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

Мобильные электростанции для дома

Есть ещё одна сфера, где использование солнечной энергии в последнее время заметно набирает популярность. Это обустройство мобильных электростанций в частном секторе. В отличие от промышленных они предназначены для обеспечения электроэнергией отдельного дома или небольшой группы строений. Такая локальная солнечная электростанция или энергетическая установка, как правило, в своей основе имеет работу солнечных панелей, устанавливаемых на наиболее доступных для солнечной радиации местах – крышах домов, балконах, возвышенностях, открытых лужайках. В её состав входят:

• солнечные панели с оптическими элементами для преобразования солнечных лучей;
• аккумуляторы для обеспечения бесперебойной подачи электричества в тёмное время суток, пасмурную погоду и в случае аварии.
• инверторы, преобразующие ток постоянного напряжения в переменный;
• контроллеры, обеспечивающие контроль над уровнем зарядки батарей.

Частные домовладения могут обеспечиваться электроэнергией и от башенных солнечных электростанций, и от модульных, однако наиболее популярны в данной сфере мобильные панельные электростанции на фотоэлементах. Они позволяют использовать энергию солнечного света даже в пасмурную погоду. Солнечные панели могут приобретаться и устанавливаться в любом количестве в зависимости от нужд конкретного потребителя. Многочисленные фотоэлектрические полупроводниковые преобразователи устанавливаются на специальные монтажные платы. От их количества и мощности напрямую зависит мощность электростанции. Они довольно просты в монтаже и обслуживании.

Панельные электростанции бывают:

• сетевые, работающие в стационарной электросети и не требующие применения аккумуляторных батарей, так как роль накопителя в данном случае играет сама сеть;
• автономные с накопительными аккумуляторными батареями, преимуществом которых является независимость от внешних источников электроэнергии;
• гибридные, совмещающие сетевой и автономный тип, благодаря чему снижается себестоимость установки и зависимость её от внешних источников.

Существуют также комбинированные варианты, когда солнечная электростанция для коттеджа оборудуется дополнительными теплообменниками, позволяющие использовать в хозяйстве получаемую в процессе выработки электроэнергии горячую техническую воду. На таком принципе часто построены системы отопления частных домов, оборудованных солнечными панелями.

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.

Экономные солнечные генераторы: принцип работы

Для труднодоступных районов с перебойным обеспечением электроэнергией солнечные генераторы становятся спасением комфортного проживания. С помощью него можно решить проблемы энергоресурсов и обеспечить автономное энергообеспечение. В основном бытовые генераторы рассчитаны на 220 В. Устройства оснащены дисплеем, который отображает сообщение о работе батарей. Устанавливаются приборы на участках с большим поступлением солнечных лучей: крыша дома, стены здания, открытая местность.

Такой прибор сможет обеспечить работу бытового оборудования: холодильника, стиральной машины, зарядки компьютерных систем, работы отопительных приборов, электроинструментов и циркулярных насосов. Бесперебойная работа гарантирована на 10 – 12 часов.

Достоинства системы заключаются:

• В автономности;
• Не зависимости от центрального снабжения;
• Мобильности;
• Бесшумной работе;
• Экологической безопасности;
• Длительном сроке эксплуатации;
• Компактности;
• Возможности работать на непроветриваемых участках.

Единственным минусом является стоимость устройства, которая в последствии окупает затраты на электроэнергию.

Видео описание

На видео показано, как выбрать инвертор для частного дома: На общую стоимость солнечных батарей для частного дома влияют и преобразователи. В зависимости от формы сигнала напряжения на выходе существует несколько видов их видов, которые различаются применением и стоимостью:

• С синусоидальным сигналом. Создают ток высокого качества, что сказывается на их стоимости. От них работают крупные бытовые приборы: холодильники, котлы, кондиционеры.
• Прямоугольным. К этим недорогим инверторам подключают осветительные приборы. Большинство домашних бытовых приборов с ними несовместимы.
• Псевдосинусоидальным. Их преимуществом является возможность подключения практически всей домашней техники. Но качество сигнала снижено по сравнению с первым видом, поэтому они стоят дешевле.

