Когда начинается постройка частного или загородного дома, важным моментом, который также требует довольно много финансовых вложений, а еще больше – внимания, является отопительная система и утепление сооружения. И вместо привычных систем и традиционных видов отопления все больше людей обращают свое внимание на альтернативное отопление – солнечное отопление частного дома.

солнечное отопление частного дома
Солнечное отопление частного дома

Использование солнечной энергии для отопления

Распространение системы солнечного отопления частного дома постоянно растет, так как это инновационная технология, использующая солнечную энергию. На сегодняшний день уже абсолютно каждый владелец частного или загородного дома может установить у себя такую систему. Заметим, что финансовые средства потребуется вложить только в приобретение оборудования, которое понадобится для того чтобы накапливать тепло, а вот сама энергия достанется вам бесплатно.

Если вы собираетесь оборудовать солнечное отопление дома для долговечной работы, то к выбору системы следует подойти серьезно. Требуется грамотно рассчитать площадь системы, мощность, подобрать хорошее место для монтажа.


Отметим, что установленная система сможет прослужить вам более 25-ти лет, а окупится она примерно через 3 года, если эксплуатировать ее постоянно.

Отопление дома от солнца может быть двух типов:

  • На основе солнечных батарей.
  • На основе солнечных коллекторов.

солнечное отопление дома своими руками
Отопление с помощью солнечных батарей

солнечное отопление дома своими руками
Отопление с помощью солнечных коллекторов

Солнечное отопление обладает множеством преимуществ:

  • Существенно экономятся затраты на топливо.
  • Это полностью экологически безопасная система.
  • Простота использования.
  • На фотоэлементы цены падают, поэтому падает и стоимость оборудования и монтажа системы.

Среди недостатков можно отметить следующие:

  • Когда день пасмурный, энергии будет вырабатываться существенно меньше.
  • Оборудование и монтаж такой системы – дорогое удовольствие.
  • Бесперебойная работа такой системы требует к себе особенного внимания: точных расчетов и верной установки всех элементов.

Отопление на солнечных батареях

В сущности, солнечные батареи представляют собой фотогенераторы электроэнергии. Как говорят нам законы физики, солнечный свет формирует постоянный ток, влияя на полупроводниковые элементы. А в цепях солнечной батареи появляется напряжение, которое затем подается на объекты. Специальный аккумулятор накапливает энергию, которую потом можно использовать в пасмурные дни.

отопление дома от солнца
Система отопления с применением солнечных батарей

Отопление частного дома солнечной энергией при помощи батарей лучше всего ставить на южную сторону крыши, а угол крыши должен быть не менее 30 градусов. Специалисты рекомендуют учесть также наличие дополнительных помех – к примеру, если рядом стоят сооружения или деревья, которые впоследствии могут помешать функционированию системы. Поток лучей солнца должен идти из учета: 1000 кВт/ч на 1 кв.м за год. Солнечная энергия в таком расчете, которую вы получите, будет равняться использованию 100 литров газа.

Некоторые мощные солнечные батареи площадью примерно 4 кв.м могут снабдить среднюю семью, состоящую из 3-х человек, горячей водой. Энергия при этом выработается – 2000 кВт/ч в год.

Солнечная батарея состоит из следующих элементов:

  • Прозрачная верхняя панель, внутри нее будут циркулировать вода или воздух, сделанная из стекла или пластмассы.
  • Металлическая зачерненная поверхность, поглощающая теплоэнергию солнца.
  • Водяной бак или специальный накопительный резервуар, куда идет нагретая жидкость или газ, после чего они поступают в батареи.
солнечные системы отопления частного дома
Солнечная батарея в разрезе

В солнечные системы отопления частного дома входят такие элементы:

  • Обыкновенный преобразователь.
  • Преобразователь постоянного в переменный ток.
  • Датчик, который регулирует уровень зарядки и разрядки батареи.
  • Аккумулятор.
  • Система отбора мощности.

Солнечное отопление загородного дома на батареях применяется, в основном, для того чтобы получить электричество. Поэтому такие батареи будет лучше всего установить там, где используется электрическое отопление, электрообогреватели или теплый пол. Когда вы оборудуете отопление солнечными батареями большой мощности, можно будет снабдить свой дом горячей водой.

