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

Плюсы и минусы СЭС

Солнечные генераторы имеют массу достоинств. Главным из них является экологическая чистота для окружающей среды.

Плюсы солнечных электростанций:

  • Солнечная энергия постоянно возобновляется;
  • СЭС не причиняет вред окружающей среде;
  • Независимость от центральной подачи электричества;
  • Полная автономность системы;
  • Длительный срок эксплуатации;
  • Бесплатный энергетический ресурс.

Роль человека в получении электричества в данном случае сводится к нулю. Выработка энергии таким способом имеет и минусы. Покупка оборудования потребует серьезных вложений. Кроме этого необходимо приобрести аккумулятор, так как в ночное время СЭС не производит выработку электричества. Установка оборудования требует дополнительной площади. Она может осуществляться на земле, крыши дома, стене здания. К недостаткам можно отнести необходимость очищать отражающую поверхность от пыли и загрязнений, а также нагрев атмосферы над поверхностью оборудования. Мощность вырабатываемого тока напрямую зависит от погодных условий.

Если рационально подходить к вопросу установки солнечных батарей, необходимо учесть некоторые нюансы:

  • Проанализировать много ли солнечных дней в предполагаемом районе;
  • Уточнить возможность подключения к центральной сети;
  • Выяснить, как часто бывают перебои электричества;
  • Решить, приборы какой мощности будут использоваться в быту.

Достаточно много достоинств и недостатков у СЭС, однако природные ресурсы не вечны и станции на солнечной энергии смогут стать достойной заменой привычным ресурсам.

Использование солнечной энергии для получения тепла

Наряду с использованием солнечной энергии для производства электрического тока существуют и не менее распространенные устройства по превращению энергии солнечного света в тепловую энергию. Такие установки называются солнечными коллекторами и служат элементами нагрева для систем отопления и получения горячей воды. Независимо от установленных котлов в отопительных системах и контурах горячего водоснабжения, их комбинация с высокоэффективными солнечными коллекторами позволяет экономить до 36% расходов на отопление и приготовление горячей воды.

Электроснабжение дома с использованием солнечных батарей: 1 — LED-светильники, 2 — электровентилятор, 3 — зарядное устройство для телефона, 4 — маленькая электроплита, 5 — холодильник, 6 — внешнее освещение, А — солнечные фотоэлектрические панели, В — панель управления, С — инвертор + контроллер зарядки + счетчики, D — аккумуляторы, Е — панель обесточивания (отключения), F — резервный генератор

В конструктивном исполнении солнечный коллектор из разряда ходового товара представляет собой прямоугольную панель с габаритами ориентировочно 1х2 м и с толщиной до 100 мм. Главным отличием коллекторов указанных типоразмеров является тепловой поток мощности, т.е. количество тепла, которое может передаться любому жидкому теплоносителю через контактную поверхность. По-другому этот параметр называют коэффициентом потери тепла и который имеет размерность Вт/м²×°К, т.е. передаваемое тепло через площадь для повышения температуры принимающей жидкости. Современные конструкции солнечных коллекторов имеют показатели (одна панель) по тепловой мощности от 1,2 до 5 Вт/м²×°К.

Цены солнечных коллекторов для отопления дома

Например, панель европейского качества с габаритами 1,9х1,8 м (площадь 3,5 м²) и с коэффициентом 2,7 будет стоить около 70 тыс. руб.

С учетом конкуренции аналог китайского производства может быть дешевле на 30-55%, а отечественный прототип на 10-25%.

Если говорить о требуемом комплекте, в который входят: бак, аккумулятор, насос и автоматика, тогда среднерыночная цена такой станции составит 160-170 тыс. руб. Комплект отечественного производства с аналогичными параметрами обойдется в 100-120 тыс. руб.

Монтаж солнечных коллекторов на крышу дома

Обработка данных и их оптимизация

При расчете солнечных батарей на дом стоит определить, каким образом они будут использоваться – в качестве основного источника питания или же резервного. В случае применения солнечных электростанций в качестве дополнительного питания, информация о почасовых нагрузках и среднесуточном потреблении энергии позволит использовать эти мощности более эффективно. Например, при перебоях с основным электричеством, энергоемкие бытовые приборы будут применяться минимальное количество времени, либо вовсе не будут включаться.

