Как дополнительный и альтернативный источник энергии, солнечные батареи достаточно активно применяются не только в промышленных, но и бытовых условиях. Но прежде чем установить себе такой источник электроэнергии, покупателю важно узнать, как подобрать оптимальные по характеристикам и мощности солнечные батареи для дома, ведь цена готовых комплектов варьируется в достаточно большом диапазоне.
Применение солнечных батарей в условиях средней полосы – здесь тоже возможно использование бесплатной энергии
Где чаще всего используются солнечные батареи
Сфера применения солнечных батарей огромна. Уже сейчас их с успехом используют для электроснабжения частных и многоквартирных домов, хозяйств, в том числе для освещения и обогрева теплиц, построек, освещения придомовой территории, питания приборов.
Чаще всего про автономное электроснабжение задумываются в следующих случаях:
Если местность не электрифицирована, солнечные панели для частного дома обойдутся намного дешевле, чем использование жидкотопливных генераторов.
В сельской местности нередко отключают электричество, и люди буквально остаются без света. Включив автономное электроснабжение, можно жить в привычном комфорте длительное время, тем более, что в комплекте с солнечными панелями всегда идет аккумулятор.
В многоквартирных домах солнечные модули также применяются в качестве резервных, а также существуют проекты, предусматривающие использование солнечной энергии для горячего водоснабжения.
Как правило, в документах на оборудование, указывается срок годности от 20 до 25 или даже 30 лет. Однако многие устройства продолжают функционировать и по прошествии указанного производителями периода. Например, первая в мире солнечная батарея работает уже свыше 60 лет, а за эти годы технология производства была существенно усовершенствована.
Прототип солнечной батареи был разработан еще в конце XIX века
Явно можно выделить только один недостаток – при постоянной эксплуатации мощность оборудования снижается, тем не менее эти показатели незначительны: за 10 лет не больше чем на 10%.
Предупреждать физические повреждения, такие как падение деревьев, срыв ветром и царапин на чувствительных элементах. От последних зависит эффективность работы устройства.
Регулярно производить уход: обслуживание и очистку.
При необходимости установить ветрозаградительные конструкции.
Помимо модулей в систему входят следующие составляющие: аккумуляторные батареи и силовая электроника. Срок службы первых устройств составляет от 2 до 15 лет, вторых – от 5 до 20 лет, в зависимости от характеристик, интенсивности эксплуатации и бережного ухода.
Общие характеристики и доступность приобретения
Оборудование не наносит вреда окружающей среде и обеспечивает стабильное питание без скачков напряжения. И, главное, поставляет бесплатную энергию: за которую не приходят коммунальные счета.
Внешний вид солнечных панелей мало изменился, после их изобретения, чего не скажешь о внутренней «начинке»
Солнечная модуль преобразовывает свет в электрическую энергию, генерируя постоянный ток. Площадь панелей может достигать нескольких метров. Когда необходимо увеличить мощность системы, увеличивают количество модулей. Их эффективность зависит от интенсивности солнечного света и угла падения лучей: от местоположения, сезона, климатических условий и времени суток. Чтобы грамотно учитывать все эти нюансы, монтаж должны выполнять профессионалы.
Монокристаллические. Состоят из силиконовых ячеек, преобразующих солнечную энергию. Отличаются компактными размерами. По своей производительности являются самыми эффективными (эффективность до 22 %), что сказывается их цене – это самый дорогостоящий вид солнечных батарей.
Поликристаллические. В них используется поликристаллический кремний. Они не так эффективны (эффективность до 18%), как монокристаллические фотоэлементы. Зато их стоимость существенно ниже, поэтому они доступны широким слоям населения.
Аморфные. Имеют тонкопленочные фотоэлементы на основе кремния. Уступают моно и поликристаллам по выработке энергии, но и стоят дешевле. Их преимуществом является способность функционировать при рассеянном и даже слабом освещении.
Поликристаллическая солнечная панель
В систему входят также следующие компоненты:
Инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный.
Аккумуляторная батарея. Она не только накапливает энергию, но и нивелирует перепады напряжения, когда меняется уровень освещенности.
