Энергия из солнца для частного дома: как выбрать и купить солнечные батареи

Энергия из солнца для частного дома: как выбрать и купить солнечные батареи

. Основные из них перечислены ниже. Также, нужно проверить качество изготовления и отсутствие визуальных дефектов на солнечных элементах, стекле, защитной пленке и раме солнечного модуля. Если вы можете различить качество пайки — то лучше покупать модули с пайкой роботом, а не ручной. 

Обратите внимание на номинальную мощность, напряжения в точке максимальной мощности и при холостом ходе, токах вТММи при коротком замыкании. Важно также знать тип элемента, количество элементов в модуле, конструкцию модуля, его размеры и массу. 

Как определить, какое напряжение у модулей?

Напряжение модуля равно сумме напряжений солнечных элементов в цепочке

Большинство солнечных модулей состоят из цепочек последовательно соединенных солнечных элементов. Исключение составляют тонкопленочные модули — в них напряжение зависит от технологического процесса производства. Мы дадим несколько советов как определить, какое напряжение у солнечной панели и как его использовать при проектировании системы солнечного электроснабжения.

Различают несколько напряжений, которые указываются в параметрах солнечных панелей.

ТММ Правильно рассчитать солнечную батарею поможет напряжение при работе модуля с максимальной эффективностью, т.е. когда он выдает свою пиковую мощность при стандартных тестовых условиях (). Это напряжение указывается в спецификациях модулей и на шильдике. Нужно учитывать, что измерить напряжениене так просто. Более того, очень часто нагрузка или аккумуляторные батареи заставляют работать солнечный модуль при напряжении, отличном от напряжения(обычно на несколько вольт ниже).Номинальная мощность равна произведению напряжения вна ток в.
1. . Напряжение холостого хода измеряется на клеммах солнечной панели без нагрузки, т.е. когда ток равен нулю. Это напряжение указывается в спецификациях на солнечных модуль, а также на его шильдике. Напряжение холостого хода важно для определения максимально возможного напряжения, которое может выдавать модуль и солнечная батарея, собранная из нескольких модулей. Используя коэффициент температурной коррекции напряжения можно вычислить максимально возможное напряжение солнечного модуля при низкой температуре. Это напряжение не должно превышать максимально допустимого напряжения контроллера или инвертора.
2. . Это напряжение используется для классификации и различения модулей. Этот параметр пришел к нам со времен, когда солнечные панели использовались только для заряда аккумуляторных батарей. Это напряжение в спецификациях и на шильдике солнечной панели. Параметр номинального напряжения был введен для облегчения подбора солнечных панелей к аккумуляторам. Например, 12В аккумуляторы нужно заряжать солнечной панелью с номинальным напряжением 12В, а 24В— солнечной панелью с номинальным напряжением 24В.Здесь ситуация аналогичная напряжениям, указываемым для аккумуляторов. Как известно, для заряданоминальным напряжением 12В нужно зарядное устройство с напряжением примерно до 15В.  12Вдолжна выдавать такое напряжение при различной температуре.Поэтому, даже несмотря на то, что напряжение всолнечной панели равно 17В, она будет заряжатьпри 14В, а инвертор питать при 10-15В, но все эти элементы будут иметь напряжение 12В. Таким образом, для потребителя облегчается задача подбора оборудования, совместимого друг с другом.Такой подход прекрасно работал до появленияконтроллеров и сетевых фотоэлектрических инверторов. Не всетеперь используются для заряда аккумуляторов, и даже для заряданеобязательно иметьс номинальным напряжением 12В. Технология(поиска максимальной мощности солнечной батареи) позволяет «отвязать» напряжениеот номинальных напряжений инвертора и аккумулятора.иконтроллеры позволили производителям солнечных панелей ориентироваться на оптимальный размер панелей и их мощность, а не на напряжение. Так появились модули, напряжение которых совершенно не связано с напряжениями на аккумуляторах.

Связанные вопросы и ответы:

Какие типы солнечных батарей существуют и какой выбрать для частного дома

Стандартный комплект солнечных генераторов включает сами панели, инвертор, контроллер и аккумулятор. Панели выполняют роль приемника и источника энергии. Они принимают солнечный свет и перерабатывают его в электрический сигнал, который передается на аккумуляторные батареи через контроллер.

