С развитием современных технологий солнечная энергетика становится привычным и востребованным источником энергии. Теперь солнечные электростанции (СЭС) популярны и узнаваемы во всем мире. Чаще всего мы встречаемся с черными прямоугольниками на крышах домов — это солнечная электростанция, а как сделать такую солнечную электростанцию своими руками, принципы ее работы и особенности монтажа мы рассмотрим далее в этой статье.
Разнообразие СЭС
Все существующие типы солнечных электростанций разделяются на:
- тарельчатые;
- фотопанели;
- башенные;
- аэростатные;
- комбинированные;
- параболоцилиндрические концентраторные;
- солнечно вакуумные электростанции;
- башенного типа;
Последние два варианта — солнечные тепловые электростанции. Сконцентрированная солнечная энергия перерабатывается в пар, который вращает турбину, вырабатывающую ток.
Такое богатое разнообразие видов СЭС — наглядное подтверждение тому, что такой вид энергетики очень востребован.
Поэтому, несмотря на плюсы и минусы солнечных электростанций, крупные электрические компании вкладывают серьезные денежные средства в строительство такого рода установок.
Рекомендуем к прочтению: как крыша из солнечных панелей позволяет получить максимальное количество электроэнергии.
Минусы использования
Из недостатков системы можно отметить несколько пунктов:
Главный недостаток солнечных электростанций
- Зависимость от внешних обстоятельств. На стабильность работы влияют ночное время суток, пасмурная, дождливая погода.
- Обеспечение защиты фотоэлементов в случае непогоды.
- Необходимость использования аккумуляторных солнечных батарей, способных накапливать энергоресурсы.
- Периодическое обслуживание оборудования системы.
- Высокая стоимость комплекта на начальном этапе установки.
- Наличие большого пространства, чтобы разместить элементы устройства.
- Недостаточная мощность по сравнению с нефтью, газом, углем, атомной энергией.
Поэтому производители советуют предпочесть гибридную систему с поэтапным преобразованием солнечных потоков.
О преимуществах и недостатках
Теперь, когда есть понимание того какие существуют виды солнечных электростанций, можно сказать о том, какие преимущества они дают и какими недостатками обладают. Солнечные электростанции имеют плюсы и минусы:
Плюсы
- Это возобновляемый источник энергии.
- Работают по всему земному шару.
- Безопасны для окружающей среды.
- В конструкции практически отсутствуют движущиеся узлы, за исключением тех станций, которые автоматически перестраиваются за положением солнца.
- Длительный срок эксплуатации — от 25 лет и выше.
- Возможность эксплуатации при отсутствии централизованного распределения электроэнергии. Например, если вы соберетесь создать солнечную электростанцию для своей дачи в этом не будет никаких проблем.
- Есть возможность организации гибридной электростанции. Например, ветер плюс солнце.
- В районах крайнего Севера — дополнительный источник энергии для отопительной системы.
Минусы
- Погода и время суток.
- Поверхность должна быть чистой. Поэтому необходима периодическая очистка.
- Для больших площадей нужна вентиляция или принудительная система охлаждения.
- Есть остаточное влияние на экостистему. Солнечно вакуумные электростанции оборудованы зеркалами с точной фокусировкой. Если птица попадает в фокус зеркал, она моментально погибает.
- КПД гелиопанелей сравнительно мал при их высокой стоимости.
- Нужно дополнительное оборудование.
И всё-таки, несмотря на недостатки солнечных электростанций, они строятся и обладают большой значимостью.
