Солнечные батареи для дома: принцип работы
В России и других странах с холодной зимой многие сомневаются в эффективности работы подобных установок, поскольку много дней в году солнца не бывает, поэтому накопленная за теплое время солнечная энергия при сильных морозах быстро растратится.
Однако подобные установки обладают достаточно большой мощностью, которая составляет от 200 Вт для одного модуля, они способны производить энергию в течение всего светового дня и способны ловить свет даже при осадках или густых облаках. Единственный минус – это снижение мощности в непогоду примерно в два раза. Но, с другой стороны, солнечные батареи обладают способностью накапливать энергию, которая будет отдаваться при недостаточном солнечном свете.
Новое поколение установок на основе аморфного кремния отличается от предыдущего тем, что такие батареи не нужно направлять на солнце, для их нормальной работы будет достаточно и средней области. Но они имеют существенный недостаток – под их размещение нужно выделять большую площадь. И производительность на севере России будет значительно ниже, чем в Крыму или Краснодарском крае. Но при этом в том же Санкт-Петербурге их все равно можно использовать с успехом целый год.
99bb6505f517bf2bc42ed72c803598c1.jpe 4e759665bff08246cc552a491745eeb9.jpe
6793705111331a3c99e99d626ef7d14a.jpe
4e5d67ed86018253260bc43e136410ef.jpe
Принцип работы установок следующий:
- генераторами электричества в солнечных батареях выступают модели, которые ловят солнечную энергию. Они работают на основе фотоэлектрических реакций и вырабатывают ток по принципу эмиссии нагретых тел;
- панели сделаны на основе кремния. Коэффициент полезного действия одной панели составляет примерно 30 процентов при мощности в 300 Вт. А чтобы получить лучший результат, несколько десятков элементов объединены в цепи, благодаря чему установки способны работать при средней облачности;
- чтобы температура в доме площадью в 30 квадратных метров в течение года была комфортной, общая площадь модулей должна быть как минимум 100 квадратных метров, а в самом доме нужно ставить аккумуляторы и распределительное оборудование. Судя по отзывам владельцев частных домов, это одно из труднейших условий для установки солнечных батарей.
2 Плюсы и минусы
Система, позволяющая обогреть дом солнечной энергией, имеет большое количество положительных качеств. Каждое из них довольно весомое, что позволяет жильцам экспериментировать. Главные достоинства батарей заключаются в следующем:
- 1. Экологичность. Установка абсолютно безопасна как для жильцов, так и для окружающей среды. Это связано с тем, что для обогрева дома солнечными батареями не используется традиционное топливо.
- 2. Автономность. Потребитель совершенно не зависит от цен на электроэнергию или экономической обстановки в стране.
- 3. Общедоступность. Чтобы установить систему в частном доме, не требуется никакой разрешительной документации от государственных инстанций.
- 4. Экономичность. При использовании коллекторов значительно снижаются затраты на горячее водоснабжение.
Кроме положительных аспектов существуют и отрицательные моменты. Например, чтобы определить, насколько качественно и эффективно работает система, требуется длительное время (от 3 до 5 лет). В этот период энергии должно быть в достаточно и использовать ее необходимо в активном режиме. К минусам солнечных батарей можно также отнести следующие факторы:
- высокая стоимость комплектующих деталей, необходимых для подключения и запуска конструкции;
- количество произведенного тепла полностью зависит от географического положения и погодных условий;
- жилье нуждается в резервном источнике (газовом или твердотопливном котле).
Стоит также учитывать, что подобные системы подходят не всем. Например, в регионах, где солнечные дни наблюдаются редко, конструкция вряд ли себя оправдает. Но, несмотря на высокую стоимость, пластины пользуются большой популярностью, поэтому все чаще их можно увидеть на дачных участках и крышах домов.
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
Опыт использования солнечных вакуумных коллекторов из других стран
Sub**r, Беларусь
С октября до Нового Года вода в накопителе больше 16 градусов не нагревалась, коллектор задуло снегом, говорят, что установлен неправильно. 7 января на улице было -32, но датчики и контроллер показали, что к 12 дня вода нагрелась до +30. Наверное, мало трубок поставил, у нас на бак в 200 литров лучше 30-40 устанавливать.