АКБ соединены с инвертором. Он отвечает за выдачу переменного напряжения 220В, 50 Гц на потребителей. Излишки электроэнергии могут передаваться в централизованную сеть. Все элементы системы находятся внутри дома. Исключение – солнечные панели. Их располагают под определенным углом на крыше.

Однако, в зависимости от назначения система может отличаться.

Автономная

Автономные панели обеспечивают электроэнергией объекты, не подключенные к стационарной сети. Днем электроснабжение получают от панелей. В генераторах накапливается "запас" энергии. Он расходуется в темное время суток.

Сетевая

Популярное название открытых систем - безаккумуляторные. Модели отличаются демократичной стоимостью. Солнечные панели обеспечивают электроснабжение только при солнечной активности ( в дневное время).

В темное время суток электричество потребляется через инвертор, который выбирает источник энергии с учетом текущей нагрузки. В некоторых странах, в том числе и в России, тариф на электричество ночью дешевле. Поэтому открытые системы экономически оправданы.

Реверсная

Реверсные системы используют преимущественно в промышленных целях. Иногда их устанавливают для получения и продажи электричества. Солнечные батареи вырабатывают энергию и отправляют ее в сеть через реверсивный счетчик. Киловатты оплачиваются по так называемому "зеленому тарифу".

Комбинированная

Комплект солнечных батарей включает сами генераторы, инвертор, аккумулятор и контроллер. Если запаса аккумуляторов не хватает, дополнительная мощность берется из сети. Вариант оптимален для частных домов, в которых нет резервного количества солнечных батарей.

Разновидности солнечных панелей

Поликристаллические

Главный элемент панелей – полупроводниковые элементы поликристаллической структуры. Мелкие кремниевые кристаллы объединяются в фотоэлементы, что не позволяет создать однородную поверхность. Отсюда – меньший КПД – 12–17%, в то время как у монокристаллических панелей – от 20%.

Производство поликристаллических солнечных батарей менее сложное. Эти модели дешевле монокристаллических аналогов. Учитывая низкую цену, можно приобрести сразу несколько генераторов и добиться того же "выхлопа", что и у монокристаллических панелей.

Стоимость солнечных батарей начинается от 3 500 руб. за 100 Вт.

Монокристаллические

Монокристаллические солнечные генераторы отличаются наибольшей эффективностью. Их КПД – 20–24%.

Производство включает несколько этапов. Сначала выращивают монокристалл, а затем из нескольких кремниевых ячеек собирают панель нужной мощности. Самые популярные модели – с 36, 60 и 72 элементами.

За счет одностороннего направления кремниевых кристаллов генераторы лучше преобразуют энергию солнца. Если есть возможность потратить чуть больше, лучше сделать выбор в пользу монокристаллических солнечных батарей. Они окупятся быстрее и прослужат – в среднем 25–30 лет.

Аморфные

Аморфные солнечные батареи представляют собой слой кремневодорода (полупроводника). Его получают путем воздействия электрического тока на кремний. Элемент испаряется и оседает на подложку. Поверхность гибких панелей хорошо гнется, поэтому их можно устанавливать даже на криволинейных поверхностях.

КПД аморфных генераторов чуть меньше, чем у монокристаллических – 18%. Аморфные генераторы имеют более высокое поглощение и эффективны даже в пасмурную погоду. Панели подойдут для регионов, в которых преобладают частые дожди. Жителям южных районов лучше сделать выбор в пользу монокристаллических генераторов.

Сегодня на рынке представлено три поколения аморфных панелей. Разница – в эффективности работы. Первый вариант был выпущен с КПД 5%. Сейчас можно приобрести модели с КПД 12%. Аморфные генераторы не такие популярные. Они уступают в производительности кремниевым панелям и стоят дорого.

Пленочные

В составе пленочных панелей – селенид меди или теллурид кадмия. Они выпускаются в виде рулонов. Пленку можно разложить не только на крыше, но и любой другой поверхности, резать и "подгонять" под нужный размер.

