Расчет и установка солнечных панелей для частного дома

Перебои с электричеством в некоторых населенных пунктах или вовсе отсутствие подключения к централизованным электросетям становятся серьёзным испытанием для жителей, как бы ни были замечательны прочие условия проживания. Солнечные панели для частного дома — отличный выход в подобных ситуациях. Вопрос об экономической выгоде фотоэлектрических систем электроснабжения (ФСЭ) по сравнению с традиционными источниками энергии спорный и требует сложных расчётов. Тем не менее, идея независимости от линий электропередач всё больше захватывает владельцев пригородных домов.

Техническая характеристика

Чтобы оценить целесообразность установки солнечной батареи для нужд дома, следует учитывать, что полезная мощность солнечной батареи определяется величиной тока на выходе. В свою очередь это зависит от уровня инсоляции (интенсивности солнечного излучения). Количество солнечных дней в году также имеет большое значение.

солнечные панели на крыше частного дома
Солнечные панели на крыше частного дома

Работу панели характеризуют следующие параметры:

  1. Мощность (Вт) и размер (см × см).
  2. КПД — тот объём солнечной энергии, который при попадании на фотоэлементы преобразуется в электроэнергию, колеблется от 12% до 20%.
  3. Температурный коэффициент. Несмотря на то, что диапазон рабочих температур составляет от –40°С до +90°С, воздействие жары и холода снижает мощность, силу тока и напряжение в системе. Чем меньше температурный коэффициент, тем лучше.
  4. Срок службы. Составные компоненты имеют различные сроки службы. У самой панели он достаточно большой, но уже через 15 лет работы производительность падает на 10%, через 30 лет — на 20%.

Назначение основных узлов и сроки их службы следующие:

  • солнечная панель: генерация постоянного тока, 20–40 лет;
  • аккумуляторные батареи: накопление сгенерированной энергии, 4–10 лет;
  • контроллер: контроль уровня заряда АКБ, 15–20 лет;
  • инвертор: преобразование постоянного тока в переменный, 15–20 лет.

Лидером в объёме производства солнечных батарей является Китай (более 50% объёма продаж). Его продукция отличается приемлемой стоимостью, однако по качеству уступает европейским фирмам. В формировании цены важную роль играет мощность (Вт) и размер панели.

Преимущества и недостатки

Неоспоримым преимуществом солнечных батарей является независимость (полная или частичная) от работы центральных линий электропередач. В ряде случаев такой вариант является единственно возможным источником электроэнергии.

Другой важный плюс использования энергии солнца — шаг к улучшению экологической ситуации.

К недостаткам можно отнести:

  1. Высокую стоимость установки. Для примера, комплект мощностью 2 кВт может обойтись в 120000 рублей.
  2. Затраты на обслуживание.
  3. Случаи возможных краж (касается загородных домов с периодическим отъездом хозяев).
сборка и обслуживание солнечных панелей
Сборка и обслуживание солнечных панелей

По мнению специалистов, для дома площадью 100— 300 м2 установка солнечной станции экономически оправдана.

Основные группы систем

Разработка и совершенствование систем, позволяющих преобразовывать солнечный свет в электричество, ведётся не одну сотню лет. Сегодня рынок предлагает готовые комплекты для трех типов станций.

Автономная

Изолированный от внешних источников электричества контур сети обеспечивает электропитанием подключённое к ней оборудование. Наличие в такой системе аккумуляторных батарей позволяет сохранять выработанную электроэнергию, чтобы использовать её:

  • в ночное время или пасмурные дни;
  • когда количество потребляемой электроэнергии превышает объём вырабатываемой.
автономная ФСЭ
Автономная ФСЭ

Система может работать и без аккумулятора, обеспечивая потребителя электричеством в объёме, вырабатываемом на данный момент.

Открытая ФСЭ

Фотоэлектрические системы электроснабжения (ФСЭ) открытого типа связаны с основной электросетью. Когда вырабатываемой солнцем энергии достаточно для питания работающих приборов или установок, центральная сеть не задействуется. Если же такой энергии недостаточно, ФСЭ попросту отключается, и потребляется электричество из основного источника.

Надёжные и относительно недорогие открытые системы прекращают работу, когда нет электричества в центральной сети. В такой ситуации необходим дополнительный источник энергии, например, дизельный генератор.

Комбинированная

Это вариант, сочетающий в себе свойства двух вышеописанных систем. Стабильность энергоснабжения достигается наличием аккумуляторов. В то же время избытки накопленной или выработанной энергии поставляются в основную сеть, что даёт дополнительную финансовую выгоду.

Сложная конструкция составных частей значительно повышает стоимость такой системы.

Типы панелей

Основным элементом солнечной панели, преобразующим световую энергию в электричество, является кремний. В зависимости от характера химических связей между атомами этого элемента панели бывают в одном из следующих исполнений.

Монокристаллические

Фотоэлементы в таких панелях представлены единичными кристаллами. Батареи этого типа являются наиболее мощными и эффективными в работе. При площади поверхности, одинаковой с другими типами, мощность такого устройства будет существенно выше. КПД 15–20%.

Поликристаллические

Неоднородны по структуре и цвету, поскольку их фотоэлементы состоят из разнородных кристаллов. Преобразовательная способность таких панелей на четверть ниже предыдущих, а КПД составляет 12–15%.

Солнечные панели
Солнечные панели

Аморфные

Гибкость этих панелей обусловлена аморфным состоянием в них кремния. При хорошем поглощении рассеянного света КПД достаточно низкий и составляет всего 7%. Наиболее дешёвый вариант, но и срок службы невелик.

Необходимые расчёты и обзор факторов

Прежде чем приступить к расчёту необходимого количества солнечных панелей, следует определиться, какую часть своих энергозатрат вы хотите закрыть этим альтернативным источником.

