Солнечная электростанция для дома: принцип работы, правила расчета и установки

Виды солнечных батарей

Вне зависимости от типа солнечной панели, система оснащается следующими элементами:

• Контроллер солнечной батареи: электронное устройство, управляющее режимами работы, отвечающее за безопасность подключения. Без него система работать не будет.
• Аккумулятор (или целая батарея аккумуляторов): является своеобразным буфером, обеспечивающим непрерывность подачи электроэнергии, например, ночью. Можно использовать солнечную электростанцию и без него.
• Преобразователь постоянного тока в переменный, одновременно повышающий напряжение до необходимых 220 вольт. Если у вас нет потребителей переменного тока, можно обойтись без этого прибора.

Определившись с составом домашней электростанции, выбираем, какую панель использовать. За исключением инновационных моделей, которые находятся на стадии разработки, для потребителя доступны три типа:

• Монокристаллические. Пластины «напиливаются» из единого кристалла кремния. Имеют высокий КПД (до 22 %), и длительный срок службы. Гарантия большинства производителей составляет минимум 25 лет. Практически не меняет характеристик во время всего срока службы. Относительно высокая стоимость в сравнение с аналогами. За счет высокого КПД требуется меньшая площадь покрытия: соответственно упрощается монтаж. Характерная форма ячеек — квадрат со скошенными углами.
• Поликристаллические. Кристаллы расположены хаотично, зато процесс выращивание существенно дешевле. КПД ниже, чем у монокристаллов: порядка 18 %. Хуже работают при слабой освещенности (пасмурная погода). Имеют высокую прочность, не подвержены влиянию перепадов температур. Производство недорогое, что благоприятно сказывается на конечной стоимости. Для получения аналогичной мощности, потребуется большая площадь батарей, в сравнение с монокристаллами. Пластины занимают всю площадь поверхности, без скосов и промежутков.Моно и поликристаллические панели устанавливаются только в готовых защитных блоках. Как правило, сборка производится на заводе.
• Аморфные тонкопленочные панели разработаны относительно недавно. Это искусственно выращенные гибкие конструкции, которые практически не имеют ограничений по способу монтажа. Главное преимущество этого типа — гибкость и возможность интеграции в отделочные элементы зданий. Внешне панели напоминают тонированное стекло, их можно устанавливать в качестве элементов декора.КПД довольно низкий, до 12 %, зато аморфные панели работают даже при слабой освещенности. Стоимость такая же, как у кристаллов, но для аналогичной мощности потребуется большая площадь покрытия. Прочность не зависит от температуры, не теряют эффективность при нагреве.

Принцип работы солнечной панели

Как уже упоминалось выше, комплект солнечной батареи для дачи состоит из четырех компонентов, главным из которых является панель. Она изготавливается из фотоэлементов. В свою очередь, фотоэлемент – это видоизмененная песчинка, которая нагревается под воздействием солнечных лучей. Взаимодействуя с тонким слоем фосфора, фотоэлементы проводят солнечную энергию к инвертору.

Батарея состоит из множества фотоэлементов

Как работает инвертор?

Инвертор – это специальное устройство, которое работает под определенным напряжением (от 150 до 1000 В). Он генерирует солнечную энергию, которая уже частично переработана панелью, в электрическую. Излишки электроэнергии, не используемые жителями дома, отправляются в аккумулятор. Там они накапливаются на случай, если произойдут перебои с электросетью.

Этапы преобразования солнечной энергии в электрическую

Так выглядит полная схема подключения панелей

ТОП-4 Солнечная электростанция 0.7 кВт*ч в сутки

Комплект предназначен для питания приборов, мощность которых до 600 Вт. Это мобильные телефоны, освещение, ноутбуки, телевизоры, насосы типа «Малыш».

Комплектность

• Батареи солнечной – 100 Вт, 12 В;
• Коннектора – 2 шт. (МС-4);
• Контроллера – 10А;
• Инвертор мощностью 0,6 кВт;
• АКБ – 55 Ач;
• Провода – 3 метра сечением 2х2;
• Схемы с описанием.

Параметры

• Суточная выработка энергии – 0,7 Вт;
• Запасаемая и общая мощность потребителей– 0.4 и 1,2 кВт;
• Тип солнечной панели – монокристалл общей мощностью 0,1 кВт;
• Число панелей – 1;
• Площадь панели -0,7 м. кв.;
• Срок эксплуатации – 30 л;
• Аккумулятор – 1 (33 Ач);
• Размеры – 1000/700/400 мм;
• Масса – 25 кг.

ТОП-2: «Бытовой Свет»

Эта солнечная электростанция в ТОП-10 находится на втором месте. Она позволяет вдали от магистральной подачи электроэнергии освещать постройки, и в холодильнике хранить продукты, смотреть по телевизору любимые передачи и эксплуатировать насос, подающий в дом воду.

