Высокоэффективные солнечные батареи. Окупаются ли солнечные батареи для частного дома. Устройство системы электропитания от солнечных батарей

Выгодны ли солнечные батареи для дома

Выгодны ли солнечные батареи для дома?

Какова стоимость солнечной энергии на самом деле? Выгодно ли переходить от нефти и газа на солнечные батареи?
Все эти вопросы задает каждый, кто задумывается или планирует приобретение солнечных панелей для генерации своего собственного электричества. Слово «халява» привлекает всех без исключения, поэтому слыша истории о бесплатной и бесконечной энергии, способной вдохнуть жизнь во все электрические приборы и бытовую, в голове сразу промелькнет мысль, что нужно срочно бежать в магазин покупать чудо-батареи. Но для начала необходимо рассчитать, сколько стоит солнечная система энергоснабжения, какова ее экономическая эффективность, и через сколько лет она сможет окупить себя.

Во сколько обойдется система солнечных батарей?
Наиболее распространенными считаются поликристаллические батареи на основе кремния, так как в категории «цена/эффективность» они показывают самые лучшие результаты. Несмотря на то, что монокристаллические элементы имеют более высокий показатель КПД - это не означает, что срок их окупаемости будет меньше, ведь цена на них существенно выше, да и при пасмурной погоде их производительность падает в сравнении с поликристаллическими батареями.

Если Вы задумываетесь о приобретении солнечных батарей, не забудьте, что помимо панелей Вам понадобятся и другие элементы системы:
-Инвертор для преобразования напряжения в нужные 220 вольт.
-Аккумулятор для накопления преобразованной энергии.
-Контроллер заряда/разряда аккумулятора.
А все это дополнительные траты, да и установка всей этой системы потребует от Вас денежных вложений.
Рассмотрим на примере. Панель мощностью в 50 Вт обойдется Вам примерно в 3-4 тыс. руб., в 250 Вт - около 14-15 тыс. руб. За аккумулятор с характеристиками 12 В и 50 Ач придется выложить около 5-6 тыс. руб., а характеристики 2 В и 100 Ач обойдутся в 1500-2000 руб. Цена на инвертор составит порядка 2-4 тыс. руб. при мощности 300-600 Вт. За более высокие показатели мощности нужно будет заплатить в разы больше. Остался контроллер заряда - минимальная цена около 1,5 тыс. руб. Получается, что чем больше энергии Вы хотите получать и чем выше эффективность солнечной системы, тем больше придется заплатить, все достаточно логично.
Через сколько лет солнечная система окупит себя?

Следующий немаловажный вопрос - это окупаемость солнечной батареи. Выгодно ли будет Вам ее использование, нужно определить до установки системы. Первое, что потребуется сделать - это рассчитать потребляемую энергию. Если в среднем в месяц Вы тратите около 200 кВт, то в час это значение составит примерно 270-280 Вт. Следующий показатель - это пиковая нагрузка, то есть количество потребляемой электроприборами энергии при условии, что они включены одновременно. Ну и конечно, многое зависит от региона, в котором вы проживаете. Чем больше ясных дней в году, тем большее количество генерируемой системой энергии, больше всего в этом вопросе повезло, конечно, южной части России, на них правительство и возлагает надежды по развитию солнечной энергетики.

После расчета потребляемой энергии можно приступить к вопросу об окупаемости. Для наглядности опять воспользуемся конкретными цифрами. Примерная стоимость системы солнечных батарей со средней месячной производительностью в 240 кВт составит порядка 250-300 тыс. руб. Зная сколько стоит 1 кВт электроэнергии в Вашем городе, Вы сможете без проблем рассчитать срок окупаемости планируемой системы на солнечных батареях. И тем самым оценить ее эффективность лично для себя.
Еще один важный момент: стоимость солнечных фотоэлементов постоянно уменьшается, а вот тарифы на электроэнергию, наоборот, растут. Вот и получается, что первоначально рассчитанный срок окупаемости с каждым годом будет становиться меньше.

