Солнечные батареи для дома: виды, устройство, технические характеристики

Разновидности солнечных отопительных коллекторов

В настоящее время используются следующие разновидности солнечных отопительных коллекторов:

плоские;
вакуумные.

Отличаются они друг от друга устройством передачи лучистой энергии Солнца.

самодельный коллектор

В плоском солнечном отопительном коллекторе устройством для сбора такой энергии служит ящик, заполненный специальным адсорбирующим материалам. В толще материала проложены трубопроводы системы теплоснабжения. Жидкость, циркулирующая по ним, нагревается от воздействия солнечных лучей и затем сбрасывается в бак теплоаккумулятора.

В вакуумном отопительном коллекторе вместо плоского ящика используется система прозрачных трубок, из которых откачан воздух. Внутри трубок имеются трубопроводы системы теплоснабжения различной конфигурации. Интересный физический эффект такого устройства заключается в том, что солнечные лучи беспрепятственно проходят через наружный слой стекла и вакуум, и затем нагревают жидкость в трубопроводах. А вот обратно тепло от жидкости в трубопроводах уже не утекает, так как вакуум является отличным теплоизолятором. В общем. Такая конструкция в миниатюре напоминает нашу планету: ведь у нас тоже имеется теплоизолятор в виде межзвездного вакуума, который, тем не менее не мешает солнечным лучам эффективно нагревать землю.

Панели из аморфного кремния

Описание

Механизм их изготовления совершенно иной, чем у кристаллических фотоэлементов. Для них используется гидрид вместо чистого кремния. Его нагревают до парообразного состояния. Когда пары достигают подложки, они осаждаются на ней. Затраты на изготовления снижаются, а кристаллы не образуются (в понимании классическом).

Разработано уже 3 поколения таких панелей, анализ характеристик которых дает право говорить о растущем КПД. Первые образцы отличались эффективностью, едва достигавшей 5%, у второго поколения это значение достигало 9, а у последних разработок это уже 12%. Их уже можно встретить в продаже, но цена на них пока остается высокой.

Плюсы и минусы

Как у любого технического устройства, так и солнечных коллекторов, есть свои достоинства и недостатки, которые определяют способность использования подобных изделий в тех или иных условиях эксплуатации.

К плюсам использования относятся:

Экологическая безопасность как для окружающей среды, так и для человека.
Возобновляемость и неисчерпаемый ресурс используемой энергии.
Возможность создания полностью автономной системы отопления и горячего водоснабжения от внешних источников энергии.
Продолжительные сроки эксплуатации.
Возможность модернизации автономной системы и ее интеграции, в случае необходимости, в централизованную систему отопления (от внешних энергоснабжающих источников).
Оптимизация системы отопления отдельно взятого объекта в соответствии с заданными параметрами.

Недостатками использования можно считать:

Высокая стоимость оборудования и выполнения монтажных работ, определяют потребность в значительных финансовых затратах на начальном этапе использования.
Эффективность работы зависит от погодных условий, региона и ландшафта размещения, конструкции строительных элементов, на которых выполняется установка коллекторов (форма крыши, стен или отдельно стоящих элементов).

Влияние факторов внешней среды на уровень производительности

Как уже упоминалось, вещество, из которого производятся все типы батарей — это кремний. Чем меньше в нем находится сторонних примесей, тем качественнее получается модуль. И тем выше становится его цена при поступлении в розничную продажу.

Поскольку все фотоэлементы должны быть размещены не внутри, а снаружи помещений, существует множество факторов, которые будут оказывать влияние на их производительность. Прежде всего, речь идет о температурном коэффициенте мощности.

Батарея находится под воздействием прямых солнечных лучей и очень сильно нагревается. Следовательно, некоторое количество мощности будет потеряно в результате нагрева. Поскольку именно мощность представляет из себя физическую величину, от которой напрямую зависит объем энергии, производимой солнечным аккумулятором, процент ее потери мгновенно оказывает влияние на его работу. Так, если на улице долго стоит сухая и очень жаркая погода, процент потери мощности может составлять до 25 — как у моно-, так и у поликристаллов.

Это интересно: Солнечный водонагреватель своими руками

Установлено, что монокристаллы подвергаются деградации гораздо быстрее, нежели поликристаллы. В течение первого года непрерывной работы уровень мощности снижается до двух процентов у поликристаллических и до трех — у монокристаллических солнечных батарей. В дальнейшем, если качество фотоэлементов высокое, процент деградации значительно уменьшится (от 0,67 до 0,71% в год).

