Практически каждый мечтает пользоваться независимым источником энергии. Речь идет о фотоэлектрических панелях - солнечных батареях. Это природный возобновляемый ресурс для электроснабжения. Батареи являются частью системы. Это подстанция, работающая от солнечной энергии. Механизм трансформирует энергию излучения в постоянный электрический ток. Данные системы нашли свое применение как основной, так и дополнительный поставщик энергии.
Полноценная эксплуатация возможна только в объединении со специальными приборами: аккумуляторами; контроллерами; инверторами. Аккумуляторы служат для накапливания электроэнергии, которая вырабатывается фотоэлементами батареи, подачи требуемого количества энергии и обеспечения стабильного напряжения. Контроллер регулирует расход накопленной электроэнергии. Инвертор - последнее важное звено схемы. Используется для питания хозяйственного и промышленного оборудования. Солнечные батареи имеют огромное преимущество, так как работают от возобновляемого ресурса. Отличительной особенностью является отсутствием шума. Они просты в обслуживании.
Область применения
Применение солнечных батарей безгранично. Наиболее часто их используют как замена централизованного энергоснабжения для оснащения электроэнергией загородных строений. Они с успехом проявляют себя во всех отраслях промышленности, научно-космической и сельскохозяйственной сферах деятельности.
Типы солнечных батарей. Общие характеристики
Солнечные модули различают по технологии производства. По виду используемого для их изготовления материала они бывают двух видов:
- Пленочные
- Кремниевые.
К первому относят монокристаллические, поликристаллические и аморфные. Пленочные изготавливают тонкопленочные, полимерные и электростанции, основой которых служит селенид меди индий.
Кремний - наиболее популярное вещество, осуществляющее фотоэлектрический эффект. Его добыча не требует больших затрат, поэтому фотоэлементы часто изготавливают используя кремниевые кристаллы. Производительность солнечных модулей зависит от степени очищения кремния и направленности кристаллов в нем.
Технические особенности
Для изготовления монокристаллических панелей используют кремний высокой очистки без присутствия примесей. Каждый фотоэлемент - это один кристалл кремния. Данные панели стоят дороже аналогичных. Причина этому сложный процесс очистки и ориентирования в одном направлении монокристаллов. Максимальная эффективность батареи достигается в комплексе с дополнительным оборудованием.
С этой целью к конструкции с солнечными модулями устанавливают приводы. При помощи датчиков они направляют её за солнцем в течение всего дня, так, чтобы лучи ложились на плоскость как можно ближе к прямому углу. Только в этом случае можно получить наибольший КПД солнечных батарей - 25%. В сравнении с поликристаллическими системами при меньшей площади имеют большую мощность. Такие солнечные батареи прослужат более 25 лет.
На производительность электростанции сильно влияют различные загрязнения. Коэффициент полезного действия заметно падает, так как лучи хуже рассеиваются по площади солнечной батареи, покрытой пылью. При монтаже дополнительной конструкции на открытых местах необходимо обеспечить принятие прямого излучения от солнца.
В поликристаллических панелях фотоэлемент состоит из определенного количества кремниевых кристаллов. Панели имеют неоднородную структуру, вследствие чего хуже поглощают солнечный свет. Допускается наличие инородных примесей. Монокристаллы ориентированы в разных направлениях, поэтому нет необходимости в непрерывном устремлении на солнце. Установка дополнительной конструкции не требуется. Они пригодны к монтажу на крышах зданий. КПД таких батарей около 20%.
Для изготовления батарей из аморфного кремния чистый кремний заменяет гидрид, который нагревают до парообразного состояния. Представляют собой напыленный на гибкую основу слой полупроводника. Благодаря своей гибкости, монтаж осуществляется на криволинейных поверхностях. Производительность батарей не зависит от степени загрязнения поверхности. Главный недостаток в том, что они занимают большие площади. К преимуществам относят:
- гибкое основание, облегчающее монтаж;
- устойчивость к механическим повреждениям;
- высокая производительность;
- срок службы составит более 20 лет.
Существуют блоки, изготавливаемые на основе редких и дорогостоящих элементов. Эффективность таких систем превышает 30%, что отражается на их стоимости.
Монтаж оборудования
В основном солнечные модули закрепляют на кровле или на стены зданий на заранее установленную рамную конструкцию. В редких случаях применяют специальные опорные каркасы.
На скатную кровлю монтируют на металлическую конструкцию под тем же углом наклона либо с помощью кронштейнов. На плоской кровле необходим монтаж каркаса с наклонной плоскостью для крепления панелей под определенным углом.
В обоих вариантах солнечные батареи необходимо расположить так, чтобы тень от вблизи стоящих высоких деревьев и зданий, а также от вышележащих рядов батарей, не падала на них. Недостаточное количество солнечной радиации значительно снизит их производительность. Батареи должны быть разложены таким образом, чтобы был обеспечен свободный доступ к ним, для своевременной очистки от скопившегося снега и дождевых следов, которые заметно понижают эффективность батарей.
Особенности и методы расчета
Перед приобретением батарей необходимо выяснить величину максимальной нагрузки от включенных бытовых приборов. Мощность подбирается в зависимости от следующих параметров:
- погодные условия;
- географическое положение;
- требуемая вырабатываемая энергия.
