Минусы солнечных батарей
Несмотря на множество плюсов батарей, имеют место и многочисленные недостатки. Их следует знать, прежде чем выбрать источник энергии
Очень важно понимать ситуацию, минусы до совершения покупки, чтобы впоследствии быть приготовленным к разным обстоятельствам. Есть причины, согласно которым солнечные панели применяют в качестве вспомогательного источника, не основного
Главным недостатком считается необходимость первых инвестиций, достаточно больших. В условиях подключения к простой центральной электросети подобные расходы не нужны. Кроме того, период окупаемости вкладов в солнечные батареи размытый. Поскольку многое зависит от случайных факторов, не зависящих от потребителя.
Низкий КПД
Еще можно отметить незначительный уровень КПД. Квадратный метр батареи, имеющей среднюю производительность, выдает только 120 Вт. Этого не хватит даже для нормальной работы за лэптопом. В случае с солнечными панелями имеет место намного меньший КПД. Если сравнить с обычными энергетическими источниками — приблизительно 14-15%. Но такой изъян условный. Потому что новоизобретенные технологии не перестают увеличивать данный показатель, присутствует постоянный прогресс. Сегодня выжимается максимум энергоэффективности из площадей.
В государствах СНГ эти батареи являются достаточно дорогостоящими, в некоторых обстоятельствах считаются роскошью. Причина в том, что власти не особо поддерживают покупку алтернативных источников энергии. Они не пытаются мотивировать и поддержать стремление граждан к, так называемой, «зеленой» энергии. За рубежом совсем иная ситуация. Она в разы лучше. Например, Соединенные Штаты заинтересованы в переменах в виде перехода на экологически чистые энергетические источники.
Зависимость от погоды
Имеется еще заметный минус — плодотворность работы зависит от погоды и климатических условий. К примеру, эффективность солнечных батарей может существенно снизиться в период тумана или пасмурной погоды. При наличии низкой температуры, зимой, КПД падает. Этот показатель понижается, даже в условиях повышенной температуры, если используются некачественные панели. По этой причине следует поддерживать батареи главными энергетическими источниками или практиковать гибридные варианты
Что еще представляет важность? Солнечные панели способны функционировать по-разному в различных местах планеты. Другая местность – другое количество энергии потребляется, что позволяет сделать конкретные выводы
Плодотворность солнечной системы зависит от местоположения дома. А такжеот времени суток — ночью солнце отсутствует, значит энергия не вырабатывается.
Батареи нельзя использовать в качестве энергетического источника для техники, потребляющей большое количество мощности.
Система снабжения энергией от солнца предполагает вмешательства множества вспомогательных устройств. Это, например, аккумуляторы, накапливающие энергию, инверторы, еще требуется помещение, специально предназначенное для установки всей системы. Никель-кадмиевые приборы теряют мощность, если температура показывает ниже нуля.
Необходимость наличия больших площадей
Чтобы получить максимальную мощность от солнца, требуются платформы больших размеров. В случае с солнечной электростанцией промышленного масштаба понадобятся квадратные километры. Если комплект солнечных батарей просто используются в быту, подобные территории не нужны. Однако, следует учесть надобность расширятся в будущем. Надеемся, подробное описание достоинств и недостатков солнечных батарей, поможет выбрать подходящий вариант.
Комплектация гелиоэлектростанции
Чтобы правильно подобрать комплектующие для своей электростанции, необходимо определить количество приборов и их мощность. Для наглядности лучше рассмотреть конкретный пример: есть дача, находящаяся в пригороде Рязани, в которой проживают, начиная с марта и по сентябрь.
В комплектацию солнечных батарей входят: солнечные панели, инвертор, крепеж, дополнительные материалы (кабели, автоматы и т.д.) Среднесуточное потребление равно 10 000 Вт/ч, Нагрузка — в среднем 500 Вт, Максимальная нагрузка — 1000 Вт. Подсчитаем пиковую нагрузку, увеличив максимальную на 25%: 1000 х 1,25 = 1250 Вт.
Обустройство системы отопления
В настоящее время набирает популярность инновационные отопительные системы, работающие на основе солнечных преобразователей. Это самостоятельные устройства с уникальными конструктивными и техническими параметрами, отличающимися от солнечных батарей.