отопление частного дома солнечной энергией
Солнечные батареи приобрели большую популярность в мире

Что касается эффективности такой системы, как отопление дома солнечной энергией от батарей, то этот показатель зависит от множества факторов, основной из которых – это поступающая солнечная энергия. Если ваше жилье располагается в северной широте, то лучше всего использовать совмещенные виды отопления, где солнечная энергия будет лишь дополнением. Это же касается и тех местностей, где наблюдается частая пасмурная погода, так как в такое время мощность батарей будет очень маленькой.

Отопление солнечными коллекторами


Отопление загородного дома от солнца при помощи солнечных коллекторов заключается в том же принципе: солнечная энергия собирается и преобразовывается. Однако в данном случае преобразовывается не электрическая энергия, а тепловая. Так, носитель тепла, который циркулирует в коллекторе, под действием лучей солнца нагревается и после этого передает свое тепло. Продуктивность здесь также зависит от того, какое количество солнечного света.

отопление дома солнечной энергией
Система отопления солнечными коллекторами

Бывают такие виды коллекторов:

  • Работающие на воде или антифризе. Первый тип коллекторов – это плоские коллекторы, которые состоят из абсорбера, который и поглощает солнечную энергию, прозрачного слоя и покрытия с теплоизоляцией.
  • Работающие на воздушных массах и обеспечивающие воздушное солнечное отопление дома.

Солнечное отопление своими руками – это реально

На сегодняшний день известно несколько способов, как выполнить солнечное отопление дома своими руками. К примеру, можно использовать полиэтиленовую пленку или пластиковые бутылки, однако такая система не будет долго работать эффективно.

Поэтому лучшим вариантом будет приобретение готового оборудования – это эффективно и выгодно. К тому же, стоимость его окупается через короткое время.


otoplenie-doma.org

Статья дополняет другую нашу статью Выгодны ли инвестиции в солнечные батареи?, в которой также затронуты вопросы стоимости и окупаемости солнечных батарей и электростанций на их основе.

Солнечная энергия для домаНас часто спрашивают, сколько будет стоить система автономного или резервного электроснабжения с солнечными батареями. Конечно, мы можем бесплатно рассчитать вам систему, если вы заполните форму заявки «Подберите мне оборудование«. Но сначала желательно понимать в принципе, нужны ли вам солнечные батареи и хватит ли вам вашего бюджета на организацию электроснабжения.

В этой статье мы расскажем, как предварительно оценить стоимость автономной или соединенной с сетью системы электроснабжения. Вы навскидку сможете сравнить ее стоимость с альтернативными вариантами электроснабжения — например, от дизель-генератора (у нас есть в ассортименте дизель-генераторы высокой степени надежности с водяным охлаждением, которые могут работать круглосуточно), или оплатить местным электросетям стоимость прокладки ЛЭП и технологического подключения к сетям централизованного электроснабжения.


Для расчетов будем принимать, что 1 кВт солнечных батарей генерирует 5 кВт*ч/сутки энергии летом (май-август), 3-4 кВт*ч/сутки весной и осенью (март-апрель и сентябрь-октябрь) и 1 кВт*ч/сутки зимой. Эти цифры учитывают снижение мощности солнечных панелей при нагреве в реальных условиях работы, для средней полосы России.  Также, будем считать, что в эту стоимость включена стоимость недорогого солнечного контроллера.

Стоимость автономной системы электроснабжения с солнечными батареями

Состав типичной системы автономного электроснабжения с солнечными батареями:

  • Солнечная батарея – преобразует солнечную энергию в электричество
  • Контроллер заряда – защищает батарею от перезаряда. Маломощные контроллеры также часто имеют выход для подключения потребителей постоянного тока, что позволяет защищать аккумулятор и от переразряда.
  • Аккумуляторы – накапливают энергию для использования в пасмурную погоду и в ночное время
  • Инвертор – преобразует энергию, сохраненную в аккумуляторах в 220В переменного тока, которые требуются для бытовых электропотребителей. Обычно подключается напрямую к аккумуляторной батарее и имеет свою встроенную защиту аккумулятора от глубокого разряда.

Солнечная энергия для домаСтоимость 1 Вт солнечных панелей на июль 2017 года можно принять 55 рублей за ватт (цена с НДС), или около 0,9 USD/W. При расчете генерации нужно учитывать количество собственных потерь энергии в системе. На заряд-разряд аккумулятора уходит около 20% энергии, потери в инверторе — около 15-20% (это средняя цифра, может быть меньше или больше, в зависимости от качества инвертора).