При выборе батареи не стоит «вестись» на чрезмерно низкую цену. Чаще всего она означает и соответствующий уровень качества. Ну и, конечно, если учитывать структуру поликристаллов, они физически будут занимать больше места, чем монокристаллические панели. При этом уровень мощности у последних будет таким же, а площадь — гораздо меньше.

Коллекторы: получение тепла из солнечной энергии

Солнечные коллекторы

Солнечные батареи могут применяться для обогрева объектов, нагрева жидкости. Возможность получения тепла обусловлена способностью батареи накапливать энергию. Это позволяет повышать температуру теплоносителя в трубах, за счет чего обеспечивается не только нагрев жидкости, но и обогрев всего объекта. Солнечные коллекторы функционируют по определенной схеме. Их основные элементы конструкции:

насосная станция;
бак-аккумулятор;
контроллер;
трубы и фитинги.

Виды коллекторов:

плоские: состоят из плоского абсорбера, покрытия, теплоизолирующего слоя;
вакуумные (трубчатые): состоят из стеклянной колбы, теплоизоляционный материал заменен на вакуум, который заполняет емкость (в ней также находится абсорбер).

У второго варианта есть существенное преимущество – низкие теплопотери. По этой причине вакуумные коллекторы применяются повсеместно там, где не могут быть установлены плоские аналоги.

Стоимость комплекта, обзор технических характеристик

Комплект для солнечной батареи

Цена устройства формируется с учетом комплектующих:

модуль;
аккумуляторная батарея;
контроллер;
инвертор;
кабель;
клеммы;
стеллаж.

Цена солнечных батарей разная. В зависимости от комплектующих стоимость меняется в пределах диапазона: от 300 тыс. руб. до 2 млн руб. Малогабаритные изделия для локального применения можно приобрести и за 10 тыс. руб., однако их допустимо применять для простейших нужд (в качестве элемента питания и др.)

При выборе устройства обращают внимание на параметры:

энергоэффективность;
габариты панелей (могут составить несколько метров по одной стороне);
мощность;
температурный коэффициент (оказывает влияние на мощность и другие электрические параметры).

Несмотря на высокую стоимость, солнечные батареи приобретают достаточно часто. Это обусловлено сравнительно быстрой их окупаемостью. Срок возврата затраченных средств зависит от количества потребителей. Для сравнения, панели, обслуживающие дом, где проживает семья из 4 человек, окупятся уже через 4 года (средний показатель).

Для удовлетворения простых нужд может быть достаточно панелей «Хевел» сетевой солнечной электростанции мощностью не выше 5 кВт. Их допустимо устанавливать на крыше частного дома, объектах малого и среднего бизнеса (кафе, небольшие магазины, павильоны, гостевые дома). Такой способ позволяет снизить затраты на электроэнергию от основного источника.

Однако самостоятельно сложно понять, какой комплект следует приобрести. Не всегда просто рассчитать и достаточную мощность солнечных батарей. Если выбор пал на панели «Хевел», консультант поможет подобрать модель. От компании приходит специалист, ориентируется на месте: делает замеры, расчеты. Дома останется выполнить пусконаладочные работы. Производитель «Хевел» предоставляет гарантию (до 25 лет) на все комплектующие, а также модули.

Плюсы и минусы

К плюсам использования относятся:

Экологическая безопасность как для окружающей среды, так и для человека.
Возобновляемость и неисчерпаемый ресурс используемой энергии.
Возможность создания полностью автономной системы отопления и горячего водоснабжения от внешних источников энергии.
Продолжительные сроки эксплуатации.
Возможность модернизации автономной системы и ее интеграции, в случае необходимости, в централизованную систему отопления (от внешних энергоснабжающих источников).
Оптимизация системы отопления отдельно взятого объекта в соответствии с заданными параметрами.

Недостатками использования можно считать:

Высокая стоимость оборудования и выполнения монтажных работ, определяют потребность в значительных финансовых затратах на начальном этапе использования.
Эффективность работы зависит от погодных условий, региона и ландшафта размещения, конструкции строительных элементов, на которых выполняется установка коллекторов (форма крыши, стен или отдельно стоящих элементов).

Виды солнечных электростанций

В зависимости от потребностей объекта существуют различные типы солнечных электростанций (СЭС) и источников бесперебойного питания (ИБП). «Мосэнергосбыт» предлагает для установки следующие решения:

сетевые СЭС;
автономные СЭС;
гибридные СЭС;
системы резервного питания на базе АКБ с функцией ИБП (сетевые, без использования солнечной энергии).