Контроллер зарядного напряжения аккумулятора, режима зарядки, температуры и других параметров.
В магазинах можно приобрести как отдельные компоненты, так и целые системы. При этом мощность устройств определяется исходя из конкретных потребностей.
Функционирование, виды преобразователей и их сравнительная энергоэффективность
Преобразователи или инверторы являются ключевыми компонентами солнечных батарей. Они трансформируют постоянный ток, вырабатываемый модулем в переменный напряжением 220 В, который необходим для работы электрических приборов. Инверторы имеют мощность от 250 до 8000 Вт. При покупке рекомендуют учитывать самую высокую нагрузку на сеть и соотносить напряжение и мощность. Оптимальными считаются параметры: 12 вольт и 600 ватт, 24 Вольт при 600-1500 Ватт, 48 Вольт, если мощность больше 1500 Ватт.
Инвертор, на принципиальной схеме работы солнечных батарей
Автономный. Перед тем как выбрать инвертор, надо определить, какие приборы будут от него питаться, и подсчитать их общую максимальную мощность в единицу времени. Рекомендуется взять мощность инвертора несколько больше. Некоторые бытовые электроприборы при включении создают резкое увеличение напряжения, из-за которого устройство может выйти из строя.
Синхронный. Они накапливают энергию, а излишки передают в электрическую сеть. В случае недостатка электричества, выработанного системой, преобразователь «позаимствует» его из общей сети. Применение модели синхронного типа позволит избежать перебоя в энергоснабжении.
Многофункциональные устройства объединили в себе преимущества первого и второго вида.
В зависимости от формы сигнала напряжения на выходе существует несколько видов преобразователей, которые различаются применением и стоимостью:
С синусоидальным сигналом. Создают ток высокого качества, что сказывается на их стоимости. От них работают крупные бытовые приборы: холодильники, котлы, кондиционеры.
Прямоугольным. К этим недорогим инверторам подключают осветительные приборы. Большинство домашних бытовых приборов с ними несовместимы.
Псевдосинусоидальным. Их преимуществом является возможность подключения практически всей домашней техники. Но качество сигнала снижено по сравнению с первым видом, поэтому они стоят дешевле.
Ребристая форма инвертору нужна для максимально эффективного охлаждения
Стоимость комплекта и основные технические характеристики, срок окупаемости
Цены на готовые комплекты в основном варьируются от 30 000 до 2 000 000 руб. Они зависят от составляющих их устройств (от вида батарей, количества приборов, производителя и характеристик). Можно встретить бюджетные варианты стоимостью от 10 500 руб. В эконом-набор входит панель, контроллер заряда, коннектор.
В стандартные комплекты включают:
* Предусмотрены в расширенной комплектации.
Стандартный комплект оборудования
Технические характеристики указывают в руководстве к применению:
Мощность и размеры панелей. Чем больше нужна мощность, тем выгоднее покупать батареи больших размеров.
Температурный коэффициент показывает насколько температура влияет на мощность, напряжение и ток.
Принцип работы солнечной электростанции в домашних условиях
Солнечная электростанция – это система состоящая из панелей, инвертора, аккумулятора и контроллера. Солнечная панель трансформирует лучистую энергию в электричество (как было сказано выше). Постоянный ток попадает в контроллер, который распределяет ток по потребителям (например, компьютер или освещение). Инвертор преобразовывает постоянный ток в переменный и обеспечивает работу большинства электрических бытовых приборов. В аккумуляторе накапливается энергия, которая можно расходовать в темное время суток.
Как солнечная энергия используется для получения тепла
Гелиосистемы применяются для нагревания воды и отопления жилища. Они могут давать тепло (по желанию владельца) даже тогда, когда отопительный сезон закончится, и обеспечивать дом горячей водой бесплатно. Простейшее устройство представляет собой металлические панели, которые устанавливают на крыше дома. Они аккумулируют энергию и согревают воду, которая циркулирует по скрытым под ними трубам. Функционирование всех гелиосистем основано на этом принципе, несмотря на то, что конструктивно они могут отличаться друг от друга.
