В наше время альтернативные способы обеспечения электричеством дачи или коттеджа неуклонно набирают популярность. Одним из самых востребованных источников автономного энергоснабжения является система солнечных батарей. Принцип действия солнечных батарей общий для всех существующих типов.

Полупроводниковая пластина на атомном уровне состоит из двух слоев. Слой N содержит атомы с лишними электронами, а у атомов слоя P электронов не хватает. Солнечный свет катализирует отделение свободных электронов в первом слое и перетекание их во второй. В проводнике между слоями появляется электрический ток. Его сила зависит от типа полупроводников. Панели батарей могут быть сделаны из разных материалов и разными способами.

Итак, солнечные модули могут быть:

• кремниевыми;
• пленочными.

Каждый из этих видов можно разделить на подвиды, подробно о каждом подвиде и о том как правильно и по назначению выбрать солнечную батарею поговорим в статье.

Критерии выбора

Выбирая один из видов солнечных батарей для дома, покупатель всегда ориентируется по трем главным критериям:

1. цена комплекта солнечных батарей;
2. их КПД;
3. экологическая чистота.

Обратите внимание: цена и КПД зависит еще и от количества панелей, поэтому важно правильно его рассчитать.

Каждый пункт зависит од двух других, и конструктивных особенностей входящих в комплект панелей.

Цена определяется типом батарей и вспомогательного оборудования, входящего в комплект системы. Трудно назвать точную цифру, ведь видов много. Но можно привести пример среднего по параметрам и стоимости комплекта, который хорошо подойдет для энергоснабжения дачи.

В комплект входят:

• четыре поликристаллического типа, которые стоят 900 долларов;
• контролер (нужен для автоматизации зарядных и разрядных процессов аккумуляторов), цена которого – 250 долларов;
• инвертор (преобразует постоянный ток от батарей в переменный) стоит 970 долларов;
• два аккумулятора обойдутся в 870 долларов.

Итого – 2990 долларов.

Полезно знать: самые дешевые солнечные батареи – тонкопленочные. Но пока их трудно найти в продаже.

Чем лучше солнечные панели, тем выше их КПД. Все виды солнечных панелей обеспечивают разный КПД. Функциональность каждого вида батарей будет детально рассмотрена в посвященном ему разделе статьи.

А сейчас в качестве примера посмотрим, насколько действенным является описанный выше комплект.

Мощность входящих в него фотоэлектрических панелей достигает 1000 Вт.
Месячная выработка энергии – 125 кВт/ч.
Допустимая степень нагрузки – 2,8 кВт.

Возьмите на заметку: рекордный КПД солнечных батарей вывели немецкие инженеры. Он достиг 44,7%. Этой мощности более чем достаточно для питания энергией небольшой дачи.

Достаточно ли безопасны в экологическом плане солнечные панели, чтобы можно было использовать их дома? В публикации, посвященной данному вопросу, Северная Ассоциация США пишет примерно следующее:

«Единственный вредный эффект этих источников энергии заключается в выделении токсических веществ при их изготовлении. Речь идет о таких химикатах, как кадмий. Но этот вред можно свести к минимуму, если правильно подойти к процессу утилизации модулей».

С этой точки зрения самыми небезопасными являются элементы, сделанные на основе теллурида кадмия, о которых будет идти речь ниже. Но подобные батареи трудно найти в продаже, поэтому вряд ли эту проблему стоит рассматривать детальнее.

Кремниевые панели

Во введении было сказано, что делятся на кремниевые и пленочные.

Этот материал используется в качестве основы для нанесения слоев вещества N и P, между которыми образуется электричество.

Полезно знать: около 90% всех солнечных батарей в мире являются кремниевыми.

Кремниевые панели, в свою очередь, можно разделить на три основных подвида:

1. Поликристаллические кремниевые панели.
2. Монокристаллические панели.
3. Аморфные модули.

Какой из них лучше, станет понятно после детального анализа каждого вида, который следует ниже.

Для изготовления панелей поликристаллического типа используется не самый чистый кремниевый кристалл. Он создается путем охлаждения расплавленного кремния.

Внешне поликристалл можно отличить по неоднородной окраске его поверхности. В ней присутствуют разные оттенки синего цвета, от темно-синего до голубого. КПД таких пластин составляет около 15%.

Внимание совет: если вам нужны недорогие фотоэлектрические элементы для дома и дачи, то лучшего решения, чем поликристалл, вам не найти. Стоят они дешевле, чем панели из монокристаллического кремния, и способны обеспечивать дом достаточным количеством электричества.

Монокристаллу свойственна темно-синяя или черная цветовая гамма. Монокристалл пользуется наибольшей популярностью. Для его изготовления используют кремний самого высокого качества, получаемый литьевым способом.

Расплавленный кремний, контактируя с затравкой, отвердевает, образуя чистейший материал. Изделию придается цилиндрическая форма, из которой потом нарезаются тончайшие пластины.

Процесс изготовления пластин очень дорогостоящий, поэтому солнечные батареи стоят не мало. В подобных пластинах атомы кремния ориентированы таким образом, что их электронам легче покидать свои орбиты. Благодаря этому КПД батарей достигает 20%. Это отличный вариант, как для дачи, так и для жилого помещения.

Возьмите на заметку: если средства позволяют, то лучше монокристаллических батарей вам не найти. Они эффективно работают на протяжении 25 лет, постепенно снижая свой КПД не более чем на 20%.

Аморфным батареям хватает рассеянного солнечного света для того, чтобы вырабатывать на 10% больше электричества в год, чем поликристалл.

Батареи, сделанные на основе аморфного кремния, справляются со своей задачей даже в пасмурную погоду. Для батарей этого типа нормальными являются следующие условия:

• запыленный воздух;
• дождь;
• закат;
• рассвет.