В качестве основного рабочего элемента для отопительных систем используется коллектор, который принимает солнечный свет и автоматически преобразовывает его в кинетическое электричество. Площадь такой части варьируется от 30 до 70 квадратных метров. Чтобы зафиксировать коллектор нужно применять дополнительную технику, а для соединения пластин между собой используются металлические контакты.
Следующий компонент системы солнечного отопления — накопительный бойлер. Он обеспечивает эффективную трансформацию кинетической энергии в тепловую, и вызывает нагревание жидкости, объёмом до 300 литров. В некоторых случаях для поддержания оптимальной температуры воды используются дополнительные котлы на сухом топливе.
Завершающим узлом подобной системы являются напольные и настенные элементы, где по медным трубам циркулирует подогретая вода. За счёт низкой температуры запуска батарей и равномерной теплоотдачи, прогрев помещения осуществляется достаточно быстро.
Чтобы понять, как работают системы отопления дома на солнечных панелях, необходимо более подробно рассмотреть принцип их действия.
Между температурными показателями коллектора и накопительного элемента формируется определенная разница. Теплоноситель, в роли которого используется вода с антифризом, стремительно циркулирует по системе, в результате чего образуется кинетическая энергия.
После прохождения жидкости через отдельные слои системы, полученная энергия становится теплом, которое и обогревает помещение. Из-за таких особенностей в доме всегда сохраняется оптимальный температурный диапазон независимо от времени суток и года. Кстати, рынок таких систем постоянно расширяется, поэтому в ближайшем будущем они будут доступны для каждой среднестатистической семьи.
Как работают солнечные батареи
Солнечный свет попадая на элементы солнечных панелей, преобразуется в постоянный электрический ток. Инвертор преобразовывает постоянный ток в переменный ( в привычные нам 220в), а он, попадая в контроллер, отправляется к потребителям (бытовой технике, осветительных устройств). Аккумулятор же выполняет роль буфера между солнечными батареями и инвертером. Мощность инверторов может быть разной: 250-8000 Вт
Главные параметры, на которые следует обращать внимание: напряжение, мощность. Причем нужно не просто изучить характеристики, а соотнести эти параметры друг с другом
Отмечают наиболее подходящие варианты, исходя из напряжения (В) и мощности (Вт):
- 12 В, 600 Вт;
- 24 В, 600-1500 Вт;
- 48 В, от 1500 Вт и выше.
Принцип действия солнечных батарей
Существующие разновидности преобразователей:
- Автономные. Функционируют без подключения к основной энергосети. При выборе автономных преобразователей учитывают мощность всей подключаемой техники. Дополнительно делают запас, т. к. некоторые устройства при включении создают повышенную нагрузку из-за существенных значений пусковых токов.
- Синхронные. Модуль подключен к основной энергосети. Он также оснащен аккумуляторной батареей, имеет свойство накапливать энергию. Излишки «сбрасываются» обратно в сеть. При возникновении перебоев (отмечается недостаток электроэнергии), модуль снова получает требуемое количество от основного источника.
Существуют также многофункциональные устройства. Они объединяют возможности первого и второго варианта. Кроме того, различают преобразователи по форме сигнала напряжения:
- синусоида: модули с таким элементами стоят дороже, т. к. обеспечивают более высокое качество тока, появляется возможность подключить крупногабаритную технику;
- прямоугольный: недорогие преобразователи, чаще всего используются для обеспечения питания осветительных приборов, многие виды техники несовместимы с источниками напряжения данной формы;
- псевдосинусоидальный: представители низкой ценовой категории, т. к. качество сигнала ниже, чем в первом случае, они подключаются к любым приборам.
Сколько нужно солнечных батарей для дома и дачи?
Здесь все просто. Покупателю не нужно заниматься сложным расчетом мощности солнечной станции и подбирать для нее батареи. Эту работу уже проделали специалисты компаний, выпускающих и продающих данное оборудование.
Потребителю остается лишь выбрать из предложенного ряда готовый комплект, исходя из своих потребностей. В качестве примера рассмотрим несколько стандартных вариантов, которые представлены на сайтах продавцов (актуально на 2016 год).
