Солнечная энергия в многоквартирном доме. Можно ли установить солнечные батареи для обычной квартиры

• Рекомендации по правильной установке
• Экономическая обоснованность

Успешно применяются многим людьми в своих частных домах. Переход на альтернативное энергоснабжение шаг ответственный и требует тщательной подготовки и просчетов эффективности и окупаемости . Но не всем повезло иметь частное жилище, а воспользоваться достижениями в современной альтернативной энергетике хотят достаточное количество жителей. Для тех, кто при отсутствии своего дома имеет непреодолимое желание использовать бесплатную энергию можно предложить для квартиры.

Сразу нужно предостеречь, от мысли, что после смогут полностью обеспечить электроэнергией всю жилплощадь. Этого не произойдет, так как в наших квартирах имеются очень энергоемкие устройства, к примеру: электроплита, утюг, телевизор, обогреватель, которым не хватит заряда модулей. Поэтому перед установкой солнечных модулей в многоквартирном доме, лучше несколько раз подумать и посчитать экономическую эффективность всего мероприятия.

Если после расчетов было принято решение о неминуемой установке, следует покупать основные части схемы:

• солнечные батареи,
• инвертор,
• аккумуляторы,
• контроллер.

Основные проблемы вызывающие наибольшие трудности - это место расположения батарей и аккумуляторов . Для правильной работы, солнечные батареи должны находиться максимальное количество времени под воздействием солнечных лучей. В квартире, таких мест для установки крайне мало. Поэтому выбор не велик. Для этого подойдет балконное остекление и ближайшие к балкону стены.

Чаще всего, установка осуществляется на стекла балкона. Конечно, это влияет на естественное освещение в квартире. Но есть в этом и положительные моменты, например задержка ультрафиолета. Крепление световых панелей происходит непосредственно на стекло или вместо него, в балконную раму.

Причем, обязательным является условие нахождения балкона на солнечной стороне. В противном случае устанавливать солнечные батареи нет никакого смысла.

После грамотной установки панелей, возникает следующая проблема, от которой также не получиться уклониться. Под такой проблемой подразумевается поиск места для расположения накапливающих элементов. В средний комплект для квартиры могут входить до 20-30 аккумуляторов. Площадь, мягко говоря, не маленькая для квартиры в панельном доме. Размещение такого количества аккумуляторов может стать настоящей проблемой.

Этот вопрос многими был решен размещением подобных элементов в верхней части потолка балкона. Как правило, это крайне редко используемое место. Соорудив специальную, полку все аккумуляторы можно установить, так чтобы они не только не мешали, но и не были особо видны. Не стоит забывать о массе аккумуляторов. Так как вес каждого может достигать 15-20 кг , полка обязана быть надежной, чтобы не разрушиться под действием пары десятков батарей.

Также стоит уделить внимание теплоизоляции полки и находящихся на ней аккумуляторов. Дело в том, что в холодное время года емкость аккумуляторов может значительно снизиться, если не защитить их от морозов. Поэтому для того чтобы солнечные батареи не работали впустую, теплоизоляция аккумуляторов должна быть достаточно качественной.

Влияние солнечных источников на устройство быта

Правильная установка альтернативных источников не принесет никаких результатов, кроме ненужных затрат, если не пересмотреть свой взгляд на использование некоторых электроприборов. Однозначно, что переход на солнечные батареи диктует свои обязательные условия.

Перед установкой батареи необходимо отказаться, по возможности, от всех мощных потребителей и заменить их на менее энергоемкие. К примеру, телевизор, особенно плазменные панели, лучше поменять на компьютер или ноутбук. Они менее энергоемкие и позволят экономить драгоценные киловатты каждый день. Также обязательным условием станет использование энергосберегающих лампочек, а идеальным вариантом послужит применение светодиодных осветительных приборов.

Солнечные батареи делают невозможным применение таких потребителей как: электропечь, стиральная машина, нагревательный котел, обогреватель. Поэтому подобные электроприборы лучше оставить на центральном энергоснабжении.

Экономическая обоснованность

Солнечные батареи хорошо выручают в тех районах, где нет центрального электроснабжения или стоимость электричества достаточно высока. Применение подобных источников обоснованно в частных домах, так как они имеют значительную площадь для установки модулей. В многоквартирном доме, где существует ощутимый дефицит установочного пространства, солнечные батареи не принесут желаемого результата, в силу малой выходной мощности.

На сегодняшний день производительность световых панелей едва достигает 20-25% . Эта цифра получена в идеальных условиях, а квартира или балкон не является таковыми. К тому же, батареи в многоквартирном доме, как минимум, 40% времени будут находиться в тени, что значительно снизит эффективность всей установки, а повысит ее увеличением самих модулей не получиться из-за отсутствия свободного места.

Все эти особенности, в совокупности со стоимостью и сроками окупаемости солнечных панелей, подталкивают к вполне логичному выводу, что установка подобных источников питания в многоквартирном доме не целесообразна, и приведет скорее к значительным затратам и потере свободного места, нежели к ощутимой экономии на электроэнергии.

Использование бесплатной энергии солнца интересует многих людей. Некоторые из них устанавливают солнечные энергосистемы на крышах домов, другие – на свободных участках частных землевладений. Но не у всех есть такая возможность из-за отсутствия индивидуального отдельно стоящего дома, поэтому все чаще владельцы квартир монтируют вырабатывающие энергию солнечные батареи на балконе.

Устройство балконных панелей

Солнечные батареи, эксплуатируемые на балконе, ввиду ограниченной площади места их установки, должны иметь высокую энергетическую эффективность при достаточно компактных габаритных размерах. Для достижения этой цели балконные панели комплектуются инверторами повышенной способности, обладающими большой электрической отдачей и сохраняющими работоспособность на максимальных пиковых нагрузках.

В стандартную комплектацию солнечных батарей для квартиры входят следующие элементы:

• аккумулятор;
• инвертор;
• полупроводниковые пластины;
• система модульного управления.

Полупроводниковые пластины преобразовывают направленную на них солнечную энергию в электрическую. Образованный ток заряжает аккумуляторную батарею, в которой и накапливается запас выработанной электроэнергии. Инвертор нужен для преобразования постоянного напряжения аккумулятора в переменное, то есть в такое же, как и в обычной розетке.

