Солнечные панели — это отличный альтернативный и дополнительный источник электроэнергии. Но прежде чем купить и установить подобное оборудование, стоит разобраться в основных параметрах устройства, выяснить тонкости его установки и эксплуатации. Стоимость солнечной энергосистемы колеблется в широких пределах — поэтому, чтобы не прогадать, нужно тщательно подойти к выбору и приобретению оборудования.
Содержание:
- Сфера применения
- Срок эксплуатации
- Основные плюсы
- Эффективность работы
- Виды модулей
- Виды преобразователей
- Расценки на солнечные батареи, окупаемость оборудования
- Как это работает для обычного домохозяйства
- Как при помощи гелиосистемы можно греть воду и отапливать жилье
- Топ-5 российских производителей СЭС
- Поэтапный монтаж солнечных батарей
- Использование гелиостанций в перспективе
Сфера применения
Солнечные батареи активно используются не только на коммерческих и промышленных объектах, но и при обустройстве многоквартирных и частных домов, фермерских хозяйств — для обогрева, освещения теплиц и хозяйственных построек, электроснабжения сельскохозяйственного оборудования, уличного освещения.
Обычно о приобретении солнечных панелей задумываются в нескольких случаях:
- Если район не электрифицирован, а климат подходит для использования фотоэлементов. В этой ситуации покупка и эксплуатация солнечных батарей обойдутся дешевле, чем применение тех же генераторов, работающих на бензине.
- В сельской местности, пригороде, где часто отключают электричество, что сильно ухудшает условия проживания. Здесь автономное электроснабжение поможет обеспечить нужный уровень комфорта, особенно, если учесть, что в комплекте к основному оборудованию прилагается аккумулятор.
- В многоквартирных домах. В зависимости от проекта, фотоэлементы могут использоваться в качестве резервного источника электропитания или для запуска горячего водоснабжения.
Срок эксплуатации
Срок службы такого устройства составляет 20–30 лет. Впрочем, большая часть оборудования прекрасно работает и по окончании обозначенного производителем срока. К примеру, самый первый в мире комплект фотоэлементов бесперебойно функционирует уже более 60 лет — а ведь за прошедшие годы технологии явно шагнули вперед. Единственный минус, который можно отметить — постепенное снижение мощности батареи при постоянном использовании. За десять лет фотоэлементы теряют примерно 10 % мощности.
Это интересно! Первое подобное устройство было создано американским изобретателем Фриттсом в конце XIX века. Первая солнечная батарея выглядела как покрытый тончайшим слоем золота полупроводник, а ее эффективность составляла всего 1 %. Для преобразования световых волн был использован селен. В XXI веке внешний вид модулей почти не изменился по сравнению с периодом тридцатилетней давности, зато их «начинка» претерпела серьезные изменения.
Чтобы увеличить срок эксплуатации оборудования, мы рекомендуем следовать простым рекомендациям:
- Защищать устройство от механических повреждений — сильных порывов ветра, падения деревьев. Царапины, вмятины, трещинки снижают эффективность работы фотоэлементов.
- Постоянно выполнять чистку и обслуживание светочувствительных элементов.
- При нужде монтировать ветрозащитные конструкции.
Цельный комплект для частного домохозяйства состоит из силовой электроники и аккумуляторов. Электроника функционирует от 5 до 20 лет, а аккумуляторные батареи — от 2 до 15 лет. Срок службы полностью зависит от технических параметров, бережности ухода и интенсивности эксплуатации оборудования.
Основные плюсы
Солнечная энергетика обладает массой достоинств:
- Бесплатная электроэнергия. Вы тратитесь только на приобретение, монтаж и пуск установки, после чего полностью пропадает необходимость платить по счетам за энергию.
- Экологичность. Солнечная электростанция не способна навредить окружающей среде, не дает вредных выбросов при эксплуатации.
- Качество. После монтажа системы вы сможете забыть о скачках напряжения в сети.
- Бесшумность. Такая батарея, в отличие от жидкотопливного генератора и других альтернативных источников электроэнергии, абсолютно бесшумна в работе.
- Долгий срок службы. В среднем гарантия на светочувствительные элементы достигает 20–25 лет.
- Простота эксплуатации и обслуживания. Достаточно просто периодически очищать модули от снега и пыли.
- Нет необходимости в дополнительном помещении для установки. Модули монтируют на крыше, на том участке, где освещение максимально в течение всего светового дня. Но если есть возможность, батареи можно установить и на земле, на расчищенной и подготовленной территории, главное условие — хорошая освещенность участка.