Как показывает практика, наибольшую эффективность от использования солнечных батарей получают жители Европы. Здесь 2 причины:
---Благоприятный климат, то есть большее число безоблачных дней в году позволяют генерировать достаточное количество электроэнергии, которого хватает и на обеспечение собственных нужд и даже позволяет продавать излишки государству, поэтому Европа и является лидером в сфере солнечной энергетики. Но, к сожалению, в России пока такой практики не наблюдается.
---Высокие тарифы на электрическую энергию. В России этот показатель значительно ниже, поэтому и эффективность использования солнечных батарей в нашей стране гораздо меньше.
К 2020 году странами Евросоюза планируется вырабатывать около 20% всей электроэнергии, потребляемой ими, именно из ВИЭ. К примеру, до 2030 г. более 1,8 трлн. $ на развитие ВИЭ планирует потратить Германия, остальные страны тоже не собираются отставать от нее.
Гораздо хуже дела обстоят у нас в России, лишь к 2020 году планируется поднять долю электроэнергии, получаемой с использованием ВИЭ, до отметки в 4,5%. Цифра в сравнении с европейскими показателями мизерная. И если механизм развития солнечной энергетики в нашей стране не изменится, то мы очень сильно останемся позади других крупнейших государств мира. Выходит, что для всех стран использовать солнечные батареи становится выгодно, а вот для России - этот вопрос остается открытым.

Рубрики:

Ха! Ха! Ха!
The Rockefeller Family Fund (Семейный Фонд Рокфеллеров) (RFF) объявил о своем намерении отказаться от подавляющего большинства всех своих активов, так или иначе связанных с ископаемым топливом. Комментарии к заявлению Семейного Фонда Рокфеллеров:

Надо же, контора, без тени сомнения вместе с такими же, развязавшая в своих корыстных интересах сначала Первую мировую войну, а затем Вторую, в которых в общей сложности погибли десятки миллионов человек, вдруг озаботились экологией!

Конечно же, выдавая такие заявления, Рокфеллеры прикрываются интересами мировой экологии только в целях получения барышей. Многие ведущие эксперты в области энергетики, чье мнение давно заслужило доверия, утверждают об убыточности "зеленой энергетики". Затраты на производство солнечных панелей, ветроэнергогенераторов и прочих устройств для выработки электричества нетрадиционным способом, их техническое содержание и утилизацию после срока службы значительно превышают доход от полученной ими электроэнергии.

В среднем дотации в альтернативную энергетику составляют до 20%, которые осуществляются именно за счет традиционной.

То есть здесь много денег, надо понимать, не заработать.

Кроме того, подавляющее большинство специалистов утверждает, что в связи с очередным рукотворным кризисом 2014-2016 г.г. нефтяные компании резко снизили инвестирование в разработку новых месторождений газа и нефти.

Это очень важный момент, поскольку запасы имеющихся разработанных залежей истощаются.

При существующем объеме потребления нефти все ее якобы "добытые, но не использованные излишки" быстро закончатся.

При таких обстоятельствах доходы нефтяной отрасли также будут только расти!

Когда RFF объявляет об избавлении от активов компаний, связанных с ископаемым топливом, надо в этом моменте быть очень внимательным и тщательно следить за руками фокусников.

Блеф это искусство, которым еврейские банкирские семьи владеют в совершенстве.

В этом случае надо вспомнить как Натан Ротшильд за несколько часов сколотил огромное состояние в 1815 году, имея конфиденциальную информацию о поражении Наполеона от английских войск в битве под Ватерлоо.

Получив известие о победе Англии Ротшильд прибыл на биржу и с лицом полным трагизма начал продавать принадлежащие ему акции английских компаний.

Через некоторое время биржевики сделали вывод о том, что Ротшильду известен результат решающего сражения с Наполеоном и результат этот не в пользу Англии.

Брокеры бросились распродавать такие ценные бумаги, которые резко теряли в цене.

В это же время "агенты Ротшильда" тихо их скупали.
Также, не афишируя, люди Ротшильда приобрели максимально возможное количество консолей (бессрочных облигаций британского правительства).

На следующий день, когда о победе Англии над Наполеоном стало общеизвестно, финансовая биржа Лондона уже находилась под полным контролем семьи Ротшильдов.

Большинство владельцев солнечных батарей используют их лишь в летнее время, что вполне логично. Однако в некоторых ситуациях дополнительная энергия необходима круглый год. Это означает, что фотопанели должны генерировать электричество и в межсезонье, и в зимний период. Отсюда возникает вопрос, будет ли солнечная батарея зимой работать достаточно эффективно, и сможет ли она справиться с возложенной задачей.

По сути, да, сможет. Ведь зимой (в ясные дни) солнце светит также ярко, а в пасмурные фотопанели улавливают отраженный (рассеянный) солнечный свет. Хотя общая производительность гелиобатарей все равно снизится. Собственное падение производительности – первая проблема, которая подстерегает желающих круглый год пользоваться энергией солнца. Вторая проблема – налипание снега (также вызывающее снижение энерговыработки).

