с наступлением темноты. Вначале соль разогревается до 565 градусов, после чего она поступает в емкость с жидким теплоносителем. Жидкость нагревается, и вся дальнейшая работа происходит оп общей схеме.
Недостатки использования солнечных батарей
Солнечная энергия, а именно ее использование, предусматривает также и минусы, не смотря на вышеописанные плюсы.
К недостаткам относят следующие факторы:
- высокая цена;
- низкий КПД;
- большая площадь, занимаемая системой;
- зависимость работы от погодных условий.
Стоимость монтажа системы, которая сможет удовлетворить индивидуальные потребности человека, непомерно высока. Не говоря уже о том, чтобы снабдить электроэнергией целый дом. Это объясняется следующим пунктом.
Низкий КПД
Продуктивность солнечных батарей намного ниже, по сравнению с традиционными источниками электроэнергии. Например, панель средней работоспособности, площадью в 1 м2 производит мощность около 120 Вт. Этого должно хватить только для зарядки планшета или телефона. Из этого вытекает следующий пункт.
Большая площадь, занимаемая системой
Чтобы обеспечить ваши минимальные потребности в электроэнергии, вам понадобится очень большая площадь. Если, конечно же, речь не идет о зарядке телефонов, планшетов или работы приборов с потреблением низкой мощности.
Зависимость работы от погодных условий
КПД солнечных батарей снижается в пасмурный, облачный день, зимой, при низких температурах и т.д. Ночью, в отсутствие Солнца, источника энергии, производство электричества прекращается. На работу панелей также влияет расположение вашего дома и окон.
Недостатки солнечной энергии
Прерывистость
Одна из самых больших проблем, связанных с технологиями использования солнечной энергии, заключается в том, что энергия вырабатывается только тогда, когда светит солнце. Это означает, что в ночное время и в пасмурные дни может прерываться подача электроэнергии. Дефицит, вызванный этим прерыванием, не был бы проблемой, если бы существовали недорогие способы хранения энергии, поскольку чрезвычайно солнечные периоды могут фактически генерировать избыточную мощность
Фактически, Германия – один из лидеров в области технологий солнечной энергии – сейчас сосредоточивает внимание на разработке адекватных накопителей энергии для решения этой проблемы
Землепользование
Другая проблема заключается в том, что солнечная энергия может занять значительную часть земли и вызвать деградацию земель или потерю среды обитания для диких животных.В то время как солнечные фотоэлектрические системы могут быть прикреплены к уже существующим структурам, для более крупных фотоэлектрических систем может потребоваться от 3,5 до 10 акров на мегаватт, а для объектов CSP требуется от 4 до 16,5 акров на мегаватт.4 Тем не менее, воздействие можно уменьшить, разместив объекты в некачественных зонах или вдоль существующих транспортных и транспортных коридоров.
Дефицит материалов
Для производства некоторых солнечных технологий требуются редкие материалы. Однако это в первую очередь проблема фотоэлектрической технологии, а не технологии CSP. Кроме того, это не столько отсутствие известных запасов, сколько неспособность текущего производства удовлетворить будущий спрос: многие из редких материалов являются побочными продуктами других процессов, а не целью целенаправленных усилий по добыче полезных ископаемых. Переработка фотоэлектрических материалов и достижения в области нанотехнологий, которые увеличивают эффективность солнечных элементов, могут помочь увеличить предложение, но, возможно, поиск заменителей материалов, которые существуют в большем изобилии, может сыграть свою роль.
Оборотная сторона окружающей среды
Единственный экологический недостаток солнечной технологии заключается в том, что она содержит многие из тех же опасных материалов, что и электроника. Поскольку солнечная энергия становится все более популярной, проблема утилизации опасных отходов становится дополнительной проблемой. Однако при условии, что проблема надлежащей утилизации решена, сокращение выбросов парниковых газов, которое предлагает солнечная энергия, делает ее привлекательной альтернативой ископаемым видам топлива.
Ключевые выводы
- Солнечная энергия становится все более конкурентоспособной альтернативой ископаемому топливу.
- Солнечная энергия является устойчивым источником энергии, оказывает незначительное воздействие на окружающую среду и способствует энергетической независимости.
- С другой стороны, он ограничен тем, как долго не светит солнце, может вызывать дефицит материалов и содержать опасные материалы, подобные электронике.
- Дорогостоящие недостатки солнечной энергии могут быть устранены технологическими достижениями, которые увеличивают эффективность и емкость хранения.
- Возможно, стоит увеличить стимулы для развития солнечной энергетики.