В основе элементов лежит кремневодород (SiH4). Кремний подвергают действию электрического разряда. Он испаряется и оседает на подложку тонким слоем, не превышающим 1 мкм.

Подложка может быть выполнена из таких недорогих материалов, как:

• металл;
• полимерная пленка;
• керамика;
• качественное стекло.

Пленочные батареи

выпускается в рулонах, которые можно расстелить на больших площадях.

В последнее время обретают популярность новые солнечные батареи, в основе которых лежит не твердая подложка из стекла или металла, а полимерная пленка.

Этот вид батарей обладает такими преимуществами:

1. Ее можно резать на части.
2. Подгонять под любой размер и форму.
3. Ей можно устилать крышу с плавными изгибами.
4. Она весит гораздо меньше, чем прочие виды солнечных батарей.

Но есть и недостатки:

1. Батареи не столь мощные, как кремниевые.
2. Они больше подвержены воздействиям окружающей среды.
3. К сожалению, пока непросто найти в продаже подобную продукцию, но ее производство налаживается очень активно, и нет причин сомневаться, что в ближайшем будущем приобрести рулонную батарею сможет каждый желающий.

Пленочные батареи делятся на:

• модули, в качестве основы которых используется теллурид кадмия;
• панели с основой из селенида меди-индия;
• полимерные пленочные батареи.

Батареи с основой из теллурида кадмия можно наклеивать не только на крыши домов, но и фургонов, ларьков, и даже на предметы одежды).

Эти батареи создаются путем нанесения на пленку теплурида кадмия. Вещество наносят тончайшим слоем всего в несколько десятков микрометров. Следующим слоем накладывается сеть проводников, позволяющая снимать с батареи электричество.

Батарея, созданная таким способом, по мощности не может конкурировать с модулями из кремния. Ее КПД составляет всего 10%. Но она стоит намного меньше, поэтому, несомненно, найдет свою аудиторию потребителей.

Панели с селенидом меди индием в основе в недалеком будущем имеют все шансы стать неизменным элементом практически любого устройства, от мобильного телефона до самолета.

Технология, по которой создаются эти панели, называется CIGS (аббревиатура обозначает химическое соединение Cu(In,Ga)Se2). Полупроводники в них состоят из таких элементов, как:

• медь;
• галлий;
• селен;
• индий.

Существуют некоторые технические проблемы, не позволяющие достаточно удешевить производство пленочных модулей этого типа. Но, хотя они и стоят больше, чем батареи с использованием теллурида кадмия, они более эффективны. Их КПД достигает 15%.

Производство полимерных модулей налажено в Дании, вероятно, скоро пленка будет продаваться и в нашей стране.

Еще одни сравнительно новые пленочные батареи называются «полимерными». Их начала производить компания Mekoprint A/S.

Активный слой пленки состоит из полимера. Его покрывает слой алюминиевых электродов. Эти слои расположены на органической пленке. Снаружи они покрыты защитным слоем.

Цена пленочного модуля не высокая, но и эффективность сильно уступает предыдущим вариантам.

Итоги обзора

Солнечные батареи однозначно окупятся за 25 лет своей службы. Это нетрудно проверить, посчитав, сколько вы платите за электроэнергию государству.

Два основных вида , дающих наибольший КПД, это поликристаллические и монокристаллические батареи. Из них можно выбирать по таким признакам:

1. По виду: монокристаллическая батарея меньше поликристалличeской такой же мощности.
2. По эффективности: в монокристаллах меньше потери энергии и выше .
3. По цене: монокристалл более дорогостоящий, разница в цене достигает примерно 10%.

Если приоритетнее низкая стоимость, то для дома можно выбрать аморфные батареи. К тому же, они эффективны в местах, где часто бывает пасмурная погода, потому что работают при рассеянном солнечном свете.

Еще дешевле стоят пленочные батареи, но они дают меньший КПД и их пока трудно найти в продаже, производство только началось. Их стоит использовать, если важен малый вес конструкции и возможность наклеивать панель на любую поверхность.

Как выбрать солнечную панель? Для этого надо вначале определиться с типом выбираемого устройства, а затем уже подбирать, опираясь на остальные характеристики прибора. Ниже будут рассмотрены критерии выбора солнечной батареи.

Из чего состоит устройство?

Любая энергетическая панель этого типа имеет несколько частей: рамка, стекло, специальная пленка нескольких типов, элементы, коробка. Для устранения риска перегрева отдельных элементов используются защитные диоды. Ламинирующие пленочные покрытия нужны для герметизации внутреннего пространства и избежания потерь мощности, а также защиты от воздействия атмосферы.

Характеристики батареи со временем ухудшаются из-за длительного воздействия ультрафиолета на пленку. Сами элементы обычно из строя не выходят на протяжении 12-17 лет, если, конечно, конструкция сделана по лучшим стандартам.

С чего начинать подбор?

Выбор солнечной батареи начинают с ознакомления с репутацией ее производителя. Выбирать надо панели фирм, имеющих многомиллионное производство: обычно они не экономят на комплектующих изделиях, которые влияют на сроки эксплуатации устройства.

Чтобы для дома подобрать лучшие солнечные батареи, нужно сравнить характеристики продукции нескольких производителей и отзывы о них. Для этого желательно использовать открытые источники информации. Чтобы выбрать солнечные панели для своего дома, надо подобрать батарею исходя из качества элементов, составляющих модуль.