В комплект большинства современных солнечных установок входят также дополнительные устройства, такие как контроллеры и выходы USB, к которым для подзарядки можно подключать фонарики, переносные лампы, мобильные телефоны, ноутбуки и небольшую бытовую технику.

Нюансы установки батарей

Вся система преобразования солнечной энергии размещается на балконе квартиры, она не нуждается в особом уходе и постоянном внимании. Единственный фактор, который очень важно учитывать, – обязательное наличие положительной температуры в месте расположения аккумуляторных батарей. Зимой аккумуляторы из-за воздействия мороза могут терять значительную часть своего заряда.

Полупроводниковые пластины желательно установить на балконное стекло, хотя также возможен монтаж на место нижних пластиковых панелей оконной рамной конструкции. В первом варианте энергопластины будут препятствовать прохождению солнечного света в помещение, однако это очень выгодно в ясные и жаркие летние дни. Кроме того, будет обеспечена защита от воздействия ультрафиолетового излучения.

Самые объемные элементы всей системы, аккумуляторы, рекомендуется располагать под потолком, благодаря чему они не занимают полезной площади и сохраняют эстетичность вида балкона. Инвертор и блок управления лучше всего размещать немного ниже аккумуляторных батарей.

Практика применения

В российских климатических условиях специалисты рекомендуют использовать поликристаллические модули, высокочувствительные к слабому потоку солнечного света. Такие модули ламинируются прочным материалом, защищающим пластины от снеговых, дождевых и прочих погодных влияний.

Для стандартного балкона люди чаще всего выбирают четыре поликристаллические панели, направляя их на южную сторону. Модуль не должен попадать в зону затенения соседними домами или деревьями. В летнее время такая система способна вырабатывать до 2-х кВтч электроэнергии за сутки , которой достаточно для энергосберегающего освещения всей квартиры, зарядки мобильного телефона и ноутбука, либо же для работы небольшого холодильника или телевизора. Зимой инсоляция солнечного света существенно сокращается, поэтому модуль выполняет роль резервного питания при отключениях сетевого напряжения.

Минусы солнечных энергосистем

Главным недостатком установки солнечной батареи на балконе можно назвать ее низкую энергоэффективность в отношении обеспечения электричеством всех электроприборов в квартире. Такие системы не могут вырабатывать достаточное количество тока для питания водонагревателя, электроплиты, мощной стиральной машины или холодильника и т.д.

Обычно проектирование так называемых «солнечных домов» производится еще задолго до их возведения. При этом подбирается наиболее подходящее для работы энергетических систем место расположения строения, учитываются инфраструктурные особенности. Благодаря правильной разработке проекта, подобные солнечные комплексы способны обеспечить работу всей осветительной системы многоквартирного дома и прилегающих территорий, питание систем связи и безопасности.

Квартирная солнечная энергосистема – вещь достаточно дорогая, поэтому затраты на ее установку окупаются сравнительно долго. К дополнительным расходам также добавляется стоимость переоборудования освещения, установки экономных светодиодных ламп.

Прежде чем принять решение об установке солнечной батареи в квартире, важно оценить все «за» и «против». Необходимо взвесить требуемые вложения денежных средств и отдачу в виде прибыли. Солнечную энергосистему на балконе целесообразно использовать только в том случае, если она окупит затраты на свою установку в течение короткого времени.

Причины популярности альтернативных источников энергии вполне объяснимы: существует возможность сэкономить на топливе и воплотить в жизнь мечты об экологически чистых системах жизнеобеспечения. Умело используя энергию солнца, ветра и воды, можно обыкновенный дачный домик превратить в современный экодом.

Мы расскажем, как в частном доме оборудовать отопление на солнечных батареях, разберем вместе с вами, насколько это выгодно. Для того чтобы досконально осветить вопросы применения энергии дневного светила, мы подробно описали все популярные варианты, получившие практическое применение и положительные отзывы пользователей.

С учетом наших рекомендаций вы сможете соорудить эффективную гелиосистему для дачи или загородного дома. Чтобы облегчить восприятие непростого материала, информацию мы дополнили наглядными схемами, иллюстрациями и видео-руководствами.

Посредниками между солнечными лучами и образующим энергию механизмом являются солнечные батареи или коллекторы, которые отличаются и назначением, и конструкцией.

Батареи аккумулируют энергию солнца и позволяют использовать ее для питания бытовых электрических приборов. Они представляют собой панели с фотоэлементами с одной стороны и фиксирующим механизмом с другой. Можно поэкспериментировать и собрать батарею самостоятельно, но проще купить готовые элементы – выбор достаточно широк.

Гелиосистемы (солнечные коллекторы) являются частью отопительной системы дома. Большие теплоизолированные короба с теплоносителем, как и батареи, крепят на приподнятых щитах, обращенных к солнцу, или скатах крыши.

Считать, что абсолютно все северные регионы получают намного меньше естественного тепла, чем южные, ошибочно. Предположим, на Чукотке или в центральной Канаде солнечных дней намного больше, чем в расположенной южнее Великобритании

Для повышения эффективности панели помещают на динамические механизмы, напоминающие систему слежения – они поворачиваются вслед за движением солнца. Процесс преобразования энергии происходит в трубках, расположенных внутри коробов.

Главное отличие гелиосистем от солнечных батарей в том, что первые нагревают теплоноситель, а вторые аккумулируют электроэнергию. Есть возможность обогревать помещение и с помощью фотоэлементов, но схемы устройства нерациональны и пригодны только для тех для районов, где солнечных дней в году не менее 200.

Схема устройства отопительной системы с солнечным коллектором, подключенным к бойлеру, и запасным источником электроэнергии (например, газовым котлом), работающем на традиционном топливе (+)

Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы

Достоинств у солнечной системы обогрева не так много, но каждое из них весомо и может стать причиной для частных экспериментов:

• Экологические достоинства. Это безопасный для жильцов дома и окружающей природы, чистый источник тепла, не требующий применения традиционных видов топлива.
• Автономность . Владельцы систем абсолютно не зависят от цен на энергоносители и от экономической обстановки в стране.
• Экономичность. При сохранении традиционной отопительной системы появляется возможность снизить затраты на оплату горячего водоснабжения.
• Общедоступность . Для установки солнечных систем не нужно разрешения из государственных инстанций.

Но существует и неприятные моменты, способные испортить общую картину. Например, для определения эффективности работы системы потребуется продолжительный период – не менее 3 лет (при условии, что солнечной энергии достаточно и она используется активно).