Эффективность работы
Панель устроена таким образом, что в ней происходит преобразование световых волн в электроэнергию с последующим преобразованием постоянного тока в переменный. Площадь одного типового модуля достигает нескольких квадратных метров. При необходимости увеличения мощности покупают дополнительные панели.
Эффективность работы батареи зависит от множества нюансов:
- климатического пояса;
- сезона года и времени суток;
- интенсивности света;
- угла падения солнечных лучей.
Учесть эти нюансы при монтаже могут только специалисты, поэтому не рекомендуется пытаться самостоятельно устанавливать такое оборудование.
Виды модулей
Все солнечные модули делятся на четыре основных вида:
| Монокристаллические | Обладают однородной структурой за счет того, что выращены из единого кремниевого кристалла. Отличаются небольшими размерами и долговечностью, причем «старению» подвержена не основная составляющая — кремний, а ее окружение — контакты, пленки, покрытия. Монокристаллические модули стабильно сохраняют свои характеристики на протяжении всего срока эксплуатации. До недавнего времени модули из монокристалла считались самыми эффективными по производительности при КПД в 22 %. |
| Поликристаллические | Имеют меньшую стоимость благодаря более дешевому производству, но вместе с тем обладают и меньшим КПД — около 15–18 %. Для повышения эффективности источника электроэнергии понадобится просто увеличить его площадь. Из плюсов можно назвать большую устойчивость к внешнему нагреванию. |
| Аморфные | Это бюджетные тонкопленочные панели на базе аморфного кремния. В качестве поглотителя используется вещество, состоящее из множества тончайших слоев кремния, что обеспечивает гибкость аморфного модуля. Гибкую конструкцию можно разместить даже на рельефной, неровной поверхности. Данная разновидность батарей имеет высокую поглощающую способность, почти не снижает свою мощность при нагревании, обладает высоким коэффициентом преобразования. Так, кристаллические панели прекращают генерировать электричество уже при освещенности на границе 150–200 Вт/м2, в то время как аморфные функционируют даже при 100 Вт/м2. Еще одно несомненное их преимущество — небольшой вес. Но аморфные панели имеют очень низкую производительность — КПД около 7 %, и быстро деградируют в процессе эксплуатации. |
| Гетероструктурные | Состоят из аморфного и кристаллического кремния. Использование двух типов полупроводников обеспечивает стабильность характеристик и самый высокий среди всех разновидностей фотоэлементов КПД — до 22–25 %. Гетероструктурные панели сохраняют данный уровень производительности на протяжении всего периода эксплуатации. Они великолепно функционируют как при рассеянном свете, так и при нагревании, что сделало возможным их применение в облачных и жарких районах. В России изготовлением гетероструктурных модулей занимается компания Hevel, входящая в мировой топ-5 производителей солнечных электростанций. Научно-технический центр «Хевел» несколько лет назад запатентовал собственную технологию создания гетероперехода и теперь активно вкладывается в ее развитие. |
Помимо фоточувствительного компонента, в систему солнечной батареи входят:
- преобразователь, отвечающий за генерацию переменного электрического тока;
- аккумулятор — устраняет перепады напряжения при изменении уровня освещенности, а также служит в качестве накопителя электроэнергии;
- контроллеры, отслеживающие режим зарядки, температуры, зарядное напряжение аккумулирующей батареи и пр.
Покупатель может приобрести как готовый комплект, так и элементы конструкции. Подбор мощности осуществляется с учетом нужд и потребностей домовладельца.
Виды преобразователей
Наряду с фоточувствительным компонентом важнейшей деталью солнечной батареи является инвертор. Преобразователь позволяет из постоянного, вырабатываемого модулем, тока генерировать переменный с напряжением в 220В. Стандартная мощность инвертора колеблется в пределах 250–8000 Ватт. При приобретении смотрят на максимальную сетевую нагрузку, а также соотношение напряжения и мощности. Оптимальные сочетания:
- 48 В при мощности более 1500 Вт;
- 24 В при мощности в 600–1500 Вт;
- 12 В при 600 Вт.
Перед покупкой подсчитывают максимальную мощность всех электроприборов, которые будут запитаны от батареи. Лучше всего брать оборудование с небольшим запасом по мощности, так как иногда бытовые приборы при включении в сеть дают скачок напряжения.
Виды преобразователей:
- Автономный. Используется в источниках бесперебойного питания, позволяет потреблять энергию независимо от функционирования батареи.