Собирал все сам, может есть и просчеты, но думаю, что продавцы оборудования лукавят с эффективностью. Хотя для меня это скорее эксперимент, цена и сроки окупаемости не совсем радуют.
9eb8830d456fc3e23a515ef9402c382a.jpe
I***rs
Решили заняться продажей солнечных коллекторов и протестировать вакуумный. Поставили коллеге в частном доме. Выбрали из расчета необходимости – для горячей воды, с раздельным баком, который установлен внутри дома. Бак на 135 литров, один коллектор на 12 трубок 58 мм диаметром и 1800 мм длиной.
«Владелец» доволен, так как бак, коллектор, контроллер и блок управления дали ему бесплатно. Остальные расходники сотрудник докупал сам.
С июля до середины октября коллектор нагревал один бак за день до 50 градусов, если постоянно было солнечно – 2 бака. То есть, 135 и 270 литров соответственно. Зимой нагрев идет весьма эффективно, судим по количеству срабатываний насоса на прокачку. С установкой мы ошиблись – большая протяженность труб (около 30 метров), а значит и большие потери. Да и установка датчика неправильная – поставили в коллекторе, а не в баке. Вообще в идеале нужно два ставить, чтобы коррелировать данные через контроллер.
Дмитрий, Беларусь (переслано из комментариев)
Поставили недалеко от дома два вакуумных коллектора по 24 трубки. Для отопления маловато, но на горячую воду хватает. Вода – просто кипяток. Монтажники помогли подключить к системе отопления для подогрева воды, после чего до нужных 70 градусов газовым котлом.
Экономия налицо, расход газа упал на 30-40%. Пройдет зима, посчитаем окупаемость. Единственная проблема – поставили под углом 45 градусов. Подняли в положение ближе к вертикали – производительность выросла. Но температура нагрева зависит от облачности. Также влияют туманы по утрам – в такие дни медленнее прогревается бак. А так, вполне довольны.
Можно ли оптимизировать солнечные панели для работы зимой?
Зимой оптимальный угол наклона к горизонту как солнечных батарей, так и солнечных коллекторов будет больше, из-за того, что Солнце зимой более низко над горизонтом. Для того, чтобы получать максимальное количество энергии и зимой, нужно менять угол наклона солнечных батарей или коллекторов. В нашем ассортименте есть специальные монтажные конструкции для солнечных батарей, которые позволяют менять угол наклона в пределах 15-30 или 30-60 градусов. Еще больше энергии можно получить при помощи трекеров, которые следят за ходом Солнца в течение дня. Однако, большинство систем установлены с фиксированным углом наклона (особенно это относится к солнечным коллекторам, т.к. у них сложнее менять угол наклона из-за трубопроводов). Значения углов наклона для максимальной выработки энергии в различные сезоны года и в среднем за год рассматривается в статьях Угол наклона и направление и Натурные испытания оптимального угла установки СБ.
Влияние снега на работу солнечных батарей
Проблемы, которые может причинить снег солнечным батареям, обычно минимальны
Однако, нужно обратить внимание на следующие моменты, если в вашем регионе снежные зимы и у вас на крыше установлены солнечные батареи:. Чистка солнечных батарей от снега — при правильной установке занимает не больше времени, чем расчистка от снега дорожек. Чистка солнечных батарей от снега — при правильной установке занимает не больше времени, чем расчистка от снега дорожек
Чистка солнечных батарей от снега — при правильной установке занимает не больше времени, чем расчистка от снега дорожек
- Все солнечные панели рассчитаны выдерживать определенный вес, и снеговая нагрузка обычно гораздо меньше максимально допустимой. Все солнечные панели тестируются под давлением на производстве, чтобы быть уверенным в их сроке службе и качестве. Посмотрите на характеристики солнечной панели, обычно в спецификации указывается максимальный вес, который может выдержать солнечная панель.