Гелиостанция, построенная на одной панели мощностью 250 Ватт, рассчитана на энергоснабжение потребителей, перечисленных в таблице №1.
Таблица №1 Набор потребителей для солнечной станции мощностью 250 Ватт
Ее ориентировочная цена складывается из стоимости устройств, указанных в таблице №2.
Таблица №2 Стоимость оборудования для 250-ти ваттной станции
Солнечная станция мощностью 500 Ватт способна обеспечить электричеством набор бытовых приборов, указанный в таблице №3.
Таблица №3 Энергетический потенциал гелиостанции мощностью 500 Ватт
Ее ориентировочную стоимость (с разбивкой по видам и моделям оборудования) вы найдете в таблице №4.
Таблица №4
Гелиостанция на 1000 Ватт способна питать током не только экономные светодиодные лампочки, телевизор, ноутбук и спутниковую антенну. Одновременно с ними она «потянет» микроволновку, водяной насос или мощную электроплиту (таблица №5).
Таблица №5
Основа данной гелиостанции — 4 солнечные панели мощностью по 250 Ватт каждая. За весь комплект оборудования (без стоимости монтажа, соединительных муфт и кабеля) нужно заплатить сумму, указанную в таблице №6
Таблица №6 Ориентировочная стоимость оборудования гелиостанции мощностью в 1 КВт
Изучая представленные комплекты оборудования, нетрудно заметить, что стоимость инвертора сравнима с ценой солнечной батареи. Поэтому некоторые владельцы солнечных станций предпочитают обходиться без инверторного преобразователя. Они покупают для своего дома бытовые приборы, работающие от постоянного тока напряжением 12 Вольт. Помимо высокой цены инвертор при работе потребляет около 10% энергии, получаемой от солнечной батареи. Поэтому его исключение из цепочки оборудования дает неплохую экономию.
Преимущества солнечных батарей
Солнечная энергия — это перспективное направление, которое постоянно развивается. Они имеют несколько основных достоинств. Удобство использования, долгий срок службы, безопасность и доступность.
Положительные стороны применение данной разновидности аккумуляторных батарей:
- Возобновляемость – этот источник энергии практически не имеет ограничений притом бесплатный. По крайней мере на ближайшие 6.5 миллиардов лет. Нужно подобрать оборудование, установить его и использовать по назначению (в частном доме или коттеджном участке).
- Обильность – Поверхность земли в среднем получает около 120 тысяч терравват энергии что в 20 раз превышает нынешнее энергопотребление. Солнечные батареи для коттеджей или частных домов имеют огромный потенциал для использования.
- Постоянство – солнечная энергия постоянна поэтому человечеству не грозит перерасход в процессе ее использования.
- Доступность – солнечная энергия может вырабатывать на любой территории, при наличии естественного света. При этом чаще всего она применяется для отопления жилища.
- Экологическая чистота – солнечная энергетика является перспективной отраслью, которая в будущем заменит электростанции, работающие на невозобновляемых ресурсах: газ, торф, уголь и нефть. Безопасны для здоровья людей и домашних животных.
- При производстве панелей и монтаже солнечных электростанций в атмосферу не происходят значительные выбросы вредных или токсичных веществ.
- Бесшумность – выработка электроэнергии производится практически бесшумно, и поэтому этот вид электростанций лучше ветровых электростанций. Их работа сопровождается постоянным гулом из-за чего оборудование быстро выходит из строя, а сотрудники должны делать частые перерывы на отдых.
- Экономичность – при использовании солнечных батарей владельцы недвижимости ощущают значительное снижение коммунальных расходов на электроэнергию. Панели имеют долгий срок службы – производитель дает гарантию на панели от 20 до 25 лет. При этом обслуживание всей электростанции сводится к периодической (раз в 5-6 месяцев) очистке поверхностей панелей от грязи и пыли
Как работают гелиосистемы
Однако мощности одного фотоэлемента не хватает, для обеспечения большинства хозяйственных нужд, т. к. даже при продолжительном световом дне он не способен выдавать необходимое количество электрической энергии. Потому для повышения выходной мощности используют несколько фотопреобразователей, которые объединяются друг с другом по параллельной схеме. В результате происходит регулярное увеличение постоянного напряжения. В свою очередь, силу тока повышают последовательным образом.
