Как получить энергию от солнца для дома

Солнечная энергия для дома

Дата публикации: 21 сентября 2018

Солнце является возобновляемым источником энергии, который можно использовать без вреда для человека и окружающей среды. Кроме того, постоянно растущие цены на электроэнергию заставляют задуматься о переходе на альтернативный источник энергии, для которого установка оборудования окупится всего за несколько лет.

Что такое солнечные коллекторы и как они работают?

Прежде чем перейти к рассмотрению устройств, способных преобразовывать солнечную энергию в электрическую, стоит так же обратить внимание на аппараты, при помощи которых можно использовать тепловую солнечную энергию для дома.

Солнечные коллекторы – это устройства, которые посредством нагрева вещества-теплоносителя позволяют передавать тепловую энергию дальше, чтобы нагревать воду. Существует два типа коллекторов:

Считается, что последние более производительны, так как они эффективны в условиях низких температур и благодаря своему устройству могут дольше держать тепло. Потеря тепла у вакуумных коллекторов минимальна – 5%, как раз благодаря вакууму, создаваемому в трубках коллектора. Если сравнивать это устройство с чем-то привычным для нас, то работа трубок в коллекторе схожа с принципом работы обычного термоса.

Солнечные батареи и их разновидности

Если говорить об использовании солнечной энергии для частного дома в целях экономии электроэнергии, то речь пойдет о солнечных батареях. Но в этом случае, не все так просто, потому что на сегодняшний день существует множество видов панелей, существенно отличающихся своей производительностью. А чтобы не сесть в лужу с расчетами выгоды от такого перехода на альтернативную энергию, нужно ознакомиться с разновидностями солнечных панелей, предлагаемых на рынке.

Сегодня, солнечные батареи традиционно разделяют на 2 типа: кремниевые и пленочные. И оба типа панелей представлены множеством видов панелей, отличающихся либо материалом в основе, либо технологией производства.

Из монокристалла кремния – КПД 22%;
Из поликристалла кремния – КПД 18%;
Из аморфного кремния – КПД до 5%.

Из теллурида кадмия – КПД 12%;
Из селенида меди-индия-галлия – КПД 20%;
Из полимеров – КПД до 5%.

Существуют так же панели смешанного типа, которые благодаря смешанной технологии производства, помогают повысить производительность.

Но тот коэффициент полезного действия, который указан в списках выше, действителен только в абсолютно ясные дни. При совокупности слишком многих неблагоприятных условий, установка батарей и такое использование солнечной энергии для дома становится попросту не рентабельно.

Как просчитать, насколько выгодно будет установить солнечные панели?

Кроме коэффициента полезного действия, присущего тому или иному виду батареи, существуют так же другие причины малой производительности батарей. К ним относят:

Облачность;
Нагрев поверхности панелей;
Прямая зависимость количества энергии на выходе от суммарной площади батареи;
Угол падения солнечных лучей на поверхность батареи.

Если 2 и 3 моменты, теоретически, можно решить, то первый и последний можно только учесть в расчетах.

И вот допустим, Вы взялись считать, сколько же мощности будет выдавать солнечная батарея в ясный день, при падении лучей на поверхности модуля под прямым углом. Количество солнечной энергии в ясный день обычно равняется 1000 Вт на м2. Если Вы решили сэкономить и взять панель с меньшей производительностью площадью модуля в 2,5 м2, у Вас выйдет такой расчет:

солнечная энергия (1000 Вт/м2) × КПД (18%) × площадь модуля (2,5 м2) = мощность (450 Вт).

Для расчета мощности всей батареи суммируйте площадь модулей.

Если же брать не идеальные условия для работы батареи – скажем, вечер зимнего облачного дня – то для расчета по формуле выше Вам необходимо узнать так же количество солнечной энергии, которая дойдет до поверхности батареи. Для этого берем солнечную энергию в ясный день, угол падения лучей на поверхность модуля вечером, 60% преобразуемой панелью энергии в условиях облачной погоды. Получаем следующий расчет:

1000 Вт/м2 × sin25̊ × 60% = 252 Вт/м2

Затем, подставляем получившееся число в первую формулу и получаем итоговое количество энергии в 113 Вт.

Солнечная энергия для дома своими руками

Купить панели солнечной энергии для дома в наши дни это дорогое удовольствие, поэтому многие предпочитают мастерить самодельные батареи. Цены на батареи солнечной энергии для дома колеблются в пределах от 45 до 450$, в зависимости от материала изготовления батареи и от ее мощности. Логично, что чем качественнее и производительнее батарея, тем она дороже.

Своими руками сделать солнечную панель выйдет немного дешевле, потому что, если поискать, можно найти более дешевые материалы, из которых изготавливают модули. Из материалов, которые Вам понадобятся можно выделить:

Фотоэлементы.
Оргстекло или другой прозрачный материал, не пропускающий свет в инфракрасном спектре.
Материалы для каркаса панелей.
Материалы для пайки фотоэлементов.
Герметик (например, силиконовый).