А вот в тех домах, где используется только электроэнергия от солнечных батарей, стоит обратить особое внимание на уровень почасовых нагрузок. При этом желательно применять электроприборы таким образом, чтобы предотвратить скачки энергопотребления в сторону минимальных или максимальных значений.

Например, при рациональном распределении нагрузки и эффективном использовании солнечной электроподстанции, можно сократить ежесуточное энергопотребление с 18 до 12 кВт/ч, а потребляемую мощность – с 750 до 500 Вт.

Аналогичным образом производится оптимизация потребления энергии от резервных солнечных батарей. Таким образом, можно будет избежать дополнительных расходов на приобретение аккумуляторов повышенной мощности.

Разновидности

В самом широком понимании термин «солнечная батарея» означает некоторое устройство, которое позволяет преобразовывать излучаемую Солнцем энергию в удобную форму с целью последующего использования в различных сферах человеческой жизнедеятельности. Для обогрева домов используются два типа солнечных батарей.

Фотоэлектрические элементы

Батареи этого класса часто называют преобразователями, поскольку с их помощью энергия солнечного излучения преобразуется в электрическую. Такое превращение стало возможным благодаря свойствам полупроводников. Ячейка фотоэлемента состоит из двух материалов, один из которых обладает дырочной проводимостью, а другой – электронной.

Фотоэлектрические элементы

Поток фотонов, из которых состоит солнечный свет, заставляет электроны покинуть свои орбиты и мигрировать через Pn-переход, что и является, собственно, электротоком.

По виду используемых материалов различают три вида фотоэлектрических батарей: кремниевые, пленочные и концентраторные.

Кремниевые

К этому типу относится более трех четвертей выпускаемых сегодня солнечных электробатарей. Это обусловлено распространенностью кремния в земной коре, а также тем, что большинство технологий в сфере производства полупроводниковой электроники было ориентировано на работу именно с этим материалом.

В свою очередь элементы на базе кремния делятся на две разновидности:

  • монокристаллические: наиболее дорогой вариант, КПД составляет 19% – 24%;
  • поликристаллические: более доступны, но имеют КПД в пределах 14% – 18%.

Пленочные

При производстве фотоэлементов данной группы используются полупроводники, имеющие более высокий, чем у моно- и поликристаллического кремния, коэффициент поглощения света.

Это позволило на порядок уменьшить толщину элементов, что положительно отразилось на их стоимости. Применяются следующие материалы:

  • теллурид кадмия (КПД – 15% – 17%);
  • аморфный кремний (КПД – 11% — 13%).

Концентраторные

Эти батареи имеют многослойную структуру и характеризуются самой высокой эффективностью – около 44%. Основным материалом при их производстве является арсенид галлия.

Комплектация отопительной системы

Отопительная система на базе фотоэлектрических батарей состоит из следующих компонентов:

  • собственно батареи;
  • аккумулятор;
  • контроллер: управляет процессом зарядки аккумулятора;
  • инвертор: преобразует постоянный ток от батареи или аккумулятора в переменный с напряжением 220 В;
  • конвектор, водогрейный котел или любой другой тип электрообогревателя.

Сетевая фотоэлектрическая система

Солнечные коллекторы

Батареи данной разновидности состоят из нескольких выкрашенных в черный цвет трубок, через которые перекачивается циркулирующий в системе отопления теплоноситель. При этом тепловая энергия солнечного излучения без всякого преобразования усваивается рабочей средой. В большинстве случаев в ее качестве используется смесь на основе пропиленгликоля (имеет свойства антифриза), но существуют и коллекторы, ориентированные на работу с воздухом. Последний после подогрева подается прямо в отапливаемое помещение.