Для подсчета вырабатываемой от солнечных батарей мощности, нужно знать какой максимальный уровень энергии будет затрачиваться оборудованием, подключенным к ним. Поэтому первым шагом при расчете станет выяснение используемой мощности всех эксплуатируемых приборов. Для этого подсчитываем количество данных приборов в здании и суммарное время их работы в течение всего дня. Зная величину потребляемой мощности всех модулей в отдельности согласно их паспорту, где прописаны характеристики оборудования, вычисляем количество электроэнергии, которое расходует за день каждый прибор. Результаты складываем и получаем общий суточный расход энергии всего подключенного к системе оборудования. Такую мощность должны производить солнечные батареи для оснащения частного дома энергией.
В процессе вычисления следует учесть работу аккумулятора, потери от проводников и инвертора, где трансформируются заряды переменного тока. Общие цифры составят около 40%. Исходя из этого, необходимо компенсировать данные потери, увеличив полученную величину на 40%.
Количество солнечного излучения непостоянно, зависящее от различных условий: расположения, погоды, сезона, времени суток. Это тоже следует учесть в расчете величины мощности, необходимой для снабжения загородного дома.
Особенности расчета в зависимости от сезона и климатических особенностей региона
Для расчета понадобится уровень потока солнечной радиации для конкретной местности. Его можно посмотреть в специализированной литературе либо в интернете. Если эксплуатация системы планируется круглый год, то расчет необходимо производить с учетом наиболее неблагоприятных условий с точки зрения солнечного потока. Период максимальной эффективности солнечных батарей в среднем составляет 7 часов (с 9 утра до 16 вечера) и при падении солнечных лучей под углом в 90 градусов. Мощность и выработка электроэнергии в остальных случаях заметно уменьшается.
Исходя из этого получили величину энергии за сутки, необходимую для электроснабжения дома. Зная сколько энергии вы расходуете и показатель инсоляции определенного региона, можно посчитать, количество панелей, необходимых для полноценной эксплуатации всех приборов. Для этого величину электроэнергии поделим на показатель инсоляции за каждый месяц. Полученное число делим на мощность той системы, которую планируем установить. Чтобы расчет был более точный, нужно рассчитывать мощность по месяцам, так как уровень инсоляции в разные месяцы значительно разнится.
Стоимость солнечных батарей
Посчитаем требуемое количество солнечных батарей марки ФСМ-180М с номинальной мощностью - 100 Вт и напряжением 12 В для загородного дома, находящегося в Санкт-Петербурге (величина инсоляции за июль – 5,61 кВт*ч/м2). Составим спецификацию энергопотребления:
- холодильник: 2000 Вт (500 Вт * 4 часа);
- телевизор: 750 Вт (150 Вт * 5 часа);
- стиральная машина: 1500 Вт (500 Вт * 3 часа);
- микроволновая печь: 300 Вт (1500 Вт * 0,2 часа);
- электрочайник: 200 Вт (1000 Вт * 0,2 часа);
- ноутбук: 1400 Вт (350 Вт * 4 часа);
- утюг: 300 Вт (1500 Вт * 0,2 часа);
- пылесос: 175 Вт (700 Вт * 0,25 часа);
- энергосберегающая лампа: 2400 Вт (100 Вт * 4 часа * 6 шт.);
- инвертор: 480 Вт (20 Вт * 24 часа);
- контроллер: 120 Вт (5 Вт * 24 часа).
Потребляемая мощность в сутки составит 9625 Вт*ч или 9,63 кВт*ч. Номинальная мощность солнечных батарей - 180 Вт. За сутки один модуль сможет выработать: 0,18*5,61 * 0,7 = 0,707 кВт*ч.
Сколько стоит купить и установить солнечную электростанцию на средний российский дом?
Количество солнечных панелей заявленной мощности: 9,63 / 0,707 = 13,6 = 14 шт.
Необходимо посчитать требуемое количество солнечных батарей для каждого месяца. Предположим, что количество батарей составит 14 шт. Цена за одну батарею составит 10582 руб., следовательно, стоимость 14 штук – 148148 руб.
Подбираем аккумулятор. Например, емкостью 72 А*ч и напряжением 12 В. Он может запасти в себе 72 А*ч * 12 В = 864 Вт*ч электроэнергии. Требуемая емкость аккумулятора: 9630 Вт*ч / 12 В = 803 А*ч. Нам понадобится один аккумулятор емкостью 72 А*ч и напряжением 12 В. Такой аккумулятор марки АКБ OSB 12-72 будет стоить 11900 руб. Цена инвертора COTEK S 300 12В номинальной мощностью 300 Вт – 13900 руб. Итоговая стоимость комплекта составит – 173948 руб.
Стоимость установки
Ориентировочная стоимость установки панелей для выработки электроэнергии - 16000 руб. Это примерная цена на комплект панелей, рассчитанный выше для среднего российского дома. Подробное коммерческое предложение составляется на основании количества модулей и сопутствующего оборудования, сложности монтажных работ, удаленности объекта.
Окупаемость электростанции
Средний срок окупаемости солнечных панелей 4-5 лет. Стоит учитывать, что с каждым годом из-за повышения тарифов на оплату электроэнергии, ваша экономия будет увеличиваться. Кроме экономии на коммунальных услугах, большим плюсом является совместное использование солнечных батарей и электроснабжения. Это обеспечит бесперебойную подачу электроэнергии, необходимой для комфортной жизни в частном доме. Батареи с наибольшей эффективностью, занимают меньшую площадь для своей установки.
Предлагаемые нашей фирмой солнечные батареи помогут разобраться с проблемой доступности или перебоев с электроснабжением для конкретного случая.
Чтобы купить товар в нашем интернет-магазине, заполните онлайн-заявку. Наши менеджеры позвонят вам, помогут подобрать оборудование заданной мощности и составят подробное коммерческое предложение.