Установка только солнечных модулей потребует больших вложений: самые дешевые кремниевые панели обойдутся не менее 2200 руб. за штуку, а поликристаллические шестидиодные элементы первой категории – до 17000 за штуку. Подсчитать стоимость 30 модулей довольно просто (+)

Пользователи отмечают следующие недостатки:

• высокие цены на оборудование, необходимое для запуска системы в эксплуатацию;
• прямая зависимость количества произведенного тепла от географического положения и погоды;
• обязательное наличие резервного источника, например, газового котла (на практике зачастую резервной оказывается гелиосистема).

Чтобы добиться большей отдачи, приходится регулярно следить за исправностью коллекторов, очищать их от мусора и беречь от образования наледи в заморозки. Если температура часто опускается ниже отметки 0ºС, нужно позаботиться о дополнительной теплоизоляции не только элементов гелиосистемы, но и дома в целом.

Галерея изображений

Солнечная энергия для отопления

Главное назначение фотоэлементов, аккумулирующих энергию, состоит в обеспечении дома электричеством. Чтобы включить их в схему и добиться оптимального функционирования, необходимо собрать цепь с накопительным баком.

Именно в нем будет происходить нагрев воды, которая, достигнув определенной температуры, заполнит трубы и радиаторы в требующих обогрева помещениях (гостиной, ванной).

Система, работающая от солнечной энергии, с двухконтурным баком, организующим нагрев и подачу горячей воды в двух направлениях: в отопительные радиаторы и к точкам разбора (+)

Попробуем разобрать конструктивные особенности солнечных батарей и определить их потенциальную роль в системе обогрева.

Принцип работы панелей с фотоэлементами

Существует три распространенных вида элементов для устройства солнечных батарей:

• Монокристаллические . Это тонкие пластины наиболее чистого кремния, нарезанные из выращенного в искусственных условиях кристалла. Самая производительная разновидность с КПД около 17-18 %. Оптимальная температура для эксплуатации – от 5 ºС до 25 ºС.

• Поликристаллические . Изготовлены из пластин, полученных при постепенном охлаждении кремниевого расплава. Технологиях их производства менее трудоемкая, но и КПД фотоэлектрических элементов из поликристалла существенно ниже — не более 12 %.

• Аморфные. Они же пленочные. Изготовлены методом испарительной фазы, в результате которого кремний в виде тонкой пленки оседает на полимерной гибкой основе. Самый дешевый производственный способ сочетается с намой низкой производительностью, исчисляемой до 7 %.

Для установки автономных отопительных систем в северных регионах наиболее подходящим вариантом считают , собранные из монокристаллических элементов. Однако батареи с аморфными модулями проще в установке, практически не требовательны к основанию и гораздо дешевле.

Монокристаллический модуль состоит из последовательно подключенных элементов, объединенных в модули. Несколько модулей формируют солнечную батарею. Темная поверхность фотоэлектрических гелиосистем оптимизирует поглощение солнечных лучей

Задача внешних элементов – поглощать и преобразовывать солнечные лучи. Высвобожденная энергия поступает дальше и концентрируется в аккумулирующем накопителе. Небольшой элемент дает около 100-250 Вт, а сборная панель площадью 25-30 м² обеспечивает электричеством небольшой домик. Для устройства системы обогрева потребуется энергии в 2-3 раза больше.

В роли преобразователя постоянного тока солнечного «производства» в электричество выступает инвертор, так как для работы бытовых электроприборов и светильников необходим переменный ток.

Если говорить конкретно об отопительной системе, то электрический котел для нагрева воды также работает на переменном токе. Для обеспечения жилища светом ночью потребуются аккумуляторы, сохраняющие дневные запасы.

Инверторные модули устанавливают в удобном для обслуживания месте, хотя он не нуждается в постоянном управлении и действует в автоматическом режиме (+)

Эффективность использования фотоэлементов

Проще всего приобрести и применить одну из простых, проверенных годами схем. Однако обстоятельства порой диктуют свои условия. Предположим, у вас есть отличная функционирующая рабочая система с солнечным генератором, но пока она служит для подачи электричества и обеспечения дома горячей водой.

Понятно, что покупать новое оборудование невыгодно, поэтому легче увеличить мощности, прикупив некоторое количество фотоэлектрических преобразователей. Бюджетный вариант – кремниевые панели с производительностью до 23-25%.

К источнику тока необходимо подключить отопительный прибор, работающий на электричестве. Универсальный вариант – котел, оснащенный распределительной разводкой.

Полимерные пленочные элементы на российском рынке встречаются гораздо реже, чем кремниевые моно- и поликристаллические аналоги. Они удобны для монтажа, но обладают низким КПД – всего 6 %

Если правильно организовать подачу электроэнергии, ее должно хватить и для горячего водоснабжения, и для отопления. Существуют примеры, когда дом полностью обеспечен теплом – его можно узнать по крыше, практически полностью покрытой панелями.

Иногда требуется возведение специальных отдельно стоящих конструкций, если площади кровли не хватает. Получается, что для увеличения мощности необходима дополнительная свободная площадь.

Даже самые тщательные подсчеты не помогут вам определить точное количество потенциальной энергии и оперативно создать эффективную, отлаженную систему. Дело в том, что на практике возникают препятствия, появление которых предугадать достаточно сложно.

Вот некоторые из факторов:

• Непостоянство погоды. Четкое количество солнечных дней неизвестно даже в южных областях. Достоверно предсказать их число в северных районах практически невозможно.
• Нерегулярность получения электричества. Например, в северных регионах зимой короткий световой день, поэтому много переработанной солнечной энергии уходит на освещение. К тому же интенсивность солнечного излучения в зимний период существенно уменьшается.
• Периодические поломки . Как и все технические системы солнечные панели могут время от времени выходить из строя из-за повреждения отдельных элементов, контрактных соединений, защитной поверхности и т.д.

Следовательно, об эффективности вы можете узнать лишь через определенный промежуток времени, минимум – через год. Возможно, придется увеличить количество фотоэлементов или аккумуляторов, продумать дополнительную теплоизоляцию дома, уменьшить отапливаемую территорию. Предположим, в северных районах Германии в целях экономии спальни часто не отапливаются вообще.