Продуктивность работы солнечных панелей зависит от некоторых факторов:
- От температуры воздуха и самой панели.
- От правильно выбора адекватного сопротивления нагрузки.
- От угла падения ультрафиолетовых лучей.
- От наличия или отсутствия антибликовых покрытий.
- От мощности светового излучения.
Важно понимать, что чем ниже показатели внешней температуры воздуха, тем лучше будет работать фотоэлемент и гелиобатарея в целом. Здесь всё объясняется простым принципом
А вот что касается расчёта нагрузки, то в данном случае ситуация выглядит сложнее. Эти показатели подбираются с учётом выдаваемого тока, но его величина способна меняться в зависимости от погодных условий.
Вести ручной мониторинг изменяющихся параметров батареи и постоянно подстраивать их проблематично. Вместо этого, целесообразно оборудовать систему автоматическим контроллером, который будет в автоматическом режиме изменять параметры гелиопанели, стремясь достичь максимальной продуктивности работы и оптимальных конфигураций.
Наукой доказано, что идеальный угол падения ультрафиолетовых лучей на гелиобатареию — прямой. Но если замечается отклонение в радиусе 30 градусов, серьезных потерь не ожидается, ведь эффективность снижается лишь на 5−10 процентов. Если же угол продолжает меняться, КПД ФЭП существенно упадёт.
Теперь вам известно, как работают разные типы солнечных батарей, которые стремительно превращаются из предмета роскоши в необходимую часть современной жизни.
солнечные батареи
Исследования и разработки для повышения КПД
Наиболее перспективным направлением исследований считается создание многослойных панелей. Основной упор делается на возможность получения энергии от инфракрасных и ультрафиолетовых лучей, которые во многом более активны, чем видимые части спектра. Работы ведутся и в области очистки кремниевых структур, создания наиболее однородных и чистых кристаллов.
Еще одним направлением является создание максимально плотных и ровных соединений полупроводников. Электрический ток возникает на границе двух материалов, и, если поверхность обоих изобилует впадинами и прочими изъянами, эти участки исключаются из общей рабочей зоны. Проблема технически сложная, поскольку речь идет о микронной точности шлифовки. Для промышленного производства эти методики пока слишком сложны, а цены на панели будут недоступны рядовым покупателям. Процесс исследований происходит непрерывно, поэтому ожидать положительных сдвигов можно в любой момент.
Критерии выбора
Выбор инвертора для установки солнечной электростанции очень важен. От того, какое устройство будет подключено, зависит будущая работа всей системы. Есть несколько основных технических параметров, от которых стоит отталкиваться перед тем, как выбрать подходящий инвертор.
Мощность — от этой величины зависит мощность работы всей электростанции. Через инвертор проходит весь ток, который потом предается в помещение и питает подключенные приборы. Номинальная мощность указывает на допустимую нагрузку, которую может испытывать преобразователь, как во время подключения, так и на протяжении всей работы. Выбирают мощность исходя из следующих критериев:инвертор в12 В подойдет для системы мощностью до 600 Вт, устройство на 24 В устанавливают при мощности 600-1500 Вт и 48 В при мощности свыше 1500 Вт. Возможность превышения номинальной нагрузки
Эта крайне важно для таких приборов, как стиральные машины, холодильники и кондиционеры, в которых присутствуют электродвигатели. При их запуске, требуется немного больше электроэнергии, и если мощности инвертора не достаточно для этого, то устройства могу в лучшем случае не запуститься, а в худшем — выйти из строя
Вид выходного сигнала — синусоидальная форма отвечает за возможность подключения какого-либо оборудования к конкретной модели инвертора
Преимущества в том, что такой тип выходного сигнала защищает электроприборы от перепадов напряжения. Коэффициент полезного действия — определяется количеством пустой энергии, которую прибор потратил, например, на самого себя. Этот показатель не должен превышать 5-15%, иначе установка солнечных батарей будет невыгодной, а их работа малоэффективной. КПД основной массы поставляемых на рынок инверторов составляет 85-95%. Однофазные или трехфазные инверторы. Первые стоят дешевле вторых, но они подходят только тогда, когда потребляемая мощность менее 10 кВт. Величина напряжения у таких преобразователей энергии 220 В, частота 50 Гц. Трехфазные инверторы имеют более широкий выбор в плане напряжения — 315 В, 400 В, 690 В. Количество инверторов в системе. Сколько устройств устанавливать зависит от мощности мощность солнечных батарей. Если она не больше 5 кВт, то достаточно одного инвертора. При большей мощности потребуется от двух устройств. Определяют необходимое количество из расчета, что на каждые 5 кВт необходим один инвертор. Масса инверторов указывает в первую очередь на их качество. Легкими хорошие устройства не могут быть. Но некоторые производители предлагают низкопробные преобразователи для солнечных аккумуляторов. В них нет трансформатора. Это чревато тем, что, если ток повысится, то вся систем может выйти из строя.
