Использование солнечной энергии в частном доме

Постоянный рост стоимости традиционных источников электричества, зависимость от нестабильной работы центральной сети заставляют искать более перспективные и надежные варианты.

Частная электростанция, работающая от Солнца— это неистощимый источник электроэнергии, очень удобный и экологически чистый способ питать все бытовые приборы. Система отлично масштабируется. Есть готовые портативные устройства для питания телефонов и планшетов, а есть мегаваттные станции, способные питать небольшие города и заводы.

Солнечная электростанция для дома включает следующие компоненты:

• фотоэлектрическая панель — прибор, преобразующий излучение Солнца в постоянный ток;
• контроллер — микросхема, которая управляет работой панели, стабилизирует ток, выбирает оптимальный режим работы в зависимости от нагрузки, интенсивности облучения;
• аккумулятор — нужен, чтобы накапливать излишки энергии и отдавать их в ночное время или в пасмурную погоду;
• инвертор — преобразует постоянный ток в переменный стандартных для бытовой сети параметров (220 В 50 Гц).

По функциональному предназначению различают автономные (изолированные), резервные системы, варианты со сбросом в централизованную сеть и специализированные решения. Сделать своими руками проще всего изолированную или резервную, система со сбросом в сеть требует согласования с многими инстанциями.

Также часто и совокупная мощность панелей делается меньше. Но при этом устанавливается инвертор, который способен переключаться с централизованной сети на аккумуляторы и обратно.

Солнечная электростанция с возможностью отдачи излишков в общую сеть — это хорошие долгосрочные инвестиции. Если работа сети стабильна, то можно вообще отказаться от использования аккумуляторов. Но такая схема требует установки специального устройства, умеющего синхронизировать фазы локальной и общей электросети. Также возникнет много проблем с официальным оформлением такого подключения.

Использовать такой источник электричества выгоднее в первую очередь в южных регионах нашей страны, где больше общее число безоблачных дней в году и выше инсоляция.

Для северных регионов технология по понятным причинам менее удобна, но благодаря постоянному развитию технологии эффективность панелей растет, что делает их применение целесообразным даже в высоких широтах.

В первую очередь такие электростанции должны быть интересны владельцам домов, удаленных от электросети или расположенных там, где качество электроснабжения не выдерживает никакой критики. Но также эта технология должна привлекать тех, кто строит современный энергоэффективный дом.

Читайте об использовании ветряной электростанции в частном доме. Рекомендуем ознакомиться с нашим новым материалом о том, какие источники альтернативной энергии помогут вам сэкономить?

Достоинства и недостатки

Готовые электростанции, работающие на энергии Солнца активно продвигаются в Америке, Европе и странах Азии, что обусловлено огромными перспективными и имеющимися преимуществами этого решения. В качестве источника энергии используется Солнце, которое будет поставлять свой свет еще много миллиардов лет.

Гелиоэнергетика совершенно экологически безопасна — не выделяется никаких вредных веществ, система работает бесшумно, нет риска взрыва или воспламенения.

Солнечное излучение нестабильное, нерегулярное. Его интенсивность постоянно меняется, при этом если угол наклона Солнца над горизонтом можно предугадать, то облачность прогнозам не поддается. Пик мощности не совпадает с пиком потребления.

Еще одна важная проблема, над которой бьются ученые — низкая энергоемкость существующих аккумуляторов, их высокая цена и неуклонная деградация. Самый дешевый свинцовый прослужит 2−3 года, классические литий-ионные служат 8−10 лет.

Наиболее перспективные на сегодняшний момент — литий-железо-фосфатные, способные служить без существенной потери полезной емкости до 10−15 лет, но эта технология появилась недавно и стоит еще очень дорого.

Еще одна проблема с аккумуляторами — в их конструкции используются токсичные, загрязняющие природу компоненты, что порождает острую проблему утилизации.

Схема подключения

Главным элементом солнечной электростанции является панель. Они бывают разного типа, разной производительности и размеров. Несколько однотипных панелей можно объединять в кластер и управлять одним контроллером.

От общей мощности панелей зависит то, сколько энергии будет система производить.

Устанавливая панели своими руками, нужно выбирать самое освещенное Солнцем место — южную часть кровли, фасада, открытый участок двора.

Однако из-за нестабильности солнечного облучения панели производят ток с постоянно изменяющимися параметрами.