Обслуживание установленных фотоэлементов не требует специальных умений и заключается в регулярной чистке: уборке снега зимой и мусора в теплый период, промывании стеклянной поверхности водой из шланга

Схема установки домашней электростанции

Самый простой способ – обращение в компанию, реализующую системные компоненты и предлагающую услуги по их монтажу. Плюсы – профессиональный проект с учетом индивидуальных особенностей, гарантия на всю продукцию и установку, минус – высокая стоимость.

Если вы имеете соответствующий опыт, можете самостоятельно собрать мини-электростанцию с солнечными батареями для отопления частного дома.

Наиболее эффективной считается гибридная схема устройства воздушно-солнечной системы, в которой задействованы фотоэлементы для получения энергии, коллекторы для нагревания воды и дополнительно установлен ветрогенератор. Его можно заменить резервным топливным источником (+)

Все детали для сборки системы отопления продаются в специализированных магазинах.

Необходимо приобрести следующие компоненты:

• комплект кремниевых или пленочных солнечных модулей;
• аккумуляторную батарею, накапливающую энергию;
• контроллер заряда, регулирующий процесс зарядки-разрядки аккумулятора;
• инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный;
• набор соединяющих кабелей.

Желательно, чтобы аккумуляторы были одинаковыми (с учетом марки, емкости и даже партии) и имели возможность хранить энергию на протяжении 3-4 дней. Продолжительность их работы зависит от температуры помещения – в холодных условиях они быстро разряжаются. Если суточное потребление равно 2400 Вт-ч, необходимы батареи общей емкостью не менее 1000 А-ч.

При использовании автомобильных аккумуляторов помните, что их максимальная эффективность – 70-75 % (срок службы – 3 года), специальные устройства для солнечных систем имеют лучшие показатели – до 85% (срок службы – 10 лет). Некоторое количество энергии теряется в процессе хранения и преобразования

Качество тока, вырабатываемого синусоидальными , выше показателей тока из централизованной сети. Особенность оборудования состоит в синхронизации фазы напряжения, при которой переход 12 В в 220 В осуществляется без перерыва в функционировании бытовых электрических приборов.

Мощность инверторов – от 250 Вт до 6000 Вт и выше. Увеличить мощность на выходе можно пустеем параллельного подключения нескольких приборов. Например, 3 х 3000 Вт = 9000 Вт (+)

После монтажа всех элементов солнечной системы необходимо к инвертору подключить электрический бак, нагревающий воду, а к баку, в свою очередь, трубопровод отопления.

Коллекторная система отопления

Наибольшей эффективности и отдачи можно добиться, установив вместо солнечных модулей коллекторы – наружные установки, в которых под действием солнечного излучения происходит нагрев воды. Такая система является более логичной и естественной, так как не потребует нагревания теплоносителя другими устройствами.

Рассмотрим конструкцию и принцип действия приборов двух основных видов: плоских и трубчатых.

Плоский вариант для самостоятельного изготовления

Конструкция плоских установок настолько проста, что опытные мастера-умельцы собирают кустарные аналоги своими руками, часть деталей купив в специализированном магазине, часть соорудив из подручного материала.

Внутри стального или алюминиевого утепленного короба закреплена пластина, адсорбирующая солнечное тепло. Чаще всего она покрыта слоем черного хрома. Сверху теплопоглотитель защищен герметичной прозрачной крышкой.

Нагревание воды происходит в трубках, уложенных змейкой и соединенных с пластиной. Вода или антифриз поступает внутрь короба через впускной патрубок, нагревается в трубках и перемещается на выход – к выпускному патрубку.

Светопропускная способность крышки объясняется использованием прозрачного материала – прочного закаленного стекла или пластика (например, поликарбоната). Чтобы солнечные лучи не отражались, стеклянную или пластиковую поверхность матируют (+)

Существует два вида подключения, однотрубное и двухтрубное, принципиальной разницы в выборе нет. Но существует большая разница в том, каким способом теплоноситель будет подаваться к коллекторам – самотечным или с помощью насоса. Первый вариант признан неэффективным из-за слабой скорости передвижения воды, по принципу нагрева он напоминает емкость для летнего душа.

Функционирование второго варианта происходит благодаря подключению циркуляционного насоса, который подает теплоноситель в принудительном порядке. Источником энергии для работы насосного оборудования может стать энергосистема на солнечных батареях.

Температура теплоносителя при нагреве солнечным коллектором достигает 45-60 ºС, на выходе максимальный показатель – 35-40 ºС. Для повышения эффективности работы отопительной системы наряду с радиаторами используют «теплые полы» (+)

Трубчатые коллекторы – решение для северных регионов

Общий принцип работы напоминает функционирование плоских аналогов, но с одной разницей – теплообменные трубки с теплоносителем находятся внутри стеклянных колб. Сами трубки бывают перьевыми, запаянными с одной стороны и внешним видом напоминающие перья, и коаксиальными (вакуумными), вставленными друг в друга и запаянными с обеих сторон.

Теплообменники также бывают разными:

• система преобразования солнечной энергии в тепловую Heat-pipe;
• обычная трубка для перемещения теплоносителя U-type.

Второй вид теплообменников признан более эффективным, но недостаточно популярным из-за стоимости ремонта: при выходе из строя одной трубки придется производить замену всей секции.

Трубка Heat-pipe не является частью целого сегмента, поэтому поменять ее можно за 2-3 минуты. Вышедшие из строя коаксиальные элементы ремонтируют, просто сняв заглушку и заменив поврежденный канал.

Схема, объясняющая цикличность нагревательного процесса внутри вакуумных трубок: холодная жидкость под воздействием солнечного тепла нагревается и испаряется, уступая место следующей порции холодного теплоносителя (+)

Проанализировав технические характеристики коллекторов разного типа и обобщив опыт их использования, решили, что для южных областей больше подходят плоские коллекторы, а для северных – трубчатые. Особенно хорошо зарекомендовали себя в условиях сурового климата установки с системой Heat-pipe. Они обладают нагревательной способностью даже в пасмурные дни и ночью, «питаясь» минимальным количеством солнечного света.

Образец стандартной схемы подключения солнечных коллекторов к бойлерному оборудованию: насосная станция обеспечивает циркуляцию воды, контроллер регулирует процесс нагревания

Метод увеличения производительности

Обычно, поэкспериментировав с небольшим количеством солнечных модулей, владельцы частных домов идут дальше и совершенствуют систему различными способами.

