Как выбрать солнечные батареи для дома

Снабжение электричеством частных домов и крупных зданий – уже давно не мечта, а современная реальность. Сегодня владельцам загородных домов доступно питание от автономного источника электричества за счет применения солнечного света. В основе таких систем электроснабжения лежит солнечная батарея, отвечающая за трансформацию энергии.

При покупке солнечных панелей следует учесть, что мощность, производимая ими, напрямую определяет стоимость всей системы. Чем больше ватт производит батарея, тем дороже она обойдется. К примеру, у 100-ваттной цена будет в два раза дешевле, чем у 200-ваттной панели.

Мощность влияет и на габаритные характеристики батарей. Модуль, вырабатывающий 200 Вт энергии, по размерам будет больше, чем 100-ваттная панель. Помимо мощности, размер модулей зависит и от их типа. Выбирая солнечные батареи для дома, обратите внимание, чтобы у энергосистемы было достаточно мощности для снабжения всех используемых электроприборов. Также следует учесть соответствие размеров панелей величине той площадки, на которой они будут установлены.

Что такое солнечные батареи

О существовании солнечных панелей известно многим. Однако не все знают, как устроены эти агрегаты. В действительности их конструкция проста, поскольку включает в себя всего несколько компонентов. В классической солнечной панели, превращающей энергию солнца в электричество, присутствуют такие комплектующие:

• Сама батарея.
• Инвертор, обеспечивающий трансформацию постоянного тока в переменный.
• Аккумуляторный прибор, снабженный аппаратом, контролирующим заряд и разряд.

Батарея, в свою очередь, имеет еще несколько компонентов. Их называют фотоэлектрическими преобразователями либо солнечными элементами. Большинство из них производится из кремния. Данные элементы могут иметь параллельные или последовательные соединения. Это свойство позволяет контролировать и менять важные параметры: напряжение, показатели мощности и силы тока. Параллельный тип соединения – предпочтительнее, поскольку он обеспечивает работу панели даже при поломке одного из элементов, правда, с уменьшенной эффективностью. При последовательном соединении это невозможно.

Для каких целей могут использоваться

Этот альтернативный источник электричества применяется для всего, что нуждается в электротоке. А именно для:

• Работы искусственного освещения в домах, школах, больницах и других сооружениях.
• Функционирования бытовых электрических приборов: холодильников, стиральных машин.
• Снабжения теплом при применении обогревателей невысокой мощности.
• Освещения садов, парков, улиц и трасс.
• Снабжения питанием медицинской техники и телекоммуникаций.
• Питания электричеством газопроводов и нефтепроводов.
• Подзарядки мобильных устройств и компьютеров с аккумуляторами.
• Снабжение электропитанием кондиционеров в жаркую погоду.
• Снабжения электричеством систем водоподготовки и подачи пресной воды.

В западных странах частные потребители уже активно используют солнечные батареи или ветрогенераторы для получения абсолютной независимости от централизованных поставщиков электричества, и уже оценили их окупаемость. Но больше всех солнечную энергию сейчас потребляют коммерческие организации. Широко распространились солнечные модули и в сельскохозяйственных комплексах.

Принцип работы

Превращение энергии солнца происходит в фотоэлементах, подключенных последовательным или параллельным путем. В основе фотоэлектрического вещества лежит кремниевый кристалл. Кремний в виде соединений широко распространен на планете. К примеру, кремниевый оксид – песок или глина. Так что кристалл кремния в упрощенном варианте – это песчинка. Технические кристаллы производятся в лабораториях искусственным способом. Сначала они выращиваются в форме кругляка, затем получают из него шестигранник, из которого делают пластины. Каждая пластина имеет толщину 200 микрон, что всего в три раза толще обычного волоска.

На кремниевые пластины с одной стороны наносят бор, а со второй – фосфор. Там, где кремний соприкасается с бором, возникает избыток электронов. На противоположной, где пластина контактирует с фосфором, наблюдается их нехватка. Совмещение этих сторон называется границей p-n.

Когда на фотоэлементы в составе батарей попадает свет солнца, их поверхность атакуют фотоны. Они вытесняют «лишние» электроны на границе с бором, и направляются на противоположную – фосфорную сторону с «пробелами». Так появляется электрический ток, представляющий собой согласованное перемещение электронов. От фотоэлементов отходят металлические тропинки, через них и проводится ток. В этом и заключается суть работы солнечного элемента.

Плюсы и минусы

Бытовое применение солнечной энергии имеет свои плюсы:

• Экологическая безопасность.
• Долговечность.
• Простота установки и эксплуатации панелей.
• Надежность.
• Независимость.
• Низкий уровень шума работы системы.
• Малый вес.
• Отсутствие быстро изнашиваемых подвижных элементов.

Но у применения батарей есть и минусы:

• Высокая стоимость.
• Работа электростанции сопровождается выделением тепла.
• Для установки системы необходим большой участок площади.
• Невысокий коэффициент полезного действия – до 25%.

Эффективность солнечных батарей зимой

Зимой главную роль играет угол наклона панелей, поскольку солнце находится низко над линией горизонта, и это сказывается на их производительности. Зачастую устанавливается оптимальный угол на круглый год.