Ребристая форма инвертору нужна для максимально эффективного охлаждения Источник superfb.site

Виды и принцип работы: СЭС электростанция

Современные СЭС конструктивно отличаются друг от друга, хотя технологический процесс выработки энергии одинаков.

Виды СЭС:

• Башенные конструкции;
• Тарельчатые электростанции;
• СЭС на параболоцилиндрических концентраторах;
• Солнечные станции с фотоэлементами или солнечные генераторы;
• Вакуумные электростанции.

Башенные СЭС отличаются специальной башней в центре элементов. В ее верхней точке установлен бак с водой, выполненный из жаропрочного металла и покрытый черной краской. Вокруг башни располагаются множество зеркал, уложенных с расчетом отражения солнечных лучей на резервуар. Вода нагревается до высоких температур и начинает конденсировать. Пар подается на турбины и вращает генераторы, вырабатывающие ток. Такие конструкции подают высокую мощность.

Единственным минусом являются большие площади занимаемой конструкцией и не возможность выработки энергии в ночное время. Принцип работы тарельчатых станций аналогичен башенной СЭС. Разница заключается в конструкции. В данном варианте используют отдельные модули из зеркал, включающие отражатель и приемник с жидкостью. Приемник соединен с генератором пара, который вырабатывает электричество. Одного модуля будет достаточно для небольшого частного дома. В промышленных масштабах используют сотни приборов.

Безопасность и контроль микроклимата

Чтобы следить за безопасностью загородного участка, стоит установить систему наружного видеонаблюдения. Мы уже писали о таких устройствах, но они могут питаться не только от сети, но и благодаря солнечной энергии – это также удобно в том случае, если камеры установлены достаточно далеко от дома и розетки.

От солнца может работать IP-камера Link Solar Y9-S, которая записывает информацию на карту памяти или передает ее в облако по Wi-Fi. Гаджет снимает с разрешением Full HD и обладает углом обзора 100 градусов. Расстояние, на котором работает инфракрасный датчик при ночной съемке, составляет 10 метров.

Солнечная панель расположена на «спинке» камеры

Дополнить систему охраны можно датчиком движения, который срабатывает на движущиеся объекты весом от 25 кг (чтобы не тратить энергию на уведомления о мелких собаках и кошках). Одно из таких устройств – Dinsafer DOP01B, способный обнаружить движение на расстоянии до 35 м и передать сигнал пульту управления охранной сигнализацией на 100-200 м. Покупка такого гаджета вряд ли будет оправданной для установки на маленькой даче, но на большом участке такое решение позволит обойтись без постоянной замены аккумуляторов или подключения прибора к электросети.

Защитив участок от посторонних, можно приобрести защиту и от вредителей. Например, от мышей и кротов, которые подкапывают и едят корнеплоды. Устройство марки Solar позволит отпугивать грызунов, способных серьезно уменьшить объемы собранного урожая. Отпугиватели напоминают на вид газонные фонари на солнечной батарее и действуют на расстоянии до 15-20 метров.

Отпугиватель кротов выглядит как небольшой гриб с солнечной панелью на шляпке

Еще один интересный прибор, который может работать с помощью солнечной энергии – это домашняя метеостанция. Такие устройства, как правило, можно устанавливать на улице – они защищены от воды и выдерживают перепады температур.

Метеостанция на солнечной батарее

Например, модель Z-Wave POPP-POPE005206 способна с достаточно высокой точностью предсказывать изменения микроклимата – влажности, скорости ветра, температуры. Для работы станция использует солнечные батареи, а для экономии энергии периодически отключается. 

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.

Как работают СЭС

Принцип работы модулей основан на явлении внутреннего фотоэффекта. Под действием света в полупроводниках образуются свободные носители заряда – «дырки» и электроны – под действием электрических полей начинающие упорядочено двигаться. Это и есть постоянный ток.

Схема работы станции 10 кВт такова: в ясную солнечную погоду электроснабжение здания осуществляется от солнечных батарей. Счетчик электроэнергии в это время стоит, так как потребление энергии из общей сети прекращается. Если же освещенности для выработки тока недостаточно, потребление из общей сети возобновляется.

Переключение автономной сети с одного источника питания на другой в автоматическом режиме осуществляет сетевой инвертор. Основное его назначение – преобразование постоянного тока в ток переменный, с теми же характеристиками (частотой и действующим напряжением).