Еще одно преимущество – небольшой вес. За счет большой энергоотдачи генераторы быстро окупаются. КПД пленочных солнечных генераторов – 10–12%.

Коэффициент полезного действия

КПД – один из главных критериев выбора солнечной батареи. Чем выше показатель, тем лучше работоспособность генератора.

Максимальный КПД солнечной батареи разработали немецкие ученые – 44,7%. Он служит ориентиром для производителей панелей. В любительских целях можно использовать модули с КПД 10–15%. Если вы планируете купить генератор для питания целой системы отопления, обратите внимание на модели с высокой мощностью – 22%.

Как определить необходимый размер солнечного установки для частного дома

Для правильного расчета солнечных панелей необходимо узнать мощность одной такой батареи. Если точно ещё не решено, какие именно панели будут приобретаться, то допустимо взять ориентировочное значение. В дальнейшем цифру можно будет немного скорректировать. Нужно помнить, что изготовители прописывают номинальную мощность батарей. Если, например, заявлено 300 Вт, значит, такое количество энергии можно получать в момент наибольшей солнечной активности, когда яркие лучи падают на панель под углом в 90 градусов.

Стоит заметить, что максимальная солнечная активность зависит от погодных условий в конкретном регионе, а также от времени года, поэтому данный показатель не может быть величиной постоянной . Другими словами, в разные времена года одни и те же солнечные батареи будут давать разное количество энергии. На этом этапе и понадобится уровень инсоляции.

Чтобы правильно определить, сколько же энергии можно получить от одной солнечной панели в конкретном регионе, нужно воспользоваться следующей простой формулой: мощность батареи = показатель инсоляции х пиковая мощность панели х 30 дней.

Номинальная мощность у разных типов солнечных батарей значительно отличается. Существует несколько основных разновидностей этих систем. Рассмотрим кратко их.

• Монокристаллические . В таких панелях каждая отдельная ячейка имеет вид тонкого поперечного среза кристалла кремния. КПД монокристаллических моделей составляет примерно 17-22%. Подобные конструкции могут прослужить не менее 25 лет.
• Поликристаллические . Каждая ячейка таких панелей производится из расплава кремния, который содержит в себе множество кристаллов, расположенных в одной плоскости. Поликристаллические модели имеют синий цвет. Их КПД меньше, чем у монокристаллических экземпляров. Он составляет примерно 12-18%. При этом срок службы у них такой же – не менее 25 лет.
• Аморфные . Эти солнечные батареи ещё называют пленочными. Они имеют вид тонких пленок, сделанных из аморфного кремния и напыленных на металлическую, пластмассовую либо стеклянную основу. Такие модели гораздо дешевле и проще в установке по сравнению с предыдущими вариантами. Кроме того, аморфные экземпляры нередко бывают гибкими, что также упрощает процесс монтажа. Их КПД составляет от 5 до 12%. Эксплуатационный срок подобных солнечных систем составляет 15-20 лет.

Какие факторы влияют на эффективность солнечных батарей для частного дома

1.прямая  2.поглощение  3.отражение  4.непрямая

Солнечный свет проходит свой путь от Солнца до Земли по прямой линии. Когда он достигает атмосферы, часть свет а преломляется, а часть достигает земли по прямой линии. Другая часть света поглощается атмосферой. Преломлённый свет — это то, что обычно называется диффузной радиацией, или рассеянным светом. Та часть солнечного света, которая достигает поверхности земли без рассеяния или поглощения — это прямая радиация. Прямая радиация — наиболее интенсивная.

Солнечные модули производят электричество даже когда нет прямого солнечного света. Поэтому, даже при облачной погоде фотоэлектрическая система будет производить электричество. Однако, наилучшие условия для генерации электроэнергии будут при ярком солнце и при ориентации панелей перпендикулярно солнечному свету. Для местностей северного полушария панели должны быть ориентированы на юг, для стран южного полушария — на север.