Они подразделяются на 3 вида:

1. Тип А. Если подобрать солнечную батарею с такими элементами, то она будет долгое время давать 95 % номинала мощности.
2. Тип В. После тестов старения панель для дома сможет выдавать весь срок эксплуатации не менее 69-71 % от номинальной мощности.
3. Тип С — самые дешевые солнечные панели, обладающие сравнительно хорошим выходом мощности для домов. Они могут обеспечить не более 67 % от номинальной мощности после прохождения теста на старение.

Сколько требуется элементов для получения нужных параметров?

Как выбрать солнечную батарею по количеству кремниевых диодов? Каждый такой элемент может выдавать максимум 0,5 В. Стандартные солнечные модули могут дать 12 В и содержат 36 одинаковых элементов, а их мощность зависит от габаритов каждого элемента. Практически солнечные панели собираются из указанных модулей, которые могут зарядить аккумулятор, так как на выходе у них напряжение достигает 18 В. Запас нужен для компенсации потерь в проводах и контроллере.

Существуют модули, в которых соединены 72 элемента. Они могут дать 24 В.

Но есть и модульные конструкции, которые при указанном количестве элементов могут давать 12 В. Надо учитывать, что подобные типы панелей стоят намного дешевле стандартных, так как их набирают из оставшихся отходов солнечных элементов.

То есть используются не полные квадраты, а отрезанные от них треугольники и другие геометрические фигуры. Надежность таких батарей сравнительно низкая, так как в них намного больше стыков и соединений, а также микротрещин во внутренних структурах элемента.

Но во многих случаях покупателю приходится сталкиваться с нестандартными батареями, в которых не 36 или 72 элемента, на намного больше. Тогда надо учесть, что обычный PWM-контроллер для таких конструкций не подходит, так как потери мощности могут составить около 35 % от номинала. Для этих установок предусмотрен MPPT-контролер.

Таким образом, если покупатель хочет воспользоваться стандартными блоками по 12, 24 или 48 В, то ему надо подбирать панели с числом элементов, кратным 36. В этом случае нормальную работу всего устройства может обеспечить PWM-контроллер.

Оцениваем свойства конструкции

Чтобы правильно выбрать солнечную панель, надо знать, что батареи, производимые различными фирмами (как поликристаллические, так и монокристаллические), на сегодняшний день могут достигать эффективности не более 12-18 %. Для потребителя эти цифры показывают габариты будущей установки. Например, если нужно получить мощность в 100 Вт, то батарея с элементами, дающими 12 % эффективности, будет больше по размерам, чем установка с модулями, состоящая из диодов с эффективностью в 18 %. Но при этом она будет дешевле стоить.

Но надо учитывать и тот факт, что чем ниже напряжение в точке максимальной мощности, тем лучше будет работать PWM-контроллер. При этом мощность будет максимальной, например, для 12-вольтовой батареи при напряжении 17-18 В это дает 1-2 % выигрыша в мощности, и хотя это кажется немного, но на самом деле любой прирост дает возможность батарее стабильно выдавать нужные характеристики.

Если потребитель имеет возможность применить MPPT-контроллер, то на эффективность можно вообще не обращать внимания.

Большое внимание надо уделить подбору номинального напряжения. Если применен PWM-контроллер, то оно должно быть равно напряжению аккумулятора на выходе инвертора. Для увеличения мощности обычно соединяют вместе несколько панелей, которые имеют одинаковое выходное напряжение. Для этого можно приобрести специальные переходники.

При покупке надо удостовериться в наличии всех необходимых кабелей и герметичных разъемов.

При этом надо учесть, что батареи с мощностью до 50 Вт такими материалами не укомплектованы. Если мощность панели более 70 Вт, то разъемы и кабели могут быть в наличии или отсутствовать, что может привести к дополнительным расходам при монтаже.

Заключение по теме

Для правильного выбора надо остановиться на продукции наиболее популярного производителя, приобретать качественные компоненты (тип А), смотреть, чтобы было стандартное количество элементов в модуле (36 или 72). Рекомендуется проверить наличие защитных диодов, нужного напряжения, соединительных разъемов и кабелей. Если финансы не позволяют приобрести тип А, то придется покупать менее надежные модули, что уменьшит срок службы батареи, мощность при больших габаритах.

Один из самых распространенных вопросов, который возникает при решении установить солнечные батареи для личных нужд, является вопрос о том, какие солнечные панели являются самыми эффективными? Однако, такая формулировка не совсем верна. Прежде всего, буквальный ответ на этот вопрос для рядового потребителя не имеет значения. Попробуем разобраться почему?

На самом деле, важный вопрос не в том, как выбрать самые эффективные солнечные батареи, а в том, какие из них имеют лучшее соотношение цены и качества. Если у вас на крыше есть место для установки десяти солнечных панелей и есть выбор между солнечными панелями с условным классом энергоэффективности "A", которые немного более эффективны, но в два раза дороже солнечных панелей класса "B", то, скорее всего, с точки зрения экономии целесообразней выбрать панели класса "B". Одним словом, главная задача состоит в том, чтобы выяснить, какие варианты доступны в конкретной ситуации и проанализировать экономический эффект от каждого из них.
В любом случае, если вы действительно хотите знать самые эффективные солнечные панели (или солнечные модули), то некоторые из них приведены ниже с указанием производителя и значения коэффициента полезного действия (КПД):

• солнечные панели с эффективностью 44,4% от Sharp. Концентрирующие трехслойные солнечные модули от мирового лидера среди производителей солнечных батарей очень сложны и не используются в жилых или общественных зданиях потому, что они баснословно дороги. В основном, такие солнечные модули нашли применение в космической отрасли, где огромное значение имеет эффективность при сравнительно небольших размерах и массе;
• солнечные модули с КПД 37,9% производства Sharp. Эти трехслойные солнечные панели являются более простым аналогом предыдущих с тем отличием, что в них не применяются специальные устройства для концентрации солнечного света на модуль. Соответственно, цена таких панелей ниже на стоимость этих устройств;
• солнечные батареи с эффективностью 32,6% от испанского исследовательского института солнечной энергетики (IES) и университета (UPM). Представляют собой еще более простые двухслойные модули с концентратором солнечного света, однако их использование в жилых или общественных зданиях по-прежнему слишком дорого.