Особенности

• Потребителю устройство поступает в состоянии готовности к функционированию;
• После монтажа настройка и подключение потребуют менее получаса;
• Проводка защищена от короткого замыкания, а владельцы электростанций — от поражения током;
• Автоматически размыкаются цепи;
• Имеется зарядка для работы электростанции в паре с генератором и городской сетью;
• Дисплей позволяет следить за работой;
• Эстетический корпус закрывается на замок.

Показатели

• Мощность пиковая и номинальная инвертора – 6000 и 2400 Вт, модуля-450 Вт;
• Напряжение на выходе-50 Гц;
• Настраиваемый пользователем ток устройства зарядного- 30А;
• КПД инвертора – 93%;
• Емкость и число батарей – 100х2 Ач;
• Размеры солнечного модуля и масса — 1482×674×35 мм и 12,2 кг;
• Габариты батареи — 650×300×150 мм (вес 20 кг);
• Масса и размеры блок управления — 222×171×330 мм (масса 32 кг).

Купить

Стоимость комплекта и основные технические характеристики, срок окупаемости

Цены на готовые комплекты в основном варьируются от 30 000 до 2 000 000 руб. Они зависят от составляющих их устройств (от вида батарей, количества приборов, производителя и характеристик). Можно встретить бюджетные варианты стоимостью от 10 500 руб. В эконом-набор входит панель, контроллер заряда, коннектор.

В стандартные комплекты включают:

• энергетический модуль;
• контроллер заряда;
• аккумулятор;
• инвертор;
• стеллаж *;
• кабель *;
• клеммы*.

* Предусмотрены в расширенной комплектации.

Стандартный комплект оборудования Источник proumnyjdom.ru

Технические характеристики указывают в руководстве к применению:

• Мощность и размеры панелей. Чем больше нужна мощность, тем выгоднее покупать батареи больших размеров.
• Энергоэффективность системы.
• Температурный коэффициент показывает насколько температура влияет на мощность, напряжение и ток.

Домашний очаг

Особенности монтажа и ухода своими руками

Достичь таких условий в домашних условиях практически невозможно, поэтому допустимое отклонение от перпендикуляра с учетом сезонного движения Солнца не может превышать +/-15 градусов.

Для достижения большой производительности, возможно, потребуется обрезать или даже удалить деревья, которые перекрывают световой поток.

Поскольку падающий солнечный свет играет ключевую роль, скат крыши с панелями должен быть направлены на юг, но это не значит, что надо перестраивать дом, вероятно, понадобиться больше панелей для достижения проектной мощности.

Имейте в виду: поскольку солнечные батареи не имеют движущихся частей, не всегда просто поддерживать их в чистоте. Но нет необходимости взбираться на крышу, достаточно полить панели из шланга несколько раз в год. Даже обычная пыль способна уменьшить производительность солнечной системы на 5-7%, не говоря уже о снеге.

Теперь можно сделать вывод: цена стационарного электроснабжения постоянно увеличивается, его качество становиться все ниже, поэтому необходимость применения альтернативных источников автономного электроснабжения с каждым годом многократно возрастает.

ТОП-1: Солнечный ДОМ Мощность 2.4кВт

Построена система с применением технологии использования возобновляемых источников энергии. В данном случае – солнечной. Применяется она на объектах, где полностью отсутствует поставка электроэнергии.

Использование

Она не является панацеей, но способна в разумных пределах обеспечить электричеством дачи, строительные вагончики, передвижные дома и пр.

Он составляет достойную конкуренцию генераторам и снижает затраты на топливо, обеспечивая пользователям комфорт.

Составляют ее:

• Солнечные панели (модуль OneSun OS-150P) – 4 шт. Допускается использовать аналогичные панели 150 Вт.;
• Гелевая батарея (необслуживаемая) – 6 шт.;
• Инвертор напряжения – 2.4кВт, 24В (Stark Country 3000 INV-MPPT);
• Стеллажи для крепления аккумуляторов;
• Кабель 4 мм кв., устойчивый к солнечной радиации, с коннекторами – 10 м.

Питание приборов

Подключать к комплекту можно бытовые приборы, суммарная мощность которых не превышает 2 кВт:

• До 10 ламп освещения;
• Холодильник;
• Насос водяной;
• Утюг (до 1,7 кВт);
• Пылесос;
• Чайник (1,5 кВт);
• Электроинструменты (непродолжительно);
• Зарядные и мобильные устройства.

В пасмурную погоду, когда активность солнца небольшая, к ней разрешается подключать генератор, позволяющий заряжать аккумуляторы.

