Особенности подбора солнечных панелей для дома
Расчет требуемой мощности станции можно выполнить самостоятельно. Хотя лучше будет лучше купить панель или договориться с фирмой по установке СЭС, чтобы они провели замеры определенной батареи для будущей станции. Так будет оценена эффективность производства электроэнергии в определенном месте. Как правило, фирмы эти замеры делают предварительно и предоставляют их своим клиентам. Если у панелей выработка оказалась высокой, они подойдут для электростанции.
Помимо мощности, стоит обратить внимание на другие показатели:
- срок гарантийного обслуживания;
- эффективность функционирования панелей;
- температурный коэффициент.
Прочитать о них можно в техпаспорте панели. Продуктивность панели напрямую зависит от эффективности и обратно от температурного коэффициента. Гарантия в большинстве случаев предоставляет на 5–10 лет эксплуатации.
История происхождения
Солнечные батареи применяют для создания автономного электроснабжения в доме.
Повышают эффективность системы отопления энергией солнца — нагревают воду в змеевике из труб, подключенном к душу на даче. Генерацию пара обеспечивают комплектом зеркал, концентрирующих лучи на стенках бака.
Фотоэффект при облучении электролитического раствора впервые обнаружил А. Беккерель в 1839 г. Следующий список отражает вклад других исследователей:
- Г. Герц (1887 г.) — открытие внешнего фотоэффекта;
- Томсон (1898 г.) — экспериментальное подтверждение возрастания силы тока при увеличении освещенности контрольной зоны;
- Ф. Леонард (1902 г.) — регистрация зависимости образованной энергии от частоты облучающего сигнала;
- А. Эйнштейн (1905 г.) — формулировка физических принципов явления.
Преобразование солнечной энергии в электрический ток выполняется без промежуточных этапов. Отсутствие теплоносителя определяет более высокую эффективность фотоэлектрической панели.
Как работают солнечные панели зимой
Добрый день. Продолжу рассказывать о использовании панелей. Один из часто задаваемых вопросов — А как же они ведут себя зимой? Их же снегом заносит и солнца почти нет. Ну что же попытаюсь показать на фото как они себя ведут. И так ночью шел снег, на утро панели выглядели так:
После снегопада, если ветер дует, как это сказать то, если ветер дует в рабочую сторону панелей то их может припорошить как на фото, бывает сильнее, бывает слабее. Ну вот и солнышко встает.
Похоже будет изредка выглядывать, почти по всему небу какая то дымка и только на востоке более, менее чистое небо.
Пойду посмотрю на приборы. Было свободное время, включил в цепь панелей амперметры, все таки интересно что они там дают по току в зависимости от условий. Пока установил их в коробку из под студийного микрофона, немного кривовато получилось, ну да ладно, потом куплю пластиковый щиток и установлю их туда. А да еще в планах попробовать включить в цепь реле выбора фаз, для автоматического переключения на сеть когда сядут АКБ или наоборот. Ну а пока амперметры выглядят так:
Через часик солнце поднялось повыше, даже облачка пропали. Выхожу посмотреть как там панели.
А панели нормально, когда солнце выглядывает из за туч снег с них очень быстро сползает. Тут дает о себе знать «зимний» угол установки панелей почти 70 градусов. Ну пойду посмотрю на амперметры.