Падение производительности

Согласно практическим данным, выработка солнечных панелей при зимнем сокращении светового дня падает в среднем в 1,5-2 раза. Поэтому запас мощности батарей для круглогодичного энергоснабжения дома надо рассчитывать с соответствующим превышением. Либо же стоит запастись дополнительным источником энергии (например, ветряным, дизельным или бензиновым генератором).

Кроме того, зимняя производительность зависит и от угла установки фотопанелей. Объясняется это разницей в сезонном положении солнца относительно горизонта. Зимой оптимальный угол наклона солнечных батарей должен быть равен широте места установки, увеличенной на 10-15°.

Но, говоря о зимнем снижении производительности, стоит вспомнить, что фотопанели отражают не только прямой, но и рассеянный солнечный свет. Иными словами, свет, отраженный от выпавшего вокруг панели снега. Поэтому небольшие сугробы вокруг батареи могут оказаться очень полезными. Но образование таких сугробов напрямую связано с другой зимней проблемой – налипанием снега на рабочую поверхность.

Налипание снега

Очистка рабочей поверхности от налипшего снега – обязательное условие зимней эксплуатации. В противном случае автономное энергоснабжение от солнца просто прекратится. Конечно, в более южных широтах, где снега зимой очень мало, эта проблема не играет такой роли как в северных регионах. На территории же, к примеру, центральной России без этого не обойтись.

Зимняя очистка снега бывает пассивной и активной. Пассивная заключается в заранее обдуманном способе установки панелей вертикальным образом либо на стене здания, либо на отдельной раме-стойке. Желательно, чтобы пространство хорошо продувалось ветром, тогда снег вообще не будет накапливаться на поверхности. Активный же метод представляет собой очистку поверхности батарей при помощи обычной швабры с длинным ворсом.

Особенности работы «под снегом»

Несмотря на то, что снег зимой создает определенную проблему, он же и во многом облегчает использование солнечных батарей. Дело в том, что когда фотопанели работают, активно заряжая аккумуляторы энергосистемы, они довольно сильно нагреваются. Летом охлаждение батарей является серьезной задачей, поскольку перегрев их может вывести из строя всю сеть. Зимой же, снег, скапливаясь вокруг батарей, создает определенный охлаждающий эффект. Точно также охлаждает батареи и снег, таящий на рабочей поверхности. Таким образом, в небольших количествах он играет не отрицательную, а положительную роль в зимней работе фотопанелей.

Еще одно преимущество окружающего снега – его высокая отражающая способность. Особенно важно это для батарей на поликристаллах, которые превосходно улавливают отраженный и рассеянный свет, повышая тем самым свою производительность.

При постоянно растущих ценах на электроэнергию поневоле начнешь задумываться об использовании природных источников для электроснабжения. Одна из таких возможностей — солнечные батареи для дома или дачи. При желании они могут обеспечить полностью все потребности даже большого дома.

Устройство системы электропитания от солнечных батарей

Преобразовывать энергию солнца в электричество – эта идея длительное время не давала спать ученым. С открытием свойств полупроводников это стало возможным. В солнечных батареях используются кремниевые кристаллы. При попадании на них солнечного света в них образуется направленное движение электронов, которое называется электрическим током. При соединении достаточного количества таких кристаллов получаем вполне приличные по величине токи: одна панель площадью чуть больше метра (1,3-1,4 м2 при достаточном уровне освещенности может выдать до 270 Вт (напряжение 24 В).

Так как освещенность меняется в зависимости от погоды, времени суток, напрямую подключать устройства к солнечным батареям не получается. Нужна целая система. Кроме солнечных панелей требуется:

Аккумулятор. На протяжении светового дня под воздействием солнечных лучей солнечные батареи вырабатывают электрический ток для дома, дачи. Он не всегда используется в полном объеме, его излишки накапливаются в аккумуляторе. Накопленная энергия расходуется ненастную погоду.
Контролер. Не обязательная часть, но желательная (при достаточном количестве средств). Отслеживает уровень заряда аккумулятора, не допуская его чрезмерного разряда или превышения уровня максимального заряда. Оба этих состояния губительны для аккумулятора, так что наличие контролера продлевает срок эксплуатации аккумулятора. Также контролер обеспечивает оптимальный режим работы солнечных панелей.
Преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор). Не все устройства рассчитаны на постоянный ток. Многие работают от переменного напряжения в 220 вольт. Преобразователь дает возможность получить напряжение 220-230 В.