Солнечные коллекторы состоят из:
По типу конструкции различают плоские и вакуумные коллекторы. У первых дно покрыто теплоизоляционным материалом, а жидкость циркулирует по стеклянным трубам. Вакуумные коллекторы отличаются большой эффективностью, потому что теплопотери в них сведены к минимуму. Этот тип коллектора обеспечивает не только отопление солнечными батареями частного дома – его удобно использовать для систем горячего водоснабжения и подогрева бассейнов.
Принцип действия солнечного коллектора
Самой распространенной в России является продукция китайских производителей, благодаря относительной дешевизне, по сравнению с продукцией, произведенной в других странах. К примеру, солнечные батареи из Китая почти вдвое ниже по цене, чем немецкие.
Чаще всего на прилавках встречается продукция компаний Yingli Green Energy и Suntech Power Ко. Также популярностью пользуются панели HiminSolar (Китай). Их солнечные батареи производят электроэнергию даже в дождливую погоду.
Производство солнечных батарей налажено и у отечественного производителя. Этим занимаются такие компании:
ООО «Хевел» в Новочебоксарске;
«Телеком-СТВ» в Зеленограде;
«Sun Shines» (ООО «Автономные Системы Освещения») в Москве;
ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов»;
ЗАО «Термотрон-завод» и другие.
По стоимости всегда можно найти подходящий вариант. Например в Москве можно заказать и купить уже готовые комплекты солнечных батарей – по цене от 21 000 до 2 000 000 руб. Стоимость зависит от комплектации и мощности устройств.
Солнечные батареи не всегда плоские – есть ряд моделей, которые фокусируют свет в одной точке
Этапы монтажа батарей
Для установки панелей выбирается самое освещенное место – чаще всего это крыши и стены зданий. Чтобы устройство функционировало максимально эффективно, панели монтируются под определенным углом к горизонту. Учитывается также уровень затемненности территории: окружающие предметы, которые могут создавать тень (постройки, деревья и т. п.)
Устанавливаются панели при помощи специальных крепежных систем.
Затем модули соединяются с аккумулятором, контроллером и инвертором, и производится наладка всей системы.
Для эффективного функционирования оборудования и продолжительного срока службы необходимым условием является правильно выполненный монтаж, который под силу только опытным специалистам.
Несмотря на сложность подключения и калибровки, срок работ невелик – при наличии соответствующих инструментов, грамотные монтажники затратят на все про все примерно полдня.
Для монтажа системы всегда разрабатывается персональный проект, который учитывает все особенности ситуации: как будет выполняться установка солнечных батарей на крыше дома, цена и сроки. В зависимости от вида и объема работ, все проекты рассчитываются в индивидуальном порядке. Клиент принимает работу и получает на нее гарантию.
Установка солнечных батарей должна производиться профессионалами и с соблюдением мер безопасности
Как итог – перспективы развития солнечных технологий
Если на Земле максимально эффективной работе солнечных батарей мешает воздух, который в известной пере рассеивает излучение Солнца, то в космосе такой проблемы не существует. Учеными ведется разработка проектов гигантских орбитальных спутников с солнечными батареями, которые будут работать 24 часа в сутки. От них энергия будет передаваться на наземные приемные устройства. Но это дело будущего, а для уже существующих батарей усилия направлены на повышение энергоэффективности и уменьшение размеров устройств.
Солнечные батареи для дома: характеристики, стоимость комплекта и монтажа
Солнечные батареи для дома: где используются, какой принцип работы, срок службы и общие характеристики устройства, комплектация и стоимость оборудования.
Срок службы солнечных батарей
Еще несколько лет назад особого выбора модулей украинского производителя для покупателя не было. Цена на солнечные модули украинских производителей была выше, чем на любые импортные модули.
Даже сейчас ситуация не изменилась, но субсидирование фотоэлектрической промышленности правительством Китая сильно улучшило качество произведенных в Китае солнечных элементов и модулей и снизило цены на них. Сейчас около 80% солнечных элементов на мировом рынке – произведенные в Китае или китайскими производителями. Европа и США были настолько “завалены” китайской продукцией, что это привело к банкротству многих местных производителей солнечных элементов и модулей. Ряд производителей солнечных элементов и пластин разорился или закрыл производство. аналогичная ситуация по производителям солнечного кремния. Во всем мире давление китайских производителей ощущается очень сильно. Настолько сильно, что США и Европейский союз приняли меры, ограничивающие импорт фотоэлектрических модулей китайского производства на свои внутренние рынки.