Влияние различных световых условий на выработку фотоэлектрических модулей (в % от полной мощности)

Солнечные батареи в пасмурную погоду работают далеко не так хорошо, как в солнечную. Вырабатываемое солнечным элементом напряжение зависит от падающего на него светового потока, а именно: напряжение с ростом освещенности возрастает лишь до определенного предела, а дальше уже не растет. Для кремниевого элемента это напряжение составляет 0,6 В, и для повышения напряжения солнечной батареи (панели) элементы соединяют последовательно. Так, для заряда автомобильного аккумулятора номинальным напряжением 12 В необходима батарея из соединенных последовательно 36 элементов с общим напряжением холостого хода 36 х 0,6 = 21,6 (В).

Зачем солнечной батарее нужен запас по напряжению? Запас по напряжению обеспечивает заряд аккумулятора при падении светового потока в пасмурную погоду или заходе солнца за облака и вследствие наличия у солнечного элемента внутреннего сопротивления, снижающего напряжение на выходе при подключении нагрузки, а также для обеспечения зарядки аккумулятора до требуемых 14,4 В. Кроме того, элемент выдает максимальную мощность при нагрузке, обеспечивающей просадку напряжения до 0,47-0,5 В, и при оптимальной нагрузке батарея из 36 элементов выдает напряжение 17-18 В.

Следует учитывать также, чтоимеют нижний предел чувствительности по освещению, ниже которого он вообще перестает вырабатывать энергию. Для кремниевыхэтот предел — примерно 150-200 Вт/м². Для тонкопленочных модулей он немного ниже — в пределах 100-200 Вт/м². Поэтому считается, чтоработают в пасмурную погоду лучше, чем кристаллические.

Эффект такой действительно наблюдается. Но при принятии решения о выборе типа солнечной батареи для вашего дома нужно понимать, что энергии солнечных лучей в пасмурную погоду очень мало. Номинальную мощностьвырабатывают при освещенности 1000Вт/м²и температуре панелей 25С.  Более того, КПДпри низкой освещенности падает (см.ВАХсолнечного элемента при различной освещенности). Поэтому разница пороговой освещённости в 50-100 Вт/м² мало повлияет на общую выработку электроэнергии солнечной батареи.

Какие есть источники затенения?

Тень могут создавать различные источники:1. Деревья: Они могут отбрасывать тень на солнечные панели. Многие жилые дома расположены в зеленых зонах и, соответственно, деревья могут создавать тень для солнечной электростанции.2. Другие панели: кроме деревьев, отбрасывать тень на солнечные панели могут другие близлежащие панели. В зависимости от установки, соседние панели могут отбрасывать тень на нижние элементы в той же системе. Эта проблема возникает обычно в солнечных электростанциях наземного расположения.3. Ваша крыша : панели могут быть в тени той же крыши, на которой находятся. В зависимости от положения солнца и времени суток, различные части крыши, такие как дымоход, например, могут блокировать попадание прямых солнечных лучей на часть панелей.4. Облака: невозможно говорить о затенении, не упомянув об облаках. Несмотря на то, что они закрывают солнце и фактически создают затенение, не стоит волноваться о работе солнечной электростанции в пасмурные дни. На самом деле, облака пропускают некоторую часть солнечного света, поэтому панели работают и в такую погоду, хотя с определенным снижением эффективности.

Как выбрать солнечные батареи, которые будут работать на протяжении многих лет

Для того чтобы солнечная электростанция работала бесперебойно на протяжении долгих лет при покупке модулей осуществляющих преобразование солнечной энергии в электричество вам стоит прежде всего обратить внимание на:

• Габаритные размеры батарей;
• Номинальную мощность каждого модуля;
• Способ монтажа;
• Климатические условия региона;
• Среднее количество энергии потребляемой объектом с наступлением темноты.