Монтаж байпаса

В первую очередь надо определиться с правильным местом для установки циркуляционного нагнетателя. Место должно быть выбрано так, чтобы имелся простор для удобного ремонта и демонтажа элементов узла. Также необходимо продумать расположение всех вентилей и кранов — к ним должен быть свободный доступ.

При двухтрубной системе отопления циркуляционный насос врезается в обратный контур теплоносителя — это снижает вероятность перегрева.

Алгоритм сборки байпаса различается в зависимости от материала, из которого изготовлены трубы:

• Если трубы пластиковые, то узел насоса собирается сразу, после чего подключается к трубопроводу посредством впаянных тройников.
• Если трубы металлические, следует вначале приварить отводные патрубки для блока насоса, а затем устанавливать вентиль байпаса.

Ни в коем случае нельзя допускать перегрева запорной арматуры из-за сварки — это негативно отразится на её качествах. К примеру, тефлоновая вставка шарового крана может деформироваться. Поэтому место сварного соединения должно быть удалено от кранов и клапанов как минимум на 20 сантиметров.

Насос следует располагать таким образом, чтобы рабочий вал принял строго горизонтальное положение. Это снизит гравитационную нагрузку на вал и увеличит срок службы насоса.

https://youtube.com/watch?v=o9_4cOkqfNA

Байпас для циркуляционного насоса в системе отопления

Природа ионизирующего излучения

ТОП-4: «Стандарт»

Описание

С солнечной электростанцией, занимающей 4 место в ТОП-10, будет комфортно и светло на даче, потому что она предназначена для обеспечения работы бытовых приборов, освещения, насосов, подающих воду для полива и бытовых нужд, электроинструмента и пр.

Характеристики

• Мощность панели и инвертора – 1020 и 2000 Ватт;
• АКБ – емкость 400 Ач;
• Пусковая мощность и номинальная (для инвертора) -6000ВА и 2400 В;
• Форма и значение напряжения выхода – чистая синусоида и 230В;
• Ток зарядного – 60А;
• Настройка с помощью дисплея или компьютера;
• КПД – 93%;
• Панели — кремниевые поликристаллические;
• GEL батарея- необслуживаемая, герметичная 2000х2 Ач;
• Есть энергосберегающий режим и защита от возможных перегрузок;
• Размер модуля, блока управления, батареи соответственно — 164×99×3,5 см (вес 20 кг); 65×30×15 мм (20 кг); 21,8×23,8×52,2 мм (до 65 кг).

Комплектация

В комплекте поставляются:

• Панели солнечные – 4 штуки;
• Зарядное устройство и инвертор – 1 шт.;
• Батарея емкостью 2000Ач- 2 шт.;
• Параллельно соединенные коннекторы – 3 шт.;
• Контроллер 12/24В – 1шт.;
• Кабель сечением 4 км.мм – 2 шт.

Основные отличия

• Высокая мощность;
• Питает большое количество электроприборов, нужных для современной комфортной жизни;
• Солнечная станция полностью автоматизированная. При снижении нагрузки до 5 Вт, она переходит в «спящий режим»;
• Обеспечивает расширенные функции, т.е. автоввод резерва и подключения зарядки для увеличения энергии в холодное время;
• Высокая стабильность;
• Бесшумность;
• Простота в управлении и привлекательный интерфейс;
• Малые сроки, требующиеся на установку;
• Компактность. Для установки достаточно 0,5 м.куб пространства;
• Длительный период эксплуатации- до 25 лет.

Купить

Как работает солнечная батарея

Принцип работы солнечных электростанций заключается в явлении фотоэффекта. Лучи падают на плоскость пластин с фотоэлементами.

Самый эффективный угол — 90 градусов. При этом кванты света способствуют высвобождению электронов из внешних оболочек атомов вещества, которым покрыта пластина.

Свободные элементарные частицы образуют ток. Электричество минует контроллер и накапливается в аккумуляторах. Затем используется для питания различных приборов.

Применение солнечных электростанций самое разнообразное по целям. Если не удастся обеспечить все нужды домашнего хозяйства, например, можно будет значительно сэкономить на расходе электроэнергии.

Варианты соединения гелиобатарей

Солнечные батареи состоят из нескольких отдельных панелей. Чтобы увеличить выходные параметры системы в виде мощности, напряжения и тока, элементы присоединяют друг к другу, применяя законы физики.

Соединение нескольких панелей между собой можно выполнить, применив одну из трех схем монтажа солнечных батарей:

• параллельная;
• последовательная;
• смешанная.

Параллельная схема предполагает подключение одноименных клемм друг к другу, при котором элементы имеют два общих узла схождения проводников и их разветвления.