Стоимость солнечных батарей

Приблизительная цена одной солнечной панели составляет порядка 90 руб./ 1Вт. Следовательно, блок с максимальной мощностью 200 ВТ будет стоить примерно 18.000 рублей.

Вполне естественно, что нормальной работы всех электросетей и коммуникаций дома одного такого модуля будет не достаточно, и таких блоков придется купить более 10 штук. Так что собственная солнечная электростанция с общей мощностью в 1 кВт обойдется порядка 250.000 рублей, не говоря уже о стоимости дополнительного оборудования и работ по установке.

Однако солнечные элементы, изготовленные на основе моно- или поликристаллического кремния, смогут обеспечить полную автономность дома в любое время

Очень важно при этом грамотно подобрать необходимые фотоэлементы и вычислить необходимое их количество в соответствии с площадью дома и требуемой мощностью

Как работает солнечная батарея

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

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

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

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

Плюсы и минусы

Солнечные электростанции, как и другие альтернативные источники энергии, обладают собственными достоинствами и недостатками.

К несомненным преимуществам можно отнести:

• Возможность поглощения света даже в пасмурную погоду. Как правило, это невидимые лучи, оказывающие нужное воздействие на фотоэлементы.
• Солнечные панели могут комбинироваться с другими установками. Чаще всего используется ветросолнечная электростанция, сочетающая в себе возможности и положительные качества обоих устройств. При такой связке производство электроэнергии становится практически непрерывным, не зависящим от внешних факторов.
• Переносная электростанция на солнечных батареях отличается небольшими размерами и может использоваться в разное время в наиболее удобных местах.
• Большинство СЭС имеют продолжительный срок эксплуатации, составляющий в среднем 30-50 лет. Использование аккумуляторов дает возможность создавать запасы энергии, которая расходуется в ночное время.
• Энергия солнца достается потребителям бесплатно, а сами станции, отличаются надежностью, простотой и недорогим обслуживанием. Их легко и быстро собирать.

Недостатков у солнечных станций не слишком много, но все-таки они есть и их нужно учитывать при выборе и эксплуатации:

• Фотоэлементы солнечной электростанции для дома не работают в ночное время. В связи с этим требуются дорогостоящие аккумуляторы, требующие периодической замены.
• Солнечные установки эффективны не во всех климатических зонах.
• Низкий КПД, составляющий около 20%. Остальная энергия солнца теряется. Поэтому производители рекомендуют использовать ветро-солнечные электростанции и другие типы гибридных систем.

Портативная солнечная электростанция

Электростанция на солнечных батареях

Солнечная электростанция (СЭС)

Как сделать солнечную батарею своими руками

Солнечные батареи для дома

Солнечная энергосистема

Как рассчитать количество гелиопанелей

Автономная солнечная электростанция для дома начинается со сбора информации.

Необходимы все данные по количеству солнечных дней в вашей местности. В этом помогут специальные метеосправочники и интернет. Подсчитать общее количество за год и с разбивкой по месяцам. Ориентиром для подбора мощности будущей солнечной станции для дачи служат количество месяцев с самыми скромными показателями.

Теперь рассчитываются ваши общие потребности в электричестве и годовые и помесячные. Надо учитывать, что главное не только накопить энергию, но и правильно ее использовать. Если автономная солнечная электростанция будет с небольшими потребностями, соответственно количество панелей надо меньше. А это влияет на конечную стоимость домашней электростанции от солнца.

Необходимо помнить, что эффективность панелей держится на уровне 12–14%. То есть, если солнечная эффективность для вашего региона составляет 20 кВт-час/м², тогда только панель площадью 0.7 м² будет отдавать 1.68 кВт-час. Дальше всё просто. Если потребность в электричестве примерно 80кВт-час/месяц нужно 48 панелей, на которых и будет эффективно работать солнечная станция.

Шаг 2: Выбор аккумуляторов

Все солнечные панели являются источниками постоянного тока. Электроэнергию они генерируют только днем. Если есть желание подключить нагрузку постоянного тока днем, то с этим нет никаких проблем, можно подключиться непосредственно от панелей. Но сделать это – не самое хорошее решение, потому что:

• Большинству приборов необходимо постоянное номинальное напряжение для эффективной работы. Передаваемое солнечными панелями напряжение и ток непостоянны. Они меняются в зависимости от интенсивности солнечного света, пасмурная погода – «не есть хорошо».
• Если вы хотите включить что-то ночью, то это что-то попросту не включится.