В автономных солнечных энергосистемах рекомендуется применять гелевые аккумуляторы, т.к. они лучше переносят циклические режимы работы и глубокий разряд. Стоимость 1 А*ч таких аккумуляторов составляет сейчас примерно 150 руб/А*ч (или 2,5 USD/А*ч) при 12В, что составляет 12,5 руб/Вт*ч запасаемой энергии. С учетом того, что АБ нежелательно разряжать больше, чем на 50%, то получаем цифру 25 рублей за Вт*ч АБ в оборудовании.

Цена на батарейные инверторы колеблется в очень широком диапазоне. Мы рассматриваем только инверторы с синусоидальной формой выходного напряжения. Самые дешевые ББП от А-Электроники стоят примерно 8500 рублей за кВт мощности.


мые дорогие Xtender — около 50-60 тысяч рублей за кВт мощности. Понятно, что на общую стоимость системы выбор инвертора будет влиять существенно. В приблизительных расчетах можем взять стоимость одной из популярных моделей российского производства — ББП МАП Энергия, его стоимость в варианте МАП Гибрид  около 25 тысяч рублей за 1 кВт номинальной мощности.  Типичная мощность инвертора в доме — 3 кВт, эту цифру и будем использовать при расчетах.

Солнечная энергия для домаСтоимость дополнительного оборудования — системы крепления солнечных батарей, стойки для аккумуляторов, провода, соединители, устройства защиты  и проч. примем оптимистично как 5% от стоимости основного оборудования.

Таким образом, можно прикинуть стоимость основных элементов системы автономного электроснабжения с солнечными батареями для генерации 1 кВт*ч энергии в сутки.

  • Летом (55000/5 + 25000+25000*3)*1,1=116550 рублей.
  • Весной и осенью (55000/3 + 25000+25000*3)*1,1=124250 рублей. 
  • Зимой (55000/1 + 25000+25000*3)*1,1=162750 рублей.
  • Система круглогодичная с резервным генератором — 120000 рублей.

Чтобы получить автономную систему солнечного электроснабжения с генерацией энергии 3 кВт*ч в сутки, нужно затратить 350-370  тысяч рублей.


Солнечная энергия для дома«Зимнюю» цифру мы в расчет не принимаем, т.к. на самом деле солнечные батареи не рассчитывают на полное обеспечение энергией зимой. Для зимы в систему добавляется жидкотопливный электрогенератор, его стоимость на 1 кВт мощности колеблется от 10 до 40 тысяч рублей. При этом меньшая цифра — для генераторов с воздушным охлаждением, которые могут работать непрерывно не более 8 часов, что, в принципе, достаточно для заряда аккумуляторов. Таким образом, стоимость генератора, производящего 8 кВт*ч энергии в сутки без учета стоимости топлива можно принять на уровне 10-20 тысяч рублей. При наличии генератора в системе стоимость для круглогодичного варианта увеличится на примерно на 3 тысячи рублей, поэтому имеет смысл рассматривать такую круглогодичную систему с солнечными батареями по летнему варианту + генератор, т.е. на уровне около 120 тысяч рублей.

Именно поэтому при наших расчетах мы всегда рекомендуем иметь в системе резервный электрогенератор и, в случае согласия клиента, рассчитываем солнечные батареи для лета. В таком случае стоимость системы получается самой оптимальной, хотя и не самой удобной в эксплуатации, т.к. весной и осенью все же придётся изредка включать генератор. Для этого нужно иметь постоянный запас топлива для него, что не всегда удобно для наших клиентов. 

Иногда мы получаем запросы на расчёт системы с потреблением в 500 и даже более кВт*ч электроэнергии в сутки. При таких потреблениях однозначно нужно искать другие способы электроснабжения (сеть или генератор), но никак не солнечные батареи.

В России, для грубых расчетов, можно принимать потребление в среднем загородном доме на уровне 5-10 кВт*ч/сутки (без учета отопления). За месяц потребляется около 250 кВт*ч электроэнергии, что при стоимости 5 руб/кВт*ч означает расходы 1250 руб/месяц.