Ток увеличился, хотя я ожидал что будет больше. Только полез все проверять, блин вспомнил, у меня же АКБ полностью заряжены, вот контроллер ток и ограничивает. Врубаю мощную нагрузку, о и ток от панелей тоже растет
И еще, амперметр слева стоит на монокристаллической панели, думаю что это она меньше выдает, пошел опять смотреть на панели, ага, на монокристаллическую падает тень от столба возле дома (сразу даже не обратил внимание поэтому и не сфотографировал), а монокристалл не любит такой частичной затененности, что естественно сказывается на выработке
Ну, а теперь выводы. Панели работают замечательно, особенно если выглядывает солнышко то заражают мои два АКБ по 60АЧ ( соединенные в батарею на 24V) очень быстро. Монокристаллическую панель наверное перенесу чуть дальше, где до нее не будет доставать тень от столба. Два АКБ по 60АЧ маловато, а если точнее выразиться то маловато если использовать постоянно, лучше парочку по 100АЧ или гулять так гулять по 200АЧ, будем над этим работать. Да и вот еще у меня есть парочку свободных АКБ по 75АЧ думаю объединить их с АКБ на 60АЧ соорудив «развязку» типа такого
Вместо «ГЕН» естественно будет панель. Ну вроде пока все, жду замечаний и предложений.
Что такое солнечная инсоляция и от чего она зависит
Основных факторов, влияющих на количество солнечного света, падающего на поверхность земли, всего три:
- широта местности;
- климатические особенности региона;
- время года.
Из-за изменения угла падения лучей в южных широтах инсоляция выше. Существенную поправку может внести климат – работа солнечных электростанций продуктивнее там, где минимальное количество пасмурных дней. Это хорошо заметно на карте, где некоторые регионы восточной Якутии получают за год на 30-40% больше света, чем расположенные на той же широте Санкт-Петербург или Норильск.
Снижает продуктивность фотоэлектрических панелей и жара. Большинство современных кремниевых ячеек теряют 0,5% эффективности при повышении температуры на каждый градус выше 25°С.
Низкие температуры на производительность СЭС не влияют.
Последним и самым существенным фактором влияния является время года. Поскольку солнце зимой стоит низко, в декабре и январе инсоляция примерно в 5 раз меньше, чем в июне и июле. Это необходимо учитывать, если предполагается круглогодичное использование станции. В таких случаях мощность солнечной электростанции должна быть достаточной, чтобы при минимальной производительности в зимние месяцы обеспечивать нужную владельцам генерацию.
Способы установки
Установка солнечных батарей на крыше в частных домах производится двумя способами:
- заключается договор со специализированной организаций
- производится установка солнечных батарей своими руками
Монтажные компании
Первый вариант позволяет получить профессиональный и качественный монтаж, но требует немалых расходов и затрат времени, так как во время выполнения работ придется находиться дома. Необходимо учитывать, что установка солнечных батарей на крыше в частных домах, цена которой зависит от степени сложности и прочих факторов, может составить весьма значительную сумму.
Этот способ подойдет только для людей, не имеющих никакого представления о монтажных работах, или не имеющих возможности их выполнить. В любом случае, необходимо заранее выяснить, сколько стоит установить солнечные батареи в частном доме, какие фирмы этим занимаются, почитать отзывы. Это позволит избежать неприятных последствий.
Своими руками
Если выбран вариант самостоятельно установить солнечные батареи для дома, цена комплекта существенно уменьшится. Однако, потребуется время, определенные усилия и инструменты. Порядок монтажных работ всегда подробно излагается в инструкции к комплекту, перед тем, как установить солнечные батареи для дома, необходимо внимательно изучить ее и в точности следовать указаниям. Необходимо учесть толщину снежного покрова в зимнее время, выяснить частоту сильных ветров и их преобладающее направление, обеспечить отвод дождевой воды. Все эти вопросы оказывают значительное влияние на работоспособность и сохранность панелей, поэтому пренебрегать ими нельзя.
Как устроены солнечные батареи?
Стандартная солнечная батарея состоит из алюминиевой рамы, солнечных элементов, специального стекла, подложки, токоведущих жил и распределительной коробки.
Рис. 1 Устройство солнечной батареи
Рама панели – алюминиевая конструкция, придающая жесткость изделию и образующая основу для остальных деталей батареи. Солнечные элементы – кремниевые полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи, выращиваемые, как правило, монокристаллическим или поликристаллическим методом. Использование полупроводниковых преобразователей дает возможность прямого, одноступенчатого преобразования энергии, что позволяет использовать солнечные батареи наиболее эффективно.
