Как подобрать солнечную электростанцию: готовые решения, принцип работы, как выбрать и установить своими руками (фото + видео-инструкция)

Преимущества солнечных электростанций заключаются в экологической чистоте и возможности экономить электроэнергию в быту. А также данный источник не зависит от общего электроснабжения.

Для того, чтобы подобрать конструкцию для дома, нужно учесть функциональные параметры. Важен также размер площади, которую она займет.

Солнечная батарея включает фотоэлементы, которые преобразуют энергию лучей в электричество или тепло.

Рассмотрим, как подобрать такой источник.

Краткое содержимое статьи:

Что необходимо знать при подборе солнечной электростанции

Обязательному расчету и определению подлежат такие параметры и характеристики, как:

• максимальная потребляемая мощность;
• пусковая мощность;
• сколько требуется энергии в сутки;
• площадь для размещения;
• периоды, когда установка будет работать на протяжении года.

После этого можно приступать к выбору и приобретению элементов конструкции. По минимуму это будут следующие компоненты:

• Батареи из пластин фотоэлементов, преобразующих энергию солнца.
• Контроллер, ускоряющий заряд, обеспечивающий долговечность аккумулятора, а также сигнализирующий по поводу состояния.
• Аккумуляторы, сохраняющие выработанную энергию для применения.
• Инвертор (или преобразователь), превращающий постоянный ток в переменный 50 Гц и 220 В для питания приборов.

Солнечная электростанция — расчет, плюсы и минусы, правила монтажа

В современном мире существует множество различных способов получения электричества. Если промышленный метод получения электроэнергии вполне обычное дело, то солнечная электростанция для дома еще не стала особенно популярной, что объясняется достаточно высокой стоимостью оборудования. Есть ли возможность в солнечной энергии в дальнейшем вытеснить из лидирующих позиций традиционную энергию, получаемую от электростанций? Попробуем разобраться в этом вопросе, в частности, оценим плюсы и минусы, а также разберемся с основными особенностями домашних солнечных электростанций.

Что она из себя представляет?

Солнечная электростанция для дачи представляет собой совокупность устройств, использующих солнечную энергию для превращения ее в переменный ток. По своей сути, это совершенно бесплатная энергия, которой можно пользоваться в своих бытовых целях. Солнечные электростанции могут использоваться как альтернативное средство обеспечения электричеством для различных сооружений, торговых комплексов и т.д.

На первый взгляд может показаться, что солнечные электростанции для дома составляют достаточно сложную систему, для обустройства которой нужно немало трудов и затрат. Однако, при более детальном знакомстве с устройством становится понятно, что все устроено достаточно просто. Вот основные элементы стандартной системы, работающей от солнца:

• Солнечная панель — одна или несколько.
• Устройство, контролирующее мощность заряда.
• Накопительные аккумуляторные батареи.
• Инвертор.

Это основные компоненты, входящие в любую электростанцию, работающую от солнечных лучей. Конечно, кроме этих элементов есть и другие второстепенные составляющие, вроде различных перемычек, элементов крепления, разъемов и т.д.

Сфера использования

Существуют системы промышленного назначения, но в большинстве случаев они применяются в бытовых нуждах населения:

Солнечные электростанции для дачи . Такие установки не отличаются особой мощностью, поэтому они более доступны по цене. Объясняется это тем, что на дачном участке находится небольшое количество приборов и другой техники, которую нужно обеспечивать электричеством.

Домашние солнечные электростанции. В большинстве случаев, такая установка представляет собой совокупность множества солнечных панелей, которые устанавливаются на больших коттеджах и частных домах. Аккумуляторы для этих солнечных электростанций отличаются большей емкостью, что делает систему намного мощнее дачных аналогов.

Как это работает?

Многие люди, слабо знакомые с устройством таких установок, спрашивают — как же работает солнечная электростанция? Итак, принцип работы следующий. Основой являются солнечные лучи, которые поступают на специальные панели, которые превращают их в постоянный ток. Большая часть этого тока затем передается на аккумуляторы, ведь непосредственно от панелей могут питаться лишь незначительные приборы, вроде часов, калькуляторов и т.д.

Специальное контролирующее устройство регулирует уровень заряда аккумуляторной батареи, чтобы она не разряжалась. Есть варианты с силовым диодом, что обычно делает установку более доступной по цене, но тогда вам самим придется контролировать состояние АКБ.