Солнечные батареи для дома — только часть системы

Установив солнечные батареи для дома или дачи, можно стать совершенно независимым от официального поставщика. Но для этого надо иметь большое количество батарей, некоторое количество аккумуляторов. Комплект, который вырабатывает 1,5 кВт а сутки стоит около 1000$. Этого достаточно для обеспечения потребностей дачи или части электрооборудования в доме. Комплект солнечных батарей для производства 4 кВт в сутки стоит порядка 2200$, на 9 кВт в сутки — 6200$. Так как солнечные батареи для дома — модульная система, можно купить установку, которая будет обеспечивать часть потребностей, постепенно увеличивая ее производительность.

Виды солнечных батарей

С ростом цен на энергоносители идея использования энергии солнца для получения электроэнергии становится все более популярной. Тем более, что с развитием технологий солнечные преобразователи становятся эффективнее и, одновременно, дешевле. Так что, при желании, можно свои нужды обеспечить установив солнечные батареи. Но они бывают разных типов. Давайте разбираться.

Сама солнечная батарея — некоторое количество фотоэлементов, которые расположены в общем корпусе, защищенные прозрачной лицевой панелью. Для бытового использования фотоэлементы производят на основе кремния, так как он относительно недорог, и элементы на его основе имеют неплохой КПД (порядка 20-24%). На основе кремниевых кристаллов изготавливают монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные (гибкие) фотоэлементы. Некоторое количество этих фотоэлементов электрически соединены между собой (последовательно и/или параллельно) и выведены на клеммы, расположенные на корпусе.

Фотоэлементы установлены в закрытом корпусе. Корпус солнечной батареи делают из анодированного алюминия. Он легкий, не подвержен коррозии. Лицевую панель делают из прочного стекла, которое должно выдерживать снего-ветровые нагрузки. К тому же оно должно обладать определенными оптическими свойствами — иметь максимальную прозрачность, чтобы пропускать как можно больше лучей. Вообще, из-за отражения теряется значительное количество энергии, так что требования к качеству стекла высокие и еще оно покрывается антибликовым составом.

Виды фотоэлементов для солнечных батарей

Солнечные батареи для дома делают на основе кремневых элементов трех типов;

Если у вас скатная крыша и фасад развернут на юг или восток, слишком сильно думать о занимаемой площади не имеет смысла. Вполне могут устроить поликристаллические модули. При равном количестве производимой энергии они стоят немного дешевле.

Как правильно выбрать систему солнечных батарей для дома

Есть распространенные заблуждения, которые заставляют вас тратить лишние деньги на приобретение чересчур дорогого оборудования. Ниже приведем рекомендации того, как правильно выстроить систему электропитания от солнечных батарей и не потратить лишних денег.

Что надо купить

Далеко не все компоненты солнечной электростанции жизненно необходимы для работы. Без некоторых частей вполне можно обойтись. Они служат для повышения надежности, но без них система работоспособна. Первое, что стоит запомнить — приобретайте солнечные батареи в конце зимы, начале весны. Во-первых, погода в это время отличная, много солнечных дней, снег отражает солнце, увеличивая общую освещенность. Во-вторых, в это время традиционно объявляют скидки. Далее советы такие:

Если воспользоваться только этими советами, и подключить только технику, которая работает от постоянного напряжения, система солнечных батарей для дома обойдется в гораздо более скромную сумму чем самый дешевый комплект. Но это еще не все. Можно еще часть оборудования оставить «на потом» или вообще обойтись без него.

Без чего можно обойтись

Стоимость комплекта солнечных батарей на 1 кВт в сутки — более тысячи долларов. Немалые вложения. Поневоле задумаешься, а стоит ли оно того и каков же будет срок окупаемости. При нынешних тарифах ждать пока отобьются свои деньги придется не один год. Но можно затраты уменьшить. Не за счет качества, но за счет незначительного снижения комфортности эксплуатации системы и за счет разумного подхода к подбору ее компонентов.

Итак, если бюджет ограничен, можно обойтись несколькими солнечными панелями и аккумуляторными батареями, емкость которых на 20-25% выше максимального заряда солнечных панелей. Для мониторинга состояния купите автомобильные часы, которые еще измеряют напряжение. Это избавит вас от необходимости несколько раз в день измерять заряд на АКБ. Вместо этого вам надо будет время от времени смотреть на показания часов. Для старта это все. В дальнейшем можно докупать солнечные батареи для дома, увеличивать количество АКБ. При желании, можно купить инвертор.