- Если снег закрывает солнечные панели, они не могут производить электричество — но для решения этой проблемы достаточно почистить солнечную батарею специальным оборудованием. Солнечным панелям нужен солнечный свет, чтобы производить электроэнергию. В большинстве случаев солнечные панели устанавливаются под определенным углом, который обеспечивает естественный сход снега с солнечных панелей. Вы можете ускорить этот процесс при помощи ручной очистки снега специальными щетками, которые не повреждают и не царапают солнечные панели.
- Морозная солнечная погода повышает выработку энергии солнечными батареями. Пока светит солнце на панели, они вырабатывают электроэнергию, зимой даже лучше, чем летом. Это значит, за 1 час солнечной погоды ваши солнечные панели зимой выработают больше энергии, чем за тот же час, но летом. Общее количество энергии, конечно же, будет меньше, потому что зимой день намного короче, чем летом, и солнечных дней меньше.
Можно ли надеяться на солнечные батареи зимой?
К сожалению, солнечные батареи и коллекторы не смогут обеспечить вас достаточным количеством энергии в зимнее время. Но некоторые системы работают на удивление эффективно и зимой.
Не надо надеяться на то, что солнечные батареи или коллекторы обеспечат ваши потребности в горячей воде или отоплении, но они помогут существенно сэкономить вам на счетах за электричество. Настолько, что ваша система окупится менее, чем за 10 лет. А если вы не подключены к электросетям и используете генератор для получения электричества, то фотоэлектрическая система окупится за срок от нескольких месяцев до 2-3 лет в зависимости от стоимости топлива и ваших затрат на капитальный ремонт или замену топливного генератора.
Даже с учетом того, что зимой на большей части России приход солнечной радиации снижается, вложения в солнечную энергосистему продолжает оставаться доходным. Более того, есть регионы, где приход солнечной радиации зимой даже больше, чем летом (например, Дальний Восток). В любом случае, солнечные батареи позволяют экономить на платежах за электроэнергию круглый год.
Эта статья прочитана 20142 раз(а)!
Преимущества и недостатки данной технологии
У любой, реально существующей системы, имеются свои плюсы и минусы, есть они и у солнечной электростанции. К достоинствам можно отнести следующие факторы:
- Автономность. Качество вашей жизни перестанет зависеть от исправности государственных электросетей. Не секрет, что периодические перебои с электроэнергией изрядно портят нервы. А если вы работаете дома, то автономное энергоснабжение вам просто необходимо, иначе отсутствие электричества может привести не только к моральным, но и к материальным издержкам.
- Вариативность. Возможность поэтапного наращивания мощности. Не обязательно сразу переводить весь дом на солнечную энергию. Для начала, будет достаточно одной панели и автомобильного аккумулятора, от которых вы с легкостью сможете запитать несколько светодиодных светильников или уличных фонарей. В качестве эксперимента и для приобретения необходимого опыта, можно начать с фонтана на солнечных батареях или электрификации кухни. Постепенно увеличивая мощность системы, можно переходить к более серьезным приборам, например, подключать вентиляторы летом и небольшой обогреватель зимой. А досконально изучив тему, можно приступать к глобальным проектам, перевести отопление на энергию солнца или запитать теплицу.
- Экологическая безопасность. В процессе производства электрической энергии в окружающую среду не выделяются вредные элементы, а при утилизации вышедших из строя компонентов, не образуются вредные соединения.
- Законность. Для закупки и установки солнечных панелей на своей крыше или прилегающем к дому участке, вам не потребуется никаких дополнительных разрешений.
- Долговечность. Если элементы в панелях качественные и подключены правильно, а сами батареи установлены по всем правилам, система прослужит вам не одно десятилетие.
Теперь о недостатках:
При нынешней ситуации с углеродными энергоносителями, переходить на альтернативные источники энергии или нет – вопрос не стоит. Тут главное, определиться, какой из возобновляемых ресурсов подойдет именно вам. Если информация из этой статьи была вам полезна, поделитесь ей с друзьями и не забудьте подписаться на наш блог, впереди еще много интересного.
Уровень инсоляции в моём районе
Живу я в Краснодарском крае, в посёлке городского типа Ахтырский. Приехал я сюда в 2002 году из города Стрежевой, Томской области. Об этом написано в статье “Об авторе”.