Накопительные аккумуляторные батареи обеспечивают электричеством не все устройства, а только те, которые оснащены блоками питания на 12 и 24 Вт. К таким агрегатов относятся ноутбуки, системные блоки и другая компьютерная техника.

Что касается остальных бытовой техники, вроде стиральных машин и холодильников, то для их питания необходим инвертор. Это устройство преобразует постоянный ток в переменный, от которого и работает большинство приборов, ведь его мощность составляет привычные всем нам 220 Вт.

Преимущества и недостатки

Не существует абсолютно идеальной системы или устройства, поэтому домашние солнечные электростанции также имеют свои плюсы и минусы. Вот основные преимущества:

1. Использовать такие панели можно практически в любой точке мира. Естественно, регионы, где уровень солнечной активности небольшой, менее приспособлены для использования подобных установок.
2. Солнечный свет абсолютно безопасный и, что немаловажно, бесплатный.
3. Строительство солнечной электростанции может окупиться уже через несколько лет.
4. Высокий эксплуатационный срок.
5. Абсолютно автономная работа системы электроснабжения на солнечных батареях.
6. Система стабильна, поэтому перепады напряжения исключены.

Есть и свои недостатки:

1. Начальные затраты достаточно высоки.
2. Солнечная автономная электростанция может производить электричество только тогда, когда солнечные лучи попадают на панели. Другими словами, когда солнца нет, т.е. ночью или в дождливую погоду, выработка энергии прекращается.
3. Для установки нужен периодический уход, в том числе и очистка от грязи и пыли.

Если рассматривать с точки зрения выгоды в перспективе, то монтаж солнечной электростанции для дома выглядит очень целесообразным мероприятием, ведь цена на энергоресурсы постоянно увеличивается.

Расчет стоимости

Перечисляя плюсы и минусы, которыми обладают автономные электростанции, использующие солнечные лучи для получения энергии, мы в числе прочего сказали о высокой стоимости таких установок. Именно поэтому, чтобы примерно знать уровень предполагаемых расходов, необходимо провести расчет солнечной электростанции в плане ее стоимости. Для этого нужно учитывать следующие моменты:

• Среднее значение потребности всей семьи в электричестве за один расчетный день.
• Показатель максимальной мощности всех электрических приборов, которые включены в сеть одновременно.
• Также нужно знать о том периоде, на который нужен запас энергии.

Предположим, что семья состоит из трех человек:

1. Согласно данным, которые есть в счетах за электроэнергию, среднее потребление электричества составляет 150 кВт в месяц, то есть в день идет 5 кВт.
2. Каждый день в семье включены: компьютер (1,1 кВт), холодильник (230 Вт), телевизор (90 Вт), чайник (1,2 кВт), а также четыре лампочки по 10 Вт каждая. Получается 2660 Вт в день.
3. Дополнительной статьей расходов будет покупка накопительных аккумуляторных батарей. Лучше брать АКБ, рассчитанные на 12:00.

Расчет будет следующим:

• Определяем количество панелей. Делим суточное потребление энергии на среднюю продолжительность работы всех приборов за сутки: 5000 Вт / 8:00 = 625 Вт в час. Производительность панелей разная — от 150 до 300 Вт, поэтому рассчитывать придется индивидуально. Если покупаете 200 ватные панели, то расчет такой: 625/200 = 3,125. Округляем до 4 — такое количество панелей нам понадобится.
• Число аккумуляторов. Предположим, что станция работает на АКБ мощностью 12В и емкостью в 200 Ампер в час. Делим 5000 Вт на 12В = 417 А / ч. Далее делим 417 на 200 = 2,085. Округляем до 3 — такое количество АКБ нам понадобится.
• Тип инвертора зависит от того, сколько всего потребляется энергии в день теми приборами, которые включены в сеть одновременно. Мы выяснили, что этот показатель равен 2660 Вт, то есть инвертор должен обладать минимальной нагрузкой в 3000 Вт.
• Контролирующее устройство. Нужно разделить суммарную мощность панелей на напряжение АКБ. Если мы приобрели АКБ на 24В, то расчет будет следующим: 625 Вт / 24В = 26 Ампер. Для лучшей работы системы лучше приобрести более мощный контроллер — около 30 А.