Определяемся с размерами и количеством фотоэлементов

В хороших солнечных батареях на 12 вольт должно быть 36 элементов, на 24 вольта — 72 фотоэлемента. Это количество оптимально. При меньшем числе фотоэлементов вы никогда не получите заявленный ток. И это — лучший из вариантов.

Не стоит покупать сдвоенные солнечные панели — по 72 и 144 элемента соответственно. Во-первых, они очень большие, что неудобно при перевозке. Во-вторых, при аномально низких температурах, которые у нас периодически случаются, они первыми выходят из строя. Дело в том, что ламинирующая пленка при морозах сильно уменьшается в размерах. На больших панелях из-за большого натяжения она отслаивается или даже рвется. Теряется прозрачность, катастрофически падает производительность. Панель идет в ремонт.

Второй фактор. На больших по размерам панелях должна быть больше толщина корпуса и стекла. Ведь увеличивается парусность и снеговые нагрузки. Но далеко не всегда это делают, так как значительно возрастает цена. Если вы видите сдвоенную панель, а цена на нее ниже, чем на две «обычных», лучше ищите что-то другое.

Еще раз: лучший выбор — солнечная панель для дома на 12 вольт, состоящая из 36 фотоэлементов. Это оптимальный вариант, проверенный практикой.

Технические характеристики: на что обратить внимание

В сертифицированных солнечных батареях всегда указывается рабочий ток и напряжение, а также напряжение холостого хода и ток КЗ. При этом стоит учесть, что все параметры обычно указываются для температуры +25°C. В солнечный день на крыше батарея разогревается до температур, значительно превышающих эту цифру. Это объясняет наличие большего рабочего напряжения.

Также обратите внимание на напряжение холостого хода. В нормальных батареях оно порядка 22 В. И все бы ничего, но если проводить работы на оборудовании не отключив солнечные батареи, напряжение холостого ходы выведет из строя инвертор или другую подключенную технику, не рассчитанную на подобный вольтаж. Потому при любых работах — переключении проводов, подключении/отключении аккумуляторов и т.д. и т.п — первое что вы должны сделать — отключить солнечные батареи (снять клеммы). Перебрав схему, их подключаете последними. Такой порядок действий сохранит вам много нервов (и денег).

Корпус и стекло

Солнечные батареи для дома имеют алюминиевый корпус. Этот металл не корродирует, при достаточной прочности имеет небольшую массу. Нормальный корпус должен быть собран из профиля, в котором присутствуют, как минимум, два ребра жесткости. К тому же стекло должно быть вставлено в специальный паз, а не закреплено сверху. Все это — признаки нормального качества.

Еще при выборе солнечной батареи обратите внимание на стекло. В нормальных батареях оно не гладкое, а текстурированное. На ощупь — шершавое, если провести ногтями, слышен шорох. К тому же должно иметь качественное покрытие, которое сводит к минимуму блики. Это означает что в нем не должно ничего отражаться. Если хоть под каким-то углом видны отражения окружающих предметов, лучше найдите другую панель.

Выбор сечения кабеля и тонкости электрического подключения

Подключать солнечные батареи для дома необходимо медным одножильным кабелем. Сечение жилы кабеля зависит от расстояния между модулем и АКБ:

расстояние менее 10 метров:
- 1,5 мм2 на одну солнечную батарею мощностью 100 Вт;
- на две батареи — 2,5 мм2;
- три батареи — 4,0 мм2;
расстояние больше 10 метров:
- для подключения одной панели берем 2,5 мм2;
- двух — 4,0 мм2;
- трех — 6,0 мм2.

Можно брать сечение больше, но не меньше (будут большие потери, а оно нам не надо). При покупке проводов, обратите внимание на фактическое сечение, так как сегодня заявленные размеры очень часто не соответствуют действительным. Для проверки придется измерять диаметр и считать сечение (как это делать, прочесть можно ).

При сборе системы можно плюсы солнечных батарей провести используя многожильный кабель подходящего сечения, а для минуса использовать один толстый. Перед подключением к аккумуляторам все «плюсы» пропускаем через диоды или диодные сборки с общим катодом. Это предотвращает возможность замыкания аккумулятора (может вызвать возгорание) при замыкании или обрыве проводов между батареями и аккумулятором.

Диоды используют типа SBL2040CT, PBYR040CT. Если такие на нашли, можно снять со старых блоков питания персональных компьютеров. Там обычно стоят SBL3040 или подобные. Пропускать через диоды желательно. Не забудьте что они сильно греются, так что монтировать их надо на радиаторе (можно на едином).