Чтобы рассчитать количество материалов, посчитайте, какое количество энергии Вам нужно для полного обеспечения дома электроэнергией и, исходя из этого, рассчитывайте необходимую площадь батареи.

Берем электричество с собой в дорогу
Свет, который всегда при тебе
Солнышко светит – запись идет…
Вода и солнце – день чудесный…

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Источник

Солнечные панели для частного дома: поставь светло себе на службу

Использовать в частных домах и даже дачных домиках альтернативные источники энергии сегодня стало модной тенденцией. Впрочем, это достаточно практично и, как правило, выгодно. Первенство среди таких устройств получили солнечные панели для частного ома (солнечные батареи, солнечные электростанции). Связано это с ежегодным ростом (весьма солидным) производства, снижением цен, многочисленными наработками, упрощающими подбор оборудования и построение систем.

Что это?

Основу любой системы составляют солнечные панели. Они выполняют роль основного источника энергии и, зачастую, становятся наиболее дорогой составляющей.

От их взвешенного выбора зависит:

производительность домашней электростанции;
объемы и стоимость работ по монтажу и обслуживанию;
цена покупки;
характеристики остальных звеньев.

Критерии выбора

Единственным критерием при проектировании домашней электростанции и выборе оборудования для нее должна стать целесообразность.

Однако понятие это широкое, для его понимания потребуется учет многих факторов:

Средней и максимальной потребляемой мощности.
Производительности солнечных модулей.
Наличия стационарной электросети и режима совместной с ней работы.

Географического положения местности и климатических условий.
Финансовых возможностей владельца дома.

Структура домашней солнечной электростанции

Определяется двумя основными положениями:

Целью создания и использования.
Работой совместно со стационарными электросетями.

Соответственно, рассматривать можно 3 варианта организации солнечного электроснабжения дома:

Зависимый от электросети.
Полуавтономный с резервированием.
Полностью автономный.

Зависимый от сети вариант (электростанция, ведомая сетью)

Такая электростанция строится по простейшей схеме. В ее состав входят:

Солнечные панели в качестве альтернативного источника энергии.
Инвертор, преобразующий постоянное напряжение на выходе фотоэлементов в переменное напряжение для потребителей.

Гелиобатареи подключаются на вход инвертора. Его выход соединен с сетью (после счетчика). Основная особенность схемы – отсутствие промежуточных накопителей энергии (аккумуляторов) и устройства для их заряда.

При такой структуре приборы в доме потребляют электроэнергию от солнечных элементов через инвертор. Недостаток мощности восполняется сетью, и, наоборот, ее избыток (например, когда батареи работают в номинальном режиме, а потребители выключены), сбрасывается в сеть.

Достоинства такой схемы:

Минимальная стоимость по сравнению с другими вариантами.

Простота настройки и регулировки.

Есть у нее и серьезный недостаток – при отсутствии сетевого напряжения (во время отключения электроэнергии) система не работает.

Автономная схема

В этой системе отсутствует сеть, а электроснабжение дом полностью производится от солнечных батарей.

Такой функционал диктует схему построения:

Источник энергии – солнечные панели.
Накопитель (аккумулятор) – берет на себя питание потребителей, когда батареи не вырабатывают электроэнергию (например, в ночное время).
Контроллер заряда аккумуляторов – устройств, управляющее зарядом накопителей и потребление энергии от фотопанелей.
Инвертор, как и в предыдущем варианте, преобразующий постоянное напряжение в переменное.

Система работает следующим образом:

При наличии освещения солнечные батареи вырабатывают энергию.
Она поступает на вход контроллера, преобразующий ее параметры в нужные для заряда батарей. Аккумуляторы подключены к его выходу.
К выходу контроллера и зажимам АКБ подключаются входные цепи инвертора. Он преобразует напряжение и подает питание в сеть дома (не путать с централизованной).

Таким образом, при включенных электроприборах они получают энергию непосредственно с солнечных панелей (через контроллер и инвертор), когда светит Солнце. Одновременно, если есть избыток мощности, заряжаются аккумуляторы. Когда солнечный источник не работает, АКБ отдают накопленную энергию (через инвертор) потребителям.

Однако за красивой картинкой обязательно скрываются «подводные камни»:

Стоимость электростанции выходит весьма значительной.
Если по каким-либо причинам наблюдается длительный перерыв в работе панелей (поверхность покрыта снегом в зимнее время, дождевые тучи на неделю закрыли Солнце и т.д.), запасенной в аккумуляторах энергии не хватит для работы потребителей.