Самый простой способ – это увеличение количества задействованных модулей, соответственно, привлечение дополнительных площадей для их размещения и покупка более мощного сопутствующего оборудования

Что делать, если существует дефицит свободной площади? Вот несколько рекомендаций для повышения эффективности солнечной станции (с фотоэлементами или коллекторами):

• Изменение ориентации модулей. Перемещение элементов относительно положения солнца. Проще говоря, установка основной части панелей на южной стороне. При длинном световом дне также оптимально задействовать поверхности, выходящие на восток и запад.

• Регулировка угла наклона. Производитель обычно указывает, какой угол является наиболее предпочтительным (например, 45º), но порой при монтаже приходится вносить свои коррективы с учетом географической широты.

• Правильный выбор места установки. Крыша подходит, потому что чаще всего является наивысшей плоскостью и не затеняется другими объектами (предположим, садовыми деревьями). Но существуют еще более подходящие площади – поворотные устройства слежения за солнцем.

При перпендикулярном расположении элементов к лучам солнца система работает более эффективно, однако на стабильно закрепленной поверхности (например, крыше) это возможно лишь на короткий промежуток времени. Чтобы его увеличить, придумали практичные устройства слежения.

Механизмы слежения – это динамические платформы, которые своей плоскостью поворачиваются вслед за солнцем. Благодаря им производительность генератора увеличивается летом примерно на 35-40%, зимой – на 10-12 %

Большим минусом устройств слежения является их высокая стоимость. В некоторых случаях она не окупается, поэтому нет смысла вкладываться в бесполезные механизмы.

Подсчитано, что 8 панелей – минимальное количество, при котором затраты со временем оправдают себя. Можно задействовать и 3-4 модуля, но при одном условии: если они напрямую, в обход аккумуляторов, подключены к водяному насосу.

Буквально на днях компания Тесла Моторс объявила о создании нового типа крыши – с интегрированными . Илон Маск заявил, что модифицированная крыша будет дешевле, чем обычная кровля с установленными на нее коллекторами или модулями.

Выводы и полезное видео по теме

Тематические видеоролики помогут вам лучше представить устройство домашних солнечных станций и раскроют некоторые секреты монтажа оборудования.

Видео #1. Доступно изложенная техническая информация о солнечных батареях и контроллерах заряда:

Видео #2. Полезный опыт использования солнечных батарей в Подмосковье:

Видео #3. Пример успешно работающей солнечной станции, полностью собранной самостоятельно, обеспечивающей и ГВС, и отопление дома:

Как видите, отопительная система на солнечных батареях – вполне реальное явление, которое вы можете самостоятельно воплотить в жизнь. Сфера альтернативных способов получения энергии развивается постоянно, возможно, завтра вы услышите о новом открытии.

Экология

Привет Geektimes. Данная статья является продолжением предыдущей части, про туристическое зарядное устройство " ". Идея использования солнечной батареи для зарядки разных гаджетов мне показалась весьма перспективной, но конечно, 21Вт в качестве универсальной зарядки мало - хочется иметь возможность заряда не только в солнечную погоду, а для этого нужен запас по мощности. Поэтому были куплены полноценные солнечные панели и начаты эксперименты с ними.

Что из этого получилось, подробности под катом.

Железо

1. Солнечная панель

Тут есть разные варианты, но на балконе основным ограничением является наличие свободного места. Для понимания порядка цен, батарея на 50Вт стоит примерно 5000руб и выглядит так:

Размеры панели в мм - 540x620x30, вес 4кг.

Балконы по размеру бывают разные, исходя из габаритов панелей, вполне без проблем можно поместить 2 или 4 штуки, больше уже не влезет. Для теста было куплено 2 панели по 50Вт. Такая батарея дает около 18В под нагрузкой или 24В без нее, значит при использовании 2х батарей нужно рассчитывать на суммарное напряжение до 50В (к примеру многие dc-dc преобразователи штатно работают до 30В). Можно соединить батареи и параллельно, но тогда потери из-за длины проводов будут чуть выше.

2. Контроллер

Здесь есть 2 варианта:

- Солнечные панели + контроллер + аккумулятор

Это классическая конструкция: контроллер заряжает аккумулятор когда есть солнце, пользователь когда ему надо, эту энергию использует.

Преимуществ у данной системы несколько:

Энергией можно пользоваться когда угодно, а не только когда светло,
- возможность подключения инвертора и получения на выходе 220В,
- как бонус, резервный источник в доме на случай отключения электричества.

Недостаток один: использование аккумулятора большой емкости в корне убивает экологичность идеи данного мероприятия. Число циклов заряда/разряда аккумуляторов ограничено, они не любят переразряд, к тому же и аккумуляторы и контроллеры довольно-таки дорогие. Цена контроллера составляет от 1000р за самую дешевую ШИМ-версию, до 10000-20000р за более дорогую (и эффективную) версию с поддержкой MPPT (что такое MPPT можно почитать ). Цена аккумулятора составляет от 5000р за обычный гелевый аккумулятор на 40-50А*ч, некоторые используют батареи LiFePo4, они разумеется дороже.

- Grid-tie инвертер

Эта технология наиболее перспективна на данный момент.

Суть в том, что конвертор преобразует и отдает энергию сразу в домашнюю электросеть. При этом потребляемая от общей сети энергия уменьшается, домовой электросчетчик фиксирует меньшие показания.

В идеале, если солнечные панели дают достаточно энергии для всех потребителей, значение на электросчетчике вообще не будет расти. А если потребление квартиры/дома меньше, чем выработка солнечных панелей, то счетчик будет фиксировать «экспорт» энергии, что должно учитываться компанией-поставщиком электричества. В России правда такая схема пока не работает - более того, большинство старых электросчетчиков считают энергию «по модулю», т.е. за отдаваемую энергию еще и придется платить. Вроде в 2017 году вопросы микрогенерации на законном уровне обещали начать решать. Но впрочем для панелей на балконе все это имеет лишь теоретический интерес - их выработка слишком мала.

Цена grid-tie инвертора составляет от 100$, в зависимости от мощности. Отдельно стоит отметить микроинветоры - они ставятся прямо на батарею, и отдают сразу сетевое напряжение, однако рекомендуемая мощность панелей составляет не менее 200Вт. Инвертор крепится прямо на задней стенке солнечной панели, это позволяет соединять их так:

Но для балкона это разумеется, неактуально.