Конечно, эта цифра может существенно меняться в зависимости от потребителей в доме. У вас, например, может быть электрическая баня или сауна, или дом плохо утеплен и постоянно работают кондиционеры, компьютеры, а пищу вы готовите на электрической плите и т.п. В таком случае смело можно увеличивать выше приведённые цифры в 2-4 раза.  С другой стороны, если это летняя дача, хорошо теплоизолированная (не нужно тратить много энергии на кондиционирование и нагрев), пищу готовите на газу, а горячую воду получаете от солнечных коллекторов, вместо десктопов — планшеты или ноутбуки, и т.п., то ваше потребление может быть в 2-3 раза меньше, чем 5 кВт*ч/сутки.

Современные солнечные панели имеют КПД около 15-17%. Это значит, что для генерации летом 1 кВт*ч в сутки вам нужно около 1,5 м2 солнечных панелей.  Для гарантированной генерации необходимого количества энергии весной и осенью, эта цифра должны быть увеличена на примерно 30%.

Зная свою потребность в электроэнергии, и используя приведенные выше цифры по стоимости для генерации энергии от солнечных батарей, вы можете вычислить примерную стоимость вашей автономной системы электроснабжения. Вы также можете прикинуть, какую площадь будет занимать ваша солнечная батарея.

Срок службы аккумуляторов в автономной системе зависит от их типа. Стоимость цикла заряда-разряда аккумуляторов у литий-железо-фосфатных аккумуляторов существенно ниже, чем у свинцово-кислотных. Поэтому,  стоимость электроэнергии в системе с литиевыми аккумуляторами в конечном итоге будет меньше. Их широкое применение сдерживает высокая начальная цена, которая раза в 2 превышает стоимость свинцово-кислотных аккумуляторов.

Пример расчета стоимости хранения электроэнергии в различных типах аккумуляторов приведен здесь.

Стоимость соединенной с сетью фотоэлектрической системы

Солнечная энергия для домаСоединенная с сетью солнечная энергосистема намного дешевле автономной. В ее составе:

  • солнечная батарея и
  • фотоэлектрический сетевой инвертор.

Стоимость солнечной батареи можно считать по алгоритму, приведенному выше. Стоимость фотоэлектрического инвертора — около 15 тысяч рублей за кВт.

Соединённая с сетью безаккумуляторная солнечная энергосистема для генерации 1 кВт*ч в сутки будет стоить около 26 тысяч рублей. Это существенно ниже, чем для автономной системы электроснабжения. Более того, в системе нет требующих регулярной замены аккумуляторных батарей,  поэтому такая система не потребует дополнительных вложений практически в течение всего срока службы солнечных батарей.

Срок окупаемости солнечной электростанции

Часто нас спрашивают, каков «срок окупаемости солнечных батарей». Для того, чтобы ответить на этот вопрос, нужно знать, с каким базовым вариантом сравнивать систему. Если это электроэнергия от электросетей, то, учитывая динамику роста тарифов на электроэнергию (c 2001 по 2013 год в 7 раз!), можно принять на следующие 10 лет среднюю цену 1 кВт*ч на уровне 10 рублей.  

Соединенная с сетью система солнечного электроснабжения мощностью 1 кВт, вырабатывающая  до 6 кВт*ч/сутки, стоит около 80 тысяч рублей. За год такая система выработает в средней полосе России более 1000 кВт*ч электроэнергии, или в год позволит сэкономить примерно 10 тысяч рублей. Таким образом, окупаемость такой системы составит 8 лет, при сроке службы 30-40 лет. За последующие 25 лет вы сэкономите как минимум 250000 рублей! 

Если даже принять стоимость электроэнергии на текущем уровне в 5 рублей за кВт*ч, то срок окупаемости будет около 15 лет, и даже  этом случае еще 15 лет вы будете получать от вашей солнечной электростанции бесплатную электроэнергию. А кто знает, может через именно 10 лет вам будет особенно необходимо экономить на счетах за электроэнергию?

Окупаемость автономной солнечной энергосистемы нужно считать по сравнению с базовым вариантом автономной системы, а это, как правило, дизельный или бензогенератор. Стоимость 1 кВт*ч в такой системе при типичном расходе топлива в 0,6 л/кВт*ч, составляет примерно 25 рублей. Это без учета стоимости замены генератора каждые 2-3 года.

Стоимость автономной системы с СБ мощностью 1 кВт, будет около 150 тысяч рублей. Выработает она максимум то же количество электроэнергии, что и сетевая, но по факту, из-за несогласованности генерации и нагрузки, количество электроэнергии от СБ будет меньше. Но мы, для простоты вычислений, не будем уменьшать эту цифру, так как несогласованность мощностей генератора и нагрузки также приводит к увеличению удельного расхода топлива, при частичной загруженности генератора она может быть раза в полтора-два выше паспортной.

Таким образом, солнечная автономная электростанция стоимостью 150 тысяч рублей за год выработает электроэнергии стоимостью 25000 рублей. Срок окупаемости составит не более 6 лет, а, с учетом замены каждые 2 года генератора стоимостью минимум 30-50 тысяч рублей, то реальный срок окупаемости будет 2-3 года.    

Срок службы и необходимость замены элементов солнечной энергосистемы

Как и любая другая техническая система, солнечная система электроснабжения требует технического обслуживания и периодической замены некоторых ее составляющих. Типичный срок службы элементов системы составляет:

  1. Солнечная батарея — более 40 лет
  2. Система крепления солнечной батареи — на весь срок службы (если не будет стихийных бедствий — ураганов, землетрясений и т.п.)
  3. Аккумуляторный инвертор — от 3 до 20 лет. Дешевые китайские или российские инверторы работают максимум несколько лет. Можно принять, что хороший инвертор прослужит около 15 лет, т.е. потребуется 1-2 замены в течение срока службы солнечных батарей.
  4. Контроллер заряда — от 3 до 15 лет, в зависимости от качества и производителя. В среднем, можно принять срок его службы 8-10 лет. Потребуется замена 3 раза в течение срока службы солнечных батарей.
  5. Сетевой фотоэлектрический инвертор — 10-15 лет для инверторов из нашего ассортимента. Дешевые китайские поделки в расчет не берем — их срок службы может быть менее года. Потребуется 1 замена в течение срока службы солнечных батарей.
  6. Аккумуляторы — от 3 до 10 лет. Автомобильные аккумуляторы прослужат в солнечной энергосистеме максимум 2 года. Средний срок службы гелевых свинцово-кислотных аккумуляторов в циклическом режиме — 4-7 лет, в зависимости от их качества (вторая цифра относится к OPzV аккумуляторам, первая — к AGM глубокого циклирования). Таким образом, в течение срока службы СБ нужно будет поменять комплект аккумуляторов 6-8 раз.
  7. Срок службы литий-железо-фосфатных LiFePo4  аккумуляторов может составлять до 10 и более лет. Поэтому в течение срока службы СБ может потребоваться 1-2 замены комплекта таких аккумуляторов. В последние годы появился новый тип литиевых аккумуляторов — титанатные. У них в 2-3 раза больший срок службы, чем у LiFePo4  аккумуляторов. Срок службы таких аккумуляторов сопоставим со сроком службы солнечных батарей.

Хорошей новостью является тот факт, что стоимость солнечных панелей постоянно снижается. Снижение стоимости составляет примерно 8-10% в год (к сожалению, это цифры для расчетов в долларовом эквиваленте, т.к. в России солнечные панели для внутреннего розничного рынка производятся в мизерных количествах, и в основном продаются китайские солнечные панели).

Другой хорошей новостью является то, что электроника с каждым годом становится надежнее и эффективнее. Поэтому, количество замен контроллеров и инверторов может быть и 1 раз — через 10 лет вы поставите оборудование, которое будет работать весь срок службы солнечных батарей.

Ну и с аккумуляторами может быть так же — через 5-10 лет на рынке появится технология, которая позволит дешево и надежно аккумулировать электроэнергию.

Поэтому откладывать установку системы электроснабжения с солнечными батареями нет смысла — вы можете начать экономить прямо сейчас. Просто сделайте заявку на нашем сайте — и мы рассчитаем вам и  подберем наиболее подходящее и надежное оборудование для вас, совершенно бесплатно. А если хотите — и установим купленное вами оборудование, у нас есть команда опытных инженеров и монтажников.

Эта статья прочитана 16725 раз(а)!

www.solarhome.ru

Солнечная батарея — что это такое

Солнечная батарея — что это такоеСтрого говоря, получить электроэнергию от солнечного излучения можно несколькими способами, но большинство из них используют промежуточное её преобразование в механическую, вращающую вал генератора и только затем в электрическую.

Такие электростанции существуют, они используют в работе двигатели внешнего сгорания Стирлинга, имеют неплохой КПД, но у них есть и существенный недостаток: чтобы собрать как можно больше энергии солнечного излучения, требуется изготовление огромных параболических зеркал с системами слежения за положением солнца.

Надо сказать, что существуют решения, позволяющие улучшить ситуацию, но все они достаточно дорогостоящие.

Есть методы, дающие возможность прямого преобразования энергии света в электрический ток. И хотя явление фотоэффекта в полупроводнике селене было открыто уже в 1876 году, но только в 1953 году, с изобретением кремниевого фотоэлемента, появилась реальная возможность создания солнечных батарей для получения электроэнергии.

В это время уже появляется теория, позволившая объяснить свойства полупроводников, и создать практическую технологию их промышленного производства. К сегодняшнему дню это вылилось в настоящую полупроводниковую революцию.

Работа солнечной батареи основана на явлении фотоэффекта полупроводникового p-n перехода, по сути представляющего собой обычный кремниевый диод. На его выводах при освещении возникает фото‑эдс величиной 0,5~0,55 В.

Конструктивно каждый элемент солнечной батареи выполнен в виде кремниевой пластины площадью в несколько см2, на которой сформировано множество соединённых в единую цепь таких фотодиодов. Каждая такая пластина является отдельным модулем, дающим при солнечном освещении определённое напряжение и ток.

Соединяя такие модули в батарею и комбинируя параллельно‑последовательное их подключение, можно получить широкий диапазон значений выходной мощности.

Преимущества и недостатки этого вида энергии

Преимущества и недостатки этого вида энергииОсновные недостатки солнечных батарей:

  • Большая неравномерность и нерегулярность энергоотдачи в зависимости от погоды, и сезонной высоты солнца.
  • Ограничение мощности всей батареи, если затенена хотя бы одна её часть.
  • Зависимость от направления на солнце в различное время суток. Для максимально эффективного использования батареи нужно обеспечивать её постоянную направленность на солнце.
  • В связи с вышесказанным, необходимость аккумулирования энергии. Наибольшее потребление энергии приходится на то время, когда выработка её минимальна.
  • Большая площадь, требующаяся для конструкции достаточной мощности.
  • Хрупкость конструкции батареи, необходимость постоянной очистки её поверхности от загрязнений, снега и т. п.
  • Модули солнечной батареи работают наиболее эффективно при 25°C. Во время работы же они нагреваются солнцем до значительно более высокой температуры, сильно снижающей их эффективность. Чтобы поддерживать КПД на оптимальном уровне, необходимо обеспечивать охлаждение батареи.

Следует заметить, что постоянно появляются разработки солнечных элементов, использующих новейшие материалы и технологии. Это позволяет постепенно устранять недостатки, присущие солнечным батареям или уменьшать их влияние. Так, КПД новейших элементов, использующих органические и полимерные модули, достигает уже 35% и есть ожидания достижения 90%, а это делает возможным при тех же размерах батареи получить много бòльшую мощность, либо, сохранив энергоотдачу, значительно уменьшить габариты батареи.

Появляются разработки элементов на основе нанотехнологий, одинаково эффективно работающих под разными углами падающего света, что избавляет от необходимости их позиционирования.

Таким образом, уже сегодня можно говорить о преимуществах солнечных батарей по сравнению с другими источниками энергии:

  • Отсутствие механических преобразований энергии и движущихся частей.
  • Минимальные расходы на эксплуатацию.
  • Долговечность 30~50 лет.
  • Тишина при работе, отсутствие вредных выбросов. Экологичность.
  • Мобильность. Батарея для питания ноутбука и зарядки аккумулятора для светодиодного фонарика вполне поместится в небольшом рюкзаке.
  • Независимость от наличия постоянных источников тока. Возможность подзарядки аккумуляторов современных гаджетов в полевых условиях.
  • Нетребовательность к внешним факторам. Солнечные элементы можно разместить в любом месте, на любом ландшафте, лишь бы они достаточно освещались солнечным светом.

Конструктивные особенности

Конструктивные особенностиВ приэкваториальных районах Земли средний поток солнечной энергии составляет в среднем 1,9 кВт/м2. В средней полосе России он находится в пределах 0,7~1,0 кВт/м2. КПД классического кремниевого фотоэлемента не превышает 13%.

