Принцип работы и устройство солнечных батарей

Виды солнечных батарей

• монокристаллические: надежнее, работают стабильно, окупаются за 2 года. Более совершенны, но дороже поликристаллических;
• поликристаллические: менее стабильны, проще в производстве, дешевле, окупаются за 3 года.

Вышеуказанные показатели КПД нельзя назвать пределом совершенства, поэтому разработчики продолжают трудиться над поиском и воплощением в реальность новых решений. Так у кремниевых батарей появился ряд конкурентов.

Тонкопленочные панели представлены тремя видами неорганических пленочных солнечных элементов:

• кремниевые пленки на базе аморфного кремния (a-Si). КПД – 10%. Светопоглощение хорошее, устройства функционируют на прием лучей даже в пасмурную погоду. Эластичны, долговечны;
• пленки из теллурида кадмия (CdTe). КПД 10-11%. Материал характеризуется хорошим светопоглощением. Есть информация о ядовитости вещества, но исследования показывают, что количество частиц, которое попадает в атмосферу, абсолютно безопасно для человека и окружающей среды;
• пленки селенида меди-индия-галлия (CuInGaSe2, или CIGS). Производительность – 12-13%. Индий применяют в производстве жидкокристаллических мониторов, поэтому и заменяют часто галлием.

Полимерные солнечные батареи появились на рынке недавно, как альтернатива существующим вариантам. В качестве проводников производители используют полифенилен, фуллерены, фталоцианин меди. Пленка получается тонкой – 100 нм, КПД всего 5%. Но даже при таких показателях полимерные панели пользуются спросом, обладая рядом преимуществ:

• доступная цена;
• исключение выделения вредных веществ;
• широкое распространение.

Для небольших частных домовладений это вполне удобный вариант.

Многослойные, многопереходные или тандемные модели: ячейки включают разные материалы, образующие несколько p-n переходов. Ценятся панели тем, что могут улавливать лучи разного спектра и длины волн. Для получения возможности преобразования всего солнечного спектра используют специальные призмы, разделяющие свет солнца. На рынке такие модели появились сравнительно недавно, до этого использовались исключительно в космосе. После поступления в свободную продажу объемы реализации приятно удивили. Но оправдали ли панели приобретение? Из заявленных показателей КПД для разных конструкций отличается:

• с двухслойными ячейками – 42%;
• с трехслойными – 49%;
• с бесконечным количеством слоев – 68%.

Эти показатели теоретические. Зная, как работает солнечная батарея в теории, исследователи на определенном этапе разочаровались. Практика показала, что средний КПД многопереходных панелей составляет 30%. Исследования проводились при несфокусированном свете солнца. Результат оказался слишком малым, что свидетельствовало о невозможности окупить дорогой производственный процесс. Тогда и начали применять концентраторы для фокусировки света в 500-1000 раз. Концентратор в виде линзы Френеля и параболического зеркала получает свет с площади в 1000 раз больше площади ячейки. КПД увеличивается до 40%.

Выбираем солнечные панели для частного дома

Перед тем, как покупать солнечные панели в частный дом, узнайте:

• Суточное потребление электроэнергии в помещении;
• Место для установки панелей (направлены на юг при этом на них не должно быть тени и выставлен соответствующий угол наклона);
• Аккумуляторы размещаются в теплом помещении при этом температуре до 25 градусов по Цельсию;
• Учитывайте пиковые нагрузки электроприборов;
• Сезонное или постоянное использование системы.

Для регионов с высокой световой активностью лучше всего подойдут монокристаллические батареи. Для дачи или приусадебного участка, если планируется сезонное использование лучше всего подойдут микроморфные поликристаллические модели. Они сравнительно недорогие, хорошо воспринимают рассеянный, боковой свет и работают под углом в пасмурную погоду.

Пример расчетов

Дачный участок потребляет 3-6 кВт*ч электрической энергии, но этот показатель может быть выше при использовании большого количество электроприборов или дополнительного освещения дома. Трехэтажных коттедж потребляет от 20 до 50 кВт*ч и даже больше. На основе представленной информации произведем расчет.