Тестирование

Первым делом было интересно выяснить, какую реальную мощность можно получить с солнечных панелей. Для этого за 15$ была куплена плата АЦП ADS1115 для Raspberry Pi:

Использовать ее просто, входное напряжение делится делителем и подается на аналоговый вход, на выходе имеем цифровые значения. Исходники для работы с АЦП можно . Также был куплен датчик тока ACS712, датчик напряжения был сделан из кучки резисторов (дома нашлись только одного номинала). В качестве нагрузки была установлена обычная лампочка на 100Вт. Разумеется, от 48 вольт она не горела (лампочка расчитана на 220В), а лишь еле-еле светилась. Сопротивление спирали составляет 42 Ома, что по напряжению позволяет примерно оценить мощность (хотя у лампы накаливания сопротивление нелинейно, но для грубой прикидки сойдет).

Первая тестовая версия выглядела так:

Технофетишистам не смотреть!

Исходник был допилен, чтобы данные и текущее время сохранялись в CSV, также на Raspberry Pi был запущен web-сервер, чтобы скачивать файлы по локальной сети.

Результаты за обычный вполне ясный день с переменной облачностью выглядят так:

Видно что пик напряжения приходится на раннее утро, что есть следствие неправильной установки панелей - в идеале они не должны стоять вертикально.

А вот так выглядит «провал» в день, когда набежали тучи, и пошел дождь:

Учитывая напряжение в 44В и сопротивление нити накала лампы в 42Ома, можно грубо прикинуть (нелинейность сопротивления лампы игнорируем), что в лучшем случае получаемая мощность P = U*U/R = 46Вт. Увы, КПД 100-ваттной панели при вертикальной установке не очень хорош - солнечные лучи падают на панель не под прямым углом. В худшем случае (пасмурно, дождь) мощность падает даже до 10Вт. Зимой и летом суммарная получаемая энергия также будет отличаться.

Опыт с отдачей энергии напрямую в сеть оказался неудачным: 500-ваттный инвертер от 45 ватт просто не заработал. В принципе это было ожидаемо, так что инвертор оставлен на будущее до переезда на место с балконом побольше.

В итоге, учитывая решение отказаться от буферных аккумуляторов, единственным рабочим вариантом оказалось использование dc-dc конверторов напрямую: к примеру вот такой конвертер может заряжать любые USB-девайсы, на его выходе уже есть и USB-разъем:

Есть модели чуть подороже, они имеют больший максимальный ток и большее число USB-разъемов:

Есть мысль также найти dc-dc-конвертер для зарядки ноутбука, их выбор на eBay весьма велик.

Заключение

Данная система имеет экспериментальный характер, но в целом можно сказать что оно работает. Как видно по графику, примерно с 7 утра и до 17 вечера отдаваемая панелями мощность более 30Вт, что в принципе не так уж плохо. В совсем пасмурную погоду результаты разумеется хуже.

Об экономической целесообразности речи разумеется не идет - при выработке 40Вт*ч по 7 часов, за неделю будет выработано 2КВт*ч. Окупаемость в ценах своего региона каждый может прикинуть самостоятельно. Вопрос разумеется не в цене, а в получении опыта, что всегда интересно.

Но куда девать энергию, вопрос пока открытый. Использовать 40Вт для зарядки USB-устройств это чересчур избыточно. На eBay есть grid tie инверторы на 300Вт с рабочим напряжением 10.5-28В, однако отзывов по ним мало, а тратить 100$ на тест не хочется. Если подходящее решение так и не найдется, можно считать что одна 50-ваттная панель является оптимумом для балкона - ею можно заряжать разные гаджеты, избыточность в этом случае минимальна.

По крайней мере, уже сейчас все домашние цифровые устройства (телефоны, планшет) переведены на «зеленую энергию» без особых хлопот. Есть мысль все-таки рассмотреть использование буферного LiFePo4 аккумулятора - но вопрос выбора и аккумулятора и контроллера пока открыт.

В дополнение: как подсказали в комментариях, можно использовать свинцовый аккумулятор, например автомобильный. Да, это действительно дешевый и работающий вариант, со 100-ваттной панелью будет достаточно примерно такого контроллера, ценой всего 10-20$ на eBay.

Добавить свою цену в базу

Комментарий

В наше время практически каждый может собрать и получить в свое распоряжение свой независимый источник электроэнергии на солнечных батареях (по научному они называются фотоэлектрическими панелями ).

Дорогостоящее оборудование со временем компенсируется возможностью получать бесплатную электроэнергию. Важно, что солнечные батареи – это экологически чистый источник энергии.

За последние годы цены на фотоэлектрические панели упали в десятки раз и они продолжают снижаться, что говорит о больших перспективах при их использовании.

В классическом виде такой источник электроэнергии будет состоять из следующих частей: непосредственно, солнечной батареи (генератора постоянного тока), аккумулятора с устройством контроля заряда и инвертора, который преобразует постоянный ток в переменный.

Солнечные батареи состоят из набора солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей) , которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в электрическую. Большинство солнечных элементов производят из кремния, который имеет довольно высокую стоимость. Этот факт определят высокую стоимость электрической энергии, которая получается при использовании солнечных батарей.

Наиболее важным техническим параметром солнечной батареи, которая оказывает основное влияние на экономичность всей установки, является ее полезная мощность . Она определяется напряжением и выходным током. Эти параметры зависят от интенсивности солнечного света, попадающего на батарею.

Где целесообразно ставить?

Устанавливать солнечные панели в многоквартирных домах и подключать их к квартирной электрической сети, конечно же, нецелесообразно.

• Во-первых, вам вряд ли разрешат это делать органы надзора за эксплуатацией городских электрических сетей.
• Во-вторых, достаточно дорогая панель и сложная схема управления, а также неудобство монтажных работ в многоквартирном доме сделают вашу инновацию в области хранения и добывания электрической энергии экономически нецелесообразной.