Комплекты оборудования в каждом случае могут различаться и подбираются индивидуально в зависимости от потребностей заказчика. Наши специалисты обязательно проконсультируют вас перед покупкой и помогут подобрать наиболее выгодное предложение.

Виды кремниевых батарей

Наиболее популярными являются кремниевые батареи. Они отличаются долговечностью и качественной работой. Их различают два вида: монокристаллические и поликристаллические.

Виды пленочных батарей

Теперь рассмотрим виды солнечных батарей пленочного типа. Пленочная панель достаточно недавно появилась в сфере получения альтернативной солнечной энергии. На сегодняшний день они не пользуются большой популярностью, в том числе и из-за высокой стоимости, но имеют свои преимущества. Они бывают нескольких типов. Рассмотрим каждый из них: на основе теллурида кадмия и на основе Cigs.

Какую взять: переносную или стационарную солнечную батарею?

Как выбрать солнечную батарею по конструктивному исполнению? Существуют стационарные и переносные модели. Стационарные солнечные панели предназначены для монтажа на крышу дома или гаража. Они имеют немалый вес и не предназначены для перемещения. Стационарную батарею стоит купить, если необходимо запитать дом или дачу.

Переносные складные панели удобны для походов. Если нужно подзарядить телефон или планшет, подключить походный холодильник или телевизор. Некоторые, как например, ФСМ-7МТ, имеют складную конструкцию и превращаются в небольшую сумочку. Они имеют USB-порт для подключения зарядки телефона или планшета. Вес такого устройства всего 300 гр, поэтому его можно свободно носить в рюкзаке.

Существуют мощные складные панели до 150 Вт. Такие панели подходят для палаточных городков или кемпинга на долгих стоянках. Как и мобильные модули они также имеют складную конструкцию – правда, в рюкзак уже не поместятся. Одной из таких хороших складных солнечных батарей является двухпанельный модуль Woodland Sun House мощностью 120 Вт. Длина такой панели в разложенном состоянии составляет 128 см. Производитель предусмотрел для нее специальную сумку для транспортировки, куда солнечная панель помещается в сложенном состоянии.

Так какую солнечную батарею все-таки лучше взять: стационарную или переносную? Если нужно запитать дом, то однозначно стационарную соответствующей мощности. Для походов в лес и долгих стоянок лучше взять складную модель. А для мобильного телефона или планшета небольшую панель в виде сумки.

Устройство солнечной батареи

Батарея состоит из модулей, объединяющих последовательно соединенные полупроводниковые фотоэлементы. Большинство фотоэлементов производится из кремния. Ячейки панелей используют фотогальванический эффект – ток образуется во время освещения полупроводника или диэлектрика. Либо ток образуется электродвижущей силой при разомкнутой цепи на освещаемом образце. Фотогальванические элементы заключены в корпус. Верхняя часть батареи покрыта стеклом, через которое проникают фотоны света. Так же стекло защищает от вредных воздействий элементы батареи. Крышка с креплением из пластика надежно закрывает заднюю часть модуля батареи. Чтобы достичь необходимого соотношения напряжения и силы тока соединение модулей производится последовательно и параллельно. Передача энергии от солнечных батарей конечному потребителю производится через инверторы напряжения. Преобразованная энергия хранится в батареях.

Принцип работы солнечных батарей

Солнечные батареи считаются очень эффективным и экологически чистым источником электроэнергии. В последние десятилетия данная технология набирает популярность по всему миру, мотивируя многих людей переходить на дешевую возобновляемую энергию. Задача этого устройства заключается в преобразовании энергии световых лучей в электрический ток, который может использоваться для питания разнообразных бытовых и промышленных устройств.

Правительства многих стран выделяют колоссальные суммы бюджетных средств, спонсируя проекты, которые направлены на разработку солнечных электростанций. Некоторые города полностью используют электроэнергию, полученную от солнца. В России эти устройства часто используются для обеспечения электроэнергией загородных и частных домов в качестве отличной альтернативы услугам централизованного энергоснабжения. Стоит отметить, что принцип работы солнечных батарей для дома достаточно сложный. Далее рассмотрим подробнее, как работают солнечные батареи для дома подробно.

Как было сказано раньше, принцип работы заключается в эффекте полупроводников. Кремний является одним из самых эффективных полупроводников, из известных человечеству на данный момент.

При нагревании фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после чего их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Соответственно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.

Технические характеристики

Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:

Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;
Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;
Контроллер уровня заряда аккумулятора.

Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.

Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

(Tesla Powerwall – аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт – и домашняя зарядка для электромобилей)

Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.

Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.

Стоимость комплекта и срок окупаемости

Нельзя назвать точные сроки, за которые расходы на систему обеспечения электричеством окупятся. Есть много факторов, которые влияют на это. Но можно выделить несколько важных моментов и рассчитать ориентировочные показатели, которые подойдут в большинстве случаев и помогут оценить выгоду и решить, стоит делать подобную систему или нет:

Если дом не присоединен к централизованным коммуникациям, следует уточнить, в какую сумму обойдется подключение и оформление всей нужной документации. Расходы различаются по регионам и работам, которые надо провести энергоснабжающей организации, они могут составить от 50 до 500 тысяч рублей. По сути, система может окупить себя с первого дня или же на это потребуется пара лет.
Для бесперебойного обеспечения энергией, если подключения к сети нет, проще всего использовать генератор. С ним дом всегда будет с электричеством, даже если неделями стоит пасмурная погода

Он включается только при необходимости, что тоже важно. В таких случаях затраты окупаются в среднем за 5 лет.
Если есть центральная сеть, можно не ставить генератор и питаться от нее, когда вырабатываемой солнечными батареями энергии не хватает

Простое решение, которое позволяет уменьшить расходы на электричество, особенно летом, когда система может обеспечить полную автономность. В таких случаях средний срок окупаемости – 15 лет.

Включение в систему генератора делает ее сложнее, но предотвращает любые проблемы.

Что касается цены комплекта, средний набор из 4 модулей на 300 Вт и всего необходимого к ним стоит от 120 до 200 тысяч или больше, все зависит от производителя комплектующих. Этого достаточно для обеспечения электричеством дома площадью примерно 100 кв.м. Если строение больше или меньше, стоимость меняется, но сроки окупаемости обычно остаются примерно теми же.

Как солнечная энергия используется для получения тепла

Гелиосистемы применяются для нагревания воды и отопления жилища. Они могут давать тепло (по желанию владельца) даже тогда, когда отопительный сезон закончится, и обеспечивать дом горячей водой бесплатно. Простейшее устройство представляет собой металлические панели, которые устанавливают на крыше дома. Они аккумулируют энергию и согревают воду, которая циркулирует по скрытым под ними трубам. Функционирование всех гелиосистем основано на этом принципе, несмотря на то, что конструктивно они могут отличаться друг от друга.

Солнечные коллекторы состоят из:

бака-аккумулятора;
насосной станции;
контроллера;
трубопроводы;
фиттингов.

По типу конструкции различают плоские и вакуумные коллекторы. У первых дно покрыто теплоизоляционным материалом, а жидкость циркулирует по стеклянным трубам. Вакуумные коллекторы отличаются большой эффективностью, потому что теплопотери в них сведены к минимуму. Этот тип коллектора обеспечивает не только отопление солнечными батареями частного дома – его удобно использовать для систем горячего водоснабжения и подогрева бассейнов.

Принцип действия солнечного коллектораИсточник 21ek.ru

Советы по выбору

Чтобы правильно выбрать солнечную панель, необходимо учесть множество факторов. Для начала следует определиться с типом батареи, а они бывают:

Монокристаллические – наиболее эффективны в регионах, где солнечная активность выше.
Поликристаллические – рекомендуется их использовать там, где активность Солнца не слишком высока.
Гибкие – панель изготавливается их аморфного кремния и предназначается для закрепления на покатых, неровных поверхностях, например, крышах домов. Такой тип исполнения отличный вариант для регионов, где солнечные дни большая редкость. Эта разновидность самая дешевая и ее рекомендуется использовать для дачи.
Солнечная батарея из микроморфного кремния – универсальная разновидность, которая одинаково эффективно работает в пасмурную и ясную погоду, не требовательна к углу наклона. Эта последняя разработка, соответственно и стоимость ее выше, чем предыдущих разновидностей.

Панель для эффективной работы должна иметь оптимальный угол наклона, чтобы улавливать солнечную энергию. Считается, что оптимальным показателем тут является угол на 15º больше географической широты. Но это рассчитать не каждый может, поэтому выбор оптимального положения осуществляется вручную, путем наблюдения за зарядкой аккумуляторов.