Энергоемкость коттеджа составляет 7 кВт (с учетом потерь). Если дом находится на Юге, где солнечного света достаточно для энергообеспечения, то понадобится порядка 20 батарей. Рабочая мощность одной панели – 400 Вт. Такого количество достаточно для энергоснабжения загородного участка, где постоянно проживает семья из 4-6 человек.

Эффективность батарей гелиосистемы

Один фотоэлемент даже в полдень при ясной погоде выдает совсем немного электроэнергии, достаточной разве что для работы светодиодного фонарика.

Чтобы повысить выходную мощность, несколько ФЭП объединяют по параллельной схеме для увеличения постоянного напряжения и по последовательной для повышения силы тока.

Эффективность солнечных панелей зависит от:

• температуры воздуха и самой батареи;
• правильности подбора сопротивления нагрузки;
• угла падения солнечных лучей;
• наличия/отсутствия антибликового покрытия;
• мощности светового потока.

Чем ниже температура на улице, тем эффективней работают фотоэлементы и гелиобатарея в целом. Здесь все просто. А вот с расчетом нагрузки ситуация сложнее. Ее следует подбирать исходя из выдаваемого панелью тока. Но его величина меняется в зависимости от погодных факторов.

Гелиопанели выпускаются с расчетом на выходное напряжение, кратное 12 В – если на аккумулятор надо подать 24 В, то две панели к нему придется подсоединить параллельно

Постоянно отслеживать параметры солнечной батареи и вручную корректировать ее работу проблематично. Для этого лучше воспользоваться контроллером управления, который в автоматическом режиме сам подстраивает настройки гелиопанели, чтобы добиться от нее максимальной производительности и оптимальных режимов работы.

Идеальный угол падения лучей солнца на гелиобатарею – прямой. Однако при отклонении в пределах 30-ти градусов от перпендикуляра эффективность панели падает всего в районе 5%. Но при дальнейшем увеличении этого угла все большая доля солнечного излучения будет отражаться, уменьшая тем самым КПД ФЭП.

Если от батареи требуется, чтобы она максимум энергии выдавала летом, то ее следует сориентировать перпендикулярно к среднему положению Солнца, которое оно занимает в дни равноденствия по весне и осени.

Для московского региона – это приблизительно 40–45 градусов к горизонту. Если максимум нужен зимой, то панель надо ставить в более вертикальном положении.

И еще один момент – пыль и грязь сильно снижают производительность фотоэлементов. Фотоны сквозь такую “грязную” преграду просто не доходят до них, а значит и преобразовывать в электроэнергию нечего. Панели необходимо регулярно мыть либо ставить так, чтобы пыль смывалась дождем самостоятельно.

Некоторые солнечные батареи имеют встроенные линзы для концентрирования излучения на ФЭП. При ясной погоде это приводит к повышению КПД. Однако при сильной облачности эти линзы приносят только вред.

Если обычная панель в такой ситуации будет продолжать генерировать ток пусть и в меньших объемах, то линзовая модель работать прекратит практически полностью.

Панели устанавливать надо так, чтобы на пути солнечных лучей не оказалось деревьев, зданий и иных преград.

Элементы для улучшения работы

СБ на солнечном трекереДля организации более эффективной работы фотоэлементов в конструкции солнечной батареи используют диод Шоттки.

Он представляет собой диод полупроводникового типа, который имеет меньше по сравнению с другими конструкциями падение напряжения при включении напрямую.

Он работает на основе использования перехода p-n типа в среде “металл-проводник”. Сравнение с кремниевыми диодами показывает, что прямое напряжение снижается в среднем с 0,65 В до 0,35 В, что способствует росту КПД системы.

Для более эффективного попадания солнечного света на поверхность батареи разработано и используется специальное устройство – солнечный трекер. Данное устройство предназначено для слежения за движением Солнца и поворота солнечной панели (батареи) таким образом, чтобы на её поверхность попадало как можно больше солнечных лучей (оптимизация угла падения лучей).

Для более рационального соединения двух и более панелей солнечных батарей и получения нужного сопротивления в такой системе используются специальные сертифицированные коннекторы, например МС4 Т (male+female).

Как работает солнечная батарея?