При параллельной схеме «плюсы» соединяются с «плюсами», а «минусы» с «минусами», в результате чего выходной ток увеличивается, а напряжение на выходе остается в пределах 12 Вольт

Величина максимально возможного тока на выходе при параллельной схеме прямо пропорциональна количеству подключенных элементов. Принципы расчета количества приведены в рекомендуемой нами статье.

Последовательная схема предполагает подключение противоположных полюсов: «плюс» первой панели к «минусу» второй. Оставшийся незадействованный «плюс» второй панели и «минус» первой батареи подключают к расположенному дальше по схеме контроллеру.

Такой вид соединения создает условия для протекания электрического тока, при котором остается единственный путь для передачи энергоносителя от источника к потребителю.

При последовательной схеме подключения напряжение на выходе увеличивается и достигает отметки в 24 Вольт, чего бывает достаточно для запитки портативной техники, светодиодных ламп и некоторых электроприемников

Последовательно-параллельную или смешанную схему чаще всего используют при необходимости соединения нескольких групп батарей. Посредством применения этой схемы на выходе можно увеличить и напряжение и ток.

При последовательно-параллельной схеме подключения напряжение на выходе достигает отметки, характеристики которой наиболее подходят для решения основной массы бытовых задач

Такой вариант выгоден и в том плане, что в случае выхода из строя одного из конструктивных элементов системы, другие связующие цепи продолжают функционировать. Это существенно повышает надежность работы всей системы.

Принцип сборки комбинированной схемы построен на том, что устройства внутри каждой группы соединяются параллельно. А подключение всех групп в одну цепь осуществляется последовательно.

Комбинируя разные типы соединений, не составит труда собрать батарею с необходимыми параметрами. Главное – число соединенных элементов должно быть таким, чтобы подводимое к аккумуляторам рабочее напряжение с учетом его падения в зарядной цепи превышало напряжение самих аккумуляторов, а нагрузочный ток батареи при этом обеспечивал необходимую величину зарядного тока.

ТОП-1: «Свет ТВ Ноутбук Эконом»

Возглавляет ТОП-10 небольшого размера солнечная электростанция, пригодная для снабжения электричество небольших построек типа дачных домиков, где невозможно или сложно использовать магистральное электричество.

Технические данные

• Паспортная мощность модуля – 150 Вт;
• Емкость батареи -100Ач;
• Напряжение выхода (постоянного тока и переменного) — соответственно до14,4 и до 231В;
• Предельный ток нагрузки -10А;
• Вес модуля и накопительного блока –до 12 кг и 40 кг;
• Допустимая нагрузка тока переменного – 300 Вт;
• Размеры модуля и преобразователя-накопителя — 1476+5 х 667+5 х 35+5 миллиметров и 550+5 х 210+5 х 300+5;
• Суточное накопление энергии электростанцией — 825 Вт.

Принцип действия

Модель электростанции дает возможность малыми средствами провести электрификацию дома. При ограниченном использовании приборов, вполне мощности достаточно. Хорошим вариантом она станет для освещения пасек.

С помощью использованных в рассматриваемой модели электростанции технологий, удается оптимизировать потребление энергии собственное за счет функции энергосберегающей (на выходе 220В). При падении мощности подключенной нагрузки ниже 6 Вт, автоматически отключается системой выход. После этого с периодичностью, заданной пользователем, происходит поиск нагрузки, для чего на выход инвертора подается импульс, переводящий в спящий режим систему.

Купить

В продажу солнечные электростанции поступают готовыми выполнять возложенную задачу.

Видео: Солнечная электростанция дома

Заключение

Солнечные электростанции для дома решают две основные задачи:

• могут обеспечивать электроэнергией участок, который не подключен к сети. В самом простом варианте вам понадобится только панель, аккумулятор и контролер заряда, которые уже способны генерировать электроэнергию. Также возможна более сложная реализация, когда станция генерирует электричество и через инвертор передает его в розетки. В этой схеме дополнительно необходим преобразователь из 12В в 220В.
• служить инвестицией и источником дохода. В Украине существует  закон о зеленом тарифе, согласно которому государство готово покупать у населения электроэнергию, выработанную на альтернативных источников энергии, по более высокому тарифу. Другими словами: каждый может установить в доме солнечную электростанцию и продавать электроэнергию государству.

Производительность станции зависит от мощности панели и коэффициента интенсивности солнца. Для южных регионов, где солнце светит долго и интенсивно, выработка панелей может быть в 4.5 — 5 раз больше номинала. Зимой коэффициент практически отсутствует.

При пасмурных днях даже летом выработка сильно падает. Поэтому целиком полагаться на солнечную энергию не стоит (особенно если у вас автономное энергообеспечение объекта) и не лишним будет иметь резервный источник, например — дизельный генератор.

Все про солнечную электростанцию для дома: подключение, реальная выработка, подключение, особенности