Зато в частном доме, коттедже или на даче, особенно если они расположены дальше 1,5 км от централизованных линий электропередач – очень даже целесообразно. Приобретение и установка солнечных панелей, а также минимальные затраты на их обслуживание окупятся через 5-10 лет. Также при решении вопроса об установке солнечных панелей нужно определить среднюю интенсивность солнечного света для вашей территории (коэффициент солнечной инсоляции). Если Вы живете в солнечных областях, то солнечная батарея будет работать практически круглый год, а следовательно и окупится быстрее. Для районов и областей с недостаточным световым потоком, возможно, установка панелей вообще нецелесообразна, особенно если промышленная сеть дает электрическую энергию без перебоев.

Стоимость

Солнечные панели в качестве дополнительного источника электроэнергии для частного дома или коттеджа становятся в последнее время очень популярными. Не смотря на их пока еще достаточно высокую стоимость (одна панель мощностью 100-200 Вт обойдется в 100-150$ ), их установка во многих случаях может быть вполне оправданной.

За 2016 год солнечные панели подешевели в рублях в среднем на 30%

Расчет стоимости солнечной электростанции для частного дома

Наиболее универсальным решением для обеспечения частного дома или дачи электроэнергией являются электростанции на солнечных батареях (солнечные электростанции). Обычно такая система состоит из следующих компонентов:

• солнечные панели (обеспечивают преобразование света в электроэнергию);
• контроллер заряда батарей (правильный режим заряда аккумуляторов);
• аккумуляторные батареи (накопление электроэнергии днем и отдача в вечернее и ночное время);
• инвертор (преобразование постоянного напряжения в ~220 В, 50 Гц).

Для расчета стоимости необходимого оборудования рассмотрим более подробно примерные варианты энергопотребления с различными уровнями вырабатываемой мощности и подключаемой нагрузки.

1. Полная автономная система с ежемесячным потреблением 270 кВт/ч/месяц

Для примера можно взять самые распространённые бытовые приборы: бойлер, холодильник, телевизор и несколько энергосберегающих ламп. Несложный расчет мощности этих электроприборов и среднего времени их работы от автономной сети показывает примерный результат энергозатрат в течение дня – 8-9 кВт*ч при среднесуточной мощности 0.35 – 0.40 кВт. Среднемесячный результат при этом составит около 270 кВт/ч.

Для достижения таких показателей выходной мощности в нашу систему необходимо включить следующие компоненты:

• 13 солнечных монокристаллических панелей 180 Wt ($ 200 x 13);
• 13 креплений для солнечных панелей ($ 25 x 13);
• 10 аккумуляторов 12 В, 200 А*ч ($ 130 x 10);
• инвертор 48 или 120 В, 2 кВт ($ 300).

Итого: $ 4 500.

Для расчёта стоимости компонентов были использованы среднерыночные цены, что дает вполне адекватное представление об уровне финансовых затрат. При этом важно учесть, что если срок использования солнечных панелей может составить от 20 и более лет лишь с небольшим снижением их КПД, то срок службы аккумуляторов, в среднем, составляет около 10 лет.

1. Автономная система с ежемесячным потреблением 700 кВт*ч/месяц

Этот вариант отличается от предыдущего увеличенным расходом энергии, что может понадобиться для большой семьи или в том случае, когда на первое место поставлен комфорт обитателей дома и только потом – экономия электроэнергии. Для примера расчета потребляемой мощности возьмем следующие электроприборы: бойлер, холодильник, 7 энергосберегающих ламп, 2 телевизора, уличное освещение и насос. Приблизительные энергозатраты в течение дня в этом случае составят уже 20-23 кВт*ч при среднесуточной мощности до 1 кВт. При таких показателях среднемесячный результат составит порядка 700 кВт/ч.

Примерный расчет стоимости компонентов:

• 33 солнечных монокристаллических панели 180 Wt ($ 200 x 33 = $ 6 600);
• 33 крепления для солнечных панелей ($ 25 x 33 = $ 825);
• 20 аккумуляторов 12 В, 200 А*ч ($ 130 x 20 = $ 2600);
• инвертор 48 или 120 В, 3 кВт ($ 500).

Итого: $ 10 525.

1. Резервная система с ежемесячным потреблением 150 кВт*ч

Этот вариант системы рассчитан на работу во время кратковременных отключений электроэнергии от основной энергосети, хотя его можно использовать и в качестве сезонного источника электроэнергии, например, в дачном домике для обеспечения основных потребностей. В качестве примера для расчета энергозатрат можно учесть нагрузку от холодильника, пары энергосберегающих ламп, телевизора и насоса.

При средних затратах энергии до 5 кВт*ч/день достаточно наиболее простой системы, которая включает следующие компоненты:

• 7 солнечных монокристаллических панелей 180 Wt ($ 200 x 7 = $ 1 400);
• 7 креплений для солнечных панелей ($ 25 x 7 = $ 175);
• 2 аккумулятора 12 В, 200 А*ч ($ 130 x 2 = $ 260);
• инвертор 48 или 120 В, 0.5 кВт ($ 100);
• шкаф автоматического включения резерва ($ 270).

Итого: $ 2 205.

1. Два модуля по 120 Вт , контроллер МППТ на 20 ампер, 2 гелевых аккумулятора по 100АЧ, инвертор на 1300 Вт с чистым синусоидальным сигналом.

Обеспечивает электричеством небольшой дачный дом в летний период без электрообогрева. Инвертор мгновенно включает схему резервного питания при отключении основного. Максимальная мощность потребления 1,3 киловатта.

Выработка системы в летний период (апрель-август): 1,1-1,25 КВт в час/сутки в Ленинградской области.

Габаритные размеры модели 120 Вт: 1170 х 670 х 40 мм. Масса каждого аккумулятора: порядка 35 кг.

Солнечные батареи, цена: 48 200 рублей . Стоимость установки от 12 тысяч рублей .

1. Одна солнечная батарея на 60 Вт , контроллер МППТ на 10 ампер, аккумулятор 60АЧ, инвертор на 600 Вт с модифицированной синусоидой.

Позволяет обеспечить электроэнергией потребности временного жилища или небольшого домика: освещение, заряд телефона, ноутбук, телевизор и т.д. Максимальная мощность потребления 600 ватт.

Габаритные размеры варианта в 60 Вт: 830 х 670 х 40 мм.

Примерно 3700 рублей . Установка возможна своими руками.

Преимущества жилых домов на солнечной энергии

• Энергия солнца является бесконечной (по крайней мере на ближайшие 5 миллиардов лет, плюс-минус),
• обеспечивает экологически чистую энергию,
• без выбросов парниковых газов, и это может спасти деньги людей на их электрические счета.