Существует около десятка или около того других видов солнечных панелей, которыми можно было продолжить этот список. Некоторые из них имеют очень высокий КПД, но их цена очень велика, в то время как другие достаточно дешевы, но имеют очень низкую эффективность. Конечно, некоторые из них неэффективны и дороги одновременно. Но, тем не менее, представляют определенный исследовательский интерес. Ключ, как отмечалось ранее, в том, чтобы найти оптимальный баланс между стоимостью и эффективностью.
Существует мнение, что сегодня гораздо меньше научных исследований посвящены солнечным батареям, нежели фотоэлементам, лежащим в основе технологии производства солнечных батарей – это то, за чем проводят время ученые многих мировых институтов и университетов. Никто даже не будет пробовать изготовить солнечную батарею, которая не будет продаваться по причине слабой товарной привлекательности ее компонентов – солнечных модулей. Сегодня на рынке существует множество различных типов солнечных батарей (точнее, солнечных модулей) самых разных производителей. Итак, давайте взглянем на лидеров в различных категориях:

• солнечные модули с КПД 36% производства компании Amonix удерживают общий рекорд производительности. Тем не менее, они сделаны с применением концентрирующих устройств, и не используются для бытовых целей;
• солнечные модули с эффективностью 21,5% от американской компании Sun Power установили коммерческий рекорд эффективности. Солнечные модули Sun Power SPR-327NE-WHT-D являются лидером по показателям эффективности по результатам полевых испытаний. Солнечные модули, занявшие второе и третье места в этом тесте, также являются разработкой компании Sun Power;
• тонкопленочные солнечные модули с эффективностью 17,4% от компании Q-Cells удерживают рекорд в этой категории. Тонкопленочные солнечные батареи широко используются, но не в жилых зданиях. Q-Cells - немецкая компания, которая в 2012 году подала на банкротство, а затем была приобретена корейской компанией Hanwha;
• тонкопленочные солнечные модули на основе кадмий-теллурового (CdTe) фотоэлектрического преобразования эффективностью 16,1% от First Solar являются лидерами в своей категории. Опять же, солнечные батареи на основе таких модулей, как правило, не используется для бытовых целей, но помогают компании удерживать высокие позиции среди производителей солнечных батарей . Американская компания FirstSolar являлась лидером по производству солнечных батарей на американском рынке и занимала второе место в мировом рейтинге в прошлом году. Несмотря на довольно небольшой КПД 16,1% в этой категории, относительно дешевые солнечные модули First Solar являются оптимальным выбором для многих отраслей;
• последний пример для демонстрации того, что список самых эффективных солнечных панелей очень длинный и не ограничивается приведенными выше экземплярами, отметим гибкие солнечные модули эффективностью 15,5% от компании MiaSole, лидирующие в этой категории. Естественно, для некоторых целей необходимы не просто солнечные батареи, а гибкие солнечные панели. Но, вероятно, это не Ваш случай...

Подводя итоги, посоветуем при выборе солнечных батарей для своих нужд не делать акцент на гипотетических и не относящихся к делу превосходствах. Забудьте о том, чтобы стараться выбрать «самые эффективные солнечные батареи ». Ищите панели, четко отвечающие конкретным целям, а не пытайтесь найти солнечные батареи, которые были разработаны для спутников НАСА.
Диаграмма, составленная национальной лабораторией возобновляемой энергии США, наглядно демонстрирует большое разнообразие технологий производства солнечных батарей и достижения каждой из них в плане эффективности.

Солнечные батареи редко рассматриваются в качестве единственного источника электроэнергии, тем не менее, целесообразность в их установке есть. Так, в безоблачную погоду правильно рассчитанная автономная система сможет обеспечивать электроэнергией подключенные к ней электроприборы практически круглые сутки. Впрочем, грамотно скомплектованные солнечные панели, аккумуляторы и вспомогательные устройства даже в пасмурный зимний день позволят значительно снизить затраты на оплату электроэнергии по счетчику.

BOB691774 Пользователь FORUMHOUSE

Использую солнечные панели из элементов уже 2-й год. Был вынужден, так как в кооперативе, где мой гараж, очень надолго отключили свет. Собрал 2 шт. по 60 Ватт, контроллер купил и инвертер на 1500 Вт. Полная независимость просто окрыляет. И свет есть, и работа ручным инструментом доставляет удовольствие.

Правильная организация автономных систем электроснабжения на основе солнечных батарей – это целая наука, но, опираясь на опыт пользователей нашего портала, мы можем рассмотреть общие принципы их создания.

Что такое солнечная батарея

Солнечная батарея (СБ) представляет собой несколько фотоэлектрических модулей, объединенных в одно устройство с помощью электрических проводников.

И если батарея состоит из модулей (которые еще называют панелями), то каждый модуль сформирован из нескольких солнечных элементов (которые называют ячейками). Солнечная ячейка является ключевым элементом, который находится в основе батарей и целых гелиоустановок.

На фото представлены солнечные ячейки различных форматов.

А вот фотоэлектрическая панель в сборе.