Солнечная энергия преобразуется в последовательно подключённых фотоэлементах. Рассмотрим принцип работы солнечной батареи на уровне фотоэлектрических элементов. 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. Кристаллы выращиваются искусственно в лабораторных условиях. Обычно их получают кубической формы, а затем на пластины. Толщина этих пластин всего 200 микрон. Это в 3─4 раза толще волоса человека.

Принцип работы фотоэлемента

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. Здесь ещё нужно учесть, что заявленное напряжение и мощность будут только при работе батареи с максимальной отдачей, что в реальных условиях редкость. Собранная батарея помещается подложку, закрывается стеклом и герметизируется. Используемое стекло должно пропускать ультрафиолет, поскольку солнечная батарея также преобразует и эту часть спектра. Собранные батареи могут объединяться друг с другом в последовательные и параллельные цепочки. Получается небольшая солнечная электростанция.

Сегодня солнечные батареи устанавливаются в своих домах и на дачах для экономии электроэнергии. Такие миниатюрные гелиосистемы работают круглый год. Главное, чтобы поверхность панелей была чистой и светило солнце. В ряде случаев их эффективность выше в морозный солнечный день, чем в летний. Это объясняется тем, что разогрев солнечных модулей несколько снижает эффективность их работы.

Гелиосистема: солнечные батареи и коллекторы

Сразу стоит отметить, что полностью отказаться от электричества из централизованных сетей не получиться. Но, установив солнечную батарею, удастся значительно экономить на коммунальных расходах. Вариант, конечно, не годиться для квартиры. Нормально эксплуатировать такую систему получиться только в загородном доме или на даче, где достаточно места для установки солнечных панелей.

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.

Теперь вам ясен принцип работы солнечных батарей и их возможности. Понятно, что не следует отказываться от централизованного снабжения электроэнергией. Современные гелиосистемы пока не в состоянии полноценно обеспечивать дом энергией в пасмурную погоду. Но как часть комбинированной системы энергоснабжения дома они очень уместны.

Принцип работы солнечной батареи

Устройство предназначено для непосредственного преобразования лучей солнца в электричество. Этот действие называется фотоэлектрическим эффектом. Полупроводники (кремневые пластины), которые используются для изготовления элементов, обладают положительными и отрицательными заряженными электронами и состоят их двух слоев n-слой (-) и р-слой (+). Излишние электроны под воздействием солнечного света выбиваются из слоев и занимают пустые места в другом слое. Это заставляет свободные электроны постоянно двигаться, переходя из одной пластины в другую вырабатывая электричество, которое накапливается в аккумуляторе.

Как работает солнечная батарея, во многом зависит от ее устройства. Первоначально фотоэлементы изготавливались из кремния. Они и сейчас очень популярны, но поскольку процесс очистки кремния достаточно трудоемок и затратен, разрабатываются модели с альтернативными фотоэлементами из соединений кадмия, меди, галлия и индия, но они менее производительны.

КПД солнечных батарей с развитием технологий вырос. На сегодняшний день это показатель возрос от одного процента, который регистрировался в начале столетия, до более двадцати процентов. Это позволяет в наши дни использовать панели не только для обеспечения бытовых нужд, но и производственных.

Технические характеристики

Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:

Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;

Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;

Контроллер уровня заряда аккумулятора.

Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.

Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

(Tesla Powerwall — аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт — и домашняя зарядка для электромобилей)

Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.

Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.

Разновидности источников света на солнечных батареях

Единой классификации светильников не существует. Приборы на солнечных батареях делят по нескольким параметрам на разные группы.

По материалу, из которого изготовлен корпус ламп, выделяют:

• пластиковые;
• металлические с лакокрасочным защитным покрытием (бронза, сталь, другие сплавы);
• деревянные с покрытием против гниения и рассыхания.

Материал, из которого изготавливают плафоны для панелей, тоже отличается у разных ламп:

• гладкие стекла, которые максимально пропускают световой поток;
• рефлекторные стекла (хорошо подходят для местности с рассеянным светом и несолнечной погодой);
• закаленное стекло: прочное, устойчивое к механическим повреждениям.

В зависимости от типа аккумулятора выделяют никель-кадмиевые и никель-металлогидридные фонари. Последние стоят больше, но служат дольше. К тому же никель-металлогидридные аккумуляторы менее ядовиты для окружающей среды, чем никель-кадмиевые.