Если среднее потребление электроэнергии составляет 800 кВт в месяц, о чём свидетельствуют квитанции ЖКХ, то в день эта цифра будет: 800 (кВт) / 30 (дней) = 26,7 кВт, т. е. среднесуточное потребление чуть больше 1 кВт.

Если взять панель, отдающую до 0,1 кВт/день, то для полного обеспечения такого энергопотребления понадобится: 1 кВт /0,1 кВт = 10 панелей. При размере одной панели 1020 мм x 670 мм (0,68 м2), для установки всего комплекта понадобится площадь: 0,68 х 10 = 7 м². Каждая панель с такими показателями стоит 7500 руб., т. е. цена комплекта из 10 модулей — 75 000 руб. Плюс крепление и другое оборудование, монтаж.

При этом следует учесть, что значение вырабатываемой панелью энергии будет соответствовать указанному в паспорте только при следующих условиях:

  1. Попадании на неё солнечных лучей под углом 90°.
  2. Заданном уровне инсоляции (потока излучения).
  3. Непрерывном воздействии солнца.

Поскольку все эти факторы соблюсти практически невозможно, то и рассчитанное количество панелей следует увеличивать.

Альтернативные источники энергии очень привлекательны для дачи:

  • обогрев и досветка теплицы;
  • запитка системы орошения;
  • работа насосов;
  • питание подсветки территории в тёмное время суток.

Это основные задачи, которые способна решить установка солнечных батарей в частном доме.

Состав системы

Употребляемое в разговорной речи выражение «солнечная батарея» на самом деле обозначает систему, состоящую из нескольких элементов.

комплект оборудования для солнечной электростанции
Комплект оборудования для солнечной электростанции

Солнечные панели

Та видимая часть солнечной электростанции, которая имеет вид квадратиков из тёмного, похожего на стекло, материала, называется солнечной панелью. Они бывают разных размеров. Доступны в готовом виде или могут быть собраны своими руками из готовых модулей.

Контроллер заряда батареи

Основные функции контроллера состоят в следующем:

  1. Защита от перезарядки и закипания.
  2. Обеспечение полного заряда батареи.

Этот промежуточный элемент между солнечной панелью и аккумулятором является обязательным — без него выходит из строя и то, и другое.

Аккумуляторные батареи

С заходом солнца или в хмурые дождливые дни использование солнечных батарей бесполезно, если бы не накопители выработанной электроэнергии. В зависимости от мощности панели аккумулятор может быть один или несколько, последовательно подключенных.

аккумуляторы
Аккумуляторы

Инвертор

Ток, вырабатываемый солнечными батареями, не может быть сразу использован потребителями энергии, поскольку является постоянным (равным 12 или 24 вольтам). Для его преобразования в переменный служит инвертор. На выходе мы уже имеем параметры 220 В и 50 Гц, что и необходимо для питания всех бытовых электроприборов.

Схема сборки и установка

Очевидно, что место монтажа солнечных панелей должно обеспечивать максимальные время и интенсивность воздействия солнечных лучей. Очень часто их монтируют на крышу с южным скатом или стену, ориентированную на юг.

Если есть возможность отвести под систему открытую площадку, исключающую затенение близстоящими деревьями или хозяйственными постройками, такой вариант будет наиболее эффективным. Шарнирное крепление позволяет в любое время ориентировать поверхность под прямой угол к солнцу.

наземное размещение солнечных панелей
Наземное размещение солнечных панелей

Установить, как, впрочем, и изготовить ФСЭ можно самостоятельно.

Контроллер заряда аккумулятора имеет 3 пары клемм: одна — для подключения к солнечной панели, другая — к аккумуляторной батарее, а третья — через конвектор для подачи электроэнергии к потребителям. Разъёмы готовых деталей подписаны, и установщику остается только правильно определиться с «-» и «+».

Приобретение готовой к монтажу системы вместо отдельно взятых приборов исключает вероятность неправильного подбора таких параметров:

  • количество солнечных панелей;
  • мощность аккумулятора;
  • количество и сечение соединительных проводов.

Авторитетные фирмы наряду с продажей укомплектованной системы для трансформации солнечной энергии предлагают её монтаж и дальнейшее обслуживание.

Монтаж солнечных панелей профессионалами
Монтаж солнечных панелей профессионалами

Обслуживание системы и утилизация

ФСЭ нельзя отнести к устройству «поставил и забыл». Её техническое обслуживание включает:

  1. Очистку панели от загрязнений.
  2. Замену вышедших из строя элементов.

Содержание панелей в чистоте — залог их эффективной преобразовательной работы.

Частичное или равномерное наслоение снега, пыли, мусора, птичьего помёта существенно снижает КПД всей системы.

Панели, установленные на крыше, можно промывать из шланга с насадкой (если, конечно, столбик термометра находится выше нулевой отметки). Очистку обычно проводят 1–4 раза в год.

мытьё солнечных панелей
Мытьё солнечных панелей

Входящие в ФСЭ компоненты имеют срок службы от 5 до 50 лет. Поскольку солнечная энергетика — отрасль достаточно молодая, то и вопрос с утилизацией пока не поставлен на должном уровне. Входящие в состав солнечных модулей алюминий, медь хоть и являются ценными элементами, процесс их извлечения довольно сложен. Только 30% производителей принимают обратно свой отслуживший товар для переработки.

Новые технологии широко входят в нашу жизнь, позволяя всё активнее использовать альтернативные источники энергии. Повышение экономической целесообразности таких проектов — дело будущего, но даже сегодня солнечные панели для частного дома по карману среднеобеспеченным слоям населения и в ряде случаев вполне оправдывают свое применение.

Комментарии 0
Загрузка...