Портативная солнечная электростанция: преимущества, недостатки и принцип работы

Принцип работы альтернативной системы отопления

Фотопанель — важный, но далеко не единственный необходимый компонент отопительной системы. Необходимы также контроллер, комплект аккумуляторов, инвертор, проводка и электроарматура для подключения к электросети частного дома.

Панель с фотоэлементами

По виду используемых кристаллов панели делятся на три категории:

1. Монокристаллические. Все элементы ориентированы в одном направлении. Если правильно расположить такую панель относительно потока солнечных лучей, она будет выдавать максимально возможный ток. Такие панели лучше всего подходят для управляемых моторизованных систем.
2. Поликристаллические. Фотоэлементы ориентированы в нескольких направлениях. При изменении угла падения часть элементов оказывается сориентирована близко к оптимальному углу. По мере изменения угла падения оптимально сориентированы становятся другие группы кристаллов. Пиковая мощность такой панели заметно меньше, чем монокристаллической, зато она более постоянна во времени и обеспечивает большую стабильность без поворота всей панели.
3. Аморфные. Кристаллы сориентированы произвольно. Такая конструкция оптимальна для преобразования слабого, рассеянного облаками солнечного потока.

Комплект для эксплуатации системы

Чтобы система заработала, к фотопанелям необходимо подключить следующее оборудование:

• соединительные кабели;
• контроллер напряжения: блок, отвечающий за сбор энергии с систем панелей, управление ее распределением и обеспечение стабильности выходного напряжения;
• блок аккумуляторов, запасающий избыточную электроэнергию в солнечное время суток для расходования ее в пасмурную погоду и ночью.

Это сложная инженерная система, для ее эффективной и безопасной работы необходимы навыки проектирования энергосистем и глубокие знания электротехники.

Гибридная система с ветрогенератором

В состав системы солнечного отопления часто включают и ветрогенератор. Такое решение эффективно в ветреных районах: в степях, предгорьях, на побережьях. Использование энергии ветра служит надежным подспорьем в деле отопления жилища.

При работе мощных ветрогенераторов создаются низкочастотные колебания, распространяющиеся по земле и воздуху и негативно влияющие на самочувствие людей, животных и растений.

Как работает солнечная батарея?

Основой фотоэлемента является кристалл кремния. Соединения кремния очень распространены в природе. Самый известный – это оксид кремния или песок. Кристалл кремния можно упрощенно назвать большой песчинкой.

На полученные пластины кремния нанесён с одной стороны слой бора, а с другой ─ фосфора.

В местах контакта кремниевой пластины с бором имеется избыток электронов. На другой стороне по границе кремниевой пластины с фосфором недостаёт электронов. Там образуются «дырки», как их принято называть. Такую стыковку границ с избыточным количеством электроном и их недостатком называют p-n переходом.

Мощность одного фотоэлектрического элемента маленькая, а напряжение составляет около 0,5 вольта. Поэтому их последовательно объединяют в батареи по 36 штук, чтобы получить на выходе 18 вольт. Это хватит для того, чтобы зарядить аккумулятор 12 вольт. 

Стоит отметить, что полностью отказаться от электричества из централизованных сетей не получиться. Но после установки солнечной батареи можно будет сэкономить на коммунальных расходах.

Что касается установки солнечных батарей, то здесь следует отметить следующие моменты:

• Устанавливать панели нужно на южной стороне крыши, фасада или на участке стороной на юг;
• Угол наклона соответствует значению широты вашего региона;
• Рядом не должно быть объектов, отбрасывающих тень на солнечные батареи;
• Поверхность панелей нужно регулярно очищать от грязи и пыли;
• Желательно использовать системы с отслеживанием положения солнца.

Окупаются ли инвестиции

Многие из нас задумываются, окупаются ли затраты на обустройство на даче или в частном доме солнечной станции. Современные установки, которые построены на батареях последнего поколения, позволяют с минимальными затратами генерировать электроэнергию, при этом они отличаются долговечностью и способны окупиться за 5−6 лет активного использования.

При необходимости использования солнечных станций с аккумулятором стоимость такого оборудования существенно увеличивается, соответственно сроки окупаемости инвестиций могут достигать 12−15 лет. В процессе эксплуатации оборудования неизменно потребуется выполнять замену аккумуляторов и обслуживать панели, что и станет залогом беспроблемной и долговечной эксплуатации техники.