Указанная проблема решается использованием аккумуляторов, для накопления энергии в дневное время, и использования её в ночное. Существует много видов аккумуляторов. Аккумуляторы «открытого типа» с жидким электролитом, к которым относятся автомобильные аккумуляторы – предназначены для выдачи высокого тока в течение небольшого промежутка времени. Они не предназначены для глубокого разряда, у них задачи другие. Аккумуляторы для солнечных батарей являются аккумуляторами глубокого цикла, они легко переносят частичные разряды и предназначены для глубокого медленного разряда. Для солнечных электростанций хорошо подходят гелевые и литиевые аккумуляторные батареи (о том какие аккумуляторы лучше для солнечных электростанций мы писали тут).

Примечание: Перед тем как выбирать компоненты, определите, какую систему по напряжению вы хотите иметь: 12/24 или 48В. Чем выше напряжение, тем меньший ток будет в медных проводниках и тем меньше будут потери. Кроме того, чем выше рабочее напряжение, тем меньше потребуется сечение проводников. Чаще всего в качестве домашней электростанции используют системы с рабочим напряжением 12В или 24В. Это связано с тем, что часть домашних приборов можно питать напрямую от вашей электростанции, без двойного преобразования напряжения (вверх-вниз), которое приводит к потере мощности. В этом проекте рассмотрим систему 12В.

Параметры аккумулятора:

• Емкость аккумулятора рассчитывается в ампер-часах (Aч).
• Мощность (Вт)= Напряжение (В) х Ток (А). • Вт*час = Напряжение (В) х Ток (А) х Время (ч) = Вт*ч.
• Напряжение батареи = 12В (для нашей системы).

Емкость аккумулятора (Ач) = Мощность нагрузки (Вт)*Время работы (ч)/напряжение(В) = 250/12 = 20,83Ач.

Нужно понимать, что КПД аккумуляторов не может быть 100%, чаще всего КПД равен 80%. Учитывая это, имеем емкость аккумулятора (Ач) = 20,83/0,8 = 26Ач. Поскольку мы используем преобразователь напряжения, который имеет свой КПД, обычно его также принимают равным 80%, добавим его: 26/0,8 = 32,5Ач. Но и это еще не все – даже не смотря на использование аккумуляторов глубокого цикла, для продолжительного срока службы, их не рекомендуется разряжать до полной разрядки, и по-хорошему нужно оставлять хотя бы 30% заряда – чем больше оставим, тем дольше он прослужит, получается: 32,5*1,3 = 42,25Ач Округляем вверх, для того что бы получить целое число и выбираем аккумуляторы глубокого разряда емкостью от 45 ампер-часов (Ач).

На что обратить внимание при выборе солнечных батарей?

При выборе солнечных батарей для частного дома или дачи необходимо обратить внимание не только на КПД батареи, которое в современных конструкциях на основе кремниевых элементов, ограничивается величиной 20-21%, но и на суммарную мощность купленной солнечной электростанции. Она должна обеспечить электроэнергией, достаточной для потребления электросистемой дома в любую погоду

Зимой сильно снижается длительность светового дня, поэтому в регионах, где это наблюдается, необходимо делать запас мощности, чтобы батарей хватало на то время, когда солнце менее активно. Почему выработка зимой меньше? Не нужно думать, что из-за холода батарея будет хуже работать. Негативное действие на эффективность работы оказывают осадки в виде снега, которые необходимо удалять и меньшая продолжительность светового дня с высокой облачностью – именно это негативно влияет на выработку электроэнергии в зимнее время. Летом солнечная батарея генерирует меньшее напряжение, чем зимой. В жару температура на поверхности гелиопанели может достигать 50–55 °С, что снижает эффективность фотогальванических элементов.