Недавно узнал, что город Краснодар находится на 45 параллели. Чем же она примечательна? Эта параллель является равноудалённой от Северного полюса и экватора, что определяет очень благоприятный климат. Другое её название – “Золотая параллель”.
На этой широте находятся такие известные города мира: американский Миннеаполис и итальянский Турин, канадская Оттава и французский Бордо. Наверно поэтому вина Фанагории соперничают с французскими винами. На этой же параллели расположен и посёлок Ахтырский.
В Краснодаре на улице Захарова, рядом с торговым центром “Сити Центр” установлен знак о нахождении г. Краснодара на этой параллели. Он представляет из себя трёхметровый земной глобус из гранита на котором отмечены перечисленные выше города. Рядом со знаком находиться памятная доска на которой написано, что он установлен в честь 175-летия Русского географического общества и передан в дар жителям Краснодара компанией “Магнит”.
45 параллель, памятный знак в Краснодаре
На этой же параллели расположен и посёлок Ахтырский в котором я проживаю.
Но вернёмся к нашей теме. Что же такое инсоляция?
В переводе на простой язык это значит как светит солнышко в определённом месте.
Для того, чтобы узнать какая инсоляция в разных регионах, воспользуемся данными On-line калькулятора солнечной энергии. Здесь мы получаем среднегодовую мощность за сутки и суммарную за год от солнечной панели мощностью 1 кВт.
Для разных регионов Европейской части России она выглядит так:
| № п/п | Город | Среднегодовая выработка электроэнергии, кВтч/сутки | Суммарная выработка электроэнергии за год, кВтч |
|---|---|---|---|
| 1 | Архангельск | 2,70 | 984,86 |
| 2 | Вологда | 3,05 | 1111,51 |
| 3 | Ярославль | 3,10 | 1130,90 |
| 4 | Москва | 3,23 | 1178,28 |
| 5 | Воронеж | 3,38 | 1234,88 |
| 6 | Ростов-на-Дону | 3,75 | 1369,05 |
| 7 | Волгоград | 3,78 | 1379,48 |
| 8 | Сочи | 4,00 | 1458,67 |
| 9 | Астрахань | 4,04 | 1474,22 |
| 10 | Махачкала | 4,24 | 1546,78 |
Из приведённых данных видно, что уровень инсоляции возрастает от северных регионов к южным, что вполне ожидаемо.
На карте указано место в котором я проживаю
В месте расположения моего дома среднегодовая выработка электроэнергии от солнечной панели мощностью 1 кВт составляет 3,91 кВтч/сутки, а за весь год – 1426,33 кВтч. По сравнению с Махачкалой, где самый высокий уровень инсоляции, это на 7,8% меньше, а с Сочи на 2,2% меньше, что не так уж и много.
График выработки электроэнергии от солнечной панели
Разница между июлем – самым производительным по электроэнергии месяцем и декабрём – самым низким, получается в 3,1 раза. Все эти выкладки интересны, но надо на практике проверить как работает солнечная батарея и будет ли от неё толк.
Общий принцип работы солнечной батареи
Конструкция фотоэлектрических установок состоит из большого количества фотоэлементов.
В свою очередь, они обладают способностью поглощать лучи солнца, за счет чего в их структуре происходит электрохимическая реакция.
При этом в каждом отдельном фотоэлементе образуется минимальное количество тока, который соединяется в один поток и выходит из батареи.
Одна солнечная батарея способна вырабатывать около 250 вольт.
В результате чего удается достичь нужной мощности. Если разместить батареи на площади 20-30 м2, удастся с излишком обеспечить электроэнергией дом среднестатического семейства.
Вырабатываемая в процессе химической реакции электроэнергия, поступает через контроллер на аккумуляторные батареи, затем подается через инвертор в электрическую сеть.
Внешние аккумуляторы должны иметь объем, соответствующий нерабочему времени солнечной системы, имеется ввиду темное время суток, когда снижается выработка напряжения панелями.
Видео:
При этом заряжаются аккумуляторные батареи в течение всего светового дня, как правило, в это время электричества в избытке.