Еще в системе необходим блок предохранителей. По одному на каждого потребителя. Всю нагрузку подключаем через этот блок. Во-первых, система так безопаснее. Во-вторых, при возникновении проблем, проще определить ее источник (по сгоревшему предохранителю).

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.

Альтернативная энергетика стала доступнее! В 2018 году можно купить мощностью в 150 Вт и напряжением в 12 В примерно за 115 долларов. Технологии изготовления панелей осваиваются и совершенствуются, поэтому уже несколько лет подряд наблюдается тенденция снижения их стоимости. Чтобы использовать энергию солнца в полной мере, нужно собрать домашнюю СЭС. Профильные компании предлагают готовые комплекты и услуги по монтажу солнечной установки. С другой стороны, есть менее затратное решение – солнечная батарея своими руками.

Солнечная батарея: что это и как работает

Солнечная батарея – это набор панелей, преобразующих энергию света, соединенных в конкретную схему, для достижения нужных электрических характеристик: напряжения, тока и мощности. Каждая панель – это кремниевая пластина с металлизированными дорожками для подключения к цепи. В готовых решениях они соединены на заводе, а монтажнику нужно собрать схему из нескольких, чтобы обеспечить электроснабжение объекта в необходимом объеме.

Принцип действия основан на фотоэффекте. Посветив на кремний, вы ничего не добьетесь, поэтому в структуру пластины вносят примести – легируют. В результате появляется избыток положительных или отрицательных носителей заряда, что зависит от типа примеси, формируются P и N области и pn-переход – по типу простейшего полупроводникового диода. Когда на него попадает свет, на выводах формируется фото-ЭДС. Однако величина напряжения диода достаточно мала – порядка половины вольта. Поэтому в одном солнечном модуле находится множество таких ячеек, а выходное напряжение батареи в целом доходит до 12–24 В.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Это интересно: На самом деле 12-вольтные солнечные батареи имеют на выходе напряжение вполовину больше, зависящее от количества света. При оптимальных условиях оно может достигать 18 В и более – это называется точка максимальной мощности (отрезок вольтамперной характеристики с наибольшим напряжением и током). Промышленные образцы обычно рассчитаны на работу с напряжением 12 и 24 В, использование последних позволяет снизить токи на первичной стороне преобразователя.

Так как солнечный свет не доходит до нас круглыми сутками – энергия будет вырабатываться только днем, чтобы пользоваться электричеством ночью, нужно ее накопить. Для этого потребуются аккумуляторы и контроллер для их заряда. Если вы собираетесь пользоваться не только 12-вольтовым оборудованием, но и привычными 220 В бытовыми приборами, нужен еще и инвертор.

Принцип работы солнечной батареи

Контроллеры заряда бывают разных типов:

On-Off.
MPPT.

Инвертор необходим для преобразования постоянного напряжения величиной 12 В, в переменное 110, 220, 380 и прочее. Обычно он рассчитан под одно выходное напряжение.

Преимущества и недостатки этого вида энергии

В каждой из отраслей энергетики есть сильные и слабые стороны. Плюсы получения электричества из солнечного света:

Не используются ископаемые, жидкие и газообразные виды топлива.
Отсутствуют факторы загрязнения окружающей среды.
Солнечный свет – бесплатный источник энергии.

Но и без минусов не обошлось:

Стоимость батарей хоть и снижается, но все равно находится на высоком уровне.
Кроме панелей, нужны аккумуляторы и преобразователи.
Срок окупаемости от 5 лет.

Не забудьте учесть ресурс работы аккумуляторов и их периодическую замену. Солнечная энергия не настолько дешевая, как об этом часто утверждают. Однако если нет других вариантов – это подходящий способ электрификации.

Больше всего распространены поликристаллические и монокристаллические панели. Последние дороже, поскольку изготавливаются из однородных кристаллов кремния, больший КПД (около 15%). Поликристаллы производятся из вторсырья, остатков от изготовления монокристаллов и продуктов переработки панелей. Стоят примерно на 15% дешевле, имеют КПД чуть ниже (8–12%), при этом разные источники сходятся во мнении, что они показывают лучшие результаты в пасмурную или облачную погоду поэтому разница в цене не всегда оправдана. Аморфные батареи встречаются редко.

Как отличить поликристаллическую от монокристаллической солнечной панели?

Очень просто, у элементов монокристаллической структуры углы скруглены или сегментные, а цвет ее поверхности однородный: от темно-синего до черного. Поликристаллические элементы имеют форму правильных прямоугольников, а их цвет неоднородный, слегка переливающийся: от синего до почти черного, его текстура отдаленно напоминает камуфляж.