На украинском рынке все больше китайских и псевдоевропейских модулей. К сожалению, не все китайские модули имеют приемлемое качество. В Китае сейчас производятся и высококачественные модули, которые отвечают всем мировым стандартам; качество таких модулей лучше, чем производимых в Украине в настоящее время. Это стало возможным за счет огромных инвестиций китайского правительства в солнечную энергетику.
Поэтому перед покупателем встал вопрос – как отличить хорошие модули от плохих? Почему одни модули дешевле других? Чем грозит дешевизна модулей и не больше ли покупатель потеряет в дальнейшем, чем сэкономит при покупке?
Действительно, ответы на эти вопросы для неспециалиста не очевидны. Все модули производят электроэнергию, преобразуя солнечный свет – тогда зачем же покупать дороже? Здесь ситуацию можно сравнить c автомобилями – доехать из точки А в точку Б можно на различных автомобилях. Оба они могут иметь одинаковый размер и мощность двигателя. Но один через несколько километров потеряет скорость и не сможет быстро ехать, начнет ломаться через каждый километр и т.п. Другой будет ехать весь путь так же, как и в начале. В итоге на первом вы рискуете не доехать до точки назначения, при этом постоянно его ремонтируя, вас будут обгонять даже велосипедисты. В конце концов на середине пути вы будете вынуждены купить еще один автомобиль. На другом, более дорогом (и качественном) автомобиле вы доедете до конца, даже не заметив пути.
С солнечными панелями ситуация аналогичная – неспециалисту практически невозможно определить, хорош ли модуль. В спецификациях будет написано, что он выдает свою паспортную мощность при стандартных тестовых условиях. Внешний вид тоже будет хорош. Разница становится заметна после нескольких лет эксплуатации. Также, разные модули могут по-разному работать при более низких, чем 1000Вт/м2, освещенностях.
На что обращать внимание при выборе солнечных модулей для вашей системы солнечного электроснабжения?
Цена против качества
Кроме того, что не все производители и солнечные модули одинаковы (это обсуждается в соответствующей статье, посвященной качеству солнечных элементов), есть еще ряд параметров и факторов, на которые следует обратить внимание при принятии решения о покупке и при выборе поставщика. Только лишь цена на модули не должна быть определяющим фактором.
Проблемы и ухудшение параметров солнечных модулей может быть вызвано следующими факторами:
- Качество солнечного элемента – его эффективность может быть разной. Это зависит от множества его параметров – шунтового и последовательного сопротивлений, шумовых токов, обратного сопротивления и т.д. Многое зависит от качества производства солнечного элемента и качества применяемых при его производстве материалов и оборудования. Известны проблемы практически на каждом этапе производства элемента – начиная от качества примененного кремния, до качества применяемых контактных паст и припоя. Мы в данной статье не будем рассматривать эти проблемы, это предмет для отдельной большой статьи.
- Качества пайки солнечных элементов. При некачественной пайке возможен локальный перегрев контакта и его прогорание. Лучше выбирать модули, в котором элементы спаяны роботом – в них разброс качества пайки будет минимальным
- Качество EVA пленки, которая расположена между элементами и стеклом. Старение кристаллических солнечных модулей в основном связано со старением и помутнением этой пленки. Некачественная пленка может начать мутнеть и разрушаться уже через несколько лет. Хорошая пленка будет служить 30 и более лет, при этом ее помутнение (и, следовательно, потеря мощности модулем) не будет превышать 25-30%
- Качество герметизации модуля и качество задней защитной пленки. Задняя пленка защищает модуль от попадания влаги. В любом модуле происходит диффуззия влаги через пленку. Если качество пленки хорошее, то вся влага, которая попадает внутрь модуля, при его нагревании на солнце, выводится наружа. Если же пленка некачественная, то влаги попадает больше, чем может выйти при нагреве, остаточная влага накапливается внутри модули и разрушает контакты и контактную сетки элементов. Это приводит к преждевременному выходу модуля из строя.