Если вы не хотите обременять себя всеми этими вычислениями, вы можете довериться специалистам компаний, реализующих данные установки. Другое дело, если вы осуществляете монтаж и сборку системы собственноручно, то тогда вам все придется вычислять самому.

Правила установки

Монтаж системы, которая получает энергию от солнца, нужно осуществлять по определенным правилам:

• Зимой на панели будет падать снег, поэтому нужно вовремя очищать их, или ставить панели под большим наклоном.
• Монтаж солнечных панелей следует производить на самой солнечной стороне дома.
• Кстати о наклоне. Для Северного полушария он равен примерно 60 градусам, а азимут должен составлять 180 градусов в южную сторону.
• Между панелями следует оставлять определенное пространство.

Проект солнечной электростанции для дома

Солнечная панель состоит из нескольких десятков ячеек с фотоэлементами и имеет площадь около двух квадратных метров. Главной потребительской характеристикой панели, влияющей на ее цену, является мощность электроэнергии, способная вырабатываться ее элементами, измеряемая в ваттах (речь об идеальных условиях в летний солнечный день). Современные панели имеют мощность от 300 до 500 ватт и стоят от нескольких тысяч гривен за штуку. На украинском рынке сейчас представлены сотни моделей солнечных панелей и несколько десятков производителей.

При выборе панели стоит также обратить внимание на такие характеристики как КПД (колеблется от 15 до 20 процентов), температурный режим (в принципе, все без исключения они всепогодные), класс IP-защиты распределительной коробки (обычно IP68). Конечно же, самые эффективные панели стоят дороже, выгоднее всего сейчас покупать панели мощностью 350-400 ватт, но ситуация с каждым годом изменяется в лучшую сторону.

Услышав фразу «домашняя солнечная электростанция» мы обычно представляем себе солнечные панели, установленные на крыше дома. Но такой вид установки имеет и свои недостатки. Во-первых, на генерацию энергии сильно влияет азимут (в идеале панели должны смотреть на юг), а на ориентацию уже построенного дома повлиять вы не сможете, что приведет к снижению эффективности работы панелей даже если разместить их на скате солнечной стороны. Во-вторых, нельзя будет изменить угол наклона панелей (он будет соответствовать углу наклона ската), что тоже влияет на генерацию энергии. В-третьих, зимой панели придется регулярно чистить от снега, иначе они просто не будут выполнять свои функции. Не каждый захочет зимой лезть на крышу дома с риском упасть. Каждый раз после снегопада.

Установка солнечных панелей на земле, на специальной поддерживающей конструкции, лишена этих недостатков — можно расположить их так, чтобы панели смотрели строго на юг (помним, что магнитный полюс Земли дает небольшую погрешность, для Украины это 7-8 градусов). Но такой вариант размещения, конечно же, займет немало места на участке рядом с домом. Хотя один из владельцев СЭС, с которым мы общались, сказал, что место под панелями отдал под грядки с помидорами.

Все про солнечную электростанцию для дома: подключение, реальная выработка, подключение, особенности

В 2017 году я установил на участке одну солнечную батарею мощностью 260Вт для выработки электроэнергии. В июне выработка панели составила 34кВт электроэнергии, что в 4.5 раза превысило её нормативную мощность.

Далее я расскажу о том, как работает солнечная электростанция, из каких элементов состоит, кому подойдет и как её подключить. Кроме того, поделюсь реальной статистикой выработки одной панели.

Кому подойдет домашняя солнечная электростанция

1. Тем, у кого на участке нет электричества. Солнечные батареи смогут автономно обеспечивать объект электроэнергией. В качестве альтернативы также можно рассматривать ветряк (для которого должна быть соответствующая роза ветров) или дизельный генератор (который не очень удобен в эксплуатации и неэкономичен).
2. Также солнечную станцию можно рассматривать как инвестицию, чтобы на фоне постоянно растущих тарифов в будущем меньше платить за электроэнергию. К тому же срок службы батарей очень большой, а солнце светит всегда.
3. И последний вариант — всем, кто хочет заработать. В Украине существует закон о зеленом тарифе, согласно которому государство выкупает выработанную электроэнергию с помощью альтернативных источников энергии по особой цене.

Как устроена солнечная батарея

Солнечная батарея (или ФЭМ – фотоэлектрический модуль) работает за счет кремниевых элементов, которые преобразовывают световую энергию в электрическую (в отличие от солнечных коллекторов, которые работают за счет солнечного тепла).