Применение солнечных батарей

Кроме космонавтики и обеспечения частных домов электроэнергией, панели или батареи солнечные применяют в следующих сферах:

Автомобилестроение. Экологичный транспорт приобретает популярность, ведь выхлопы бензина и газов загрязняют атмосферу, а цены на топливо постоянно растут. Машины на солнечной энергии способны развивать скорость до 140 км/ч.
Эксплуатация водного транспорта (барж, катеров, яхт). Такой транспорт можно встретить в Турции. Лодки развивают небольшую скорость (до 10 км/ч), и это позволяет туристом осмотреть достопримечательности и роскошные пейзажи этой страны.
Энергообеспечение зданий. В развитых странах Европы многие муниципальные здания и сооружения полностью обеспечивают свои нужды с помощью энергии, которую выделяют солнечные панели.
Самолетостроение. Благодаря наличию батарей, самолет в полете может длительное время не расходовать топливо.

Виды подключений

Отдельные панели можно соединять в готовые комплекты тремя способами:

параллельно – с целью повышения силы тока при неизменном напряжении на выходе;
последовательно – при желании повысить выходное напряжение (например, с 12 до 24 вольт), что позволяет эффективнее использовать солнечную энергию, уменьшив электрические потери;
по смешанной параллельно-последовательной схеме – в достаточно больших СЭС применяется для получения любых требуемых электрических параметров тока и напряжения на выходе.

Для вывода на внешние устройства переменного тока в 220 вольт используется инвертор.

Виды модулей, которые мы предлагаем

Для солнечной электростанции у нас Вы можете купить монокристаллические и поликристаллические панели ведущих мировых производителей и брендов – Хевел, DELTA, ФСМ, One-Sun.

Все линейки фотоэлектрических батарей имеют сертификаты соответствия для продажи в России, Европе и США и обладают следующими преимуществами:

максимальной категорией качества Grade A по международным стандартам IEC61215 и IEC61730;
высочайшим классом влагостойкости IP67;
гарантией от производителя;
наличием сверхпрочного закаленного защитного стекла;
автоматической спайкой на роботизированной линии;
сниженным сопротивлением на токопроводящих шинах;
оригинальным дизайном.

Срок службы панелей и аккумуляторов

При выборе солнечной панели можно было остановить выбор на более выгодном предложении — Delta SM 100-12 M в количестве 2 штуки. Но, к сожалению, в наличии у продавца таковых не оказалось, а срок доставки новой партии меня не устроил.

Солнечные панели Delta соответствует стандартам качества IEC61215, IEC61730, имеют гарантию от производителя 10 лет. В течение 10 лет производитель гарантирует сохранение мощности более чем на 90% от паспортной и сохранение мощности на 80% в течение 25 лет.

Про стоимость эксплуатации нужно поговорить отдельно. Конечно, приобретение солнечной электростанции — это не очень дешевая затея. Только стоимость составных частей и материалов обошлась в примерно в 45 000 рублей. Распределительный шкаф с защитными автоматами и перекидным рубильником был приобретен ранее.

Но в моем случае нужно было обеспечить стабильное электроснабжение дачи. Если солнечная станция докажет свою эффективность, можно задуматься о полном переходе на автономное питание.

В этом случае электроэнергию для бытовых приборов будет вырабатывать солнечная электростанция, а для полива можно будет использовать электроэнергию, производимую бензиновым генератором.

Стоимость 1 кВт*час для сельской местности составляет примерно 2,90 р. Если рассчитывать потребление только бытовых приборов (аналогично расчету для солнечной электростанции), то в год должно набегать 254 рубля. Окупаемость в таком случае составит 180 лет.

Но, как было написано ранее, солнечная электростанция приобреталась, скорее, для удобства. Если нет света, переключил рубильник и продолжаешь пользоваться электроприборами. Заработать и рассчитывать на скорую окупаемость вложений тут не приходится.

А если продолжать размышлять о возможности заработать на продаже электроэнергии снабжающей компании, то можно вспомнить, что в конце 2019 года были приняты изменения в ФЗ «Об электроэнергетике» в части микрогенерации.

Согласно этим изменениям, объектом микрогенерации считается источник электроэнергии до 15 кВт. Например, солнечная электростанция. Такие объекты могут отдавать излишки электроэнергии во внешнюю сеть, и их обязаны покупать гарантирующие поставщики электроэнергии.

Но для этого должно быть выполнено техприсоединение к сетям (конечно, за отдельную плату, плюс установлен специальный электросчетчик) и заключен договор. Но электроэнергия будет покупаться по средневзвешенной цене оптового рынка. Пока речь не идет о специальных «зеленых тарифах», как, например, в Европе, которые принимаются для стимулирования развития такой генерации.

Солнечные панели (батареи) для дома

Разновидности солнечных отопительных коллекторов