Сегодня в продаже можно найти солнечные батареи и всё необходимое оборудование для них от западноевропейских и китайских производителей. За последние годы китайские фирмы существенно подтянули свое качество, при этом традиционно стоимость таких станций находится на доступном уровне. Приобретая батареи от китайских производителей, можно не только уменьшить свои затраты, но и в последующем решить проблемы с энергоснабжением дома, обеспечив полную автономность и отсутствие необходимости в подключении дома к различным инженерным коммуникациям.

Солнечная электростанция для дома — это перспективная технология, которая уже сегодня пользуется отличной популярностью у дачников и владельцев частных домов. Установив у себя на крыше дома солнечную станцию, можно полностью решить проблемы с энергоснабжением, а стоимость такого оборудования будет не слишком высока. Нужно лишь правильно подобрать мощность панелей, грамотно их установить, подключив в сеть через контроллер и соответствующий аккумулятор.

Монтаж солнечной батареи

Начать изготовление станции нужно с разработки проекта.

На этом этапе учитываются следующие факторы:

— место установки модулей;

— расчёт угла наклона конструкции;

— если предполагается использовать кровлю под установку, просчитать несущую способность кровельного каркаса, стен и фундамента;

— отдельное помещение или уголок в доме под аккумуляторы.

После приобретения необходимого оборудования и фотоэлементов выполняется монтаж.

• Каркас собирается из алюминиевого уголка шириной 35 мм. Объем ячейки должен соответствовать размерам необходимого количества фотоэлементов (835х690 мм).

• В заготовленной раме из алюминия сделать отверстия для метизов.

• Внутреннюю часть уголка обработать герметиком в два слоя.

• В раму уложить лист из оргстекла, поликарбоната, плексигласа или другого материала. Уплотнить соединения рамы и листа путём лёгкого прижима поверхностей по периметру. Оставить на открытом воздухе до полного высыхания.

• Зафиксировать стекло десятью метизами в отверстия, размещённые по углам и сторонам рамки.

• Перед креплением фотоэлементов очистить поверхность от пыли.

• Припаять проводник к плитке, предварительно протерев контакты спиртом и уложив на них флюс. Во время работы с кристаллом нужно избегать давления на него. Хрупкая структура может разрушиться.

• Уложить по всей длине контакта шину и медленно провести по ней горячим паяльником.

• Перевернуть пластины и выполнить пайку аналогичным образом.

• Выложить фотоэлементы на оргстекло в рамке, зафиксировать их с помощью монтажной ленты. Раскладку легче выполнить после разметки. Для крепления рекомендуется использовать силиконовый клей, который наносится точечным способом. Одной капли на плитку достаточно.

• Располагать кристаллы с соблюдением зазора 3-5 мм, чтобы избежать деформирования поверхности при нагревании.

• Выполнить соединение проводников по краям фотоэлементов с общими шинами.

• Специальным прибором протестировать качество пайки.

• Герметизировать панель, нанеся герметик между плитками

Осторожно придавить их пальцами, чтобы края плотно прилегли к стеклу и промазать герметиком края рамки

• С боковой стороны каркаса установить соединительный разъем, к которому подключить диоды Шоттки.

• Закрыть рамку защитным стеклом. Уплотнить все соединения для предотвращения попадания внутрь влаги.

• Лицевую сторону панели обработать лаком.

• Закрепить панель на кровлю или другое место, расположенное на солнечной стороне.

Описание

В качестве альтернативы выступают возобновляемые источники энергии, в первую очередь дешевые солнечные электростанции, вырабатывающие экологически чистую энергию.

Минусы использования

Из недостатков системы можно отметить несколько пунктов:

Главный недостаток солнечных электростанций

• Зависимость от внешних обстоятельств. На стабильность работы влияют ночное время суток, пасмурная, дождливая погода.
• Обеспечение защиты фотоэлементов в случае непогоды.
• Необходимость использования аккумуляторных солнечных батарей, способных накапливать энергоресурсы.
• Периодическое обслуживание оборудования системы.
• Высокая стоимость комплекта на начальном этапе установки.
• Наличие большого пространства, чтобы разместить элементы устройства.
• Недостаточная мощность по сравнению с нефтью, газом, углем, атомной энергией.

Поэтому производители советуют предпочесть гибридную систему с поэтапным преобразованием солнечных потоков.

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.

Как работает солнечная электростанция

Функционирование таких систем основано на принципе фотоэлектрического эффекта. Заключается он в следующем:

• поток фотонов падает на поверхности солнечных панелей;
• свет определенной длины волны – в основном видимое и отчасти УФ и ИК излучение – поглощается слоем кремния или редкоземельных материалов;
• в рабочем слое ячеек возникает так называемая p/n-проводимость, в результате которой фотоны выбивают из атомов полупроводника свободные электроны;
• их поток представляет собой постоянный электрический ток, который по токопроводящим дорожкам направляется в инвертор;
• оттуда к потребляющим устройствам и АКБ направляется переменный ток напряжением 220V, использующийся с различными целями.