Сзади у панели есть выход двух кабелей, которые подключатся на инвертор или аккумулятор, в зависимости от схемы использования (об этом далее подробнее).

Как подключить, если на участке нет электричества

Если участок не подключен к сети, то главная задача — накапливать электроэнергию, чтобы использовать её в будущем по мере необходимости.

Какое оборудование понадобится:

• Солнечные батареи.
• Аккумулятор для накопления заряда.
• Контролер заряда (чтобы контролировать ток заряда аккумулятора).
• Преобразователь в 220В. По умолчанию солнечная панель выдает 12В, 24В, тогда как большинство электроприборов подключаются к 220В. Если вы используете приборы, работающие от 12В, то преобразователь не понадобится.
• Оборудование для фиксации и крепежа самой батареи.

Самый простой вариант, «своими руками»

Самый примитивный, но рабочий вариант «для дачи»: солнечная батарея + аккумулятор, которые соединяются между собой клеммами. В таком виде станция уже готова к эксплуатации и её можно даже не ставить на крышу, а просто установить на землю. Электроэнергия будет накапливаться на аккумуляторе, от которого можно зарядить телефон, подключить освещение и т.д.

Такую станцию очень легко собрать своими руками. Достаточно просто купить аккумулятор (подойдет даже обычный автомобильный), солнечная батарея, провода и клеммы. Если вы приезжаете на дачу только по выходным, то станция может быть переносной, так как легко разбирается и прячется (или увозится с собой).

Более сложная реализация

Схема для повседневной эксплуатации и разводкой по розеткам. Солнечные батареи устанавливают на крышу (или отдельную металлическую конструкцию), а кабель от них прокладывают к аккумулятору, от которого электричество через преобразователь поступает на розетки.

По мере необходимости станцию легко масштабировать, подключая дополнительные батареи и аккумуляторы.

Как подключить, если на участке есть электричество

Если участок подключен к сети, то установка солнечной электростанции сделает дом более энергонезависимым, позволит сократить затраты на электроэнергию и даже заработать на этом благодаря зеленому тарифу.

В этой схеме подключения отсутствует аккумулятор, так как не нужно накапливать электроэнергию (но если вы хотите иметь резервный источник питания на случай выключения света, то аккумулятор необходим).

Для подключения такой станции нужна только солнечная батарея (или несколько), которая через сетевой инвертор подключается в розетку. В таком виде станция уже готова к работе. Батарея вырабатывает электричество и вы сразу же его потребляете для внутренних нужд: работы холодильника, освещения, чайника и т.п.

Например, выработка станции в сутки — 1кВт электроэнергии, а здание суммарно потребляет 5кВт. По факту из сети вы берёте лишь 4кВт. Но если станция вырабатывает в сутки 5кВт, а вы реально потребляете только 2кВт, то остаток (3кВт) сгорает. В этом случае можно подключить зеленый тариф и продавать разницу государству по более высокой цене, либо же поставить аккумулятор и накапливать избыток на него.

Сейчас существуют компании которые подключают зеленый тариф «под ключ». Начиная от подбора и установки станции, до заключения договора с ОБЛЭНЕРГО.

Реальная выработка солнечной электростанции для дома

Выработка зависит от мощности и угла наклона панелей, интенсивности солнца и продолжительности светового дня.

Между собой батареи отличаются площадью, что отражается на их мощности. Это может быть 10Вт, 100Вт, 150Вт, 260Вт и так далее. Однако реальная выработка панели обычно выше её номинальной мощности, так как необходимо учитывать коэффициент интенсивности солнца. В южных регионах солнце светит сильнее и дольше, а в северных слабее и меньше, поэтому одна и та же панель вырабатывает разное количество электроэнергии.

Пример из практики

Это график выработки электроэнергии одной панелью мощностью 260Вт за июнь 2018 года. Суммарная выработка станции за месяц — 34,89 кВт. Из расчета, что номинальная месячная мощность батареи — 7,8кВт (260Вт Х 30 дней), её фактическая мощность оказалась в 4.5 раза выше (поправочный коэффициент). Летом он больше, зимой – меньше или вообще отсутствует.