Для выравнивания и наиболее рационального использования, а также для защиты панелей и аккумуляторов от повреждения нужен контроллер.

Он стабилизирует ток, выполняет распределение нагрузки и производства между панелями, потребителями и аккумуляторами.

К контроллеру подключаются аккумуляторы.

От их типа и количества зависит общая емкость, срок службы. Чем больше емкость, тем дольше дом сможет обходиться без солнца и электричества из сети. Тип аккумуляторов должен быть совместим с контроллером.

Также к контроллеру можно непосредственно подключать приборы, работающие от постоянного тока. Обычно используются модели на 12 вольт, хотя есть и на 24. Если своими руками провести в доме параллельно сеть на 12 вольт, то можно напрямую запитывать множество маломощных устройств.

Чтобы запитывать обычные бытовые приборы, необходим переменный ток 220 вольт. Для его получения к аккумулятору или контроллеру подключается инвертор, преобразователь. Он получает постоянный ток и на выходе дает обычный переменный бытовой.

В таком случае мы получим резервную солнечную систему, а аккумулятор можно будет заряжать еще и от сети. Также в продаже есть контроллеры, которые выполняют также функции инвертора, в таком случае бытовые приборы могут подключаться непосредственно к нему, схема несколько упрощается.

Оптимальный алгоритм работ следующий:

1. На этапе строительства укладываются провода.
2. Затем после завершения отделочных работ устанавливается контроллер.
3. Отводится место для аккумуляторов, вначале можно установить минимальное количество и потом наращивать объем.
4. Ставится инвертор.
5. В конце монтируются панели. Их тоже можно приобретать постепенно, наращивая производительность.

Можно избавиться от аккумуляторов, если излишки производимой энергии направлять в систему отопления дома. Для этого в водяной контур отопления встраивается электрический бойлер, на питание которого отдается все лишнее электричество.

Но эффективнее пользоваться в таком случае тепловыми насосами, которые позволяют увеличить КПД системы.

Поставив обычную сплит-систему (кондиционер), способную работать при низких температурах, можно запитать его от инвертора и получать около 2 кВт тепла на каждый потраченный киловатт электричества.

Такая система отопления удобна в весенний и осенний период, когда нет сильных морозов.

Одна панель максимальной мощностью 20 ватт стоит около 2300−2600 рублей, а 100-ваттная обойдется в 8500—9500 рублей. Контроллер на 45 ампер 12 или 24 вольта будет стоить 11−14 тысяч рублей.

Если брать самые дешевые свинцовые аккумуляторы, то за 100 амперчасов 12 вольт придется еще заплатить около 14 тысяч. Если брать наиболее долговечные литий-железо-фосфатные, то за емкость в 8−9 кВт*ч придется выложить не менее 150 тысяч рублей.

Чтобы запитать от аккумуляторов весь дом, потребуется инвертор мощностью не менее 3 кВт. Обойдется такой прибор в 50−80 тысяч. Есть в продаже и готовые комплекты, их приобретение не гарантирует финансового выигрыша, но хотя бы обезопасит от покупки несовместимых устройств.

Если не делать монтаж системы своими руками, то за услуги профессионалов придется выложить еще несколько десятков тысяч рублей — в зависимости от сложности схемы и индивидуальных условий.

Выводы

Следует отметить, что при помощи полученной энергии можно существенно снижать затраты на отопление дома как в осенний, так и в весенний период.

Конечно, стоимость всего комплекта и цену услуг по монтажу никак не назовешь низкими. Период окупаемости вложений составляет более 15 лет при стабильных расценках на электроэнергию.

Но, вложившись один раз, можно годами пользоваться и не думать о перепадах напряжения, грозовых разрядах и тарифах на электричество. Электростанция, работающая на энергии Солнца, поставляет качественный ток со стабильными параметрами, а это значительно увеличит срок службы бытовой техники, снизит риск ее поломки.

Окупаются ли солнечные батареи для частного дома

Одним из преимуществ собственного дома является возможность его модификации. В том числе и источниками альтернативной энергии. Солнечные батареи для частного дома – наилучший на данный момент способ обеспечить себя экологичным электричеством.