На практике фотоэлектрические элементы используются в комплекте с дополнительным оборудованием, которое служит для преобразования тока, для его аккумуляции и последующего распределения между потребителями. В комплект домашней солнечной электростанции входят следующие устройства:

1. Фотоэлектрические панели – основной элемент системы, генерирующий электричество при попадании на него солнечного света.
2. Аккумуляторная батарея – накопитель электроэнергии, позволяющий обеспечивать потребителей альтернативным электричеством даже в те часы, когда СБ его не вырабатывают (например, ночью).
3. Контроллер – устройство, отвечающее за своевременную подзарядку аккумуляторных батарей, одновременно защищающее аккумуляторы от перезарядки и глубокого разряда.
4. Инвертор – преобразователь электрической энергии, позволяющий получать на выходе переменный ток с требуемой частотой и напряжением.

Схематично система электроснабжения, работающая от солнечных батарей, выглядит следующим образом.

Схема довольно проста, но для того, чтобы она эффективно работала, необходимо правильно рассчитать рабочие параметры всех задействованных в ней устройств.

Расчет фотоэлектрических панелей

Первое, что необходимо знать, собираясь рассчитывать конструкцию фотоэлектрических преобразователей (панелей ФЭП), это количество электроэнергии, которое будет потреблять оборудование, подключенное к солнечным батареям. Просуммировав номинальную мощность будущих потребителей солнечной энергии, которая измеряется в Ваттах (Вт или кВт), можно вывести среднемесячную норму потребления электроэнергии – Вт*ч (кВт*ч). А требуемая мощность солнечной батареи (Вт) будет определяться, исходя из полученного значения.

Вычисляя суммарную потребляемую мощность, следует учитывать не только номинал электроприборов, но и среднесуточное время работы каждого устройства.

Для примера рассмотрим перечень электрооборудования, которое сможет обеспечивать энергией небольшая солнечная электростанция мощностью 250 Вт.

Таблица взята с сайта одного из производителей солнечных панелей.

Налицо несоответствие между суточным потреблением электроэнергии – 950 Вт*ч (0,95 кВт*ч) и значением мощности солнечной батареи – 250 Вт, которая при непрерывной работе должна генерировать в сутки 6 кВт*ч электроэнергии (что намного больше обозначенных потребностей). Но раз уж мы говорим именно о солнечных панелях, то следует помнить, что свою паспортную мощность эти устройства способны развивать только в светлое время суток (примерно с 9-ти до 16-ти часов), да и то в ясный день. В пасмурную погоду выработка электроэнергии также заметно падает. А утром и вечером объем электроэнергии, вырабатываемой батареей, не превышает 20–30% от среднесуточных показателей. К тому же, номинальная мощность может быть получена с каждой ячейки только при наличии оптимальных для этого условий.

tran13 Пользователь FORUMHOUSE

Почему номинал батареи 60 Вт, а она выдает 30? Значение 60 Вт производители ячеек фиксируют при инсоляции в 1000Вт/м² и температуре батареи – 25 градусов. Таких условий на земле, а тем более в средней полосе России, нет.

Все это учитывается, когда в конструкцию солнечных панелей закладывается определенный запас мощности.

Теперь поговорим о том, откуда взялся показатель мощности – 250 кВт. Указанный параметр учитывает все поправки на неравномерность солнечного излучения и представляет собой усредненные данные, основанные на практических экспериментах. А именно: измерение мощности при различных условиях эксплуатации батарей и вычисление ее среднесуточного значения.

Leo2 Пользователь FORUMHOUSE

Когда узнаете объем потребления, выбирайте фотоэлектрические элементы, исходя из требуемой мощности модулей: каждые 100Вт модулей вырабатывают 400-500 Вт*ч в сутки.

Для более точного определения потребностей в электричестве необходимо учитывать не только мощность электроприборов, но и дополнительные потери электроэнергии: естественные потери на сопротивление проводников, а также потери на преобразование энергии в контроллере и инверторе, которые зависят от КПД этих устройств.

При осуществлении дальнейших расчетов будем ориентироваться на данные уже знакомой нам таблицы. Итак, предположим, что суммарная мощность потребления равна примерно 1 кВт*ч в сутки (0,95 кВт*ч). Как мы уже знаем, нам понадобится солнечная батарея, обладающая номинальной мощностью – не менее 250 Вт.

Предположим, что для сборки рабочих модулей вы планируете использовать фотоэлектрические ячейки с номинальной мощностью – 1,75 Вт (мощность каждой ячейки определяется произведением силы тока и напряжения, которые генерирует солнечный элемент). Мощность 144-х ячеек, объединенных в четыре стандартных модуля (по 36 ячеек в каждом), будет равна 252 Вт. В среднем с такой батареи мы получим 1 – 1,26 кВт*ч электроэнергии в сутки, или 30 – 38 кВт*ч в месяц. Но это в погожие летние дни, зимой даже эти значения можно получить далеко не всегда. При этом в северных широтах результат может быть несколько ниже, а в южных – выше.

Baracud Пользователь FORUMHOUSE

Есть солнечные батареи – 3,45 кВт. Работают параллельно с сетью, поэтому КПД – максимально возможный:

• июнь 467кВт*ч.
• июль 480 кВт*ч.
• август 497 кВт*ч.
• сентябрь 329 кВт*ч.
• октябрь 305 кВт*ч.
• ноябрь 320 кВт*ч.
• декабрь 216 кВт*ч.
• январь 2014 пока 126 кВт*ч.

Эти данные чуть выше средних значений, т. к. солнца было больше обычного. Если циклон затяжной будет, то выработка в зимний месяц может не превысить 100-150 кВт*ч.

Представленные значения – это киловатты, которые можно получить непосредственно с солнечных батарей. Сколько же энергии дойдет до конечных потребителей – это зависит от характеристик дополнительного оборудования, встроенного в систему электроснабжения. О них мы поговорим позже.