Плюсы и минусы солнечных электростанций
К преимуществам таких станций отнесем:
- Постоянный бесплатный источник питания
- Возможность увеличения мощности системы до 30 кВт
- Короткий срок окупаемости СЭС 4-5 лет делает ее экономически очень выгодной
- Бесшумность и абсолютная экологическая безопасность
- СЭС не требуют технического обслуживания
- Большой ресурс эксплуатации. Любая солнечная электростанция (СЭС) работает более 25 лет
- Развитый сервис и гарантийное обслуживание компонентов
Из недостатков отметим:
- Доля солнечной энергетики в общем объеме генерации электроэнергии очень мала. Эффективность, например, ядерной энергетики гораздо выше, чем солнечной
- На выработку электроэнергии СЭС влияет погода: из-за неблагоприятных условий объем производства может резко сократиться
- Для выработки достаточного объема электроэнергии требуются большие площади солнечных батарей
Несмотря на недостатки, СЭС активно отвоевывают энергорынок. Способствует этому и снижение стоимости оборудования ‑ еще совсем недавно развитию технологии мешали высокие цены на солнечные электростанции.
Домашняя солнечная электростанция
Теперь попытаемся понять, зачем нужна электростанция на солнечных батареях для домашнего пользования.
- В первую очередь она позволяет решить проблему с поставками электричества.
- Солнечные батареи обеспечивают независимое снабжение электроэнергией.
- Смогут служить дополнением к существующим источникам электричества, таким как ветряк или бензиновый (дизельный) генератор.
- Это своего рода инвестиция. Тарифы на свет постоянно растут, а солнце светит всегда.
- Можно остатки электричества продавать государству.
- Для частного дома частично перекрывает традиционное отопление.
Советуем прочитать: подробно рассказываем как сделать солнечные панели своими руками.
Преимущества и недостатки солнечной отопительной системы
Преимуществ у солнечной отопительной системы не так много, но каждое из них становится причиной для постоянных экспериментов:
- экологическая безопасность. Это безопасный для жильцов и окружающей среды экологически чистый источник, не нуждающийся в использовании стандартных видов топлива;
- автономная работа. Хозяева таких систем не зависят от стоимости энергоносителей и от экономической обстановки в стране;
- экономичное потребление. При сохранении стандартной отопительной системы можно уменьшить расходы на оплату горячего водоснабжения;
- доступность. Чтобы установить солнечные панели для отопления дома, не нужно ездить по инстанциям и выпрашивать разрешение.
Как устроена солнечная батарея
Основной элемент — полупроводник на основе кремния, который способен преобразовывать световую энергию в электрический постоянный ток. Это принцип работы всех панелей.
Состоит из двух слоев кремния:
- монокристаллического чистого с р-типов проводимости;
- загрязненного n-типа с примесью фосфора.
С тыльной стороны защищен металлическим слоем.
С обратной стороны есть клеммы для кабеля, для подключения к инвертору или к аккумулятору в зависимости от способа применения (об этом далее).
Устройство солнечных батарей
Возможность использования солнечной энергии подарила нам такая наука, как гелиоэнергетика. Именно она исследует и разрабатывает устройства, которые занимаются преобразованием излучения Солнца в электрическую и тепловую энергию.
К таким устройствам относится солнечная батарея. Это плоская, с защитным покрытием конструкция из фотоэлементов, являющихся полупроводниками. Они обеспечивают процесс преобразования солнечной энергии в электрическую. Благодаря разнообразию размеров, их применяют в различных сферах жизнедеятельности.
Например, для обеспечения электричеством частного дома потребуется установка, которая включает следующие составляющие:
- аккумуляторы;
- контроллер;
- инвертор.
С помощью инвертора постоянный ток, который создается в ясный день, проходит процесс преобразования в переменный, а далее распределяется на потребителей электричества. Нерасходуемое электричество накапливается в аккумуляторах и используется ночью или в непогоду. Контроллер следит за зарядом аккумуляторов.
Рассмотрим подробно плюсы и минусы солнечных батарей.
Главное правильно подобрать
Для домашнего пользования нужна именно та схема солнечной электростанции, которая подходит под конкретный тип задач, поэтому если вы уже точно решили сделать её у себя дома, то не поленитесь и прочитайте дальше.