Как показывают опытные данные, если прямоугольную пластину направить своей плоскостью на юг, в точку солнечного максимума, то за 12‑часовой солнечный день она получит не более 42% суммарного светового потока из‑за изменения угла его падения.

Это означает, что при среднем солнечном потоке 1 кВт/м2, 13% КПД батареи и её суммарной эффективности 42% удастся получить за 12 часов не более 1000 x 12 x 0,13 x 0,42 = 622,2 Втч, или 0,6 кВтч за день с 1 м2. Это при условии полного солнечного дня, в облачную погоду — значительно меньше, а в зимние месяцы эту величину нужно разделить ещё на 3.

Учитывая потери на преобразование напряжения, схему автоматики, обеспечивающую оптимальный зарядный ток аккумуляторов и предохраняющую их от перезаряда, и прочие элементы можно принять за основу цифру 0,5 кВтч/м2. Этой энергией можно в течение 12 часов поддерживать ток заряда аккумулятора 3 А при напряжении 13,8 В.

Для того чтобы получить такую мощность можно приобрести готовые панели, выпускающиеся в диапазоне электрических мощностей 10~300 Вт. Например, одна 100 Вт панель за 12‑ти часовой световой день с учётом коэффициента 42% как раз обеспечит 0,5 кВтч.

Такая панель китайского производства из монокристаллического кремния с очень неплохими характеристиками стоит сейчас на рынке около 6400 р. Менее эффективная на открытом солнце, но имеющая лучшую отдачу в пасмурную погоду поликристаллическая — 5000 р.

При наличии определённых навыков в монтаже и пайке радиоэлектронной аппаратуры можно попробовать собрать подобную солнечную батарею и самому. При этом не стоит рассчитывать на очень большой выигрыш в цене, кроме того, готовые панели имеют заводское качество как самих элементов, так и их сборки.

Но продажа таких панелей организована далеко не везде, а их транспортировка требует очень жёстких условий и обойдётся достаточно дорого. Кроме того, при самостоятельном изготовлении появляется возможность, начав с малого, постепенно добавлять модули и наращивать выходную мощность.

Подбор материалов для создания панели

В китайских интернет‑магазинах, а также на аукционе eBay предлагается широчайший выбор элементов для самостоятельного изготовления солнечных батарей с любыми параметрами.

Ещё в недалёком прошлом самодельщики приобретали пластины, отбракованные при производстве, имеющие сколы или другие дефекты, но существенно более дешёвые. Они вполне работоспособны, но имеют немного пониженную отдачу по мощности. Учитывая постоянное снижение цен, сейчас это уже вряд ли целесообразно. Ведь теряя в среднем 10% мощности, мы теряем и в эффективной площади панели. Да и внешний вид батареи, состоящей из пластин с отколотыми кусочками выглядит довольно кустарно.

Можно приобрести такие модули и в российских онлайн‑магазинах, например, molotok.ru предлагает поликристаллические элементы с рабочими параметрами при световом потоке 1,0 кВт/м2:

  • Напряжение: холостого хода — 0,55 В, рабочее — 0,5 В.
  • Ток: КЗ — 1,5 А, рабочий — 1,2 А.
  • Рабочая мощность — 0,62 Вт.
  • Габариты — 52х77 мм.
  • Цена 29 р.

Изготовление солнечной батареи для дома своими руками

Для изготовления солнечной панели нам понадобится подходящая рама, которую можно сделать самостоятельно или подобрать готовую. Из материалов для нее лучше всего использовать дюралюминий, он не подвержен коррозии, не боится сырости, долговечен. При соответствующей обработке и покраске для защиты от атмосферных осадков подойдёт и стальная, и даже деревянная.

Рассчитываем комплектующие

Определимся с размерами нашей рамы. Для зарядки 12-ти вольтового кислотного аккумулятора требуется рабочее напряжение не ниже 13,8 В. Примем за основу 15 В. Для этого нам придётся соединить последовательно 15 В / 0,5 В = 30 элементов.

Чтобы получить зарядный ток 3,6 А, нам необходимо соединить в параллель три таких цепочки, или 30 x 3 = 90 элементов. Это будет нам стоить 90 x 29 р. = 2610 р.

Таким током мы можем обеспечить стандартный режим заряда для полностью разряженного аккумулятора ёмкостью 3,6 x 10 = 36 Ач.