Как видим, количество солнечных элементов, необходимых для генерирования заданной мощности, можно рассчитать лишь приблизительно. Для более точных расчетов рекомендуется использовать специальные , которые помогут определить требуемую мощность батареи в зависимости от многих параметров (в том числе, и от географического положения вашего участка).

Каким бы ни получилось конечное значение рекомендуемой мощности, всегда необходимо иметь ее некоторый запас. Ведь со временем электротехнические характеристики солнечной батареи снижаются (батарея стареет). За 25 лет эксплуатации среднестатистическая потеря мощности солнечных панелей составляет 20%.

Если с первого раза произвести правильный расчет фотоэлектрических панелей не удалось (а непрофессионалы очень часто сталкиваются с подобной проблемой), это не беда. Недостающую мощность всегда можно будет восполнить, установив несколько дополнительных фотоэлементов.

Напряжение и сила тока на выходе из панелей должны соответствовать параметрам контроллера, который будет к ним подключен. Это необходимо предусмотреть на стадии расчета солнечной электростанции.

Разновидности фотоэлектрических элементов

С помощью настоящей главы постараемся развеять заблуждения, касающиеся преимуществ и недостатков наиболее распространенных фотоэлектрических элементов. Это упростит вам выбор подходящих устройств. Широкое распространение сегодня получили монокристаллические и поликристаллические кремниевые модули для солнечных батарей.

Так выглядит стандартный солнечный элемент (ячейка) монокристаллического модуля, который можно безошибочно отличить по скошенным углам.

Ниже представлено фото поликристаллической ячейки.

Какой модуль лучше? Пользователи FORUMHOUSE активно . Кто-то считает, что поликристаллические модули работают более эффективно при пасмурной погоде, при этом монокристаллические панели демонстрируют превосходные показатели в солнечные дни.

Gaara Пользователь FORUMHOUSE

У меня моно – 175 Вт дают на солнце под 230 Вт. Но я отказываюсь от них и перехожу на поликристаллы. Потому что, когда небо чистое, электричества хоть залейся с любого кристалла, а вот когда пасмурно – мои вообще не работают.

При этом всегда найдутся оппоненты, которые после проведения практических замеров полностью опровергают представленное утверждение.

Воцзяо Пользователь FORUMHOUSE

У меня получается все наоборот: поликристаллы очень чувствительны к затемнению. Стоит маленькому облачку пройти по солнцу, как это сразу отражается на количестве вырабатываемого тока. Напряжение, кстати, практически не меняется. Монокристаллическая же панель ведет себя более стабильно. При хорошем освещении обе панели ведут себя очень хорошо: заявленная мощность обеих панелей – 50Вт, обе эти самые 50Вт выдают. Отсюда мы видим, как улетучивается миф о том, что монопанели дают больше мощности при хорошем освещении.

Второе утверждение касается срока службы фотоэлектрических элементов: поликристаллы стареют быстрее монокристаллических элементов. Рассмотрим данные официальной статистики: стандартный срок службы монокристаллических панелей составляет 30 лет (некоторые производители утверждают, что такие модули могут работать до 50 лет). При этом период эффективной эксплуатации поликристаллических панелей не превышает 20-ти лет.

Действительно, мощность солнечных батарей (даже с очень высоким качеством) с каждым годом эксплуатации уменьшается на определенные доли процента (0,67% – 0,71%). При этом в первый год эксплуатации их мощность может снизиться сразу на 2% и 3% (у монокристаллических и поликристаллических панелей – соответственно). Как видим, разница есть, но она незначительна. А если учесть, что представленные показатели во многом зависят от качества фотоэлектрических модулей, то разницу и вовсе можно не брать во внимание. Тем более, известны случаи, когда дешевые монокристаллические панели, изготовленные нерадивыми производителями, теряли до 20% своей мощности в первый же год эксплуатации. Вывод: чем надежнее производитель фотоэлектрических модулей, тем долговечнее его продукция.

Многие пользователи нашего портала утверждают, что монокристаллические модули всегда дороже поликристаллических. У большинства производителей разница в цене (в пересчете на один ватт генерируемой мощности) на самом деле ощутима, что делает покупку поликристаллических элементов более привлекательной. Поспорить с этим нельзя, но не поспоришь и с тем, что КПД монокристаллических панелей выше, чем у поликристаллов. Следовательно, при одинаковой мощности рабочих модулей поликристаллические батареи будут иметь большую площадь. Иными словами, выигрывая в цене, покупатель поликристаллических элементов может проиграть в площади, что при недостатке свободного пространства под установку СБ может лишить его так очевидной на первый взгляд выгоды.

Captain Deadly Пользователь FORUMHOUSE

У распространенных монокристаллов КПД, в среднем, равняется 17%-18%, у поли – около 15%. Разница – 2%-3%. Однако по площади эта разница составляет – 12%-17%. С аморфными панелями разница еще нагляднее: при их КПД – 8-10% монокристаллическая панель может быть по площади в два раза меньше аморфной.

Аморфные панели – это еще одна разновидность фотоэлектрических элементов, которые пока не успели стать достаточно востребованными, несмотря на свои очевидные преимущества: низкий коэффициент потери мощности при повышении температуры, способность генерировать электроэнергию даже при очень слабом освещении, относительная дешевизна одного производимого кВт энергии и так далее. А одна из причин низкой популярности кроется в их весьма ограниченном КПД. Аморфные модули еще называют гибкими модулями. Гибкая структура значительно облегчает их установку, демонтаж и хранение.

Jabber Пользователь FORUMHOUSE

Выбирая рабочие элементы для строительства солнечных батарей, в первую очередь следует ориентироваться на репутацию их производителя. Ведь именно от качества зависят их реальные рабочие характеристики. Также нельзя упускать из вида условия, при которых будет производиться монтаж солнечных модулей: если площадь, отведенная под установку солнечных батарей, у вас ограничена, то целесообразно использовать монокристаллы. Если недостатка в свободном пространстве нет, то обратите внимание на поликристаллические или аморфные панели. Последние могут оказаться даже практичнее панелей кристаллических.