- Синхронный. Накапливает электроэнергию, а лишний объем отдает в сеть. При недостаточной выработке электричества инвертор берет его из общей сети.
- Многофункциональный. Сочетает особенности обоих видов.
Вид инвертора сильно влияет на стоимость системы. Так, максимально комфортными в эксплуатации считаются преобразователи, создающие на выходе сигнал синусоидальной формы. Они генерируют ток, от которого можно запитать кондиционеры, холодильники, электрокотлы. Качество такого тока выше, чем даже в обычной домашней электросети. Такие инверторы надежно защищают чувствительные к нестабильному напряжению приборы от неисправностей. Однако из-за крупных габаритов они не слишком удобны для размещения и монтажа.
Инверторы с прямоугольной формой сигнала не подходят для электроснабжения большинства бытовых приборов. С их помощью обычно запускают только освещение. Зато они дешевле стоят и имеют более компактные размеры.
К преобразователю с псевдосинусоидальной формой сигнала можно подключить любую бытовую технику. Однако качество тока у них заметно хуже, чем у первого вида.
Расценки на солнечные батареи, окупаемость оборудования
Стоимость комплекта колеблется в пределах 30 000–2 000 000 рублей. Цена зависит от состава оборудования, типа батарей, количества и площади панелей, мощности и иных технических параметров, а также бренда производителя. В продаже можно отыскать также совсем дешевые варианты стоимостью от десяти с лишним тысяч рублей. Недорогой комплект включает солнечную панель, коннектор и контроллер заряда, у стандартного состав значительно шире. Помимо фотопанелей, аккумулирующей батареи, контроллера и инвертора, расширенная комплектация предусматривает наличие клемм, кабеля, стеллажа.
Технические параметры можно посмотреть в инструкции/руководстве. При покупке обращают внимание на:
- общую энергоэффективность системы;
- площадь и мощность модулей;
- температурный коэффициент, указывающий на зависимость напряжения, мощности, силы тока от внешних температур.
Специалисты отмечают, что за последние годы стоимость модулей значительно снизилась по сравнению с началом XXI века. Один комплект, рассчитанный на энергопотребление семьей в четыре человека, окупается за четыре года.
Система из гетероструктурных панелей мощностью в 5 кВт отлично подойдет для энергообеспечения небольшого коммерческого объекта (павильона, гостевого домика, кафе) или частного коттеджа. Автономные и многофункциональные комплекты, оснащенные аккумуляторами, полностью исключают возможные перебои с электричеством. Сетевые станции дают возможность экономить на оплате за использование обычных электросетей, и при этом увеличивают подведенную мощность.
Рассчитать требующийся объем энергопотребления, подобрать подходящую под ваши нужды энергосистему помогут менеджеры производителя. Здесь же можно заказать монтаж и пуско-наладку оборудования. Надежного поставщика легко определить по наличию сертификатов качества и официальных документов как на саму станцию, так и на все комплектующие. Продолжительность гарантийного срока также должна быть соответствующей.
У топовых производителей каждая панель, каждая ячейка и каждый компонент проходят контроль качества на всех стадиях изготовления, дополнительно проверяются на устойчивость к износу и прочность, что гарантирует долговечность и надежность всей конструкции.
Как это работает для обычного домохозяйства
Стандартная СЭС состоит из модулей, преобразователя, аккумулирующей батареи и контроллера. При попадании на панели из кремния солнечные лучи способствуют высвобождению электронов. Последние, в свою очередь, движутся по проводникам, создавая постоянный ток. Преобразователь инвертирует постоянный ток в переменный, тем самым обеспечивая электричеством подключенные в сеть бытовые приборы.
Контроллер оптимизирует работу СЭС, увеличивает эффективность выработки тока, отвечает за его распределение по конечным точкам потребления. Аккумулятор накапливает энергию, чтобы обеспечить электричеством людей в темное время суток.
Как при помощи гелиосистемы можно греть воду и отапливать жилье
Энергия солнца может быть использована не только для выработки электричества, но и для нагревания воды, что весьма удобно для хозяйств с ранним завершением отопительного сезона. Для этого на крыше дома монтируют гелиосистему в виде металлических модулей, аккумулирующих солнечную энергию и нагревающих теплоноситель — воду. Вода циркулирует по трубам, расположенным под пластинами. Конструктивно гелиоколлекторы могут отличаться друг от друга, но общий принцип действия у них всегда схож. Такие системы работают по замкнутому циклу: жидкость отдает тепло в доме и возвращается к коллектору для повторного нагревания.