В автономных солнечных электростанциях вся сгенерированная энергия остается в системе. Часть ее идет на потребление, питая разнообразные электроприборы, светильники и прочее электрическое оборудование. Другая часть накапливается в АКБ, чтобы поддерживать потребление на том же уровне в ночное время суток и при пасмурной погоде. Сколько будет стоить такая солнечная электростанция, зависит от потребностей владельцев. Для загородного дома оптимальной будет СЭС на 10-20 кВт. На временно посещаемой даче может оказаться достаточно и 3-5 кВт.

Задача сетевых вариантов СЭС несколько иная. Как работает сетевая солнечная электростанция? Она подключена к централизованным электросетям, а ее схема содержит мульти тарифный счетчик. Это позволяет как получать часть недостающей энергии из сети, так и продавать излишки генерации государству по зафиксированным законодательством «зеленым тарифам». Поскольку последние в Украине достаточно высоки, владельцы таких СЭС стремятся установить максимально возможные мощности, приносящие высокую прибыль. АКБ в подобных системах не предусмотрены.

Гибридный тип солнечных электростанций объединяет в себе возможности первого и второго класса СЭС. Такие установки могут работать автономно либо в режиме получения/отдачи электроэнергии из внешних сетей. Для них удельная цена киловатта мощности максимальна, поскольку конструкция должна включать все основные элементы, необходимые для первых и вторых разновидностей станций.

ПОХОЖИЕ МАТЕРИАЛЫ

4,5

Домашняя солнечная электростанция: как узнать, что солнечный модуль не китайский

О качестве китайской продукции можно дискутировать долго, но в данном случае речь пойдет о другом …

Administrator
30 марта 2020

4

Можно ли отапливать помещение с помощью солнечной энергии?

Отопление — самая большая статья расходов на содержание загородного дома, дачи для временного …

Administrator
7 апреля 2020

5

Как рассчитать мощность солнечной электростанции для дома и повысить КПД модулей

В этой статье мы будем говорить о выборе солнечной электростанции для дома и необходимых для этого …

Administrator
16 апреля 2020

Готовые комплекты

Автономный солнечный генераторВ зависимости от потребностей и условий размещения для бытового использования предлагаются различные виды СЭС.

Автономные солнечные генераторы. Они легки и просты в монтаже, применяются для удовлетворения потребностей небольших систем: водонасосов, вентиляции, резервного электропитания.

Полноценная электростанция. Такие системы применяются в местах, куда нельзя провести сети центрального электроснабжения. Они не только вырабатывают электричество, но еще и накапливают её. Это позволяет использовать электроприборы в любых погодных условиях.

Гибридные системы. В них могут сочетаться несколько видов генераторов: солнечные, водные, ветровые.

Гибридная системаКроме назначения и способа эксплуатации, бытовые СЭС отличаются по мощности, размерам и прочим параметрам. Это позволяет комплексно подойти к снабжению электричеством и укомплектовать систему, исходя из индивидуальных нужд.

Цена на подобные установки варьируется от 3500 до 500 000 рублей.

Сколько стоит солнечная электростанция

Основным фактором, влияющим на стоимость СЭС, является ее будущая совокупная мощность. С учетом расходов на установку, пуско-наладку и оформление документов она колеблется в пределах $0,8-1,0 за 1 кВт. Плавающий диапазон цен образуется за счет второстепенных факторов – «брендовости» и качества оборудования и сложности монтажных работ.

Наиболее дешевым вариантом считается покупка б/у обрудования из Европы. Недостаток такого приобретения очевиден, и связан с невозможностью объективной оценки реальной эффективности станции и оставшийся срок службы панелей.

Вторым по уровню затрат является приобретение бюджетных комплектующих от малоизвестных китайских фирм. Их оборудование на 20-30% дешевле батарей, инверторов, аккумуляторов и периферии от компаний из всемирно известного рейтинга TIER-1 Bloomberg, но уступает качеством и долговечностью.

Поэтому перед покупкой специалисты советуют рассматривать только третий вариант и строить расчет на том, сколько будет стоить солнечная электростанция для дома от проверенных производителей.

Приведем несколько наиболее востребованных примеров.