Из графика видно, что выработка непостоянна и присутствуют резкие спады – это пасмурные дни, когда световой день короче, а солнечная активность очень слабая. Худшая производительность была зафиксирована 17.06 — около 0.4кВт, а максимальная 25.06 — около 1.4кВт.

А вот так выглядит выработка солнечной батареи по часам в течение дня:

Выработка начинается ближе к 9 утра, достигает пика к 13:00, затем постепенно снижается и прекращается около 19:00. В течение дня есть небольшие провалы — когда солнце было закрыто облаками.
Примерно с 13:00 до 15:00 выработка электроэнергии была нестабильна из-за облачности. Но и это не сильно сказалось на итоговой производительности станции — 1.32кВт.
В течение дня было множество провалов, что и отразилось на итоговой выработке станции — 0.98кВт.
А это пасмурный дождливый день, когда солнечная активность очень слабая и выработка в течение дня составила 0.45кВт.

Из этого можно сделать вывод, что целиком полагаться на солнечную электроэнергию сложно. Производительность станции сильно зависит от интенсивности солнца и даже летом она может быть непостоянна из-за пасмурной погоды.

Угол наклона солнечной батареи

Панель вырабатывает максимум электроэнергии тогда, когда солнечные лучи падают на неё под прямым углом. В этом случае лучи практически не отражаются и потери энергии минимальны. Но так как солнце в течения дня постоянно движется и меняет высоту, то поддерживать постоянным угол падения в 90° сложно.

Для этого существуют специальные механизмы, которые поворачивают панель вслед за солнцем в течение дня и изменяют угол её наклона, что дает максимально возможную выработку электроэнергии. Однако для домашней станции они нецелесообразным: при малой мощности станции дополнительные 5-15% электричества не покроют затраты на их установку.

Поэтому рекомендуется универсальное положение солнечной панели: для северного полушария направление на юг (которое охватывает максимальную траекторию движения солнца) и угол наклона в 30 ° на лето и 60 ° на зиму. Либо же средний вариант в 45 °, если панель работает круглый год.

Как рассчитать мощность электростанции на солнечных батареях

Оттолкнуться нужно от того, сколько электроэнергии вам нужно для нормального функционирования здания. Самый простой способ — выписать все эл. приборы, которые вы планируете использовать, время их работы и потребляемую мощность.

Пример:

• Холодильник: 100Вт – 24ч – 2400Вт
• Освещение: 100Вт – 5ч – 500Вт
• Чайник: 15мин – 1,5кВт – 0,03кВт
• Стиральная машина:
• Ноутбук:
• .
• Итого: 3кВт

3кВт — это мощность, которую должна производить солнечная электростанция для нормальной жизнедеятельности здания. Т.е. понадобится 12 панелей мощностью по 260Вт. На практике их производительность будет выше (при коэффициенте солнечной активности 4.5 суточная выработка станции составит 14кВт), однако мы отталкиваемся от самого пессимистичного сценария, при котором каждый день — пасмурный. Также учитывайте: если вы не подключены к зеленому тарифу или не запасаете энергию на аккумулятор, то избыток будет сгорать.

Если вы устанавливаете солнечную электростанцию для заработка на зеленом тарифе, то начать можно с любой мощности и постепенно её наращивать.

Заключение

Солнечные электростанции для дома решают две основные задачи:

• могут обеспечивать электроэнергией участок, который не подключен к сети. В самом простом варианте вам понадобится только панель, аккумулятор и контролер заряда, которые уже способны генерировать электроэнергию. Также возможна более сложная реализация, когда станция генерирует электричество и через инвертор передает его в розетки. В этой схеме дополнительно необходим преобразователь из 12В в 220В.
• служить инвестицией и источником дохода. В Украине существует закон о зеленом тарифе, согласно которому государство готово покупать у населения электроэнергию, выработанную на альтернативных источников энергии, по более высокому тарифу. Другими словами: каждый может установить в доме солнечную электростанцию и продавать электроэнергию государству.

Производительность станции зависит от мощности панели и коэффициента интенсивности солнца. Для южных регионов, где солнце светит долго и интенсивно, выработка панелей может быть в 4.5 — 5 раз больше номинала. Зимой коэффициент практически отсутствует.

При пасмурных днях даже летом выработка сильно падает. Поэтому целиком полагаться на солнечную энергию не стоит (особенно если у вас автономное энергообеспечение объекта) и не лишним будет иметь резервный источник, например — дизельный генератор.