Еще один важный момент при составлении плана “Как выбрать солнечные батареи для домашней электростанции” – эффективность финансовых вложений. Многие батареи при правильном выборе окупаются достаточно быстро, так как производимая при использовании энергии солнца электроэнергия является бесплатной. Выходное номинальное напряжение солнечных батарей кратно 12В и 24В, но бывают и 20В – это панели с 60 элементами. Фактическое напряжение на выходе гелиопанелей, как правило больше номинального. Так гелиопанель с выходным номинальным напряжение, равным 12В, в точке максимальной мощности выдает 17В, а при холостом ходе выдает 23В. Аналогично работают и батареи с номинальным напряжением на выходе 20 В и 24В. Двадцативольтовая батарея выдает напряжение на выходе 30В точке максимальной мощности и 39В – в режиме холостого хода, а двадцатичетырехвольтовая соответственно – 37В и 45В.

Типовые ошибки при выборе солнечных батарей для дома

Собирая себе солнечную электростанцию самостоятельно, чаще всего допускаются ошибки связанные с подбором оборудования, отметим основные из них:

• Не правильно подобранное напряжение аккумуляторов и солнечных батарей, используемых в одной системе;
• Использование ШИМ контроллера с 60 ячейковой солнечной панелью;
• Не учтенный температурный коэффициент, связанный изменением напряжения, при изменении температуры;
• Использование разных аккумуляторов, при последовательном подключении;
• Неверно подобранное сечение перемычек между инвертором и АКБ; 
• Пренебрежение защитными устройствами.

После подбора оборудования ошибки дилетантов не заканчиваются, поскольку впереди монтаж. При установке солнечной электростанции своими руками ошибки чаще допускаются такие:

• Неправильная пространственная установка самих солнечных батарей;
• Падение тени на ячейки от деревьев и соседних построек;
• Неверное подключение оборудования. Если в системе даже всего два АКБ, последовательное соединение могут перепутать с параллельным. Не говоря уже о нескольких АКБ, когда требуется сделать последовательно – параллельное соединение. Это касается и подключения солнечных батарей;
• Плохой контакт в электрических соединениях. Касаемо изготовления перемычек кустарным способом, без применения специального инструмента. Применение скрутки, пайки коннекторов MC4 и другие ненадежные соединения.

Это только самые распространенные ошибки, но на практике их гораздо больше. Если вы решили собирать солнечную электростанцию самостоятельно, проконсультируетесь со специалистами, это поможет избежать ошибки, сэкономить деньги и да, консультацию у нас можно получить бесплатно.

Как работает солнечная электростанция

Первые солнечные электростанции появились в США, хотя идея их создания принадлежала советскому инженеру Н. В. Линицкому. Принцип работы солнечных генераторов прост: энергия Солнца преобразуется фотоэлементами батарей в солнечное излучение, передаваемое к контролеру заряда. Постоянный ток передается на инвертор, а там, преобразуясь в переменный 220 В, идет в электрическую сеть жилища. Батареи соединены в цепь, образуя систему автономной солнечной электростанции. Избыток энергии направляется в коммунальные электросети. При нехватке энергии ее восполняют из коммунальной сети, поддерживая таким образом стабильный режим напряжения и силы тока.

Солнечная панель из диодов

Для изготовления панели можно использовать диоды в металлических и стеклянных корпусах. Первый вариант мощнее, но более трудоемкий. Второй — проще, хотя для достижения такой же мощности понадобится больше элементов.

Панель из диодов в металлическом корпусе

Диоды КД203

Если говорить о максимальной мощности, которую можно получить с одного кристалла полупроводника, то лучшими в этом отношении будут диоды серии КД203 (КД2010).

При ярком солнечном свете один кристалл способен выдать напряжение порядка 0.7 В при токе до 7 мА.

Чтобы вынуть кристалл кремниевого полупроводника и «открыть» его для освещения, надо:

• аккуратно разбить керамику и освободить верхний контакт;
• раскрыть корпус, сняв с основания «крышку»;
• разогреть диод до температуры плавления олова, которым к кристаллу припаяны контакты;
• освободить от верхнего жесткого контакта кристалл, а вместо него припаять гибкий проводник.