Решить проблему поможет резервный источник электроэнергии. В вариантах полностью автономных систем его роль может выполнять ветро- или гидро-, дизельный или бензиновый генератор. При наличии сетевого ввода резервным источником выступит стационарная электросеть, а система превратиться в полуавтономную.

Полуавтономная (гибридная) система

Схема такой электростанции практически полностью повторяет предыдущую за единственным исключением – для заряда накопителей используется энергия не только от солнечных панелей, но и от сети. В этом случае контроллер, кроме управления зарядными процессами, получает дополнительную функцию.

В настройках контроллера можно задать приоритет источников:

При выборе солнечных батарей работающие электроприборы будут, по возможности, запитаны от них, а от сети будут потребляться недостающая мощность и подзаряжаться аккумуляторы.
При выборе сети до пороговой мощности будет работать стационарный источник, а дополнительную энергию обеспечат гелиопанели.

Монокристаллические

Такие батареи визуально выглядят как панели с сегментами глубокого черного цвета. Получили название за счет конструкции на основе монокристаллов кремния.

Самый существенный недостаток — строгая ориентировка оптических осей кристаллов, что требует точного позиционирования панелей для получения максимальной отдачи. По этой же причине монокристаллы не терпят затенения – генерация энергии значительно снижается.

В настоящий момент обладают самым высоким КПД преобразования – около 22%. При этом стоимость тоже наиболее высокая – порядка 0.9-1.1 доллара за 1 Вт генерируемой мощности.

Поликристаллические модули

Название такие батареи получили за счет размещения на подложке множества кремниевых кристаллов с хаотически ориентированными оптическими осями. Визуально такие модули отличаются синим цветом с «морозным» рисунком.

Естественно, такое расположение кристаллов вызвало потерю КПД преобразования – он находится на уроне 11-16%. Однако это же позволило увеличить эффективность работы при рассеянном свете, что в результате привело к созданию панелей, которые успешно конкурируют с монокристаллическими (при прочих равных, например, размерах) по мощности генерации. Более того, по цене они значительно выигрывают и обходятся в 0.7-0.9 доллара за 1 Вт.

Аморфные

Технология изготовления рабочего тела сходна с поликристаллическими, но в качестве основы выступает аморфный кремний (aSi). При КПД в пределах 8-11% отличаются высокой эффективностью работы в рассеянном свете, могут захватывать и инфракрасный диапазон. В результате обладают лучшей стоимостью – порядка 0.5-0.7 доллара за 1 Вт.

Кроме того, имеют солидное преимущество – гибкую основу. Это означает, что для монтажа не требуется жестких конструкций, материал легко клеится на поверхности любой формы.

Остальные

Модули, предлагаемые производителями, могут быть изготовлены и по другим технологиям:

Микроморфные, отличаются высокой отдачей при рассеянном и инфракрасном излучении.
Гибридные, использует несколько полупроводниковых материалов и обеспечивают высокий КПД преобразования (до 44%).
Полимерные, гибкие с подложкой из полимерных материалов, абсолютные лидеры по стоимости.

Такие предложения следует тщательно изучать, некоторые из них могут оказаться намного выгоднее, чем лидирующие на рынке панели, выполненные по стандартным технологиям.

Вообще, монокристаллические панели можно рекомендовать для установки только жителям южных регионов. Остальным следует выбирать поликристаллы или панели по другим технологиям.

Мощность и количество

Определить, какое количество солнечных панелей необходимо, следует по средней и максимальной мощности потребления. Среднюю легко найти в счетах за электроэнергию – месячное потребление делится на количество дней в месяце. Максимальное находится суммированием мощностей всех имеющихся в доме электроприборов.

Кроме мощности потребителей необходимо учесть:

Время работы солнечных батарей. Как правило, принимается равным 6 часам, соответственно, мощность генерации нужно кратно увеличить.
Потери на преобразование при зарядке аккумуляторов и получении переменного напряжения на инверторе. С их учетом необходим запас по мощности не менее 30%.
Пиковые токи. Например, при средней мощности стиральной машины 500 Вт при работе нагревателя может потребляться до 2 кВт. При пуске насосов или других двигателей, пусковые токи могут превосходить номинальные значения в 5-6 раз. Конечно, львиную долю примут на себя аккумуляторы, но запас модулей по току в 20-30% не помешает.
Географию и погодные условия местности – коэффициент инсоляции. Найти его для зимнего и летнего времени можно в справочниках.

После расчета необходимой мощности генерации рассчитывается мощность, отдаваемая одной батареей:

Где:

Кс – стандартный сезонный коэффициент, 0.5 для лета и 0.7 для зимы.
Wn – мощность панели, заявленная производителем.
Ki – коэффициент инсоляции, также берется для лета и зимы.

Рассчитанную необходимую мощность генерации делят на оба (летнее и зимнее) значения. Наибольшее из двух чисел будет минимальным количеством панелей, которые потребуются для электроснабжения дома.

Источник