С чего начать

Подсчет затрат электроэнергии. Для установления необходимой мощности системы солнечных панелей, нужно подсчитать, сколько электричества вы расходуете. Очень многое в этом вопросе зависит от того, используется ли частный дом постоянно или только как дача в определенные сезоны года. Для подсчета возьмите квитанции по оплате за электроэнергию за год и установите общее количество киловатт, затраченных за этот период, затем разделите на 12 (количество месяцев) – вы получите среднемесячный расход электроэнергии.

Расчет среднемесячного расхода потребляемого электричества

Как показывает опыт и отзывы реальных потребителей, в средней полосе России полученный результат необходимо умножить на коэффициент 16, чтобы получить необходимую мощность батарей в Ваттах.

Рассмотрим пример. За год вы потратили 1625 кВт, делим эту цифру на 12 месяцев и умножаем на коэффициент 16 – получается, 2166 Ватт. Т.е. система солнечных батарей будет обеспечивать такой дом, если ее мощность будет не менее 2200 Ватт/час

Где крепить?

Крыша. Закрепление солнечных батарей на крыше – очевидное, но не всегда лучшее решение для частного дома. Направленный на юг скат крыши действительно обеспечивает наилучший результат из стационарных способов крепления солнечных батарей, но на этом варианты не ограничиваются.

При таком закреплении скат крыши должен быть на ЮГ

Стены. Если стена «смотрит» на юг – она отлично подходит для размещения на ней солнечных батарей. Понаблюдайте, не падает ли на стену тень от деревьев, хозяйственных построек, забора, иных объектов. Не размещайте солнечные панели в этих местах.

Желательно также использовать южную стену

Не стоит ставить панели на восточной или западной стенах. Таким образом, в самый интенсивный период светового дня вы будете получать на свои панели только косые лучи, что значительно снижает эффективность системы

Свободное размещение. Самый эффективный вариант размещения солнечных батарей, но требует свободной площади во дворе. При свободном размещении солнечных батарей в частном доме их можно закреплять на шарнирах и таким образом, направляя их поверхность к солнцу под 90°.

Такое расположение батарей позволяет получить от них максимум мощности

Что входит в систему

Солнечные панели. О том, как их собрать, мы писали в этой статье (откроется в новом окне). Вы можете купить готовый комплект солнечных батарей для дома, но для экономии средств можно приобрести поликристаллические фотоэлементы и собрать солнечные батареи для своего дома своими руками.

Инвертор. Солнечные батареи вырабатывают постоянный ток, близкий к 12 или 24 вольтам (в зависимости от подключения), инвертор преобразует его в переменный 220 В и 50 Гц, от которого можно питать все бытовые приборы.

Аккумулятор. Даже их система. Солнечная энергия вырабатывается не постоянно. В пиковые часы её может быть переизбыток, а с наступлением сумерек её выработка прекращается вовсе. Аккумуляторы накапливают электричество в течении светового дня и отдают его вечером/ночью. Как выбирать аккумулятор для солнечной электростанции написано в этой статье (откроется в новом окне).

Важно знать. Не рекомендуется использовать для этих целей обычные автомобильные аккумуляторы – они приходят в негодность за 2-3 года эксплуатации (на такой срок службы они и рассчитаны)

Контроллер. Обеспечивает полный заряд аккумуляторной батареи и защищает её от перезарядки и закипания. О том, какой контроллер выбрать мы писали в этой статье (откроется в новом окне).

Выгодны ли солнечные батареи для частного дома

В западных странах мода на солнечную энергетику продиктована больше заботой об экологии, чем поиском экономической выгоды. У нас реалии несколько иные.

При сохранении нынешних цен на поставляемое электричество, система из солнечных батарей, собранная своими руками для одного частного дома и семьи из 4 х человек, полностью окупается за 4-5 лет. При этом срок службы фотоэлементов – составляет 20-25 лет, а вот аккумуляторы придется менять через 5-7 лет в зависимости от качества батарей.

Пока нигде в мире (и Россия не исключение) не наблюдается снижения цен на поставляемое электричество, поэтому за срок службы фотоэлементов в солнечной панели, система успеет окупиться как минимум 4-5 раз.

Видео. Как рассчитать необходимое количество солнечных батарей для дома

В ролике наглядно показан порядок расчета площади солнечных батарей для частного дома. Полезно для тех, кто хочет учесть все расходы на сооружение системы автономного солнечного электроснабжения уже на этапе планирования.