Реально эта цифра будет меньше из‑за неравномерности солнечного освещения в течение дня. Таким образом, для заряда стандартной автомобильной батареи 60 Ач, нам нужно будет соединить параллельно две таких панели.

Эта панель может нам обеспечить электрическую мощность 90 x 0,62 Вт ≈ 56 Вт.

Или в течение 12‑часового солнечного дня с учётом поправочного коэффициента 42% 56 x 12 x 0,42 ≈ 0,28 кВтч.

Разместим наши элементы в 6 рядов по 15 штук. Для установки всех элементов нам потребуется поверхность:

  • Длина — 15 x 52 = 780 мм.
  • Ширина — 77 x 6 = 462 мм.

Для свободного размещения всех пластин примем габариты нашей рамы: 900×500 мм.

Также нам потребуются:

  • Паяльник электрический 40 Вт.
  • Припой, канифоль.
  • Монтажный провод.
  • Силиконовый герметик.
  • Двусторонний скотч.

Этапы изготовления

Для монтажа панели необходимо подготовить ровное рабочее место достаточной площади с удобным подходом со всех сторон. Сами пластины элементов лучше разместить отдельно в стороне, где они будут защищены от случайных ударов и падений. Брать их следует аккуратно, по одной.

Обычно для изготовления панели используют способ приклеивания предварительно распаянных в единую цепь пластин элементов на плоскую основу‑подложку. Мы предлагаем другой вариант:

  1. Вставляем в раму, хорошо закрепляем и герметизируем по краям стекло или кусок плексигласа.
  2. Раскладываем на нем в соответствующем порядке, приклеивая их двусторонним скотчем, пластины элементов: рабочей стороной к стеклу, выводами для пайки — к задней стороне рамы.
  3. Положив раму на стол стеклом вниз, мы сможем удобно распаивать выводы элементов. Выполняем электрический монтаж в соответствии с выбранной принципиальной схемой включения.
  4. Склеиваем окончательно пластины с задней стороны скотчем.
  5. Подкладываем какую‑либо демпфирующую прокладку: листовую резину, картон, ДВП и т. п.
  6. Вставляем в раму заднюю стенку и герметизируем её.

При желании вместо задней стенки можно залить раму сзади каким‑нибудь компаундом, например, эпоксидкой. Правда, это уже исключит возможность разборки и ремонта панели.

Схема подключения электроснабжения дома с использованием наших батарей

Конечно, одной батареи в 50 Вт не хватит для обеспечения энергией даже небольшого домика. Но с её помощью уже можно реализовать в нем освещение, используя современные светодиодные светильники.

Для комфортного существования городского жителя сейчас в сутки требуется не менее 4 кВтч электроэнергии. Для семьи — соответственно количеству её членов.

Схема подключения электроснабжения дома с использованием наших батарейСледовательно, солнечная батарея частного дома для семьи из трёх человек должна обеспечивать 12 кВтч. Если предполагается электроснабжение жилища только от солнечной энергии нам нужна будет солнечная батарея площадью, не менее 12 кВтч / 0,6 кВтч/м2 = 20 м2.

Эту энергию необходимо запасти в аккумуляторных батареях, ёмкостью 12 кВтч / 12 В = 1000 Ач, или примерно 16 батарей по 60 Ач.

Для нормальной работы аккумуляторной батареи с солнечной панелью и её защиты потребуется контроллер заряда.

Чтобы преобразовать 12 В постоянного тока в 220 В переменного, нужен будет инвертор. Хотя сейчас на рынке уже в достаточном количестве представлено электрооборудование на напряжения 12 или 24 В.

Делаем выводы

При условии аккумулирования и рационального использования энергии, уже сегодня нетрадиционные виды электроэнергетики начинают создавать солидную прибавку в общем объёме её выработки. Можно даже утверждать, что они постепенно становятся традиционными.

Учитывая значительно снизившийся в последнее время уровень энергопотребления современной бытовой техники, применение энергосберегающих осветительных приборов и значительно увеличившийся КПД солнечных батарей новых технологий, можно сказать, что уже сейчас они способны обеспечивать электроэнергией небольшой частный дом в южных странах с большим количество солнечных дней в году.

В России же они вполне могут применяться, как резервные или дополнительные источники энергии в комбинированных системах электроснабжения, а если эффективность их удастся повысить хотя бы до 70%, то вполне реально будет и их использование в качестве основных поставщиков электроэнергии.

elektrik24.net



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.