Чтобы солнечная электростанция в полной мере справлялась с поставленными задачами, изначально выберите вариант энергоснабжения, который она должна обеспечить:

• Полное энергоснабжение. Подразумевает полный отказ от использования центральных линий электропередач без изменения уровня комфорта повседневной жизнедеятельности для всех членов семьи. В данном случае вам понадобится система, которая в течение месяца сможет выдать до 600 кВт без перегрузок и сбоев. Чтобы правильно подобрать модификацию модулей, аккумуляторов и контроллеров вам достаточно просмотреть свои счета за электричество по предыдущим месяцам и определить среднее количество энергии необходимой для работы системы освещения, бытовой и электронной техники и т.п.
• Комфортное электроснабжение. отличается от первого варианта только исключением из списка обслуживаемого оборудования бытовой техники значения потребляемой мощности в которой в сутки составляет 4-5 кВт.ч. в данном случае идеально подойдет солнечная станция вырабатывающая в течение месяца 100-250 кВт.ч. электроэнергии.
• Умеренное электроснабжение. При таком варианте энергоснабжения солнечные батареи смогут обеспечить бесперебойную работу компьютерной техники, системы освещения и иного оборудования с небольшими показателями потребляемой энергии. Подключение к автономной системе электрочайников, системы подогрева пола, электрических духовок, водонагревателей и мощного строительного инструмента в этом случае исключается. для работы ноутбуков, компьютеров, проигрывателей, телевизоров, стиральной машины и систем внешнего и наружного освещения будет достаточно установки которая в течение месяца вырабатывает 150 кВт.ч. электроэнергии.
• Базовое электроснабжение. Такой вид энергоснабжения влияет на комфорт жизнедеятельности человека, так как предполагает поочередное использование мощной техники и систем освещения, а также постоянный контроль степени нагрузки установки. Солнечная электростанция вырабатывающая 100 кВт.ч. позволяет использовать компьютеры, ноутбуки, заряжать телефоны и включать посудомойку, стиральную машину и иную технику но только в дневное время и только при хорошей солнечной погоде. Только так батареи успевают повторно зарядить аккумуляторы для энергоснабжения в ночное время.
• Аварийное энергоснабжение. Используется для обеспечения минимальных удобств жизнедеятельности человека при резком отключении основного источника энергоснабжения. позволяет пользоваться системами освещения и самой необходимой техникой и электроникой на протяжении нескольких суток. для таких целей идеально подойдет солнечная электростанция вырабатывающая в течение месяца 50-60 кВт.ч. энергии.

Какие дополнительные компоненты необходимы для солнечной установки для частного дома

MC4 коннекторы

MC4 коннекторы для соединения солнечных панелей

Для легкого соединения модулей между собой используются специальные герметичные разъемы. Сейчас наиболее распространены разъемы, разработанные швейцарской компанией MultiContact. Они надежно соединяются между собой простым защелкиванием. Подробная инструкция по применению и обжимке этих разъемов приведена у нас в блоге Интернет-магазина. Такие разъмы рассчитаны на максимальный ток 30А (а для китайских копий мы не рекомендуем превышать ток в 20А).

Для быстрого и надежного параллельного соединения солнечных панелей применяются специальные разветвители на 2, 3, 4 и даже 5 модулей. Следите за тем, чтобы ток на выходе такого разветвителя не превышал допустимый ток MС4 коннектора (т.е. 30А). Для контроля от превышения тока применяются специальные MC4 предохранители . Если ток выше, то нужно применять другие способы соединения (обычно применяется распределительная клеммная коробка ).

При соединении солнечных панелей снаружи помещений применяются специальные солнечные кабели , которые имеют защиту от воздействия влаги и ультрафиолета. Солнечные кабели должны обладать устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, экстремальным температурам и погодным условиям. Солнечные кабели соединяют солнечные панели и другие электрические компоненты фотоэлектрической системы. Конкретные требования к материалам, используемым для электропроводки установки солнечных батарей , приведены в национальных и местных электротехнических нормах, которые регулируют электроустановки в данном районе. Кабель может быть одножильным или скрученным, где многожильные провода состоят из множества тонких проводов, которые позволяют проводу быть гибким. Этот тип рекомендуется для больших сечений кабеля. Ток имеет тенденцию течь по внешней стороне провода, поэтому многожильные провода имеют немного лучшую проводимость, поскольку поверхность проводников больше.