В солнечной батарее используется фотовольтаический эффект, возникающий в неоднородных полупроводниковых структурах при контакте с солнечным излучением. Неоднородность полупроводникового слоя солнечной батареи достигается легированием одного полупроводникового слоя различными примесями или соединением нескольких слоев полупроводников с различной шириной запрещенной зоны – созданием гетеропереходов. Также методом получения неоднородных кремниевых полупроводников является изменение химического состава полупроводника. Эффективность использования фотопроводника характеризуется оптическими свойствами проводника, одним из которых является фотопроводимость. Потери энергии при работе солнечных батарей связаны с несколькими процессами: частичным отражением солнечных лучей от поверхности преобразователей; прохождением части лучей, через фотопреобразователи без поглощения в них; рассеянием избыточной энергии фотонов на тепловых колебаниях решетки; внутренним сопротивлением преобразователей.
Основы работы солнечной панели
Солнечная панель, по-простому говоря, — группа фотопластин, соединенных между собой. Солнечные лучики, оказываясь на фотоэлементах солнечной панели, генерируют электрическую энергию. И как следствие, вырабатывается постоянный электрический ток. Но для бытовых целей такой ток бесполезен, поэтому в систему включен еще один прибор — инвертор. Его задача преобразовать постоянный ток, вырабатываемый гелиопанелью в переменный, который уже можно применять для бытовых целей.
Но, не все панели одинаковы. Основной показатель солнечной батареи — из какого материала она изготовлена. А их несколько:
- поликристалл кремния — самый применяемый проводник, который удачным образом сочетает и доступную цену, и отличные эксплуатационные параметры. Их, кроме всего, можно установить самостоятельно, что называется своими руками. Они легко распознаются по ярко-синему цвету поверхности панели;
- монокристалл кремния — гораздо выше по производительности, но и себестоимость изготовления на порядок выше. Для промышленных систем малопригодна из-за своей формы в виде многоугольника. Такая форма не имеет физической возможности плотной компоновки фотоэлементов — неизбежно появляются зазоры. А это сокращает полезную площадь;
- аморфный кремний — самый малоэффективный тип кремния, но и самый недорогой. Может пригодиться, если от батареи не ожидают предельно больших мощностей;
- теллурид кадмия — наносится на стеклянную плоскость, толщиной 0.6 мм. Такой пленочкой (непрозрачной или частично прозрачной) можно затонировать оконное стекло;
- CIGS — также пленочный полупроводник, но по сравнению теллуридом кадмия располагает более высоким КПД.
Материалов для изготовления панелей, как видим, достаточно много. Какой установить? Для этого нужно определиться с вашими финансовыми возможностями и какой эффект от применения такого типа солнечных панелей вы ожидаете. Так дорогие монокристаллы могут выдавать до 125 Вт, а недорогой аморфный кремний — 50 Вт.
Наиболее популярны батареи из монокристаллического и поликристаллического кремния. Монокристаллы обладают КПД на уровне 13 % с большим сроком эксплуатации — порядка 32 лет. Но надо учитывать, что их производительность чрезвычайно зависит от влияния погоды. Ясный и солнечный день дает возможность выжать из таких панелей максимальный КПД, но при пасмурной погоде этот показатель стремительно падает.
Поликристаллы не такие эффективные — КПД на уровне 9 %. С пониженным сроком эксплуатации — около 20 лет. Но погодные условия практически не влияют на их производительность.
Качественные характеристики
Размер солнечной панели обычно составляет 1-2 м², показатель мощности при этом — 220-250 Вт.
На основании качественных характеристик все фотоэлементы делятся на несколько категорий:
- Grade A. В них применяется самый чистый кремний, качество — самое высокое. Микротрещины и сколы полностью отсутствуют. Модули аккуратные, имеют одинаковую цветовую гамму. Отличаются минимальным процентом деградации и максимальным КПД. После проведения PID теста (теста на старение) происходит снижение мощности не более чем на 5%.