Но есть факторы, которые следует учитывать при принятии решения о солнечной энергии – и стоимость только одна из них. В этой статье мы рассмотрим шесть самых важных вопросов, требующих решения, когда вы думаете об инвестировании в установку солнечных панелей. Использование фотоэлектрической энергии является очень зеленым решением и потенциально полезный шаг, но это не совсем так просто, как получать вашу энергию от обычной электросети.

Первым фактором является тот, о котором вы, возможно, и не думали:

1. Обслуживание

Включение Вашего дома в использование солнечной энергии требует больше ухода, чем при использовании обычной старой электросети. Но не намного.

Солнечные батареи не имеют движущихся частей. Они являются частью полной стационарной системы. Поэтому, как только они установлены, есть не так уж много причин, что может пойти не так. Практически единственное, что домовладелец должен делать, это сохранить чистые панели. Это важная задача, ведь – слишком много снега, пыли и птичьего помета на панелях может уменьшить количество солнечного света. Накопление на экране пыли может уменьшить количество электроэнергии, произведенной системой на целых 7 процентов.

Этот вид обслуживания нет необходимости делать раз в неделю, однако. Достаточно поливать панели из шланга от одного до четырех раз в год. Для этого не нужно взбираться на крышу. Шланг с насадкой с земли работает отлично. Если есть строительство в вашем регионе, необходимо чистить панели чаще, чтобы избежать дополнительного накопления пыли строительного остатка.

Кроме этого, время от времени проверяйте, что все части находятся в рабочем состоянии. Кроме этого надо заменять батарейки, но это один раз в десятилетие.

1. Окрестности

Расположение вашего дома имеет большое влияние на вашу солнечную энергоэффективность. Это очевидная проблема: Если ваша электрическая мощность зависит от солнечного света, такие вещи, как тени высоких деревьев и высокие тени зданий будут проблемой.

Это еще большая проблема, чем некоторые люди понимают. Различные типы панелей-разному реагируют на тень. В то время как поликристаллические панели позволяют значительно сократить выход электроэнергии, то любая часть затенения моно-кристаллической панели остановит производство электроэнергии полностью.

Таким образом, чтобы построить дом на солнечных батареях, необходимо, убедиться, нет ли тени на панель по площади крыши во время солнечных часов в день (как правило, с 10 утра до 2 часов) и предпочтительно в течение всех солнечных часов. Чем больше часов панели подвергаются полному солнечному свету, тем эффективнее будет производство электроэнергии.

Достижение наибольшей эффективности может означать обрезку или полное удаление деревьев на вашем участке. Если ваш дом в окружении высотных зданий, которые блокируют солнце с крыши, это большая проблема.

1. Инсоляция

Солнечный свет, очевидно, играет ключевую роль, когда речь идет о солнечной энергии, и не во всех регионах созданы равные условия в этом отношении. Это важно знать, сколько солнечного света достигает земли в районе, где находится ваш потенциальный солнечный дом.

То, о чем мы говорим здесь, называется инсоляция – мера того, сколько солнечной радиации упадет на землю в той или иной области в определенный период времени. Это обычно измеряется в кВТ/м.кв./дни, и она покажет вам, сколько солнечного света будет доступно для ваших солнечных батарей, чтобы превратиться в электричество. Чем выше значение инсоляции в вашем регионе, тем больше электроэнергии каждая из ваших панелей сможет генерировать. Высокое значение инсоляции означает, что вы можете получить больше энергии из меньших панелей. Низкое значение инсоляции означает, что вы могли бы в конечном итоге тратить больше для достижения той же выходной мощности.

Значит, вы должны строить свой дом на солнечных батареях на юго-западе, а не на северо-западе? Вовсе нет. Это просто означает, что вам, вероятно, понадобится больше панелей для достижения той же выходной мощности.

1. Зона покрытия

Вопреки тому, что большинство людей думают, размер солнечной энергетической установки не имеет ничего общего с размером дома.

Вместо этого, следует учесть только два параметра:

• инсоляция, которые мы только что обсуждали,
• сколько энергии вам нужно.

Чтобы получить очень грубую оценку того, насколько большая система, вам нужна, посмотрите на ваш счет за электричество и выясните, сколько вы используете кВтч в сутки.

Средний дом использует около 900 кВт-ч в месяц, или около 30 кВт-ч в день. Умножьте это на 0,25. Мы получаем 7,5, так что нам нужно 7,5 кВт системы.

Типичная солнечная панель вырабатывает до 120 ватт, или 0,12 кВт в день. Для обеспечения 7,5-кВт, вам нужно около 62 панелей. Одна панель может быть примерно 142 на 64 сантиметров, так что 62-панели будет занимать примерно 65 квадратных метров.

Также следует учесть инсоляцию и сколько часов пик солнечного света вы получаете в день, и также внести коррективы, если вы используете аккумуляторные батареи с панелями. Поэтому лучше всего обратиться к профи.

1. Расходы

В 1956 году солнечные батареи стоили около $ 300 в расчете на ватт. Систему 7,5 кВт могли бы себе позволить только очень богатые.

Конечно, можно частично обеспечивать дом солнечной энергией. Если вы хотите инвестировать в солнечные батареи $ 2 000, вы можете дополнить электроэнергию из сети с 1,5-кВт солнечной системой. Хотя на западе уже практикуют аренду солнечных батарей. Там нет авансовых платежей. Домовладельцы платят ежемесячную арендную плату за использование панелей, а компания по прокату владеет ими и поддерживает их.

1. Утилизация

Срок службы солнечных панелей 40-50 лет, контроллера и инвертера 15-20 лет, аккумуляторов в зависимости от типа и характера использования – 4-10 лет.
Хотя вопрос утилизации солнечных панелей остается открытым, только 30% всех производителей принимают обратно их обратно для переработки.
Но тем не менее спрос на отработанные солнечные панели с каждым годом растет. Так как добыча редких металлов становится все более дорогим удовольствием, и переработка панелей приведет к повторному их использованию.

Кроме того: существует вторичный рынок фото- и ветроэлектрических установок, на котором уже отработанное оборудование может находить дальнейшее применение.

В странах с переходной экономикой можно использовать уже бывшие в использовании солнечные модули. Благодаря более интенсивному солнечному излучению, эти модули могут вырабатывать больше электроэнергии.