При выборе инвертора для солнечных батарей нужно учитывать его мощность
Кроме этого разные модели имеют ряд дополнительных опций и защитных элементов. Это может быть встроенная розетка, ЖК-дисплей, зарядное устройство и др. При проблемах с электричеством лучше подобрать инвертор с защитой от короткого замыкания и перегрузки.
Также нужно учитывать пусковую мощность преобразователя. Она используется всего в течение нескольких секунд, но очень важна для запуска устройства. После этого инвертор начинает работать в обычном режиме. Пусковая мощность должна в 1,5 раза превышать величину номинальной мощности.
Лучшие солнечные панели для частного дома
Солнечные модули представлены двух типов – кремниевые и пленочные. Выбирайте в зависимости от региона проживания, назначения и стоимости изделия
При покупке рекомендуем обратить ваше внимание на следующих производителей:
- Hevel (Россия) – компания производит микроморфные и гетероструктурные панели с КФП до 20-22% и умеренной стоимостью;
- Axitec (Германия) – моно и поликристаллических фотоэлементы из кремния. Панели мощностью от 260 до 330 Вт;
- TopRaySolar (Китай) – поликристаллические батареи разной мощности (от 20 до 300 Ватт).
Обратите внимание, что выбор компании-производителя не имеет принципиального значения. Ориентироваться нужно на емкость аккумулятора, полупроводники и отзывы покупателей. В интернете можно найти большое количество информации о лучших моделях солнечных батарей, а также обучающие видео по установке
В интернете можно найти большое количество информации о лучших моделях солнечных батарей, а также обучающие видео по установке
Ориентироваться нужно на емкость аккумулятора, полупроводники и отзывы покупателей. В интернете можно найти большое количество информации о лучших моделях солнечных батарей, а также обучающие видео по установке.
Пример: Установка солнечных батарей на крыше дома:
Подъем и крепление электрических солнечных панелей:
Гелиосистема своими руками
При наличии навыков работы с различным ручным инструментом, начальными знаниями физических свойств различных веществ, а также наличии свободного времени, можно сделать гелиосистему своими руками.
Здесь может быть несколько вариантов создания и построения подобной установки, это и сборка конвектора из заводских комплектующих или его изготовление полностью из подручных средств или создание простых установок, работающих на свойствах жидкостей и атмосферного воздуха.
К таким относятся ниже рассмотренные варианты конструкции.
Термосифонная гелиосистема
Термосифонная гелиоустановка, это простейшая система, работающая на свойствах жидкости (воздуха) циркулировать в системе без установки специального оборудования (насоса), что обусловлено их естественной конвекцией. Данную систему можно использовать в системах горячего водоснабжения и системах подогрева воды в бассейне.
Плотность тепловой и холодной воды различается, что определяет ее перемещение в замкнутом пространстве – горячая вода поднимается вверх, холодная опускается вниз. Схема работы термосифонной системы приведена на ниже следующей схеме:
Для самостоятельного изготовления подобной системы, понадобятся:
- Две емкости (бочки), одна из которых служит накопителем холодной воды и располагается несколько выше конвектора и второй емкости, служащей распределителем нагретой воды.
- Система труб, обеспечивающих соединение всех элементов конструкции в единое целое.