В зависимости от типа кремния для фотогальванических батарей выделяют:

• Монокристаллические модули. Они получаются методом литья частиц кремния высокой чистоты. В итоге получается темно-синий или черный однородный монокристалл, который нарезают на пластины нужного размера. Модуль вставляется в алюминиевую раму, накрывается противоударным стеклом. Монокристаллы дороже, но более эффективны в пересчете на 1 Вт мощности. Обладают самым высоким КПД (22%) и сроком службы.
• Мультикристаллические модули. Состоят из случайно собранных монокристаллов кремния, легируется фосфором и бором.
• Поликристаллические модули. Представляет собой объединение отдельно взятых кристаллов кремния, имеющих различную форму и ориентацию. Изготавливается методом охлаждения горячего расплава кремния. Имеет голубой и светло-синий цвет. Самые недорогие, но КПД ниже (15-18%). Срок службы меньше, требуется большая площадь батарей.

Кроме описанных кремниевых панелей применяют другие полупроводниковые соединения в виде тонких пленок:  CIGS (материал из меди, индия, галлия и селена), теллурид кадмия, аморфный кремний. Тонкопленочная технология дешевле, больше подходит для работы с рассеянным излучением. Таким батареям не нужен прямой солнечный свет. Однако для выработки одинаковой мощности площадь тонкопленочных батарей в 2-3 раза превышает площадь кремниевых. Их КПД самый низкий (6-15%).

По внешнему виду различают:

• настенные фонари (стоит внимательно отнестись к месту их расположения: оно должно быть с прямыми солнечными лучами);
• подвесные;
• уличные фонари на столбах;
• парковые светильники (характеризуются панелями больших размеров для подсветки в течение нескольких дней);
• наземные (газонные) светильники на невысокой ножке (характеризуются красивым внешним видом, мобильностью);
• декоративные фонари для украшения пространств;
• фонтанные светильники для освещения водоемов (имеют высокий уровень влагозащиты, антикоррозионные свойства).

Как установить солнечные батареи правильно?

Чтобы установить солнечные батареи правильно нужно знать схему их работы, а именно то, что они наиболее производительны в том месте, где они получают наибольшее количество света. Для того, чтобы установить эту конструкцию, не повредив ее работе, используют азимут, которые позволяет определить оптимальный угол батареи к горизонту, а также рационально расположить это сооружение в пространстве.

Угол наклона

Во время установки стоит учесть также угол наклона крыши, если батареи устанавливаются на крыше дома, и разместить их таким образом, чтобы солнечные лучи попадали на поверхность фотоэлементов под прямым углом. Угол попадания лучей будет меняться от времени года, географического положения, и даже от времени суток, а это значит, что иногда вы будете вынуждены переставлять свои солнечные батареи, перемещать их по крыше дома, для того, чтобы они работали на пределе своих возможностей, а не упускали драгоценную энергию почем зря.

Таким образом, на протяжении года, угол, под которым ваша батарея должна быть наклонена к горизонту, для получения максимального эффекта при выработке электрической энергии, будет меняться на 35-45 градусов. То есть батарея стоит в разных положениях, в зависимости от множества факторов, основным из которых является, сколько света попадает на фотопластину. Для подсчета таких изменений есть специальная схема., которая поможет вам определить сколько света батарее не хватает для ее оптимальной работы и покажет как нужно ее передвигать по крыше.

Факторы, влияющие на размер

Чтобы определить, сколько света должна вырабатывать ваша батарея, какого размера ей стоит быть, и какой угол будет оптимальным для ее наиболее продуктивной работы необходимо учесть такие факторы, как схема расположения других объектов на территории, наличие высотных зданий и крупных деревьев неподалеку, а также непосредственная близость к линиям электропередач. Это не сложно сделать своими силами, изучив прилегающую к даче местность или же территорию поблизости своего дома.

Чтобы усовершенствовать батарею, вы можете смастерить своими руками конструкцию, схема которой будет вращать батарею в течении дня по крыше, для того, чтобы угол под которым на нее попадают лучи солнца был равен 90 градусов.

Как еще можно использовать солнечные батареи?

Энергия, которую производят фотоэлементы, не обязательно должна использоваться для поддержания работы бытовых приборов и устройств. С таким же успехом можно установить инвертор между батареей и любой пользовательской сетью, который позволит обеспечивать постоянное питание этой сети переменным током, напряжение которого будет варьироваться в зависимости от ее потребностей.