Что касается функционального назначения инвертора, то устройство используется для преобразования постоянного тока в переменный ток, который впоследствии становится пригодным для питания современных электроприборов.
Вложив средства и установив солнечное оборудование один раз, можно добиться эффективной работы панелей круглый год.
При этом не исключается темное время суток, что стало возможным после разработки и производства фотоэлементов для панелей, функционирующих от инфракрасного излучения, которое имеет свойство проходить сквозь густые облака и темноту.
Особенности отопления солнечным теплом
Целесообразность устройства системы солнечного отопления у многих вызывает сомнения. Основной довод — это дорого и никогда себя не окупит. С тем, что это дорого, приходится согласиться: цены на оборудование немаленькие. Но никто не мешает вам начать с малого. Например, для оценки эффективности и практичности идеи сделать подобную установку самому. Затрат минимум, а представление будете иметь из первых рук. Потом уже будете решать стоит со всем этим связываться или нет. Вот только в чем дело: все негативные сообщения от теоретиков. От практиков не встречалось ни одного. Идет активное выяснение способов улучшения, переделок, но никто не сказал, что затея бесполезна. Это о чем-то говорит.
Теперь о том, что установка системы солнечного отопления никогда не окупится. Пока срок окупае
Если включить гелиосистему параллельно с централизованным энергоснабжением, можно сэкономить приличную сумму
мости в нашей стране большой. Он сравним со сроком эксплуатации солнечных коллекторов или батарей. Но если посмотреть динамику роста цен на все энергоносители, то можно предположить, что вскоре он сократится до вполне приемлемых сроков.
Теперь собственно о том, как сделать систему. Прежде всего, нужно определить потребность вашего дома и семи в тепле и горячей воде. Общая методика расчета системы солнечного отопления следующая:
- Зная, в каком регионе находится дом, вы можете узнать, сколько солнечного света приходится на 1м2 площади в каждом месяце года. Специалисты это называют инсоляцией. Исходя из этих данных, вы затем сможете прикинуть, сколько солнечных панелей вам необходимо. Но сначала нужно определить, сколько тепла понадобится на подготовку ГВС и отопление.
- Если счетчик горячей воды у вас есть, то вы знаете объемы горячей воды, которые вы тратите ежемесячно. Выведите средние данные расхода за месяц или считайте по максимальному расходу — это кто как хочет. Также у вас должны иметься данные о тепловых потерях дома.
- Присмотрите солнечные нагреватели, которые хотели бы поставить. Имея данные по их производительности, вы сможете примерно определить количество элементов, необходимое на покрытие ваших потребностей.
Кроме определения количества составляющих гелиосистемы, понадобится определить объем бака, в котором будет накапливаться горячая вода для ГВС. Это легко можно сделать, зная фактический расход вашей семьи. Если у вас установлен счетчик на ГВС, и вы имеете данные за несколько лет, можно вывести среднюю норму потребления в день (средний расход в месяц поделить на количество дней). Вот примерно такой объем бака вам нужен. Но бак нужно брать с запасом в 20% или около того. На всякий случай.
Принципиальная схема отопления дома с солнечными коллекторами
Если ГВС или счетчика нет, можно воспользоваться нормами потребления. Один человек в сутки в среднем расходует 100-150 литров воды. Зная, сколько человек постоянно проживают в доме, вы рассчитаете требуемый объем бака: норма умножается на количество жильцов.
Сразу нужно сказать, что рациональной (с точки зрения окупаемости) для средней полосы России является система солнечного отопления, которая покрывает порядка 30% потребности в тепле и полностью снабжает горячей водой. Это усредненный результат: в какие-то месяцы отопление будет на 70-80% обеспечиваться гелиосистемой, а в какие-то (декабрь-январь) всего на 10%. И снова-таки многое зависит от типа солнечных батарей и от региона проживания.
Причем дело не только в «севернее» или «южнее». Дело в количестве солнечных дней. Например, на очень холодной Чукотке солнечное отопление будет очень эффективным: там почти всегда светит солнце. В гораздо более мягком климате Англии, с вечными туманами, его эффективность крайне низка.
;