1. Сколько стоит солнечная электростанция на 5 кВт

 Ориентировочно вам понадобится приобрести следующий комплект для наиболее дешевой сетевой СЭС:

Таблица ориентировочной стоимости СЭС на 5 кВТ

 С учетом расходов на сдачу «под ключ», куда войдет оформление «зеленого тарифа» и мульти тарифный счетчик с АСКУЭ, общая сумма составит примерно $ 4800.

 Автономная станция обойдется немного дороже, поскольку потребует включения в список качественных АКБ, но исключение из него счетчика и оформления разрешений на «зеленый тариф».

2. Сколько будет стоить солнечная электростанция на 10 кВт

Принцип расчета здесь почти аналогичен. Вам потребуется приобрести:

Таблица ориентировочной стоимости СЭС на 10 кВТ

3. Сколько стоит солнечная электростанция на 30 кВт

 Никаких принципиальных изменений при определении общей стоимости такой, второе более мощной СЭС, делать не нужно

Однако необходимо принять во внимание следующее соображение

 Для такой станции потребуется более 100 батарей на 250-275 ватт, или около 200 кв. метров свободного пространства. Замена на более производительные 300-400 ваттные панели несколько сэкономит место, но южных скатов крыши даже большого дома может оказаться недостаточно. Поэтому необходимо будет рассмотреть вариант с установкой на земле. Но площадь свободного участка придется увеличить почти вдвое, чтобы не допустить падения тени от одних наклонно установленных модулей на другие, соседние.

 Если это не проблема, понадобится выделить на покупку около $25-26 тыс., или почти 700 тыс. гривен.

 Впрочем, окупаемость такой СЭС не превысит 5 лет, а далее начнет приносить постоянный доход более $4000 ежегодно.

Стоимость установки солнечной генерации. И когда это все окупится?

Объективно, имеется тенденция к постоянному уменьшению стоимость солнечных электростанций, это приводит к постоянному удешевлению выработанной ими электроэнергии и снижению сроков окупаемости подобных проектов. На сегодняшний день наблюдается постепенное уравнивание цен на «солнечные» киловатт-часы и киловатт-часы, полученные традиционным способом.

Анализ окупаемости учитывает такие факторы как: тип и целевое назначение солнечной электростанции, ее географическое место расположения, мощность, а также стоимость альтернативных решений, с которыми она будет сравниваться.

Стоимость существенно зависит от поставленных задач. Для дачного дома с летним проживанием и небольшими подключенным мощностями стоимость будет одна, для коттеджа с круглогодичным проживанием, стоимость увеличится пропорционально подключаемой мощности. Для коммерческого объекта стоимость подключенного киловатта часто ниже, т.к. во многих случаях отсутствует необходимость в батарее АКБ.

Срок окупаемости электростанции коммерческого объекта 3 — 5 лет, дачная система, при использовании только по выходным, окупаться будет значительно дольше (не менее 15 лет). Солнечная установка коттеджа с постоянным проживанием окупится за 7-10 лет.

Многое зависит от стоимости кВт*ч, по которому заказчик покупает электроэнергию у государства и региона установки.

Иногда компании-инсталляторы стремятся «продавать мечту», обещая практически мгновенную окупаемость солнечной установки в домохозяйстве. В каком-то проценте случаев – так и получится, но таких случаев по опыту – меньше 20%. Срок окупаемости в большей степени зависит не от цены установки, не от производителя и даже не от цены киловатт часа, а от того как именно вы потребляете электроэнергию. Если потребление небольшое, то окупаться она будет долго. Хорошая новость в том, что при малом потреблении можно существенно уменьшить первоначальные затраты.

Солнечная установка в небольшом домохозяйстве – в первую инструмент комфорта и независимости, во вторую – способ экономии.

Выводы и полезное видео по теме

Принципы работы и схемы подключения солнечных батарей не слишком сложны для понимания. А с собранными нами ниже видеоматериалами разобраться во всех тонкостях функционирования и установки гелиопанелей будет еще проще.

Доступно и понятно, как работает фотоэлектрическая солнечная батарея, во всех подробностях:

Как устроены солнечные батареи смотрите в следующем видеоролике:

Сборка солнечной панели из фотоэлементов своими руками:

Каждый элемент в системе солнечного электроснабжения коттеджа должен быть подобран грамотно. Неизбежные потери мощности происходят на аккумуляторах, трансформаторах и контроллере. И их обязательно надо сократить до минимума, иначе и так достаточно низкая эффективность гелиопанелей окажется сведена вообще к нулю.

В ходе изучения материала появились вопросы? Или вы знаете ценную информацию по теме статьи и можете сообщить ее нашим читателям? Пожалуйста, оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке.