Солнечные панели (батареи) для дома

Монтаж солнечных батарей своими руками

Монтаж солнечных батарей своими руками можно условно разбить на несколько взаимосвязанных между собой этапов. Давайте в этом подробно разберёмся.

Этап проектирования

На этом этапе вам необходимо определиться с местом установки солнечных панелей и вспомогательного оборудования. Ведь, если вы хотите выполнить монтаж собственной электростанции, для получения электроэнергии в 220 В, вам следует приобрести помимо солнечных батарей, следующие комплектующие:

• Аккумуляторная батарея хранит электроэнергию переданную от солнечной батареи, для дальнейшего использования в ночное время. Следовательно, ёмкость аккумулятора должна быть с существенным запасом, чтобы обеспечить бесперебойную поставку электроэнергии в пасмурную погоду.
• Контроллер заряда перераспределяет электроэнергию от солнечной батареи к аккумулятору. После того как он заполнится, энергия автоматически поступает во внешнюю сеть.
• Инвертор необходим для преобразования электрического тока из постоянного в переменный.
• Соединительная проводка для подключения оборудования между собой.

Создав подробный план расположения всех элементов, можно плавно переходить к следующему этапу монтажа солнечных батарей своими руками.

Монтаж каркаса под солнечную батарею

Не зависимо, какое место было выбрано под монтаж солнечной батарей, каркас будет важным элементом в данном проекте. Как правило, он изготавливается из прочных и долговечных материалов (металлических уголков и профилей) и устанавливается на крушу дома. Между кровлей и солнечной батареей, необходимо оставить вентиляционный зазор не меньше 20 см.

Монтаж солнечной батареи

Монтаж солнечных батарей, не требует наличие каких то специальных навыков и требований. Достаточно надёжно закрепить панели в каркасе, а затем подключить вспомогательное оборудование.

Необходимо учесть один фактор!!! Как правило, расположение солнца в зимний период значительно отличается от летнего. Поэтому, каркас рекомендуется изготовить с функцией регулировки наклона.

Обеспечение электричеством дачного участка

Теперь можно рассмотреть экономическую выгоду от подключения солнечной установки на дачном доме. Здесь стоит учитывать, насколько стабильно поселок получает электричество, какой уровень инсоляции (сколько времени станция находится под солнцем), какая потребуется мощность, а также какой риск воровства, если владелец участка отсутствует. Наиболее подходящее решение — выбрать стационарную ФСЭ первой группы.

Поскольку для дачи требуется невысокая потребляемая мощность, вполне реально на 100 % отказаться от центральной подстанции и перейти на самообеспечение, которое еще и дешевле

Однако, если монтаж стационарного комплекта из-за некоторых причин оказывается невыгодным, можно обратить внимание на мобильную сборку

Принцип работы солнечной батареи

Принцип работы солнечной батареи основан на фотоэлектрическом эффекте.

Солнечный свет (лучи), попадая на фотоэлектрический слой, полупроводниковых пластин приводит к высвобождению излишних электронов из обоих слоёв (n и p). На место оставшееся после освобождения электронов в одном слое встают освобожденные электроны другого слоя. Таким образом, происходит постоянное передвижение электронов из одного слоя в другой через p-n переход.

В результате этого на внешней цепи начинает появляться напряжение. Слой p становится положительно заряженным, а слой n – отрицательно.

Аккумулятор в ходе этих действий начинает набирать заряд.

Контролёр заряда подключает солнечную батарею, если заряд аккумулятора низкий. И выключает её, в случае, когда аккумулятор заряжен. Также контролер не даёт течь обратному току в то время, когда отсутствует солнце.

Трансформатор прямого тока в переменный необходим для преобразования постоянного тока в переменный с напряжением 220 В. Он бывает двух видов:

• Сетевой тип инверторов. Обеспечивает работу только в дневное время суток и тех приборов, которые присоединены к нему самому;
• Автономный тип. Применяется в устройстве элементов солнечной батареи, с наличием аккумуляторной батареи. Они предназначены для работы систем бесперебойного питания.

Это Интересно! Солнечной энергии, выделяемой за 1 секунду, достаточно для удовлетворения потребностей всего человечества на полмиллиона лет!

Установка солнечных батарей в частном доме

Установка солнечных панелей на крыше — это сложная задача, поскольку нужно не просто закрепить батареи на крыше, но и правильно соединить их и собрать в одну систему. Поэтому монтажом должны заниматься специалисты. При этом подготовительный этап работ — ответственность владельца дома.

На подготовительном этапе вы должны оценить состояние кровли. Установка солнечных батарей на дом делает капитальный ремонт крыши очень дорогим, поэтому вы должны быть уверены, что кровля прослужит еще не менее 25 лет. Если у вас есть в этом сомнения, то лучше перестелите кровельное покрытие.

Убедитесь, что стропильная система выдержит дополнительную нагрузку. В среднем сами панели весят 15-18 кг/м2, что обычно не критично. Но если крыша пологая, то батареи наклоняют с помощью подпорных конструкций. В этом случае снег будет скапливаться как на самом скате, так и на панелях, и тогда нагрузка может стать существенной. Если у вас такой случай, укрепите стропильную систему подпорками и дополнительными упорами.

Наконец, всегда проверяйте, какие монтажные комплекты будут использовать строители. Избегайте самоделок — брендовые монтажные комплекты тщательно рассчитываются производителями и, главное, испытываются. Поэтому они без проблем выдерживают штормовые ветра и большой вес снегового покрова, чего нельзя сказать о самодельных кронштейнах и рейках.

В остальном придется довериться монтажной бригаде. При этом старайтесь контролировать качество работ на каждом этапе. В этом вам поможет видео, в котором показаны особенности установки солнечных панелей на крыши из разных материалов:

Виды солнечных батарей

В настоящее время солнечные батареи представлены несколькими вариантами в зависимости от типа их устройства, и от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой.

I. Классификация по типу их устройства:

1. 1. Гибкие;
2. 2. Жёсткие.

II. В зависимости от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой выделяют:

1. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из кремния. Они в свою очередь бывают монокристаллическими, поликристаллическими и аморфными. Монокристаллические панели достаточно дорогой вариант, но они отличаются высокой мощностью.

Поликристаллические дешевле, чем монокристаллические панели. Такие панели медленней теряют свою эффективность с увеличением сроков службы, а так же при нагревании.

Аморфные представлены в основном тонкопленочными панелями. Такое устройство солнечной батареи позволяет генерировать солнечный свет, даже в плохих погодных условиях;

2. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из теллурида кадмия;

3. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из селена;

4. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из полимерных материалов;

5. Из органических соединений;

6. Из арсенида галлия;

7. Из нескольких материалов одновременно.

Основные типы, которые получили распространение, это многопереходные кремниевые фотоэлементы.

Фотоэлементы, выполненные из кремния, отличаются высокой чувствительностью к нагреванию, компактностью, надежностью и высоким уровнем КПД (коэффициента полезного действия).

Другие материалы не получили широкого распространения в связи с большой стоимостью.

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.

Солнечная панель на 4 В имеет 7 элемента

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.

Как выбрать солнечные батареи для частного дома?

При выборе подходящих батарей учитывайте вместимость резервуара для воды. Слишком маленький бак не сможет летом получать все тепло от батарей. С другой стороны, в слишком большом баке вода никогда не будет достаточно горячей, и ее придется повторно нагревать.

Для семьи из четырех человек мы рекомендуем использовать резервуары емкостью около 300 л. Для нагрева такого количества воды достаточно 2 или 3 коллектора площадью около 2 кв. м.

Что касаемо выбора самих солнечных панелей, то их можно разделить на три категории по эффективности:

• Высокоэффективные (SunPower);
• Панели со средней эффективностью (REC, QCells, LONGi);
• Бюджетные (полностью поликристаллические модели).

Неэффективность панели вовсе не означает, что она не сможет вырабатывать энергию. Это значит ее более низкую мощность, то есть вам понадобится больше панелей, чтобы получить такой же эффект как у более мощных моделей.

Следует знать, что с увеличением производительности качество изготовления (выражаемое, например, в сроках гарантии на продукт) также увеличивается, но и цена панелей также растет. Так как:

1. Средние и неэффективные фотоэлементы используются в наземных установках, потому что это более выгодно, площадь поверхности не является таким ограничением, и если что-то сломается, то легко заменить;
2. На крышах используются очень эффективные и качественные, среднеэффективные панели, потому что обычно ограничивается поверхность, установка каждой панели стоит дороже, а если что-то сломается, заменить сложнее.

Однако все это лишь общие рекомендации, и все зависит от ситуации и затрат.

Мощность панели определяет, сколько электроэнергии будет производить данная панель (в условиях тестирования), однако ее производительность (или, лучше сказать, эффективность) определяет степень, в которой данная панель преобразует солнечное излучение в электричество.

Обратите внимание, мощность зависит от размера панели, а КПД — нет. Необходимо различать эти две концепции, чтобы можно было хорошо сравнить несколько панелей

Какие солнечные панели наиболее мощные, эффективные?

Панели Bruk-bet имеют самую высокую мощность, но самую низкую эффективность. Преимущество в мощности просто связано с большим количеством ячеек.

Очень хороши солнечные панели REC и Sharp, хотя первые больше по размерам и тяжелее. Размер панелей важен в том смысле, что пространство на крыше обычно ограничено.

Что касаемо надежности. Солнечные батареи — это устройства, настолько простые по своей конструкции, что они не сломаются без внешнего вмешательства. Исключение составляют изделия, которые перестанут работать из-за производственных дефектов. Однако это, как правило, самые дешевые панели китайского производства.

Тем не менее, товар может быть поврежден при транспортировке

С этой точки зрения важно кто продавец панелей, как выглядит гарантийное и послегарантийное обслуживание. Каждый производитель и каждый поставщик должен определять строгие условия гарантии, и они обычно схожи

Поэтому при покупке солнечных батарей следует обязательно обращать внимание на гарантию

Портативная солнечная батарея – специально для туристов

У каждого в наше время есть электронные гаджеты. Не суть, что у кого-то их меньше, а кого-то больше. Все их необходимо заряжать, а для этого нужны зарядные устройства. Но, особенно остро этот  вопрос касается тех, кто попадает в места, где отсутствует электропитание. Единственным выходов являются солнечные батареи. Но, цены на них остаются высокими, а выбор — небольшим. Оптимальным вариантом, как принято считать, является продукция компании Goal Zero (хотя есть и российская продукция, и китайская – как всегда вызывающая сомнении).

Но, оказалось, что не все то плохо, что сделано в Китае или Корее. Особенно порадовала солнечная батарея компания YOLK из Чикаго, которая начала производство компактной солнечной батареи Solar Paper – самой тонкой и легкой. Ее вес всего 120 граммов. Но есть и другие преимущества – модульная конструкция, позволяющая наращивать мощность. Солнечная батарея похожа на  пластиковую коробку, по размерам напоминающую Ipad, только тоньше в два раза. На ее лицевой стороне размещена солнечная панель. Есть на корпусе выход для ноутбука и порты USB и для подключения других солнечных панелей, а также фонарик. Внутри этой чудо коробки – аккумуляторы и плата управления. Зарядить девайс  можно от розетки, причем, одновременно это могут быть телефон и два ноутбука. Конечно, заряжается устройство и от солнца. Как только на него попадает свет, загорается индикатор. В походных условиях солнечная панель просто незаменима: с успехом заряжает все нужные устройства – телефоны быстрее,  ноутбуки.

https://youtube.com/watch?v=EdR_ZGsnLLQ

Портативные солнечные батареи отличаются компактными размерами: они выпускаются даже в виде брелков, прикрепить которые можно к чему угодно. Разрабатывались они для того, чтобы можно было их взять на рыбалку, в поход и пр. Обязательно у них имеется фонарик, чтобы ночью можно было осветить дорогу, палатку и т.д., крепления, позволяющие легко их разместить на рюкзаках, байдарках, палатках

Очень важно, чтобы в таком устройстве был встроенный аккумулятор, позволяющий заряжать девайсы и в ночное время

Сколько стоят солнечные батареи

Чтобы подсчитать, насколько дешевле станет потребление электроэнергии при помощи солнечных батарей, необходимо быть полностью проинформированным по ценам за комплект и будущих вложениях на монтаж и обслуживание. Универсальную стоимость в принципе назвать невозможно, поскольку на формирование цены влияет множество факторов.