Такие установки сооружают с разными целями, но зачастую для того, чтобы контролировать или попросту говоря, своими собственными руками устранить поломку на линиях электропередач. Так, например, установки с автономным подключением зачастую используют в тех районах, где нет пункта центрального энергоснабжения. Дома или дачи, которые в любой момент могут остаться без света – это наиболее актуальная область применения мощных аккумуляторных батарей. Ведь, зачастую, владельцы такого имущества вынуждены обеспечивать ремонт неполадок своими силами, не надеясь на помощь из вне.

Какая мощность оптимальна

Такие батареи должны быть достаточно мощными для того, чтобы стоя на крыше, накапливать не только необходимое для дневного использования, количество энергии, но также активно работать, аккумулируя в себе избыточную энергию, которая поможет вам пользоваться электричеством ночью или в пасмурную погоду, когда батареи будет проблематично зарядить даже на самой высокой крыше. Раньше такие устройства были очень дорогими, но теперь они доступны для использования, как дома, так и на даче, да и сделать их можно своими руками. Кстати чтобы смастерить такую батарею своими руками нужно всего лишь посетить специализированный магазин, приобрести фотоэлементы и уметь пользоваться паяльником.

Такие батареи довольно громоздкие, так как они нуждаются в наличии большой площади для выработки не только потребляемой за день, но и резервной энергии. Их довольно сложно передвигать руками, поэтому используют специальные конструкции для их вращения для постановки под нужным углом.

Резервные солнечные панели

Существуют резервные солнечные батареи, которые также можно установить  на крыше своего жилого дома или на даче.

Нам всем известно, что такое обесточенные дома. Или, например, аварии в сети энергоснабжения на даче. Это неприятность, с которой каждый житель постсоветского пространства знаком не понаслышке.

Виды светильников на солнечных батареях

Не трудно понять, почему приборы на солнечных батареях сейчас столь популярны. Конечно, здорово, что такое освещение позволяет не платить за электричество, но для многих главным плюсом все же является возможность монтировать светильники, не прокладывая проводку. Все что нужно – вынуть прибор из коробки и установить его, например, около дорожки. На большинстве моделей присутствуют датчики темноты, так что вам даже о включении света не нужно думать – все происходит автоматически.

Данная технология развивается очень быстро. Светильники на солнечных батареях выглядят все более привлекательными, их свечение становится ярче, а время бесперебойной работы при этом увеличивается. Чтобы понять какой прибор подойдет именно вам, необходимо ознакомиться с ассортиментом и основными видами.

• Светильники на коротких подставках отличаются низкой ценой и простотой установки. Вы просто вдавливаете ножку в грунт и монтаж закончен.
• Подвесные фонари крепятся к потолку беседки, на ветки деревьев или на забор. Их можно использовать как предмет декора.
• Для подсветки забора зачастую используют светодиодные прожекторы, мощность которых приравнивается к лампе накаливания в 100 Ватт.
• Уличные фонари, установленные на ножку или столб. Используются на парковках, дворах с большой площадью или садах. Также применяются для освещения автомобильных дорог.
• Для подсветки фасада здания используют настенные солнечные светильники.

О назначении «солнечных» светильников

При покупке осветительных приборов для сада важно учесть, какую функцию они будут выполнять. Всего различают три группы освещения: декоративные, для дорожек и прожекторы

Декоративные светильники

Декоративные лампы придают приятное освещение вашему участку. Они отмечают конкретное место, их цель вовсе не связана с максимальной освещенностью территории. Из-за слабого светового излучения срок службы декоративной подсветки значительно превышает аналоги на солнечных батареях. Достаточно частое явление, когда декоративное освещение работает несколько ночей подряд, зарядившись в один яркий солнечный день.

Зарядка приборов происходит полноценно даже в пасмурную погоду. Обычно эти светильники испускают не белый, а желтый свет, некоторые модели даже способны мерцать и создавать эффект пламени. Благодаря желтому цвету, потребление электричества у таких светильников снижено. Помимо эстетической функции декоративные автономные светильники используются и для освещения потенциально опасных мест. Это зона хранения инструментов, область с декоративными элементами ландшафта и так далее. Светильники-декорации являются самыми доступными, отличаются сравнительно низкой стоимостью.