Солнечные коллекторы

В самом простом исполнении солнечный коллектор называется плоским. Он выполняется в виде бокса из стекла с темным покрытием, которое находится в контакте с проходящим по трубкам теплоносителем. Более сложное устройство имеют вакуумные коллекторы. В таких батареях трубки с теплоносителем помещены в герметичный стеклянный корпус, из которого откачивается воздух. Таким образом, содержащие рабочую среду трубки окружаются вакуумом, который исключает потери тепла от контакта с воздухом.

Очевидно, что изготовление солнечных коллекторов основывается на более простых технологиях, чем производство фотоэлементов. Соответственно, и стоимость они имеют более низкую. При этом КПД таких установок достигает 80% — 95%.

Комплектация гелиосистемы

Основными элементами гелиосистемы (системы солнечных батарей для дома) являются:

  • солнечный коллектор;
  • циркуляционный насос (в системах с естественной циркуляцией теплоносителя он может отсутствовать, но они являются малоэффективными);
  • емкость с водой, играющая роль теплового аккумулятора;
  • контур водяного отопления, состоящий из труб и радиаторов.

Схема реализации гелиосистемы с поддержкой отопления с суточным аккумулированием энергии

Выбор и установка компонентов

Перед тем как собрать солнечную электростанцию, необходимо предварительно рассчитать ее параметры, с целью правильного выбора деталей.

В первую очередь определяется количество солнечных панелей. Для этого нужно точно установить степень инсоляции для данной местности. Ее показатель представляет собой количество солнечной энергии, попадающей на поверхность земли, измеряемой в ваттах на 1 м2. Инсоляцию рекомендуется указывать помесячно, так как в разное время года она будет совершенно разной. При расчетах следует ориентироваться на самые низкие показатели.

Далее расчет солнечной электростанции состоит в определении ежемесячной потребности в электроэнергии. При использовании автономной системы следует учитывать, насколько эффективно накапливается электроэнергия и насколько экономно она используется. Низкое энергопотребление позволит обойтись меньшим количеством гелиопанелей и сэкономить при этом значительные средства.

Любая домашняя солнечная электростанция будет работать намного эффективнее, если солнечные панели установлены в наиболее оптимальное положение. Максимальный КПД достигается за счет угла в 90 градусов, под которым солнечные лучи падают на панель. Решение этой задачи достаточно сложное, поскольку солнце постоянно изменяет свое местоположение.

Проблема может быть решена за счет динамичной установки, когда панели поворачиваются за солнцем при помощи сервопривода. При таком варианте удается получить электроэнергии на 50% больше, чем в стационарном положении. Однако и неподвижная установка приносит положительные результаты, если выбран наиболее оптимальный угол, обеспечивающий максимальный сбор солнечных лучей. Также мощность установки можно повысить путем совместного использования ветрогенератора.

Выбор других деталей системы

Важным компонентом электростанции является аккумулятор, накапливающий полученную энергию. В дальнейшем, она используется в ночное время, когда отсутствует солнечный свет. Помимо основной функции, АКБ осуществляют сглаживание электроэнергии, поступающей неравномерно.

При покупке следует учитывать, что электрический ток, который выдает солнечная электростанция для дома, не должен превышать более чем на 10% номинальную емкость кислотных батарей. Для щелочных аккумуляторов этот показатель составляет 30%. Кроме того, нужно учитывать саморазряд батареи. Чтобы АКБ находилась в исправном состоянии, ей требуется периодическая подзарядка.

На работу аккумулятора оказывает влияние правильный выбор контроллера, управляющего процессами зарядки-разрядки. Современные приборы типа МРРТ проводят слежение за точками максимальной мощности, что позволяет создавать запасы энергии даже при слабом освещении.

Выбирая инвертор, перед тем как собрать всю схему, нужно обращать внимание на то, чтобы искажения синусоидального сигнала не превышали 3%. Изменения амплитуды напряжения при включении нагрузки должны быть не более 10%

Качественный прибор выполняет преобразование постоянного и переменного тока. Он обеспечивается защитой от коротких замыканий и запасом по перегрузке. Схема электроснабжения обычно предусматривает питание разных групп потребителей от собственных инверторов.