Наиболее низкая цена основного компонента ФСЭ (солнечная батарея) с соответствующим качеством составляет примерно 60 рублей за 1 Ватт. Поэтому за батарею на частный дом с мощностью 100 Вт потребуется выложить 6000 рублей.

В комплекте установки могут быть включены разные компоненты, в зависимости от мощности и группы оборудования. То есть, в коробке могут присутствовать модуль зарядки, инвертор, аппаратура для соединения компонентов и станция для хранения энергии. Так, ФСЭ с вырабатываемой мощностью 2 кВ для частного дома будет стоить от 120 тысяч рублей.

Согласно последним статистическим исследованиям рынка ФСЭ, соотношение стоимости на единицу электроэнергии достигает до 9 раз. Так что электричество, полученное за счет собственной электростанции, будет в 9 раз дешевле, чем при получении нго через централизованную сеть.

Разновидности солнечных панелей

Фотоэлектрический преобразователь создают по разным технологиям. Кроме эффективности источника автономного питания (КПД) учитывают:

• цену;
• скорость деградации;
• рекомендованные условия эксплуатации.

Некоторые фотоэлементы обеспечивают генерацию при неблагоприятных погодных условиях.

Кремниевые

Главное условие высокой эффективности преобразования энергии солнечного света — отсутствие примесей в кремнии. Технология производства рабочих элементов определяет параметры генерации.

Кремниевые панели.

Поликристаллические

Для изготовления фотоэлементов применяют высокотемпературную обработку исходного сырья. Расплавленный материал после остывания отличается неравномерным распределением цвета поверхности. Сравнительно низкий КПД фотоэлектрических преобразователей (до 16%) компенсирует способность генерации энергии при разных углах падения лучей. Мощность уменьшается, если облака создают тень. Однако сохраняется рабочее состояние фотоэлемента.

Монокристаллические

Пластины создают из цилиндрических заготовок, поэтому углы срезают. Упорядоченная направленность кристаллов увеличивает КПД источника автономного питания до 30%. Ускоренное старение уменьшает эффективность генерации до 25-30% за 25 лет эксплуатации оборудования.

Из аморфного кремния

Рабочий слой фотоэлемента наносят напылением. Применяют подложку из гибкого материала. Такие панели можно устанавливать на криволинейную основу. КПД — не более 11%.

Из редких металлов

Дороговизна исходного сырья увеличивает стоимость изделий. Самые эффективные пластины создают из арсенида галлия (индия), обеспечивают КПД ≤ 40%. Отдельные комбинации редких металлов сохраняют хорошие показатели фотоэлектрических преобразователей, если температура оборудования увеличивается до +150°C.

Хватает ли нам энергии?

Наша система выдаёт 1500 Втч в сутки. Вот перечень того, на что мы тратим такую ценную зимой и в то же время бесплатную летом солнечную энергию:

• на освещение: в доме у нас всего 10 светодиодных ламп, мощностью по 7 Ватт;
• заряжаем 2 телефона и 2 ноутбука;
• постоянно включен в сеть вай-фай роутер для интернета;
• постоянно включен насос, установленный в колодце, для системы водоснабжения;
• включаем периодически блендер для приготовления зелёных коктейлей;
• жена творит свои швейные дела с помощью электрической швейной машинки;
• заряжаю аккумуляторы для шуруповёрта;
• используется стиральная машинка на режиме холодной стирки;
• пользуюсь электроинструментом (электролобзик, шлифмашинка, фрезер, болгарка, циркулярная пила, электрорубанок, электродрель, перфоратор);

Естественно, мы не включаем в розетку одновременно всё сразу из этого списка!

Когда нужно включить прибор помощнее, например, рейсмусовый станок или электросварку, то запускаю генератор.

Летом, как в период наиболее богатый солнечным светом, энергии хватает. Ещё и лишняя остаётся. Зимой — нет, не хватает. Солнце ходит по небосводу уже достаточно низко, световой день короче, небо бывает часто затянуто тучами. Приходится экономить и регулярно пользоваться генератором.

Недостатки солнечных батарей

К сожалению, и этот практически неисчерпаемый источник энергии имеет определенные ограничения и недостатки:

• Высокая стоимость оборудования – автономная солнечная электростанция даже небольшой мощности доступна далеко не каждому. Оборудование частного дома такими аккумуляторами стоит недешево, но помогает снизить расходы на оплату коммунальных услуг (электроэнергии).
• Обустройство собственного жилища солнечными батареями потребует финансовых затрат.
• Периодичность генерации — солнечная электростанция не способна обеспечить полноценную бесперебойную электрификацию частного дома.

• Хранения энергии – в солнечной электростанции аккумуляторная батарея является самым дорогим элементом (даже батареи небольшого объема и панели на гелевой основе).
• Низкий уровень загрязнения окружающей среды – солнечная энергия считается экологически чистой, однако производственный процесс батарей сопровождается выбросами трифторида азота, оксидов серы. Все это создает «парниковый эффект».
• Использование в производстве редкоземельных элементов – тонкопленочные солнечные панели имеют в своем составе теллурид кадмия (CdTe).
• Плотность мощности – это количество энергии, которое можно получить с 1 кв. метра энергоносителя. В среднем этот показатель составляет 150-170 Вт/м2. Это гораздо больше по сравнению с другими альтернативными источниками энергии. Однако несравнимо, ниже чем у традиционных (это касается атомной энергетики).

Правила при выборе

Чтобы не имея опыта выбрать солнечную батарею, нужно учитывать несколько аспектов. Каждый их них важен, поэтому стоит разобраться, чтобы не упустить ни одного нюанса:

Производитель солнечных батарей. Вариантов много, надо выбирать те, которые давно представлены на рынке и хорошо зарекомендовали себя среди пользователей. Проще всего почитать отзывы на конкретные модели, тогда все станет понятно. Не стоит брать дешевые китайские панели от непонятных производителей, о которых нет информации.
Показатель PTC/STC. Их определяют независимые лаборатории Соединенных Штатов Америки, значение отражает эффективность работы в реальных условиях (производители обычно дают цифры для идеальных условий, которых вряд ли удастся добиться). Цифра должна быть около 90%, чем она выше – тем лучше.
Небольшой показатель отрицательного толеранса. Так называется отклонение фактических показателей солнечных батарей от их номинального значения, он не должен быть больше 3%. А еще лучше, если он будет положительным. При этом нужно покупать одинаковые панели, так как если вы поставите разные, то система будет работать по элементу с самой низкой мощностью и вы потеряете в эффективности.
Гарантийный срок службы. Средний показатель составляет 15 лет, информация должна быть указана на официальном сайте производителя и в технической документации. Если данных нет или гарантия намного меньше, нужно уточнять причину. Часто продавцы предлагают бракованные панели, которые на порядок дешевле, но и гарантийный срок меньше.
КПД контроллеров и инверторов должен быть не менее 95%. Иначе будут существенные потери энергии в системе. В продаже есть много вариантов с эффективностью до 85%, но по факту показатели еще ниже, не стоит экономить на качестве. Дешевые китайские изделия работаю нестабильно и потери энергии при их использовании будут намного больше, чем можно сэкономить при покупке.
Надежность элементов каркаса, на которых будут установлены панели. Многие продавцы, чтобы сэкономить, предлагают не самые качественные несущие элементы. Надежность крепления на них ниже и служат они недолго. Покупать лучше варианты из алюминия с покрытием от известных производителей. Иначе есть риск, что панели просто упадут и в итоге экономия обернется большими расходами.
КПД выбранных солнечных панелей

На этот показатель стоит обращать внимание только для того, чтобы рассчитать площадь модулей для нормального обеспечения энергией. Больше ни на что это параметр не влияет

Если есть место на крыше, лучше сэкономить и купить модули с КПД пониже, на работе системы это никак не отразится.

Большая часть солнечных батарей, продаваемых сегодня, изготавливается в Китае.

Подведение итогов

Мы рассмотрели отзывы, стоимость комплектов солнечных батарей для дома. Выводы такие:

1. Фотоэлектрические преобразователи незаменимы в условиях отсутствия проводного электричества или в местах, куда оно поставляется с перебоями.
2. Солнечные домашние электростанции сделают частный дом автономным и независимым.
3. Кроме прочего, с помощью экологически чистого источника энергии вы внесете свой вклад в сохранение природы.

Используя солнечные источники энергии, нужно заменить лампы на светодиодные и использовать современную энергосберегающую технику

Для удобства ухода за панелями предпочтительно размещать их на стене или на специальных подставках на участке.