Светильники для дорожек

Эти светильники освещают дороги и тропы на участке. Таких приборов, как правило, требуется несколько вдоль всей дорожки. Такой подход позволяет максимально обезопасить путь. Существует несколько способов крепления: их можно подвесить, воткнуть в землю или же просто поставить на поверхность. Свет в таких приборах всегда направлен вниз.

Большинство моделей светильников для дорожек оборудовано ручными переключателями. Таким образом экономится заряд, а приборы используются только при необходимости. Самые удобные светильники оборудованы датчиками движения, которые включаются автоматически при приближении объекта к дорожке. Этот тип фонарей дает освещение средней мощности и относится к средней ценовой категории.

Прожекторы

Эта разновидность автономных светильников сама мощная, поэтому подобные приборы стоят дорого

Важно понимать, что большая мощность не подразумевает отдачу света, аналогичного характеристикам прожектора в 100 ватт. Максимальная мощность автономного прожектора напоминает 40-ваттную лампу накаливания, и этого вполне достаточно

Большинство приборов сконструировано таким образом, что их можно монтировать разными способами. Вы можете осветить прожекторами вход в дом, на участок или парковку. Как правило, именно эти лампы на солнечных батареях отличаются повышенной прочностью. Несомненно, все подобные светильники защищены от погодных условий и прямого солнечного света, но в данном случае уровень защиты гораздо выше. Особенности конструкции позволяют получить больше света при низких температурах.

Как добиться максимальной эффективности

При покупке солнечных батарей для дома очень важно подобрать конструкцию, которая сможет обеспечить жилище электроэнергией достаточной мощности. Считается, что эффективность солнечных батарей в пасмурную погоду составляет приблизительно 40 Вт на 1 квадратный метр за час

В действительности, в облачную погоду мощность света на уровне земли составляет приблизительно 200 Вт на квадратный метр, но 40 % солнечного света – это инфракрасное излучение, к которому солнечные батареи не восприимчивы. Также стоит учитывать, что КПД батареи редко превышает 25 %.

Иногда энергия от интенсивного солнечного света может достигать 500 Вт на квадратный метр, но при расчетах стоит учитывать минимальные показатели, что позволит сделать систему автономного электроснабжения бесперебойной.

Каждый день солнце светит в среднем по 9 часов, если брать среднегодовой показатель. За один день квадратный метр поверхности преобразователя способен выработать 1 киловатт электроэнергии. Если за сутки жильцами дома израсходуется приблизительно 20 киловатт электроэнергии, то минимальная площадь солнечных панелей должна составлять приблизительно 40 квадратных метров.

Однако, такой показатель потребления электроэнергии на практике встречается редко. Как правило, жильцы израсходуют до 10 кВТ в сутки.

Если говорить о том, работают ли солнечные батареи зимой, то стоит помнить, что в данную пору года сильно снижается длительность светового дня, но, если обеспечить систему мощными аккумуляторами, то получаемой за день энергии должно быть достаточно с учетом наличия резервного аккумулятора.

При подборе солнечной батареи очень важно обращать внимание на емкость аккумуляторов. Если нужны солнечные батареи работающие ночью, то емкость резервного аккумулятора играет ключевую роль. Также устройство должно отличаться стойкостью к частой перезарядке

Также устройство должно отличаться стойкостью к частой перезарядке.

Несмотря на тот факт, что стоимость установки солнечных батарей может превысить 1 миллион рублей, затраты окупятся уже в течении нескольких лет, поскольку энергия солнца абсолютно бесплатна.

Установка солнечных батарей на крышу: этапы монтажа

Не каждый хозяин частного дома решится устанавливать солнечную электростанцию своими руками. Источник сомнений — возможные ошибки при монтаже и затраты времени. Чтобы все элементы работали слаженно и эффективно, потребуется большая внимательность и знание основ работы с электроэнергией.

Безусловно, специалисты установят систему гораздо быстрее, а в случае неполадок гарантируют ремонт, однако их работа стоит недешево, что все чаще заставляет хозяев устанавливать конструкцию самостоятельно. 