Определяемся с размерами и количеством фотоэлементов

В хороших солнечных батареях на 12 вольт должно быть 36 элементов, на 24 вольта — 72 фотоэлемента. Это количество оптимально. При меньшем числе фотоэлементов вы никогда не получите заявленный ток. И это — лучший из вариантов.

Не стоит покупать сдвоенные солнечные панели — по 72 и 144 элемента соответственно. Во-первых, они очень большие, что неудобно при перевозке. Во-вторых, при аномально низких температурах, которые у нас периодически случаются, они первыми выходят из строя. Дело в том, что ламинирующая пленка при морозах сильно уменьшается в размерах. На больших панелях из-за большого натяжения она отслаивается или даже рвется. Теряется прозрачность, катастрофически падает производительность. Панель идет в ремонт.

Солнечная панель на 4 В имеет 7 элемента

Второй фактор. На больших по размерам панелях должна быть больше толщина корпуса и стекла. Ведь увеличивается парусность и снеговые нагрузки. Но далеко не всегда это делают, так как значительно возрастает цена. Если вы видите сдвоенную панель, а цена на нее ниже, чем на две «обычных», лучше ищите что-то другое.

Еще раз: лучший выбор — солнечная панель для дома на 12 вольт, состоящая из 36 фотоэлементов. Это оптимальный вариант, проверенный практикой.

Солнечные электростанции 55 товаров в категории

Солнечные электростанции для дачи помогают людям в домах без магистрального электричества использовать весь сезон освещение, холодильник, ТВ, насос, инструмент и другие приборы. Вы забудете про проблемы бензинового генератора (шум, выхлопные газы, покупка и доставка топлива, пожароопасность, поломки и техническое обслуживание).

Электрификация вашей дачи пройдёт всего за один день и без хлопот!

Сетевые станции

Солнечная электростанция «Эконом (Э)»

Солнечная электростанция «Эконом (Э)»

Электрификация дачи минимальными средствами, в случае, если у вас уже есть подходящий аккумулятор.

Мощности комплекта хватит для ограниченного использования в летний период любых приборов мощностью до 300 Вт (долговременно — 150 Вт).

Идеально подходит для пасек и автономных сигнализаций.

Суточная выработка: до 825 Вт

Солнечная электростанция «Свет ТВ Ноутбук Эконом»

Солнечная электростанция «Свет ТВ Ноутбук Эконом»

Электрификация дачи минимальными средствами.

Мощности комплекта хватит для ограниченного использования в летний период любых приборов мощностью до 300 Вт (долговременно — 150 Вт).

Идеально подходит для пасек и автономных сигнализаций.

Суточная выработка: до 825 Вт

Солнечная электростанция «Солнечная Дача 0,5 кВт, 100 А-ч, 200 Вт»

Солнечная электростанция «Солнечная Дача 0,5 кВт, 100 А-ч, 200 Вт»

В средней полосе России, в период с апреля по сентябрь, среднесуточная выработка электростанции составит порядка 1.4 кВт.

Солнечная электростанция «Солнечная Дача 0,5 кВт, 200 А-ч, 250 Вт»

Солнечная электростанция «Солнечная Дача 0,5 кВт, 200 А-ч, 250 Вт»

В средней полосе России, в период с апреля по сентябрь, среднесуточная выработка электростанции составит порядка 1.8 кВт.

Солнечная электростанция «Солнечная Дача 0,84 кВт, 200 А-ч, 250 Вт»

Солнечная электростанция «Солнечная Дача 0,84 кВт, 200 А-ч, 250 Вт»

В средней полосе России, в период с апреля по сентябрь, среднесуточная выработка электростанции составит порядка 1.8 кВт.

Солнечная электростанция «Эко Холодильник 2*100 А-ч»

Солнечная электростанция «Эко Холодильник 2*100 А-ч»

В течение дачного сезона в условиях средней полосы России суточная выработка электростанции составит порядка 1800 Вт. Это позволит комфортно и без особых ограничений пользоваться: холодильником, насосом, освещать дом, заряжать мобильные телефоны и электроинструмент.