- Grade B. Эти фотоэлементы имеют дефекты во внешней или внутренней структуре. После PID теста мощность снижается не более чем на 30%.
- Grade C. Присутствуют трещины и сколы, неравномерность цвета, низкая цена. Не рекомендуется применение в жилых домах по причине низкой производительности и малого срока годности. Фиксируется снижение мощности более чем на 30%.
- Grade D. самое плохое качество, сильные дефекты, маленькие размеры, слабая степень надежности. Их использование очень нежелательно, невзирая на минимальный ценник.
Для максимальной эффективности к приобретению можно рекомендовать панели уровня А и B. В крайнем случае — С, если есть нужда в альтернативном источнике энергии для небольшого производственного помещения, который будет использоваться не регулярно, а время от времени.
Виды солнечных зарядок
Что касается внешнего вида – здесь уже производители постарались не только разнообразить цветовую гамму и форму устройств, а и сделать девайс максимально удобным для применения в различных ситуациях. Рассмотрим самые популярные варианты.
Моноблок – компактное устройство из панели и накопителя, заключенных в твердом корпусе из металла или пластика. Такой прибор «спасет» разряженный телефон на пляже или пикнике и не займет много места в обычной сумке.
Моноблоки удобны для повседневной жизни – много места они не занимают и могут заряжаться не только от солнца, а и во время работы на ноутбуке или компьютере
Гибкая панель – тонкая складывающаяся или разворачиваемая панель с фотоэлементами. Она занимает мало места в багаже, да и весит намного меньше своего твердого конкурента, заключенного в корпус. Но, несмотря на приличную площадь «охвата», гибкие пластины накапливают солнечный заряд почти в два раза медленней, чем моноблоки.
Кроме того, большинство панелей работает только от прямых лучей солнца, не накапливая энергию впрок – у них отсутствует встроенный аккумулятор. Впрочем, всегда можно доукомплектовать свою зарядку внешним накопителем требуемой мощности.
Так что гибкие панели – это хороший вариант для решения вопроса с подзарядкой маломощных приборов при «стационарном» отдыхе – на даче, рыбалке, с палаткой. А вот для пешего путешествия лучше присмотреть другой вариант.
Во время движения гибкую панель можно компактно сложить и поместить в багажник или прикрепить на крышу автомобиля, а на привале – просто расстелить под солнечными лучами
Встроенная зарядка – устройство состоит из солнечных батарей, которые крепятся к внешней стороне сумок или туристических рюкзаков. Они позволяют подзаряжать приборы прямо во время пути или накапливать заряд во встроенном аккумуляторе.
А еще такой аксессуар можно использовать по прямому назначению – для переноса любых предметов или той же электроники, что очень удобно для тех, кто увлекается пешим туризмом или работает под открытым небом.
Хотя «энергорюкзаки» выглядят привлекательно и стильно, но с таким же успехом можно временно прикрепить на сумку и любой другой вид зарядки (многие модели даже оснащены специальными карабинами) и не волноваться за сохранность устройства во время дождя или чистки
Раскладушки – это могут быть как несколько гибких панелей, компактно сложенных «стопкой», так и вариация из двух моноблоков, заключенных в жесткий корпус в форме раскрывающейся книжки.
Главная цель такого устройства – минимизировать «захват» полезной площади в объеме вашего багажа и увеличить КПД за счет большего количества фотоэлементов. Приятный бонус – большинство моделей комплектуются креплениями на рюкзак или автомобильное стекло.
Размер «раскладушки» можно подобрать исходя из ваших потребностей: чтобы заряжать мобильный, достаточно устройства размером с сам телефон, а вот для ноутбуков и планшетов панель даже в сложенном состоянии будет не меньше листа А5
Но вне зависимости от дизайна, все солнечные зарядки работают по одинаковому принципу, поэтому рассмотрим важные технические нюансы, которые помогут при покупке прибора.