Каждая гелиосистема включает следующие элементы:
- Собственно коллектор. Это основной элемент всей конструкции, который отвечает за улавливание и преобразование световой энергии. Он может быть плоским, открытым и вакуумным. Открытые панели изготавливаются из пластиковых или резиновых материалов, не имеют корпуса и отличаются устойчивостью к ультрафиолету. Более бюджетные плоские коллекторы обладают круглогодичной эффективностью, однако их КПД снижается в период уменьшения солнечной активности. Вакуумные системы нуждаются в поддержании вакуума при помощи специальных насосов, зато дают максимальную производительность в холодное время года за счет минимальных теплопотерь. Правда, они менее надежны, чем плоские и открытые системы — малейшее повреждение, и модуль выходит из строя.
- Система труб, по которым вода движется сначала в бак, а затем обратно, в сторону коллектора.
- Бак-аккумулятор для накопления теплоносителя.
- Контур для нагрева воды/воздуха, например, отопительные трубы.
- Насосная станция, отвечающая за движение воды по системе.
- Контроллеры, регулирующие температуру и другие технические параметры.
- Второй источник энергии, который запускается в непогоду или темное время суток.
Топ-5 российских производителей СЭС
В последнее время среди российских потребителей особую популярность получили солнечные электростанции от китайских производителей. Азиатская продукция вышла на пик конкурентоспособностиконкурентноспособности благодаря низкой, по сравнению с европейскими расценками, стоимостью конструкций. Так, китайские СЭС в два раза дешевле немецких, и при этом не слишком уступают им по качеству.
Чаще всего в специализированных магазинах предлагают продукцию следующих брендов:
- Suntech Power Ко;
- Yingli Green Energy;
- Himin Solar.
Солнечные батареи последней марки вырабатывают электричество даже в облачную и дождливую погоду.
На втором месте по востребованности находятся батареи отечественного производства. Это:
- Hevel. Группа компаний локализуется в Новочебоксарске. Бренд по праву считается пионером солнечной энергетики в России. «Хевел» занимается научно-исследовательской деятельностью, разрабатывает и внедряет собственные технологии, ориентированные под российские реалии.
- «Телеком-СТВ». Компания была основана на базе главных предприятий микроэлектроники города Зеленограда в 1991 году, производит складные солнечные модули.
- ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов». Изготовление солнечных модулей является только одним из направлений деятельности РЗМКП. В основном предприятие занимается производством герконов.
- ЗАО «Термотрон-завод». Как и в предыдущем случае, солнечная энергетика является лишь частью огромного ассортимента «Термотрона».
- Sun Shines (ООО «Автономные Системы Освещения»). Этот производитель специализируется на индивидуальных решениях. Локализация — Московская область.
Такой разброс предложений позволяет любому покупателю найти подходящий по соотношению цены и качества вариант. Стоимость оборудования будет зависеть от его мощности и комплектации.
Поэтапный монтаж солнечных батарей
- Перед началом монтажа выбирают место установки. Выбранный участок должен максимально освещаться в течение всего дня. Чтобы добиться высокой производительности, модули устанавливают под некоторым углом к горизонту. Обращают также внимание на окружающие постройки и деревья, которые могут дать тень.
- Затем разрабатывают индивидуальный проект, который учитывает месторасположение панелей и особенности установки.
- После этого при помощи специального крепежа монтируют сами панели.
- Следующий этап — соединение модулей с преобразователем, контроллером и аккумулятором.
- После установки проводятся пуско-наладочные работы.
- Заказчик принимает работу, проверяет оборудование и получает гарантийные документы.
Чтобы конструкция функционировала долго и без перебоев, и давала высокую производительность, ее монтаж должен выполняться опытными мастерами.
Грамотные специалисты, несмотря на сложность манипуляций и необходимость калибровки, в среднем тратят на подключение около 6–8 часов.
Использование гелиостанций в перспективе
Невысокий КПД гелиоэлектростанций на Земле обусловлен воздушной прослойкой, рассеивающей солнечное излучение. В космосе данная проблема отсутствует, поэтому научные центры ведут разработку орбитальных спутников, на которых будут установлены гигантские солнечные модули. Такие системы смогут работать круглосуточно и выдавать немыслимую производительность, передавая энергию на наземные устройства.
Что касается уже существующих технологий, то они развиваются преимущественно в сторону уменьшения габаритов и повышения энергоэффективности систем.