Диоды средней мощности в металлическом или металлостеклянном корпусе серии Д7, Д214, Д215, Д226, Д237, Д242-Д247 разбирать проще. Сначала бокорезами обрезают жесткий контакт и часть корпуса в виде трубки со стороны анода. А затем вставив нож в шов между основанием и крышкой, открывают корпус. Для облегчения процесса можно предварительно слегка сжать фланец корпуса в тисках, чтобы раскрылась щель между основанием и крышкой.

И эту процедуру надо выполнить с каждым диодом, а их должно быть несколько десятков. В реальных условиях напряжение на одном кристалле будет ниже максимума раза в полтора — около 0.5 В. Чтобы получить на выходе 5 В, надо последовательно соединить в блок 10 кристаллов.

Приблизительно такое же соотношение максимальной и реальной силы тока — рассчитывать надо на величину 4-5 мА. Чтобы «нарастить» силу тока и повысить мощность солнечной батареи, надо параллельно соединить на панели несколько таких блоков.

Сама панель должна иметь вид решетки из расположенных в несколько рядов ячеек двух разных диаметров, расположенных поочередно. Большое отверстие — для посадки корпуса, меньшее — для гибкого проводника, которым соединяют в цепь расположенные рядом диоды. Такая заготовка для диодов в металлическом корпусе без крышки глядит так:

Возможны и другие варианты конструкции панели, но принцип прежний — последовательно-параллельное соединение элементов. Принцип как сделать солнечную батарею из диодов был описан еще в советское время. Ниже приведено фото иллюстрации тех времен, на которой показаны способы разборки элементов и принципиальная схема соединения:

Панель из диодов в стеклянных корпусах

Эти элементы менее мощные и способны «генерировать» токи менее одного миллиампера, но их достоинство в том, что кристалл полупроводника не надо «открывать».

К таким относятся диоды Д223Б, которые способны при оптимальной ориентации относительно яркого солнца выдавать напряжение около 0,3 В, что почти сопоставимо с более мощными аналогами.

Пошаговый процесс изготовления солнечной панели выглядит так:

• помещают на некоторое время диоды в емкость с растворителем;
• достают из растворителя элементы и счищают с них размягченную краску;
• сгибают под 180° выводы анодов (это необходимо для правильного положения кристалла полупроводника относительно плоскости монтажной платы;
• монтируют на монтажной плате элементы, объединяя их в последовательно параллельные группы согласно схеме соединения.

Вот так выглядит панель, состоящая из 9 параллельно соединенных блоков по 12 элементов в каждом:
Как видно, помещенная на солнце, она выдает напряжение в 2.5 В, а ее мощности хватает, чтобы полностью зарядить за 2 часа ионистор емкостью 0,47 Ф.

Установка фотоэлементов

Устанавливаются они по специальной методике:

• для увеличения производительности выставляется под углом 90 градусов к падающим лучам поверхность блоков;
• допустимая погрешность (учитывая, что Светило движется) от перпендикулярного положения не может превышать 15 градусов;
• при всесезонном пользовании электростанцией, необходимо угол выставить относительно широты в столько же градусов, но со знаком «+», т.е. +15 градусов;
• если предполагается пользоваться станцией только в жаркое время, отталкиваются от значения угла в – 15 градусов.

• Только, установив солнечную батарею под углом в 90 градусов к падающим лучам, можно рассчитывать на максимальную эффективность. Увеличить отдачу до полутора раз возможно, если батарею солнечную закрепить на поворотном устройстве, способном двигаться вслед за перемещением Солнца. Способ рассчитан на небольшие конструкции.

Мощность и количество

Определить, какое количество солнечных панелей необходимо, следует по средней и максимальной мощности потребления. Среднюю легко найти в счетах за электроэнергию – месячное потребление делится на количество дней в месяце. Максимальное находится суммированием мощностей всех имеющихся в доме электроприборов.

Кроме мощности потребителей необходимо учесть:

• Время работы солнечных батарей. Как правило, принимается равным 6 часам, соответственно, мощность генерации нужно кратно увеличить.
• Потери на преобразование при зарядке аккумуляторов и получении переменного напряжения на инверторе. С их учетом необходим запас по мощности не менее 30%.
• Пиковые токи. Например, при средней мощности стиральной машины 500 Вт при работе нагревателя может потребляться до 2 кВт. При пуске насосов или других двигателей, пусковые токи могут превосходить номинальные значения в 5-6 раз. Конечно, львиную долю примут на себя аккумуляторы, но запас модулей по току в 20-30% не помешает.
• Географию и погодные условия местности – коэффициент инсоляции. Найти его для зимнего и летнего времени можно в справочниках.