Прежде всего с учетом ранее оговоренных нюансов следует выбрать место для размещения солнечных панелей системы. В настоящее время рабочими считаются несколько вариантов.

Виды креплений 

• На крыше частного дома (угол ската не более 40 градусов). Если угол выше, создается конструкция из профилей, поддерживающих систему панелей под нужным наклоном;
• на плоской крыше потребуется также установить каркасную конструкцию, чтобы солнечные панели находились под углом от крыши;
• на стене солнечные батареи устанавливаются не часто, но при совпадении необходимых характеристик это возможно сделать с помощью надежного профиля из рам;
• на опоре, расположенной на земле. Как правило, такое крепление для солнечных панелей своими руками ставят в снежных регионах, где классическое расположение на крыше не подходит;
• на балконах многоквартирного дома также можно установить панели для мини-электростанции. Обычно они крепятся на козырьке. 

Все профили и панели должны быть закреплены максимально прочно и не двигаться!

Особенности электрики

Система работает следующим образом: от солнечных панелей через контроллер и аккумуляторы энергия переводится в инвертор, откуда поступает к электрическим приборам.

Запрещено подключать инвертор напрямую к контроллеру.

Правильно соединить между собой элементы системы очень важно. В зависимости от выходного напряжения солнечных панелей и мощностей контроллера и аккумуляторов используются несколько видов подключений: параллельная схема (плюс к минусу), последовательная (плюс к плюсу, минус к минусу) и смешанная. . Рекомендуется между всеми элементами системы (контроллером, аккумуляторами и инвертором) установить предохранители

При возможном коротком замыкании именно они защитят всю систему. 

Рекомендуется между всеми элементами системы (контроллером, аккумуляторами и инвертором) установить предохранители. При возможном коротком замыкании именно они защитят всю систему. 

Создайте систему вентиляции для аккумуляторного отсека.

Соблюдайте полярность и подключайте штекеры в нужные разъемы. 

Ошибки при подключении солнечной электростанции вручную

Чувствительные полупроводниковые элементы, из которых созданы фотоэлектрические модули, требуют бережного к себе отношения. Собственноручно собрать работающую и эффективную частную электростанцию на солнечном источнике энергии может только очень внимательный мастер. 

Один неправильно присоединенный кабель приведет к поломке или возгоранию, гарантия в таком случае не предусмотрена.

Ни в коем случае не используйте материалы для каркаса низкого качества. Каркас должен выдержать ветер и первые последствия снегопадов, быть прочным и устойчивым. Не используйте черные металлы, чтобы не возникало потеков на кровле.

Расчеты расположения элементов системы вручную, «на глаз», также снижают ее мощность. Доверьте рассчитать показатели инсоляции и идеальный угол наклона панели экспертам. Это увеличит выработку электроэнергии и усилит окупаемость.

Еще пять распространенных ошибок:

• модули на крыше крепятся не к несущим балкам, а к продольным, в итоге солнечная батарея может оторваться;
• отсутствие вентиляционных зазоров приводит к уменьшению выработки электроэнергии;
• резьбовые контакты для соединения элементов наружной части системы неэффективны, как и скрутки медь-алюминий. Они окисляются и контакт пропадает, вследствие чего вырабатывается меньше энергии;
• использование стандартной изоляции;
• отказ в использовании графитной смазки силовых контактов.

Не забывайте о должном программировании аппаратуры и правильном введении в эксплуатацию аккумуляторной банки. Все показатели системы должны выполнять свои функции полностью.

Подводя итог

При покупке солнечных батарей, российские жители хотят уменьшить затраты на электроэнергию. Коммунальные платежи за электричество самые большие, это касается частных домов и коттеджей. Это будет эффективно только при установке автономной сетевой (подключенной к общей сети электроснабжения). Средний срок окупаемости одной электростанции для дачи 7-8 лет, срок напрямую зависит от тарифа на электроэнергию и географической широты.

Отдельно отметим, что отопительные системы можно сделать своими руками. Однако лучше попросить помощи у друзей, так как оборудование тяжелое и самому переносить его с места на место сложно. Вот, несколько полезных примеров:

Создание солнечного системы, обеспечивающей горячее водоснабжение, электроснабжение и отопление жилого дома.