Ёмкость аккумуляторных батарей — 100 А-ч.

Солнечная электростанция «Солнечный Дом 3 кВт, 300 А-ч, 500 Вт»

Солнечная электростанция «Солнечный Дом 3 кВт, 300 А-ч, 500 Вт»

В средней полосе России, в период с апреля по сентябрь, среднесуточная выработка электростанции составит порядка 3.5 кВт.

Солнечная электростанция «Эко Холодильник Телевизор Свет»

Солнечная электростанция «Эко Холодильник Телевизор Свет»

В течение дачного сезона в условиях средней полосы России суточная выработка электростанции составит порядка 2700 Вт. Это позволит комфортно пользоваться холодильником, ЖК телевизором, насосом, освещать дом, заряжать мобильные телефоны и электроинструмент.

Ёмкость аккумуляторных батарей — 100 А-ч.

Солнечная электростанция «Автономная энергия супер эконом»

Солнечная электростанция «Автономная энергия супер эконом»

Автономный цикл работы в средней полосе России — с апреля по октябрь со средней суточной выработкой 3 кВт.Мощность инвертора электростанции — 1.4 кВт.

Солнечная электростанция «Эко Холодильник Телевизор Свет Насос»

Солнечная электростанция «Эко Холодильник Телевизор Свет Насос»

В течение дачного сезона в условиях средней полосы России суточная выработка электростанции составит порядка 2700 Вт. Это позволит комфортно и без особых ограничений пользоваться холодильником, ЖК телевизором, насосом, освещать дом, заряжать мобильные телефоны и электроинструмент.

Ёмкость аккумуляторных батарей — 200 А-ч.

Солнечная электростанция «Эко Оптимальная дача 2*200 А-ч»

Солнечная электростанция «Эко Оптимальная дача 2*200 А-ч»

В течение дачного сезона в условиях средней полосы России суточная выработка электростанции составит порядка 3600 Вт. Это позволит пользоваться холодильником, ЖК телевизором, использовать станцию подачи воды в дом или насос для полива, заряжать мобильные устройства и смотреть телевизор, пользоваться ноутбуком, аккумуляторным и сетевым электроинструментом.

Ёмкость аккумуляторных батарей — 200 А-ч.

В средней полосе России, в период с апреля по сентябрь, среднесуточная выработка электростанции составит порядка 7 кВт.

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.

Особенности установки и эксплуатации автономных источников

Перед тем как приобретать и устанавливать любую из систем, нужно правильно произвести все необходимые расчеты ведь со временем количество потребителей электроэнергии в доме может увеличиться, к примеру вы решите установить систему обогрева кровли и водостоков и это нужно учесть в расчетах.

Рассмотрим для начала на примере солнечной системы.

Солнечная автономная система.

Все расчеты нужно начинать с подсчетов суммарного потребления электроэнергии в доме, то есть подсчитать мощность всех потребителей

При этом важно их разделить

Дело в том, что часть потребителей электроэнергии без проблем работают от сети с постоянным током и напряжением в 12 или 24 В. Такими потребителями могут быть те же светодиодные лампы, которые лучше установить вместо обычных ламп накаливания. Да и вообще, все работы следует начинать с оснащения дома экономичными потребителями электроэнергии.

Исходя из суммарной мощности потребления тока, производится подбор аккумуляторных батарей и инвертора. И только после этого переходят к подсчету количества солнечных панелей, а также подбора контроллера.

Можно и не заниматься вычислением площади солнечных панелей, емкостью АКБ и инвертора.

Многие производители предлагают уже готовые комплекты, включающие все необходимое оборудование. При приобретении такого комплекта достаточно знать только суммарное потребление электроэнергии.

Причем при выборе комплекта важно учитывать, чтобы у него имелся некий запас по мощности, чтобы вся система не работала на предельных значениях. Общая стоимость такой системы во многом зависит от ее мощности

Монтаж солнечной батареи несложен.

