Что нужно знать о солнечных батареях для частного дома. Виды, выбор, характеристики.

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 достаточном количестве они могут обеспечить потребность в электричестве большого дома.

Устройство системы электропитания

Преобразовывать энергию солнца в электричество стало возможным с открытием полупроводников. В солнечных батареях используются кремниевые кристаллы. При попадании на них солнечного света 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 с напряжением 24 В.

Так как освещенность меняется в зависимости от погоды, времени суток, напрямую подключать устройства к солнечным батареям не получится. 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. 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.
• Инвертор. Преобразователь постоянного тока в переменный. Большинство устройств работают от переменного напряжения в 220 вольт. Преобразователь дает возможность получить напряжение 220–230 В.

Установив солнечные батареи, можно стать независимым от поставщика электроэнергии. Но для этого надо затратить приличную сумму:

• Комплект, который вырабатывает 1,5 кВт сутки, стоит около 1000$. Этого достаточно для обеспечения потребности электроэнергии в доме.
• Комплект солнечных батарей для производства 4 кВт стоит порядка 2200$.
• На 9 кВт — 6200$.

Так как солнечные батареи — модульная система, можно купить установку, которая будет обеспечивать часть потребностей, постепенно увеличивая ее производительность.

Виды солнечных батарей

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. Элементы на его основе имеют неплохой КПД порядка 20–24%.

На основе кремниевых кристаллов изготавливают монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные (гибкие) фотоэлементы. Сборки фотоэлементов электрически соединены между собой, последовательно или параллельно, и выведены на клеммы, расположенные на корпусе. Это и называют солнечной батареей или панелью.

Фотоэлементы установлены в закрытом корпусе. Корпус солнечной панели делают из анодированного алюминия. Он легкий, не подвержен коррозии. Лицевую панель делают из прочного стекла, которое должно выдерживать снеговые и ветровые нагрузки. К тому же оно должно обладать определенными оптическими свойствами — иметь максимальную прозрачность, чтобы пропускать как можно больше лучей. Из-за отражения теряется значительное количество энергии и чтобы снизить эти потери, стекло покрывается антибликовым составом.

Виды фотоэлементов

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

• Монокристаллические. Каждый фотоэлемент — один кристалл кремния. Монокристаллические фотоэлементы имеют неплохой КПД, порядка 24,7%, но и стоимость их несколько выше. Отличить такие панели можно по однородному насыщенному синему цвету и скругленным краям фотоэлемента.

  

• Поликристаллические. Несколько небольших кремниевых кристаллов объединены в один фотоэлемент. Они имеют неоднородную структуру, из-за чего хуже поглощают солнечный свет, что отражается на КПД – 20,3%.
• Тонкопленочные. Представляют собой слой полупроводника, напыленный на гибкую подложку. За счет своей гибкости могут монтироваться на криволинейные поверхности. Имеют невысокую производительность, порядка 10,4%.

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

Есть распространенные заблуждения, которые заставляют вас тратить лишние деньги на приобретение чересчур дорогого оборудования. Ниже приведем рекомендации, 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. Некоторые служат для повышения надежности, но без них система работоспособна. 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:

• Приобретайте солнечные батареи для дома с выходным напряжением 12 В. Именно от такого напряжения работает большая часть бытовой и строительной техники, светодиодные светильники и т. д.
• Не используйте для освещения лампы накаливания. Они потребляют слишком много электроэнергии, да и работают от 220 в. Замените их на светодиодные. Для них постоянный ток в 12 В — это то, что надо.

  

• Не старайтесь сразу купить систему большой мощности, чтобы покрыть все возможные потребности. Для начала купите пару модулей без преобразователя, подключите к ним ту технику, которая работает от постоянного напряжения. Если вас устроит система, позднее можно нарастить мощность, докупить инвертор и подключить технику, которая работает от 220–230 В. И учтите, что инвертор, даже при выключенной нагрузке, потребляет электроэнергию. Потери на преобразование примерно 30%. То есть ночью, когда все выключено, он просто расходует заряд АКБ. Причем выдает он далеко не идеальную синусоиду. Все, что может работать от постоянного напряжения, запитываем от аккумуляторов напрямую.

Если воспользоваться только этими советами, и подключить только технику, которая работает от постоянного напряжения, система панелей для дома обойдется в гораздо более скромную сумму, чем самый дешевый комплект. 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. Поневоле задумаешься, а стоит ли оно того и каков же будет срок окупаемости. Но можно затраты уменьшить. Не за счет качества, а за счет незначительного снижения комфортности эксплуатации системы и за счет разумного подхода к подбору ее компонентов.

• Не покупайте гелиевые или аккумуляторы глубокого разряда. Они не стоят своих денег. С солнечными батареями для дома отлично работают даже отслужившие свой срок автомобильные АКБ. Они нормально работают еще минимум 5 лет.

  

• В принципе, можно обойтись еще меньшими средствами. Можно не ставить контроллер. Он стоит не менее 150$, а вся его задача мониторить состояние заряда батарей. Если бюджет ограничен, купите автомобильные часы, работающие от 12 В, которые также измеряют напряжение, температуру. Они стоят 2–5 $ и практически выполняют ту же функцию. А чтобы избежать перезаряда, купите лишний аккумулятор, или два. Суммарная мощность «лишней» емкости должна быть не ниже 20%. Это и позволит избежать перезаряда, и увеличит емкость системы.

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. В дальнейшем можно докупать батареи, 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, и падает производительность.

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.

Лучший выбор для домашнего использования, солнечная панель на 12 вольт, состоящая из 36 фотоэлементов.

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 батареи, напряжение холостого хода 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. — первое что вы должны сделать — отключить солнечные батареи сняв клеммы.

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, то есть на ощупь шершавое. К тому же должно иметь качественное покрытие, которое сводит к минимуму блики. Оп панели ничего не должно отражаться, если хоть под каким-то углом видны отражения окружающих предметов, лучше найдите другую.

Выбор сечения кабеля и тонкости электрического подключения

Подключать солнечные батареи 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 иначе будут большие потери. 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 тут).

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, что может вызвать возгорание, при замыкании или обрыве проводов между батареями и аккумулятором.

Диоды используют типа SBL2040CT, PBYR040CT. Если такие не 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 источник по сгоревшему предохранителю.