Поликристаллический и монокристаллический модули солнечной батареи

Выбор места и проектирование

Для установки панелей подойдет часть пространства, на которую не падает тень и освещена солнечными лучами. Если вы задались вопросами постройки СЭС, скорее всего, живете в частном доме или собираетесь электрифицировать дачу. Вот список мест, которые подходят для установки батарей:

Крыша домов и хозяйственных построек.
Пустые места на земле во дворе.
Южные стены зданий.

Если крыша имеет любую конструкцию, в которой кровля расположена под углом к горизонту (двускатная, финская и т. д.) панели можно уложить непосредственно на нее. Для монтажа на горизонтальные и вертикальные, нужна металлическая конструкция, чтобы установить угол падения солнечных лучей, приближенный к прямому. Лучше, когда металлическая конструкция для установки на стены будет выполнена из алюминия или других легковесных сплавов, чтобы избежать лишней нагрузки на фундамент и кладку.

ВАЖНО! Эффективность установки снижается пропорционально углу падения света. Чем больше он отличается от 90 градусов, тем меньше электроэнергии вы получаете.

Пример проектирования батареи. Главное — чтобы она чаще всего смотрела на солнце

Проектирование

Нужно произвести правильный расчет мощности панелей, инвертора и емкости аккумулятора. Для этого необходимо определиться, для чего вам нужна ? Если как источник резервного питания, то рассчитайте, какое время резервной работы должна обеспечивать станция, и какое оборудование будет подключено к резервной сети.

Если нужен основной источник энергии, вы должны посчитать, какое количество времени всего в день работает каждый из ваших электроприборов, затем умножить число часов на их мощность. В результате вы узнаете, сколько кВт/ч энергии в день они потребляют. После чего добавьте про запас 20–50%, т. е. умножить количество кВт/ч на 1,2–1,5. Если разделить это число на напряжение АКБ (12 или 24 В) – вы получите емкость (А/ч).

Количество элементов панели подбирается исходя из их мощности и среднесуточного количества часов, когда в ваших широтах светит солнце. То есть если вы за день потребляете 1 кВт/ч, а солнечный день длится в среднем 10 часов, при этом максимально яркий свет падает в течение 4–5 часов, значит:

где P – общая мощность батареи, W – потребляемая мощность, Hs – количество солнечных часов, k – коэффициент максимальной яркости света, т. е. если из 10 часов солнце светит 4 часа очень ярко, а остальное время идет на спад, то он равен 4/10 или 0,4.

Инвертор подбирается исходя из количества работающей техники. В квартирах и домах на распределительных щитках установлены вводные автоматы на 16 А, это примерно 3.5 кВт, значит и инвертора такой мощности вам хватит с головой.

Последний шаг это монтаж всей установки. Самое сложное – это найти оптимальный угол наклона батареи. Нужно опытным путем определить угол, при котором наибольшую продолжительность времени солнечные лучи будут максимально приближены к перпендикулярному положению.

Монтаж солнечной батареи к крыше

Пошаговый процесс сборки

Чтобы построить панель понадобится:

Алюминиевые уголки.
Фанера, ДВП или ДСП.
Герметик.
Прозрачное защитное покрытие (оргстекло или стекло с низким содержанием железа, каленное).
Солнечные батареи.
Шина для пайки СЭ (в идеале) или оплетка от провода, провод.
Кабель.
Шуруповерт.
Саморезы, уголки и прочие метизы.
Ножовка по металлу.

Сборка каркаса

Когда вы определились, какого размера должна быть панель – вырежьте шаблон из картона, разложите на нем кремниевые элементы, оставляя зазор между ними 3–5 мм. Кремний – очень хрупкий материал, этот зазор нужен, чтобы пластины не треснули в процессе нагревания и охлаждения. Затем обрежьте шаблон по размерам и приступайте к сборке алюминиевого каркаса. Можно соединять детали внахлест или встык, но для последнего нужно резать материал под 45 градусов, для этого удобно использовать стусло. Не забудьте вклеить защитное стекло, прежде чем смонтируете щит с солнечными элементами.

Спайка пластин

На обратной стороне пластин нанесен металлический слой серебристого цвета. Он поддается лужению с применением кислотного флюса. Заранее залудите провод или шину. Шина – это плоский проводник. Если такой нет, можно использовать оплетку кабеля или тонкий провод.