«Солнечная крыша» как вариант кровельного покрытия
Многие из загородных жителей, особенно в южных регионах, не прочь поставить на крышу своего коттеджа солнечные батареяи. Традиционно солнечные батареи устанавливаются на крыше дома, но есть люди, которые считают, что фотоэлементы портят внешний вид дома, особенно, если в качестве кровельного покрытия использованы элитные материалы. Солнечная крыша — новое изобретение, которое решает эту проблему.
Как результат, даже домовладельцы, располагающие средствами для монтажа солнечных батарей, не ставят их на крышу или вынуждены отводить место на участке под установку фотоэлектрических панелей.
Решение проблемы предлагает изобретатель из Калифорнии Зак Тейлор. Он разработал систему, объединившую в себе высокоэффективные солнечные батареи и классическую фальцевую кровлю.
Зак Тейлор
Однажды мне в голову пришла идея. Любому загородному дому нужна электрическая энергия и красивая крыша, надо объединить их вместе!
Система представляет собой многослойную систему (пирог изнутри наружу), состоящую из следующих компонентов:
- Скрытая система крепления.
- Оцинкованная металлическая подложка, имитирующая фальцевую кровлю (характерные рёбра).
- Солнечные батареи.
- Специальная оптическая плёнка.
- Сверхпрочное закалённое стекло.
«Невидимость» солнечных батарей на крыше достигается за счёт применения плёнки, которая находится под стеклом и которая может быть окрашена в разные цвета.
Т.е. фотоэлементы работают, как обычные батареи. Лучи солнца беспрепятственно проходят сквозь стекло и пленку и попадают на фотоэлементы, но создаётся полная оптическая иллюзия, что крыша покрыта фальцевой кровлей.
Чтобы понять, что крыша «стеклянная», нужно смотреть на неё в ясный день, на расстоянии и строго сверху вниз.
Зак Тейлор
Сверхпрочное стекло выполняет защитную функцию (в случае града и т.п.). Мы также предусмотрели воздушный зазор, который сделан между основанием крыши и фотоэлементами. Благодаря этому осуществляется вентиляция подкровельного пространства, а система не перегревается в жаркие дни.
По словам разработчиков «солнечной крыши», гарантия на систему составляет 40 лет. На выбор доступно 8 цветовых вариантов окрашивания панелей, это полностью готовый продукт. С монтажом солнечных панелей на крыше легко справится тот, кто разбирается в нюансах строительства крыш и укладки кровельных покрытий.
Зак Тейлор
Кровля из солнечных батарей эстетично выглядит и отлично смотрится на коттедже любого дизайна: от хай-тека до классики. Домовладелец раз и навсегда избавлен от «головной боли», как смонтировать солнечные панели так, чтобы не испортить дорогое кровельное покрытие. Вся крыша дома сделана из солнечных батарей! Фотоэлементами покрыта вся ее площадь, за счёт чего повышается КПД системы и количество вырабатываемой ею электроэнергии.
Для эффективной работы панелей в зимнее время, в систему можно установить функцию подогрева кровли. В этом случае снег будет таять и не закрывать аккумуляторы.
На данном этапе устройство проходит финальные испытания. Запуск изделия в серийное производство и продажа намечены на 2020 год.
На FORUMHOUSE есть статья, где собран практический опыт пользователей портала по строительству автономного дома применительно к нашему суровому климату и условиям эксплуатации.
Также рекомендуем материалы, где описывается крыша с интегрированными солнечными коллекторами и внешне неотличимая от сланцевой кровли, и необычная отопительная система «тёплый потолок».
Также советуем посмотреть видеосюжет о том, как работает гелиоколлектор и воздушный тепловой насос.