После расчета необходимой мощности генерации рассчитывается мощность, отдаваемая одной батареей:

P = Kc * Wn * Ki

Где:

• Кс – стандартный сезонный коэффициент, 0.5 для лета и 0.7 для зимы.
• Wn – мощность панели, заявленная производителем.
• Ki – коэффициент инсоляции, также берется для лета и зимы.

Рассчитанную необходимую мощность генерации делят на оба (летнее и зимнее) значения. Наибольшее из двух чисел будет минимальным количеством панелей, которые потребуются для электроснабжения дома.

Мнение эксперта
Торсунов Павел Максимович

Окончательно принимают ближайшее число кратное 2 для системы с выходным напряжением 24 В, 4 – для 36 В, 4 – для 48 В.

Как подобрать сетевую солнечную электростанцию

В принципе, мощность сетевой электростанции не обязательно должна быть равна энергопотребности домохозяйства — при недостатке энергии СЭС автоматически доберет ее из централизованного источника, а при избытке возможна продажа излишков, как уже говорилось выше. Но если требуется подобрать станцию таким образом, чтобы ее выработка соответствовала потреблению, необходимо собрать данные об энергопотреблении домохозяйства с учетом сезонности, а также выяснить, сколько фотоэлектрических модулей можно разместить на кровле с учетом ее особенностей. Подробную инструкцию можно посмотреть здесь, а в случае затруднений проще всего будет проконсультироваться у специалистов компании, в которой вы намерены заказывать систему. Возможно, в вашем конкретном случае будет иметь смысл установить не сетевую, а гибридную солнечную электростанцию — специалисты подскажут, как это реализовать.

Контроллер

Избранные модули имеют напряжение 29 В. Для них подходящим контроллером является MPPT. Он снабжен функцией отслеживания максимума мощности. А также может снижать напряжение. То есть, функционирует при различных параметрах напряжения на солнечных элементах и аккумуляторах.

Батарея фотоэлементов при максимальной мощности должна вдвое превышать этот параметр на комплекте батарей. Такое соотношение весьма желательно. Тогда КПД преобразования в контроллере выдаст максимум.

• Ветровые электростанции для дома — плюсы, минусы и обзор лучших современных моделей (105 фото)

• Биогазовая установка своими руками — пошаговое описание производства, 130 фото и видео описание биогазовой установки

• Как сделать ветрогенератор на 220В своими руками: пошаговое описание изготовления самодельных ветряков (схемы, проекты, фото и видео)

При выборе этой детали мощность солнечной батареи по паспорту делят на аккумуляторное напряжение. Получится ток зарядки по максимуму. Контроллер должен постоянно выдерживать это значение.

Виды и принцип работы: СЭС электростанция

Современные СЭС конструктивно отличаются друг от друга, хотя технологический процесс выработки энергии одинаков.

Виды СЭС:

• Башенные конструкции;
• Тарельчатые электростанции;
• СЭС на параболоцилиндрических концентраторах;
• Солнечные станции с фотоэлементами или солнечные генераторы;
• Вакуумные электростанции.

Башенные СЭС отличаются специальной башней в центре элементов. В ее верхней точке установлен бак с водой, выполненный из жаропрочного металла и покрытый черной краской. Вокруг башни располагаются множество зеркал, уложенных с расчетом отражения солнечных лучей на резервуар. Вода нагревается до высоких температур и начинает конденсировать. Пар подается на турбины и вращает генераторы, вырабатывающие ток. Такие конструкции подают высокую мощность.

Единственным минусом являются большие площади занимаемой конструкцией и не возможность выработки энергии в ночное время. Принцип работы тарельчатых станций аналогичен башенной СЭС. Разница заключается в конструкции. В данном варианте используют отдельные модули из зеркал, включающие отражатель и приемник с жидкостью. Приемник соединен с генератором пара, который вырабатывает электричество. Одного модуля будет достаточно для небольшого частного дома. В промышленных масштабах используют сотни приборов.