Эффективность солнечных модулей в зимний сезон снижается от 3 до 8 раз, что зависит от региона. Чем ближе к экватору, тем выше продуктивность электростанции. С увеличением площади батарей повышается количество накапливаемой энергии в них. Если в летнее время для освещения, снабжения питанием компьютера и холодильника понадобится 1 кВт электричества, то есть результат работы четырех 250-ваттных панелей, то зимой для этих же целей потребуется в 2 кВт.

При использовании солнечных коллекторов, владельцы должны контролировать состояние жидкости, которая проходит по трубкам, чтобы она не превратилась в лед.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Внимание! Проконтролируйте во время установки станции оптимальный угол наклона, с учетом изменений солнца во все времена года. За счет такого решения зимой не понадобится ничего менять для повышения производительности.

Виды батарей

Существует несколько разновидностей панелей, работающих от солнца:

• Батареи на основе кремния. Они изготавливаются методом выращивания монокристаллов из чистых кремниевых частиц, в процессе которого расплав затвердевает, контактируя с кристаллической затравкой. Кремний, охлаждаясь, застывает в специальной форме диаметром от 12 до 20 сантиметров. Слиток, полученный таким способом, нарезается на пластины толщиной до 300 микрон. Эти элементы показывают высокий КПД – до 19 процентов, что достигается особой ориентацией частиц монокристалла, способствующей увеличению активности электронов. Внутри батареи пластины кремния пронизаны металлическими электродами, по которым движется ток.
• Тонкопленочные панели. Технологии производства тонкопленочных элементов позволяют получить панели, чья стоимость дешевле, по сравнению с приборами из кремния. Поэтому пленочные модули используются для сборки крупных солнечных электростанций, когда владелец оборудования имеет ограничения, связанные не только с площадью земли, но и с ценой установки. Такие батареи устанавливаются не только на крышу, но и на стены зданий.
• Панели на основе аморфного кремния – эти модули показывают низкий КПД, не превышающий 8%. Однако они позволяют получать самую доступную по стоимости электроэнергию, по сравнению с другими кремниевыми преобразователями.
• Панели из теллуида кадмия изготавливаются посредством пленочных методов. Слой полупроводника составляет 2–3 сотни микрон. Производительность кадмиевых батарей составляет 11%. Зато эти модули обеспечивают дом энергией по более низкой цене, в отличие от кремниевых устройств.
• Панели, созданные из многокомпонентных полупроводников CIGS. Эти элементы состоят из индия, галлия, меди, силена. Данная разновидность батарей также производится пленочным способом, но по сравнению с кадмиевыми панелями, в процессе использования показывает более высокую производительность – КПД достигает 15%.

Расчет количества батарей

Чтобы рассчитать требуемую мощность солнечных панелей, следует узнать, какое количество энергии потребляется в доме или коттедже. К примеру, если потребление электроэнергии составляет 100 кВт в час ежемесячно с напряжением 220 В (нужную цифру покажет электрический счетчик), то необходимо обеспечить выработку солнечными панелями такого же количества энергии.

Дачный комплект батарей способен переработать энергию солнца лишь в течение светового дня. Приближенную к максимальному значению мощность она выдает только в безоблачную погоду, и когда солнечные лучи падают на нее под углом 90 градусов. Если угол увеличивается или уменьшается, показатель рабочей мощности снижается, и чем выше острота угла, тем меньше показатель мощности. В жарких условиях часть отдачи теряется из-за нагрева батарей. В пасмурные дни мощность установки сокращается в 15 раз, даже если на небе есть легкие облака, то мощность все равно упадет в 3 раза. Эти моменты нужно учесть заранее.

Важно! Для расчета рекомендуется брать рабочее время, в течение которого панели работают с наибольшей мощностью. Это 7 часов – с 9 до 16 часов. Летом батареи будут работоспособны с раннего утра до позднего вечера, однако эффективность после рассвета и перед закатом будет невысокая – всего 20% от полуденной мощности. Так что 80% электричества вырабатывается с 9 до 16 часов.

Расчет количества батарей для дачи или дома производится следующим образом:

• Учитывается, что солнечные модули летом функционируют только 7 часов с высокой мощностью.
• Рассчитываются затраты электрической энергии в день.
• Полученная цифра делится на 7. Результат – требуемая мощность электростанции.
• К этому значению добавляют 40%, с учетом потерь в аккумуляторе и инверторе.
• Прибавляется еще 20%, если применяется контроллер PWM, а если система работает с МРРТ, то этот пункт не нужен.

С учетом итогового значения мощности для питания дома, рассчитывают и выбирают число батарей.

Особенности установки

Есть ряд советов для владельцев частных домов, собирающихся использовать солнечные станции:

• Батареи лучше установить на южной части крыши или фасада либо на участке, который ориентирован на юг.
• Угол наклона выбирается в соответствии с широтой конкретного региона.
• Избегайте близости объектов, которые создают тень для солнечных панелей.
• Поверхность батарей нуждается в регулярной очистке от запыления и грязи.

Самые хорошие станции оснащаются системами отслеживания нахождения солнца. Очевидно, что солнечное излучение играет здесь главную роль, и не каждый регион имеет пригодные для этого условия. Важно учесть инсоляцию – сколько света доходит до земной поверхности на местности, где расположен «солнечный» дом.