Еще одно преимущества аморфных панелей перед панелями кристаллическими состоит в том, что их элементы можно устанавливать непосредственно в оконные проемы (на месте обычных стекол) или даже использовать их для отделки фасадов.

Приобретая готовые панели от производителей, можно значительно упростить себе задачу по строительству солнечных батарей. Для тех же, кто предпочитает все создавать своими руками, процесс изготовления солнечных модулей будет описан в продолжении настоящей статьи. Также в ближайшее время мы планируем рассказать о том, по каким критериям следует выбирать аккумуляторы, контроллеры и инверторы – устройства, без которых ни одна солнечная батарея не сможет функционировать полноценно. Следите за обновлениями нашей статейной ленты.

На фото изображены 2 панели: самодельная монокристаллическая на 180Вт (слева) и поликристаллическая от производителя на 100 Вт (справа).

Вы сможете узнать в соответствующей теме, открытой для обсуждения на нашем портале. В разделе, посвященном , можно узнать много интересного об альтернативной энергетике и о солнечных батареях, в частности. А небольшой видеосюжет расскажет об основных элементах стандартной солнечной электростанции и об особенностях установки солнечных панелей.

Вопрос выбора солнечных батарей для частного дома довольно непростой. Чтобы определить, какое оборудование Вам необходимо, ответить себе на несколько вопросов:

1. Тип панелей

Фото панелей трёх типов

Есть ли ограничение по площади?

Если да – лучше выбрать солнечные панели из монокристаллического кремния. Этот тип панелей обладает наиболее высоким КПД. Такие батареи могут занимать меньше места при одной и той же мощности, что и поликремниевые панели. Солнечную батарею из монокристаллического кремния легко узнать - она состоит из псевдоквадратов черного цвета. Если ограничения по площади нет, берите солнечные батареи из поликристаллического кремния – они дешевле и немного лучше работают в пасмурную работу благодаря тому, что солнечные элементы имеют разную ориентацию кристаллов кремния. Внешний вид солнечной батареи из поликристаллического кремния - ровные квадраты синеватого цвета с разными оттенками. Если же у Вас особые условия для размещения (например, изогнутая крыша или крыша из поликарбоната), то можно обратить внимание на гибкие солнечные панели из аморфного кремния. Они клеятся на любую поверхность и не требуют дополнительных металлоконструкций. К тому же, эти батареи очень хорошо работают с рассеянным светом. Поэтому, если солнечные дни в Вашем регионе - редкость, можно присмотреться именно к этим панелям. Еще одним вариантом можно считать солнечные батареи из микроморфного кремния. Это новое поколение аморфных солнечных батарей, работающих как в видимой, так и в инфракрасной части спектра. Практика показала, что такие панели дают большую суммарную годовую выработку по сравнению с классическими. Кроме того, такие панели менее требовательны к углу наклона и ориентации по сторонам света. А еще они дешевле, потому что в производстве используется меньше кремния.

Сравним стоимость солнечных батарей для дома и дачи. Мы приводим цены в долларах, поскольку даже российские панели производятся из импортного сырья.

• Самые дешевые - панели из аморфного или микроморфного кремния. Их цена 0,7-0,9 доллара за Вт.
• На втором месте расположились поликристаллические солнечные панели с ценой 0.9 - 1 доллара за Вт.
• Ну и самыми дорогими являются модули из монокристаллического кремния. Их цена 1,1 - 1,3 долларов за 1 Вт мощности.

2. Мощность панелей.

Чтобы определиться с мощностью солнечных панелей, нужно определить среднее потребление энергии в Вашем доме (например, по счетам за электроэнергию), а потом решить, какой процент от этого количества Вы хотите компенсировать при помощи альтернативных источников энергии. Допустим, в месяц Вы потребляете 300 кВт*ч электроэнергии. Это примерно 10 кВт*ч в день и 3600 кВт*ч. Для Крыма можно считать, что солнечные батареи, мощностью 1 кВт вырабатывают в среднем 1300 кВт*ч в год. (около 110 кВт*ч в месяц). Если делается расчет для лета, считается, что панель отдает свою номинальную мощность 6 часов в день (солнечная батарея на 250 Вт выработает 250-6 = 1500 Вт*ч в сутки, при условии, что стоит солнечная погода). Тогда, для полной компенсации Вам необходимо установить 3 кВт панелей (12 панелей по 250 Вт, 1,65 м.кв. каждая). Если установить сразу 12 панелей нет возможности, можно поставить половину, а потом добавить. Оборудование при этом менять не нужно!

3. Тип инвертора

Есть ли сеть 220 В?

Если нет и не будет, тогда выбирайте автономный инвертор. В такой системе солнечные панели будут заряжать аккумуляторы, и одновременно энергия будет расходоваться на различных нагрузках. Рекомендуется также запастись генератором, который сможет зарядить АКБ, если выдастся особо пасмурная неделя и солнечной энергии будет недостаточно. Если сеть есть, то возникает следующий вопрос: нужно ли резервирование электроснабжения, или Вы хотите просто экономить? Если стоит цель просто экономить – достаточно поставить сетевой инвертор. Для него не нужны аккумуляторы. Энергия, вырабатываемая солнечными батареями, преобразуется в 220 В и сразу расходуется потребителями в доме. Несколько интереснее система, которая еще и запасает энергию. В ней используется гибридный инвертор. Основная его особенность – совместная работа сети и солнечных батарей. При этом можно выбрать один из двух приоритетов для основного источника энергии. Если выбрать сеть – тогда инвертор будет брать не более разрешенной мощности от сети, а если не будет хватать – добирать необходимое количество энергии от альтернативных источников энергии и аккумуляторов. Если же поставить приоритет солнечных батарей – тогда инвертор будет брать максимум энергии от них, а если не будет хватать, добирать немного из сети.