Электричества на участке нет вообще
Можно реализовать хорошую схему автономной СЭС.
В дневное время модули накапливают электроэнергию. Можно параллельно и заряжать батареи и пользоваться электричеством по дому. Для повседневного применения в цепи применен инвертор (преобразователь) постоянного тока от батарей в переменный для домашних приборов.
В этом варианте необходим контроллер заряда. Тогда вся система будет работать более эффективно. С его помощью отслеживаются точки максимальной мощности. На практике это приводит к накоплению энергии в аккумуляторах даже в режиме недостаточной освещенности.
В этой схеме также применен дизель-генератор для подзарядки аккумуляторов. Зависит от того как собрать схему.
Централизованная сеть подается с перерывами
Возможен вариант, когда в вашем районе есть централизованная подача электричества, но мощностей местных сетей не хватает, и происходят частые долговременные отключения электропитания. Тогда, если необходимо иметь дома свет встает задача собрать солнечную электростанцию, можно применить гибридную СЭС. Она будет дополнять существующую городскую сеть.
В ней повторяется принцип автономной ЭС, но он дополнен гибридным инвертором, настроенным на использование гелиоэнергии. Такие как МАП серии Hybrid и Dominator. Такая установка максимально независима от городской электросети, так как приоритет отдается применению энергии солнца.
Высокий тариф на электроэнергию
Основная задача построения такой схемы, экономить центральную электроэнергию.
Как видно из рисунка из общей системы исключены аккумуляторы. Такой принцип работы быстро окупается за счет экономии сетевого электропитания.
Это основные схемы применения солнечных панелей. Все варианты того как работает солнечная электростанция и с помощью каких решений, могут дополняться другими конструктивными элементами.
Комплектация солнечных электростанций
Альтернативный источник энергии все больше интересует владельцев загородных участков, домов. Их привлекают положительные свойства системы, ее окупаемость. Комплект домашней СЭС состоит из нескольких основных элементов.
Солнечная панель с фотоэлектрическими элементами. Она состоит из полупроводниковых ячеек, генерирующих энергию.
Солнечная электростанция и ее комплектация
Элемент питания инвертора – аккумуляторная батарея позволяет накапливать и сохранять электроэнергию. Она бывает моно- или поликристаллическая, используемая в индивидуальном строительстве.
Контроллер заряда аккумуляторной батареи управляет процессом зарядки-разрядки элемента питания. Благодаря ему, солнечная панель эффективнее работает в пасмурную погоду.
Инвертор двух видов: сетевой и переменного тока. Оборудование распределяет нагрузку в сети, преобразует постоянный ток аккумулятора в переменный с частотой 50 Гц.
Чтобы выбрать определенную модель, нужно определиться с напряжением постоянного тока системы.
Как рассчитать количество гелиопанелей
Автономная солнечная электростанция для дома начинается со сбора информации.
Необходимы все данные по количеству солнечных дней в вашей местности. В этом помогут специальные метеосправочники и интернет. Подсчитать общее количество за год и с разбивкой по месяцам. Ориентиром для подбора мощности будущей солнечной станции для дачи служат количество месяцев с самыми скромными показателями.
Теперь рассчитываются ваши общие потребности в электричестве и годовые и помесячные. Надо учитывать, что главное не только накопить энергию, но и правильно ее использовать. Если автономная солнечная электростанция будет с небольшими потребностями, соответственно количество панелей надо меньше. А это влияет на конечную стоимость домашней электростанции от солнца.
Необходимо помнить, что эффективность панелей держится на уровне 12–14%. То есть, если солнечная эффективность для вашего региона составляет 20 кВт-час/м², тогда только панель площадью 0.7 м² будет отдавать 1.68 кВт-час. Дальше всё просто. Если потребность в электричестве примерно 80кВт-час/месяц нужно 48 панелей, на которых и будет эффективно работать солнечная станция.