Спайка пластин между собой

Далее, нужно кисточкой нанести флюс на металлический слой на кремнии, быстрыми движениями паяльника размазать каплю припоя, когда поверхность станет более однородной и блестящей – контакт залужен. Некоторые используют флюс-карандаш. Не пробовал, но им, кажется, будет удобно работать. Припой ПОС-61 – подойдет для пайки. Последовательное соединение пластин повышает выходное напряжение, соединение групп в параллель – выходной ток.

Не перегрей! Чтобы не повредить пластину и контакт нельзя долго задерживаться паяльником, для этого нужен паяльник мощностью от 30 до 60 Вт, с теплоемким жалом (т. е. потолще).
Не расколи! Пластины очень тонкие и хрупкие. Во время пайки положите пластины на мягкий толстый картон, пенопласт, пенофол, тряпку, в конце концов. Это уменьшит вероятность скола при надавливании паяльником или переворачивании элементов.

Дополнительно нужно установить диод Шоттки. Если вы хотите избежать обратного тока от аккумулятора в темное время суток, то диод можно установить между батареей и аккумулятором. Производители не ставят диодов вовсе.

Задняя крышка может быть выполнена из пластика, фанеры и других листовых материалов. Просверлите по его площади отверстия для циркуляции воздуха, при этом нужно залить герметиком все электрические соединения, чтобы избежать коррозии. После сборки необходимо установить ее на несущую стационарную конструкцию. Лучше предусмотреть возможность регулировки угла наклона – это поможет достичь оптимальной мощности в разные времена года, подстраивая положение под солнце.

Сборка самодельной солнечной панели

Солнечные батареи из подручных материалов

Если нет желания вкладывать больших денег в панели, но вам интересно попробовать на что они способны, можно собрать простейшую солнечную панель из старых радиодеталей самостоятельно.

Батарея из транзисторов

Транзистор для батареи со спиленной крышечкой

Для сборки нужны старые советские транзисторы в железных корпусах, типа КТ819 или МП21-МП43 и подобные. Их корпус напоминает летающую тарелку, две половинки которой соединены между собой, а шов закатан. Для разбора сточите поясок, и потяните половины в разные стороны. Внутри вы увидите кристалл кремния с двумя электродами, поместите его под яркий свет и вольтметром определите: между какими ножками присутствует самое высокое напряжение. Мощность одного самодельного фотоэлемента мала, а напряжение едва доходит до 0,3–0,5 Вт, вам понадобится порядка 30–40 штук, чтобы достичь желаемых 12 Вт, при этом токи будут маленькими.

Батарея из диодов

Диоды Д223Б

Диоды типа Д223Б выдают порядка 0,35 В на ярком солнце. Их корпус выполнен из стекла, но покрыт краской. Чтобы она сошла, залейте диоды растворителем, и оставьте на пару часов полежать, желательно в теплом, проветриваемом помещении, потом краска легко счищается. Ну а дальше вам придется спаять их в батарею, как было описано выше, для достижения нужного напряжения и тока.

Панель из фольги

Можно сделать батарею с помощью медной фольги. Для этого нужно взять два листа площадью 45 см2, очистить от жира окислов с помощью наждачной бумаги, отмыть в мыльном растворе. После нужно разогреть один из них, например, на электроплите (больше киловатта) до красно-оранжевого цвета, потом медь начнет чернеть – это появился оксид меди, держим еще 30 секунд. Выключите плиту и пусть все плавно остынет. На листе появится слой оксида черного цвета. Промываем под проточной водой, чтобы сошли крупные частицы оксида, должна остаться тонкая пленка, нельзя механически воздействовать на поверхность – скрести ее, чистить и гнуть.

Получится один лист со слоем оксида, а второй чистый, поместите их в емкость, отлично подойдет обрезанная 5-л бутылка. Лист с окисью будет у нас «минусом», а чистый «плюсом». Они не должны соприкасаться. Емкость наполняем солевым раствором (примерно 1 ложка соли на 1 литр воды). Таким образом, вы получите 1 ячейку для солнечного элемента.

Видео:

Еще пример сборки:

Выводы

Солнечные батареи подходят для электроснабжения, но срок окупаемости устройств достаточно велик, поэтому применять как основной источник питания их довольно дорого. Самодельные фотоэлементы малопригодны для практического использования в качестве источника электроэнергии, но как датчик света они работают неплохо. Можно применить устройства в разных схемах фотореле. Домашняя СЭС – отличный вариант резервного электроснабжения, как основной ввод она может использоваться только в том случае, когда садовый участок расположен в не электрифицированном районе.

Возможно, будет полезно почитать: