Схемы монтажа и способы подключения солнечных батарей

Что это такое?

Солнечная батарея – это далеко не один прибор, как представляют себе многие обыватели, а несколько компонентов, которые в совокупности могут преобразовывать энергию лучей солнца в электрическую энергию.

Солнечная электростанция работает бесшумно, не выделяет вредных компонентов и электроэнергия, генерируемая ею – совершенно бесплатна. Срок службы солнечных панелей может составлять до 25-30 лет. Но для успешной эксплуатации всего комплекта необходимо предварительно представить себе целесообразность данной покупки, учесть множество параметров при выборе нужных солнечных батарей.

Стоит также обратить свое внимание на низкий КПД многих современных солнечных батарей в определенный сезон года.

Рассмотрим, что входит в обычный комплект для электрификации дачного домика.

• Солнечные панели. Их количество порою может быть совершенно разным в зависимости от поставленных задач. Соединение может быть как последовательным, так и параллельным. Это напрямую будет зависеть от того, какое именно напряжение потребуется для инвертора.
• Контроллер заряда. Он включается в цепь между аккумулятором и солнечными панелями последовательно. Его роль заключена в качественном обеспечении постоянного напряжения на инверторе.
• Инвертор. Необходим для преобразования тока. Его нужно подключать параллельно к имеющимся аккумуляторам.
• Аккумуляторы – тоже могут существенно отличаться друг от друга.
• Провода, различные разъемы и другие дополнительные детали.

Цели использования

Если Вы покупаете солнечные батареи для дома, стоимость готового комплекта будет зависеть от целей, для которых приобретается СЭС. Таковых может быть три:

1. Обеспечение полной автономности снабжения электроэнергией загородного дома или дачи. Особенно актуально решение этой проблемы там, где классические электросети отсутствуют либо подают энергию с перебоями.
2. Желание использовать альтернативный источник питания не только для освещения, но и для обогрева, чтобы не зависеть от сезонного включения/выключения центрального отопления.
3. Получение возможности заработать на продаже государству избытков.

Любой из этих вариантов предпочтительнее зависимости от государственной политики формирования цен на электричество и качества работы изношенных электросетей.

Устройство солнечной батареи

Батарея состоит из модулей, объединяющих последовательно соединенные полупроводниковые фотоэлементы. Большинство фотоэлементов производится из кремния.
Ячейки панелей используют фотогальванический эффект – ток образуется во время освещения полупроводника или диэлектрика. Либо ток образуется электродвижущей силой при разомкнутой цепи на освещаемом образце.
Фотогальванические элементы заключены в корпус. Верхняя часть батареи покрыта стеклом, через которое проникают фотоны света. Так же стекло защищает от вредных воздействий элементы батареи. Крышка с креплением из пластика надежно закрывает заднюю часть модуля батареи.
Чтобы достичь необходимого соотношения напряжения и силы тока соединение модулей производится последовательно и параллельно. Передача энергии от солнечных батарей конечному потребителю производится через инверторы напряжения. Преобразованная энергия хранится в батареях.

Технические характеристики

Основным элементом каждой солнечной батареи является фотоэлектрический преобразователь.

В массовом производстве используется три типа элементов из кремния.

• Монокристаллические – искусственно выращенные кремниевые кристаллы нарезаются на тонкие пластины. В основу модуля входит очищенный чистый кремний. Поверхность больше похожа на пчелиные соты или небольшие ячейки, которые соединяются между собой в единую структуру. Готовые маленькие пластинки соединяются между собой сеткой из электроводов. В данном случае процесс производства более трудоемкий и энергозатратный, что отражается на конечной стоимости солнечной батареи. Но монокристаллические элементы обладают большей производительностью, а средний КПД составляет около 24%. Срок службы монокристаллических батарей больше, они прослужат в среднем около 30 лет.
• Поликристаллические – в основе кремниевый расплав. Такие модули считаются оптимальным решением для жилого частного дачного дома. Несколько кристаллов из кремния объединяются в один фотоэлемент. Поверхность поликристаллической солнечной батареи имеет неоднородную поверхность, из-за чего хуже поглощает свет. И КПД, соответственно, ниже, находится в пределах 20%. Срок службы поликристаллической панели составляет 20-25 лет. Они имеют характерное отличие – темно-синий цвет покрытия. Такие модули дешевле аналогов, что позволяет окупить всю систему примерно за 3 года.
• Тонкопленочные – имеют гибкую подложку, что позволяет монтировать батарею на любую поверхность с углами и изгибами. Тонкий слой полупроводников наносится методом напыления на поверхность батареи. Такие системы имеют очевидный недостаток – маленький КПД. Производительность в среднем составляет около 10%. То есть для обеспечения энергией дома потребуется в два раза больше тонкопленочных батарей, чем поликристаллических. И срок службы таких панелей меньше других аналогов – в среднем ресурс работы составляет около 20 лет.

Идеально, если солнечные батареи могут полностью обеспечить дом электроэнергией. Но довольно часто энергия Солнца используется для горячего водоснабжения или же для отопления. Но чтобы выполнить любую из этих целей, необходимо высчитать реальную мощность на квадратный метр и необходимое количество модулей. Мощность солнечного модуля зависит от количества солнечных лучей, которые попадают на поверхность батареи. Чтобы правильно сделать выбор, также следует изучить принцип действия домашней мини-электростанции.

Виды солнечных электростанций

В зависимости от потребностей объекта существуют различные типы солнечных электростанций (СЭС) и источников бесперебойного питания (ИБП). «Мосэнергосбыт» предлагает для установки следующие решения:

• сетевые СЭС;
• автономные СЭС;
• гибридные СЭС;
• системы резервного питания на базе АКБ с функцией ИБП (сетевые, без использования солнечной энергии).

Комплекты оборудования в каждом случае могут различаться и подбираются индивидуально в зависимости от потребностей заказчика. Наши специалисты обязательно проконсультируют вас перед покупкой и помогут подобрать наиболее выгодное предложение.

Виды кремниевых батарей

Наиболее популярными являются кремниевые батареи. Они отличаются долговечностью и качественной работой. Их различают два вида: монокристаллические и поликристаллические.

Виды пленочных батарей

Теперь рассмотрим виды солнечных батарей пленочного типа. Пленочная панель достаточно недавно появилась в сфере получения альтернативной солнечной энергии. На сегодняшний день они не пользуются большой популярностью, в том числе и из-за высокой стоимости, но имеют свои преимущества. Они бывают нескольких типов. Рассмотрим каждый из них: на основе теллурида кадмия и на основе Cigs.

Принцип работы солнечных панелей

Подавляющее большинство солнечных панелей являются в физическом смысле фотоэлектрическими преобразователями. Электрогенерирующий эффект возникает в месте полупроводникового p-n перехода.

Именно кремниевые пластины составляют основу себестоимости солнечных панелей, но при их использовании в качестве круглосуточного источника электроэнергии придется дополнительно купить дорогостоящие аккумуляторные батареи

Панель состоит из двух кремниевых пластин с различными свойствами. Под действием света в одной из них возникает недостаток электронов, а в другой – их избыток. Каждая пластина имеет токоотводящие полоски из меди, которые подсоединяются к преобразователям напряжения.

Промышленная солнечная панель состоит из множества ламинированных фотоэлектрических ячеек, скрепленных между собой и закрепленных на гибкой или жесткой подложке.

КПД оборудования зависит во многом от чистоты кремния и ориентации его кристаллов. Именно эти параметры пытаются улучшить инженеры последние десятилетия. Основной проблемой при этом является высокая стоимость процессов, которые лежат в основе очищения кремния и расположения кристаллов в одном направлении на всей панели.

Ежегодно максимальные КПД различных солнечных панелей изменяются в большую сторону, потому что в исследования новых фотогальванических материалов вкладываются миллиарды долларов (+)

Полупроводники фотоэлектрических преобразователей могут изготавливаться не только из кремния, но и из других материалов – принцип работы батареи при этом не изменяется.

Как правильно выбрать местоположение

Исходя из всего сказанного выше, место для установки солнечных батарей должно отвечать следующим критериям:

• отсутствие тени;
• легкая доступность;
• удаленность от источников пыли, например, автомобильной дороги;
• ориентация на юг;
• хорошая обдуваемость ветром, но с учетом высокой парусности модулей.

Если вам кажется, что на вашем объекте отсутствуют площадки, отвечающие этим требованиям, — не отчаивайтесь и не спешите отказываться от бесконечного источника бесплатной солнечной энергии.

Специалисты компании «Энергетический центр» имеют огромный опыт комплектования и установки солнечных электростанций любой мощности. На сайте «Со светом» можно получить бесплатную консультацию в любом объеме — позвоните, закажите обратный звонок или используйте онлайн-чат.

За последние 10 лет цены на оборудование для солнечной генерации снизились многократно, сделав этот способ получения энергии общедоступным и выгодным. Обращайтесь к специалистам и будьте со светом!

Как правильно подключить электрическую часть

В зависимости от вашей взаимосвязи с местной энергоснабжающей организацией, существует три основных способа подключения солнечной электростанции:

• Автономный, когда к вашему дому невозможно (или просто нет желания) протянуть линию электропередач. В этом случае во время светового дня, солнечные панели накапливают энергию в аккумуляторах, а в темное время суток наступает пик потребления. Обязательно использование качественных и дорогих аккумуляторных батарей, и надежного зарядного устройства. Поскольку энергоснабжение вашего объекта напрямую зависит от количества «солнце-часов», не лишним будет подстраховаться ветровой электростанцией. Начальное вложение средств достаточно велико, зато вы навсегда забудете о счетах за электроэнергию.
• Резервный, когда вы одновременно пользуетесь и местной энергосистемой, и собственной солнечной электростанцией. Какой источник считать основным, а какой резервным — зависит от емкости аккумуляторов и мощности ваших солнечных панелей. Оптимальный алгоритм использования — днем 100 % загрузка солнечных панелей, потребление из сети стремится к нулю. Ночью, когда тариф ниже, можно подпитываться от городской энергосистемы. При таком подключении вы не зависите от капризов погоды и аварий в местной электросети. Есть возможность проводить обслуживание солнечной электростанции без перерыва в энергоснабжении дома. Неплохой вариант для дачи или СНТ, где качество снабжения электроэнергией ниже плинтуса.
• Комбинированное (последовательное) подключение.
  Такой способ предполагает не только два источника снабжения электричеством: собственная солнечная станция и местная энергосеть, но и возможность производить избыток электричества для продажи.В зависимости от местного законодательства, есть способы продажи избытков энергии снабжающим организациям. В этом случае устанавливается специальный счетчик энергии, и заключается соответствующий договор. При формировании избыточных мощностей, они перетекают в местную электросеть, возвращая вам затраты на электростанцию. Однако этот путь требует не только технического, но и грамотного юридического сопровождения.

Схема подключения солнечной электростанции

Мощность и выработка сетевых солнечных электростанций

Сетевая солнечная электростанция предназначена исключительно для питания объектов, подключенных к централизованной сети, так как в ее составе нет аккумуляторных батарей. В состав комплекта входит

• Фотоэлектрические модули (ФЭМ) Хевел
• Инвертор
• Сопутствующее оборудование (MC4 коннекторы, распределительный щит, силовой и солнечный кабель, опорные конструкции)

Сетевые комплектыСетевая СЭС комплект «Минимальный»Сетевая СЭС комплект «Базовый»Сетевая СЭС комплект «Стандарт»Сетевая СЭС комплект «Расширенный»

* Не является офертой. Актуальную цену уточняйте на сайте mes-elektrik.ru ** Исходные расчетные данные: Московская область, тариф на электроэнергию для физических лиц – 5,73 руб. за кВт*ч

Сроки службы

Желающих приобрести этот экологически чистый альтернативный источник энергии прежде всего интересует вопрос о том, сколько лет он будет исправно работать и не возникнет ли с ним серьезных проблем в ближайшее время.

Производителями указывается, что сроки службы у таких АКБ — от 20 до 30 лет. Однако многие из них могут исправно работать и далее. Известно, что до сих пор сохранилась солнечная батарея, которая была изготовлена одной из первых в мире. Она прекрасно работает и сейчас, хотя уже давно появились панели, технические характеристики которых значительно обогнали первые разработки.

При постоянном использовании любого агрегата снижается как его мощность, так и количество энергии, которое он вырабатывает в течение определенного времени. Однако показатель этот не является фатальным: он составляет около 1% в год. Следовательно, за 10 лет постоянной эксплуатации произойдет снижение мощности на 10%.

Продлить срок службы любой панели можно, приобретя дополнительно специальную защитную пленку и заламинировав с ее помощью модули со стороны солнца. Пленка обеспечивает надежную герметизацию и защиту от механического воздействия и может прослужить от 5 до 15 лет. Для защиты батареи с внутренней стороны (от пыли, воды и т.д.) также имеются разные виды пленочных покрытий.

Преимущества использования солнечных батарей

• Автономность. Нет зависит от цен на энергоносители и экономической ситуации в стране. Установка электрических батарей незаменима там, где нет возможности подключится к электрической сети. Батарея не сможет отопить весь дом, но легко справится с задачей обеспечения энергией котла отопления.
• Экономичность. Использует нескончаемый источник энергии, не требует подготовки специальной площадки. Снижает стоимость услуг отопления. Батарея мощностью 800 вт способна «запитать» бытовые электроприборы. Срок службы до 25 лет. Окупается в среднем за 3 года.
• Просты в установке. Для установки не требуется разрешения гос. органов: газовой службы, БТИ и других структур.
• Экологическая безопасность. Не опасны для владельцев дома и природы. Источник чистого электричества, не выделяет вредных веществ.

Недостатки у солнечных батарей тоже имеются: они зависимы от погодных условий, региона проживания владельца. Не способны полностью обеспечить энергией дом. Установка массивных электростанций требует серьезных затрат. Надо понимать, что конечная цена солнечной энергии не должна превышать цену за 1 Квт классических источников – газа или электричества.

Выбор солнечной батареи

В качестве источника электроэнергии сегодня популярны три типа солнечных батарей:

• С поликристаллическим модулем – отличаются стабильными показателями генерации, не зависимо от интенсивности солнечных лучей. Также солнечные батареи на основе поликристаллического кремния отличаются сравнительно небольшим КПД – от 9 до 18%, в зависимости от производителя. Со временем КПД не снижается, но к недостаткам поликристаллических элементов следует отнести сравнительно небольшой срок службы – порядка 10 лет.
• С монокристаллическим модулем – такие панели неравномерно вырабатывают электричество в солнечную и пасмурную погоду, теряют мощность со временем эксплуатации. Но КПД автономного электроснабжения на основе монокристаллического кремния находится в пределах от 12 до 25%. А срок службы монокристаллических панелей составляет порядка 25 лет.
• С аморфными кристаллами – используются в гибких пластинах, отличаются довольно низким КПД – порядка 6%. Максимальная мощность, заявляемая производителем, значительно снижается со временем эксплуатации и может упасть на 20 – 40%. Срок службы довольно низкий – не более 5 лет.

Изготовление в домашних условиях

Комплексная гелиосистема потребует немалого вложения средств. Но все потраченные деньги вернутся в будущем. Срок окупаемости в зависимости от количества модулей и способов использования солнечной энергии будет разниться. Но все же можно уменьшить первоначальные расходы не за счет потери качества, а за счет разумного подхода к выбору компонентов солнечной батареи.

Если вы неограничены в площади установки солнечных модулей, и в вашем распоряжении есть приличное пространство, то на 100 кв. м вы можете установить поликристаллические солнечные батареи. Это позволит сэкономить немалую сумму в семейном бюджете.

Не старайтесь покрыть полностью крышу солнечными батареями. Для начала установите пару модулей и подключите к ним ту технику, которая работает от постоянного напряжения. Нарастить мощность и увеличить количество модулей можно всегда со временем.

Если вы ограничены в бюджете, то можете отказаться от установки контроллера – это вспомогательный элемент, который необходим для отслеживания уровня заряда батареи. Вместо него, можно дополнительно подсоединить к системе еще один аккумулятор – это позволит избежать перезаряда и увеличит емкость системы. А для контроля заряда можно использовать обычные автомобильные часы, которыми можно измерять напряжение, да и стоят они в разы дешевле.

И один важный совет, замените все лампы накаливания на современные. В идеале использовать светодиодные – у них гораздо меньшее потребление электроэнергии и работают они от 12 В.

Примерные цены

Цена на разные виды солнечных панелей может разниться от 30 000 до 2 000 000 рублей. Все зависит от количества модулей, качества их исполнения, фирмы-производителя и количества комплектующих частей. Есть самые «бюджетные» варианты, которые могут стоить от 10 500 рублей. Целесообразность их приобретения стоит рассматривать в индивидуальном порядке.

Солнечные батареи — альтернативный источник энергии, который можно использовать в качестве эффективного резерва. Главное — учитывать климатические условия региона проживания. Ведь производительность работы такой системы, большей частью, зависит от количество солнечных дней в году.

Советы

Специалисты дают несколько рекомендаций о том, как правильно уложить и соединить солнечные батареи.

• Чаще всего изделия, использующие альтернативные источники энергии, крепят на кровле либо на стенах домостроения, реже используют специальные надежные опоры. В любом случае должны быть полностью исключены какие-либо затемнения, то есть батареи должны ориентироваться таким образом, чтобы на них не падала тень от высоких деревьев и расположенных по соседству зданий.
• Монтаж набора пластин проводят рядами, их расположение параллельное, в связи с этим крайне важно предусмотреть, чтобы вышерасположенные ряды не бросали тень на те, что находятся ниже. Это требование очень важно, поскольку полное или частичное затенение провоцирует сокращение и даже полное прекращение какой-либо выработки энергии, кроме того, может возникнуть эффект образования «обратных токов», что зачастую служит причиной поломки оборудования.

• Грамотная ориентация относительно солнечного света имеет принципиальное значение для эффективности и результативной работы панелей. Очень важно, чтобы поверхность получала весь возможный поток ультрафиолетовых лучей. Правильную ориентацию рассчитывают, основываясь на данных о географическом расположении строения. К примеру, если монтаж панелей производится с северной стороны здания, то панели следует ориентировать на юг.
• Не меньшее значение имеет и общий угол наклона конструкции, он также определяется географической ориентацией строения. Специалисты рассчитали, что этот показатель должен соответствовать широте расположения дома, а поскольку солнце в зависимости от времени года несколько раз меняет свое удаление расположения над горизонтом, то имеет смысл продумать корректировку окончательного угла монтажа батарей. Обычно коррекция не превышает 12 градусов.

• Батареи нужно укладывать таким образом, чтобы обеспечить к ним свободный доступ, поскольку в холодное зимнее время потребуется периодически очищать их от нападавшего снега, а в теплое время года – от дождевых разводов, которые существенно снижают эффективность использования батарей.
• На сегодняшний день в продаже имеется немало китайских и европейских моделей солнечных батарей, которые отличаются стоимостью, поэтому каждый может устанавливать оптимальную для своего бюджета модель.

В заключение следует обратить внимание на то, что наибольшую выгоду от применения солнечных батарей получит наша планета, поскольку данный источник энергии не причиняет абсолютно никакого вреда окружающей среде. Если вам как потребителю небезразлично будущее нашей Земли, потенциал ее земельных ресурсов и сохранение природных богатств, то солнечные батареи – это лучший выбор.