- Конвектор, который собирается из подручных средств.
Для изготовления конвектора можно использовать пластиковые бутылки, из которых собирается батарея. Подобных батарей может быть несколько, и они между собой соединяются последовательно (как на схеме, приведенной выше).
Собранные батареи из бутылок можно поместить в отдельный корпус, в который для большего поглощения солнечного тепла, помещается утеплитель, хотя можно сделать и без него.
Соединение бутылок должно быть герметичным, чтобы исключить протекание воды в местах их соединения.
Кроме пластиковых бутылок можно использовать водопроводный шланг, укладываемый змейкой в смонтированном корпусе или иные подручные материалы, которые способны нагреваться под воздействием солнечных лучей, и которые можно герметично соединить между собой.
Корпус конвектора изготавливается из имеющихся материалов (дерево, пластик, металлический или иной профиль), после чего собранная конструкция размещается на максимально освещенном участке и все ее элементы, соединяются в единое целое.
В емкость накопитель наливается холодная вода и по истечении определенного времени, из емкости распределителя, можно осуществлять разбор нагретой воды.
Воздушная гелиосистема
Одной из простых конструкций, которую можно также изготовить самостоятельно, является воздушная гелиосистема. Данная установка может быть использована для частичного обогрева в южных регионах страны, где воздух прогревается значительно, а потребность в обогреве жилья – невелика.
Принцип действия воздушного коллектора, аналогичен принципу действия термосифонной системы, рассмотренной ранее. Отличительная особенность лишь в теплоносителе, что отражается на устройстве коллектора.
Для того, чтобы изготовить самостоятельно воздушный коллектор можно использовать подручные материалы, это: водопроводные трубы или жестяные банки, профилированный металлический лист или иной материал имеющий профильное сечение.
Схема работы воздушного коллектора приведена на схеме:
Из имеющихся в наличии материалов, как и в случае с термосифонной системой, изготавливается корпус коллектора. При помощи металлического профиля, жестяных банок или путем использования водопроводных труб, создаются ребра, разделяющие воздушный поток на отдельные составные части.
Внутри корпуса укладывается утеплитель, а с наружной стороны, корпус закрывается стеклом, служащим теплоизолятором внутреннего воздуха от наружной среды.
При использовании металлического профиля или иной конструкции, как на приведенной схеме, ребра, разделяющие потоки воздуха могут быть совмещены с панелью, являющейся приемником солнечного тепла. При использовании жестяных банок и водопроводных труб, эту функции выполняют они сами.
С торцов корпуса предусматриваются места крепления коллекторов друг с другом (если их несколько) и для крепления с воздуховодами, обеспечивающими подачу холодного и отвод теплого воздуха.
Подведем итоги: в чем плюсы и минусы установки солнечных панелей?
Начнем с минусов. Самый очевидный — цена, которую нужно заплатить за установку панелей, плюс стоимость инвертора и (по желанию) аккумулятора. К тому же не всякая крыша для этого подойдет.
Активный период работы панелей приходится на лето: как только продолжительность светового дня сокращается, уменьшается и эффективность панелей. К примеру, в 2017 году от общего объема электроэнергии, выработанного в Британии с апреля по июнь, доля энергии от панелей составила 6%, а с октября по декабрь — всего 1,5%. Для тех жителей страны, которые не бывают дома днем, панели не представляют особых преимуществ, особенно если у них нет желания или возможности приобретать аккумуляторы.
Что касается плюсов гелиобатарей, то главный из них — экономия на электричестве при его частом использовании. Счета за электричество из национальной сети уменьшатся сразу после установки таких батарей. Также солнечные панели не требуют частого ухода, их износ минимален. Срок службы оставляет 25–30 лет, и по истечении этого срока затраты на установку полностью окупятся.
По оценкам Фонда энергосбережения (The Energy Saving Trust), выработка энергии из солнечного света в одном доме способствует сокращению выбросов углекислого газа на 1,2–1,7 тонны в год. А в разгар газового кризиса и угрожающего роста счетов на электроэнергию солнечные панели становятся более приемлемым вариантом экономии, чем раньше.
Ангелина Маккалла