Солнечный кабель с MC4 коннекторами и коммутационная коробка

Важность коммутационной коробки

Важной особенностью конструкции солнечных панелей является распределительная коробка. Она прикреплена к задней части солнечной панели и выполняет несколько важных функций. Распределительная коробка имеет байпасные диоды, которые пропускают ток через себя при частичном затенении или выходе из строя цепочки солнечных элементов в модуле. Солнечная панель обычно состоит из нескольких цепочек последовательно соединенных , которые соединены между собой параллельно. Каждая цепочка   защищена диодом. Если часть солнечной панели затенена, эта цепочка будет потреблять энергию. Диоды внутри распределительной коробки предотвращают это.

Как определить стоимость солнечной установки для частного дома

Это наиболее популярный вариант размещения солнечных панелей, потому что: 

• Панели следует размещать в наиболее светлом месте. В этом плане установка солнечных батарей на крыше частного дома обеспечит панели максимальным освещением.
• При установке следует избегать возникновения теней от деревьев и различных дачных построек. И в этом отношении размещение оборудования на крыше имеет свои неоспоримые преимущества.

У этого варианта размещения есть и свои минусы:

• Следует учитывать, что батарея должна быть установлена под нужным углом. Тогда она покажет себя в работе максимально эффективна. В зависимости от времени года угол наклона следует менять. Такую возможность можно предусмотреть при сооружении каркаса. Таким образом, если батарея расположена на крыше, то менять каждый раз положение модуля будет не очень удобно хотя и возможно.
• Второй минус – это возможные осадки. Дело в том, что панели могут препятствовать схождению снежных лавин, накапливать снег, что будет негативно сказываться как на выработке энергии, так и на последующем обрушении большого количества снега на землю. Данная проблема частично может быть решена правильным выбором места установки на крыше. Однако, панели на крыше следует регулярно чистить от снега и грязи, что может быть не очень удобно.

Также необходимо знать, что тип и даже цвет кровли имеет важное значение для установки солнечных батарей. Если крыша темная, то она легко перегревается на солнце и может привести к перегреву и выходу из строя батарей. Если на вашем доме темная крыша, то мы рекомендуем делать светлую вставку, на которую и размещать модули.

В зависимости от того плоская или треугольная крыша вашего дома и из какого материала сделана кровля следует подбирать крепежную систему. В любом случае рекомендуется устанавливать модули не в плотную к крыше, а оставлять там зазор, чтобы воздух свободно циркулировал за модулями и обеспечивал естественное охлаждение техники.

Итак, монтаж на крыше — самое лучшее решение. Нет препятствий для лучей солнца, экономится пространства на вашем участке (вы не занимаете территорию доп. конструкцией). Недостаток — требуются работы на высоте, и усложняется процесс обслуживания. Кроме того, при неправильном креплении можно нарушить непроницаемость кровли, и вы получите протечки. В некоторых случаях нарушается и эстетика: если для поддержания правильного угла наклона установлена дополнительная конструкция.

Какие налоговые льготы и субсидии могут быть предоставлены владельцам частных домов, использующих солнечную энергию

Энергия, которая вырабатывается солнечными батареями, не имеет технической возможности напрямую использоваться для работы каких-либо электрических приборов. Для выделения необходимого для работы напряжения используют своеобразные инверторы, расположенные между панелью и основной сетью потребления.

При этом нужно знать три основных типа подключения солнечных панелей.

• Автономное подключение. Этот вариант чаще других применяется в тех территориальных зонах, где отсутствует какая-либо централизованная сеть электроснабжения. В этом случае конструкцию формируют аккумуляторные высокомощные батареи. Принцип их работы состоит в накапливании внутри себя энергии в светлое время. Когда наступает время недостаточного освещения, накопленные потоки и перенаправляются в сеть.

• Резервное подключение. Этот способ оптимален в местах, где проведено централизованное электроснабжение через сеть переменного тока. Создание резервной системы получения энергии в данном случае используется как запасной вариант, потребность в котором может возникнуть в случае аварийных ситуаций. Перебои с электроснабжением – это далеко не редкость для дачи и в загородных хозяйствах и территориях, поэтому многие домовладельцы создают дополнительные возможности получения тепла и света.
• Последовательное подключение к сети. Чтобы подключить систему к электросети, этот метод предполагает формирование избыточной солнечной энергии и ее дальнейшего поступления в сеть для окончательной продажи.