4. Мощность инвертора.

Мощность сетевого инвертора подбирается равной или немного большей, чем мощность массива панелей. Для гибридного и автономного расчет немного сложнее. Чтобы узнать, какой мощности инвертор нужен в Вашей системе, нужно посчитать суммарную мощность электроприборов, которые могут быть одновременно включены в Вашем доме. Допустим, у Вас дома есть такие электроприборы:

• 10 лампочек (экономок) по 20 Вт = 200 Вт,
• Холодильник класса А+, 300 Вт,
• Насос, 500 Вт,
• LCD телевизор 32", 70 Вт,
• Зарядное устройство мобильного телефона, 5 Вт,
• Ноутбук, 60 Вт,
• Пылесос, 1500 Вт,
• Микроволновка, 2000 Вт,
• Электрочайник, 1800 Вт,
• Кондиционер, 1500 Вт.

В сумме получим 7935 Вт. Дополнительно нужно взять запас минимум в 20% и получим 9500 Вт. В линейке инверторов МАП Энергия ближайшая модель – 12 кВт Однако если не включать одновременно пылесос, микроволновку и электрочайник, то максимальная суммарная мощность будет уже 4600 Вт + 20% = 5500 Вт – можно брать инвертор вдвое меньшей мощности – 6 кВт.

5. Тип контроллера заряда

Тут нам на выбор всего 2 типа: ШИМ и МРРТ. Разница между ними в том, что МРРТ контроллер снимает с солнечных панелей до 20% больше мощности по сравнению с ШИМ контроллером. При этом его стоимость в 2-3 раза выше. Чтобы помочь себе сделать выбор, сделайте простой расчет. Если Вы поставили себе на дом солнечные батареи мощностью 1 кВт, то МРРТ контроллер может снять с них все 1000 Вт, в то время как ШИМ «освоит» всего 800 Вт. Чтобы он догнал по мощности МРРТ контроллер, нужно добавить еще одну панель на 200-250 Вт. Разумеется, разрыв между контроллерами в 20% держится не 100% времени. Однако, солнечные батареи эксплуатируются не один год, и разница в 20% за 20 лет может набежать довольно большая. Что Вам выгоднее – добавить батарей или доплатить за более совершенный контроллер – решать Вам. Из опыта могу сказать, что при мощности панелей более 1 кВт уже выгоднее ставить МРРТ контроллер.

6. Мощность контроллера заряда Мощность контроллера заряда нужно выбирать по его паспортным данным (там указано, какую мощность он может прокачать через себя в АКБ). Эта мощность должна быть больше мощности массива батареи, установленных у Вас дома (на даче). Также желательно (для ШИМ контроллеров), чтобы класс напряжения батареи соответствовал напряжению на аккумуляторах. Тогда будет меньше потерь на преобразовании напряжения внутри контроллера. Для МРРТ контроллеров такого ограничения нет. У них наоборот, лучше набрать большое напряжение. Тогда даже в самую пасмурную погоду контроллер сможет сохранить работоспособность и снимать мощность с батареи.

7. Тип аккумуляторов Среди всех типов аккумуляторов для систем на солнечных батареях самыми доступными являются свинцово-кислотные. Из них можно выбрать между герметизированными (AGM, GEL) и обслуживаемыми (тяговые, OPzV). Первые есть смысл ставить, когда планируется использование АКБ в буферном режиме (редкие глубокие разряды в моменты отключения питания, неглубокие разряды в процессе работы (добавление мощности)). Еще одним их преимуществом является их герметичность – можно устанавливать в любом помещении, нет особых требований к вентиляции. Обслуживаемые АКБ надо устанавливать в помещении, где есть вентилляция, поскольку в процессе работы из таких аккумуляторов может выделяться водород. Однако, такие АКБ имеют очень большой ресурс - от 1500 циклов 100% разряда. Поэтому их целесообразно ставить в таких системах, где планируется постоянная циклическая работа от АКБ (автономные системы без сети 220В). Можно еще ставить автомобильные стартерные АКБ, но они плохо переносят разряд небольшими токами и имеют большой саморазряд. Поэтому срок их службы в системах на солнечных батареях очень невелик.

8. Емкость аккумуляторов Про емкость можно сказать: чем больше, тем лучше. Однако, рассчитать минимально необходимое количество АКБ можно. Для этого нужно определить сколько и каких электроприборов должны проработать в случае отключения электроэнергии и умножить это количество энергии на желаемое время автономной работы. Например, лампы (3 по 20 Вт*ч), ТВ (70 Вт*ч), ноутбук (60 Вт*ч), холодильник А+ (40 Вт*ч в час) должны проработать 6 часов. Суммарное потребление в час составит: 60+70+60+40 = 230 Вт. На 6 часов нужно будет 230*6 = 1380 Вт*ч (В*А*ч) Тогда ескость АКБ будет 1380 В*А*ч / 12 В = 115 А*ч. Чтобы не допустить 100% разряда и увеличить срок жизни АКБ, лучше вдвое увеличить емкость и взять АКБ на 200 А*ч. Такой аккумулятор сможет запасти в себе 2400 Вт*ч "солнечной" энергии.

Также Вы можете позвонить нам и задать любой вопрос нашим инженерам. Мы работаем с понедельника по пятницу с 9 до 18 часов без перерыва.

Эту статью про солнечные батареи для дома написал Егор Моисеев