Как подключить
Если не стоит задача обеспечить электричеством весь дом, то можно обойтись простой схемой. Солнечная панель + аккумулятор + контролер заряда, соединённые клеммами. Аккумулятор накапливают электроэнергию, а от него можно пользоваться зарядкой телефона, наладить освещение или подключить устройства, работающие от постоянных 12 В. Способ примитивный, но рабочий.
Когда есть необходимость запитать домашние устройства напряжением 220 В, в цепь добавляется преобразователь постоянных 12 или 24 В, выдаваемых панелью, в переменные 220 В.
На практике реализуются два типа подключения:
- Последовательный;
- Параллельный.
Последовательное соединение дает более высокое напряжение.
Если необходим более высокий ток, панели подключаются параллельно.
Можно повысить сразу и ток и напряжение. Для этого часть панелей соединяются последовательно, а другая часть параллельно.
При этом оба режима гарантируют более высокую мощность. Но если для работы домашней электросети не хватает мощности надо добавить количество панелей.
Фиксация элементов по временной схеме
Если рассматривать дачный вариант, когда вся работа только по выходным, удобнее переносной вариант. Панели должны легко разбираться, чтобы потом их спрятать или увезти с собой. В этом у солнечных электростанций преимущества и недостатки перед другими решениями.
Фиксация панелей по постоянной схеме
Если для размещения солнечных панелей предполагается использовать крышу строения, то надо учесть материал перекрытия.
- Перекрытия из металла. Для монтажа потребуется сквозное сверление.
- Шифер. Не рекомендуется для монтажа ввиду хрупкости покрытия.
- ПВХ или ЭПДМ. Монтаж производится на стыках листов.
Особенности монтажа
Есть определенные правила монтажа, которых нужно придерживаться:
- Угол наклона. Важно чтобы панели как можно большую часть дня были под падающими лучами солнца.
- Затемнение. При смене траектории солнца соседние панели не должны создавать тень. Для этого важно сохранить необходимое расстояние между элементами.
Выбираем аккумулятор
Монтаж солнечной электростанции правильно начать с выбора аккумулятора. От этого зависит её нормальная работа.
Поясним по порядку почему:
- Именно на него поступает полученная солнечная энергия.
- Также накопленная им энергия поддерживает домашнюю электросеть в рабочем состоянии.
- Еще одна функция — выравнивать неравномерное поступление энергии от гелиопанелей при сплошной облачности или сильном ветре.
Какие брать
Справедливо будет отметить, что аккумулятор — слабая сторона в альтернативном снабжении дома электричеством. Не смотря на современные технологии, они не стали легче, компактнее и дешевле.
В системе СЭС применяют батареи двух типов:
- Кислотные;
- Гелевые.
Они различаются по цене, по внутреннему строению и эффективности. Предпочтительнее выбрать гелевый, из-за лучшей переносимости глубоких разрядов. Для него это нормальный режим работы. Это достоинства таких батарей. Главный недостаток — низкие пусковые токи при низких температурах на улице. Но в условиях домашней электростанции такие токи не нужны. Обратная сторона гелевых батарей — они дороже кислотных.
Как рассчитать стоимость
Мощность батареи влияет на ее стоимость. Рассчитаем её. Вот примерная таблица потребителей электричества в доме:
Теперь расчёт суммарных ампер-часов:
Таким образом, чтобы обеспечить 6 кВт в сутки нужны батареи емкостью 1787 А/ч.
Получается, чтобы поддерживать электроснабжение в доме, нужны 8 батарей емкостью по 200 А/ч каждая.
Теперь цена вопроса. Если брать аккумуляторы надежные, такие как Delta GX12-200, то стоимость одного такого 452.4 $. Всего получается 452.4×8 = 3619 $. Для такого региона как Москва это составит 220.576 тыс. руб.
С одной стороны это не дешево, но срок службы Delta GX12-200 в 15 лет сам себя оправдывает.