Достаточно правильно выбрать место установки панелей, контроллера, АКБ и инвертора. Затем следует все правильно подсоединить.

Что касается техники безопасности при использовании такой системы, то сводится она к правильности размещения АКБ. Они хоть и являются герметичными и необслуживаемыми, но для них лучше отвести отдельное помещение, причем вентилируемое.

Важно обратить внимание на надежность крепления всех составных элементов, использование соответствующей проводки и правильности подключения элементов в систему. Теплый электрический пол своими руками в частном доме под плитку

Теплый электрический пол своими руками в частном доме под плитку

Ветряная система.

С расчетов начинается и установка ветрогенераторов. Все начинается с расчета суммарной мощности потребителей электроэнергии. Исходя из этого уже и подбирается комплект, включающий все необходимое – ветроэлектрическую установку (ВЭУ), контроллер, АКБ, инвертор и остальные комплектующие.

При использовании такой системы важно подобрать место установки ВЭУ. Ветряки при работе издают шум, хоть и несильный, поэтому рекомендуется их устанавливать на определенном удалении от дома

Что касается безопасности, то здесь все сводится к правильному монтажу мачты ВЭУ, поскольку она достаточно высокая.

Далее же безопасность сводится к правильному подключению и эксплуатации системы.

Топливные генераторные установки.

Генераторные установки – самые простейшие по монтажу. После подсчета суммарного потребления электроэнергии просто подбирается необходимая по мощности станция, работающая на предпочтительном для владельца дома топливе.

Оборудуются генераторно-аккумуляторные-инверторные системы.

Но обычно такие станции продаются отдельно, поэтому придется правильно подобрать контроллер, комплект АКБ и инвертор.

При использовании такой системы условия безопасности строже, чем у других систем.

Во-первых, генераторную установку необходимо устанавливать в отдельном помещении.

Во-вторых, должна быть организована система отвода отработанных газов.

В-третьих, должна соблюдаться правильность хранения горючих материалов.

Системы энергообеспечения, в которых используется гидроэлектростанции, рассматривать не будем, поскольку они применяются редко.

Выбор сечения кабеля и тонкости электрического подключения

Подключать солнечные батареи для дома необходимо медным одножильным кабелем. Сечение жилы кабеля зависит от расстояния между модулем и АКБ:

  • расстояние менее 10 метров:
    • 1,5 мм² на одну солнечную батарею мощностью 100 Вт;
    • на две батареи — 2,5 мм²;
    • три батареи — 4,0 мм²;
  • расстояние больше 10 метров:
    • для подключения одной панели берем 2,5 мм²;
    • двух — 4,0 мм²;
    • трех — 6,0 мм².

Можно брать сечение больше, но не меньше (будут большие потери, а оно нам не надо)

При покупке проводов, обратите внимание на фактическое сечение, так как сегодня заявленные размеры очень часто не соответствуют действительным. Для проверки придется измерять диаметр и считать сечение

Солнечные батареи для дома: электрическое подключение

При сборе системы можно плюсы солнечных батарей провести используя многожильный кабель подходящего сечения, а для минуса использовать один толстый. Перед подключением к аккумуляторам все «плюсы» пропускаем через диоды или диодные сборки с общим катодом. Это предотвращает возможность замыкания аккумулятора (может вызвать возгорание) при замыкании или обрыве проводов между батареями и аккумулятором.

Диоды используют типа SBL2040CT, PBYR040CT. Если такие на нашли, можно снять со старых блоков питания персональных компьютеров. Там обычно стоят SBL3040 или подобные. Пропускать через диоды желательно. Не забудьте что они сильно греются, так что монтировать их надо на радиаторе (можно на едином).

Еще в системе необходим блок предохранителей. По одному на каждого потребителя. Всю нагрузку подключаем через этот блок. Во-первых, система так безопаснее. Во-вторых, при возникновении проблем, проще определить ее источник (по сгоревшему предохранителю).

Поделитесь в социальных сетях:ВКонтактеFacebookTwitter
Напишите комментарий