- Качество алюминиевой рамы. Здесь все понятно: некачественное анодирование может приводить к окислению рамки и его коррозии. К счастью, этот дефект больше визуальный и вряд ли приводит к преждевременному выходу модуля из строя. Хотя, в некоторых случаях (например, при установке модулей на мачтах, где возможны сильные ветровые нагрузки или там, где среда агрессивная) ускоренная коррозия металла может приводить к его разрушения под нагрузками.
Как определить, какое напряжение у модулей?
В последние годы на рынке появились модули с нестандартным напряжением, которые предназначены для работы в последовательных высоковольтных цепочках. С легкой руки непрофессиональных продавцов солнечных панелей, – как российских, так и китайских, – появилась путаница с указанием номинального напряжения солнечных модулей. Мы дадим несколько советов, как определить, какое напряжение у солнечной панели.
Напряжение солнечной панели определяется количеством солнечных элементов, соединенных последовательно. Каждый солнечный элемент имеет рабочее напряжение чуть менее полувольта. В настоящее время есть модули с количеством элементов 36,48, 54, 60,72 и 96. Наиболее распространены модули с количеством элементов 36, 60 и 72. На 48, 54 и 96 элементов встречаются гораздо реже. В таблице ниже приведены основные напряжения этих солнечных панелей.
1ТММ – точка максимальной мощности
2имеется ввиду возможность заряда при соединении к аккумулятору напрямую или через ШИМ контроллер. Остальные модули можно использовать для заряда аккумуляторов, но при обязательном наличии MPPT контроллера.
При покупке модулей для автономной системы с аккумуляторами обращайте внимание на напряжение модуля. В последнее время массово производятся модули высокой мощности (220-270 ватт) с нестандартным напряжением около 20В. Такие модули обычно используются совместно с сетевыми фотоэлектрическими инверторами или с MPPT контролерами заряда. Если вы хотите удешевить систему за счет менее дорогого ШИМ контроллера, выбирайте модули с номинальным напряжением 12 В или 24 В.
Под толерансом подразумевается отклонение реальной мощности модуля от паспортной. Толеранс может быть как положительным, так и отрицательным. Например, модуль c паспортной мощностью 200 Вт может иметь мощность 195Вт; это будет означать, что данный модуль имеет отрицательный толеранс. Положительный толеранс означает, что солнечная панель не только гарантированно будет иметь при стандартных тестовых условиях выходную мощность 200Вт, но и даже больше.
Температурный коэффициент отражает, какое влияние на выходные ток и напряжение модуля будет иметь повышение или понижение температуры модуля. Как известно, напряжение и мощность модуля при повышении температуры уменьшаются, а ток повышается. Чем меньше температурный коэффициент изменения мощности, тем лучше.
Эффективность преобразования солнечного света
C этим понятно – чем больше КПД, тем меньшая площадь модулей потребуется для генерации одинаковой мощности и энергии.
Общее количество энергии, затраченной при производстве модуля
Еще один параметр, на который нужно обращать внимание – общее количество энергии, которое может было затрачено при производстве солнечного модуля – от добычи кремния до доставки до магазина готовой продукции. Этот параметр отражает, насколько энергоемким было производство модуля и насколько быстро солнечный модуль выработает такое же количество энергии, какое было потрачено на его производство (так называемая окупаемость о энергии).
Заявленный срок службы солнечной панели важен по нескольких причинам. Он может отражать уверенность производителя в качестве произведенной продукции. Солидные производители имеют гарантию 25 лет на 80-90% мощности модуля, а также 5 и более лет на механические повреждения.
Однако, нужно учитывать, что гарантия действует до тех пор, пока существует производитель или импортер. Здесь уже “как карта ляжет” – в последние годы из солнечного бизнеса ушли компании, которые, казалось, будут в нем еще очень долго. Но тем не менее, общее правило остается – покупайте у продавцов и производителей, которые давно на рынке и устойчиво “плывут” в бурном потоке рынка. А это сделать можно только, если в команде профессионалы (это мы скромно так на себя намекаем ). Так как мало кто покупает модули напрямую от производителя, важно правильно выбрать продавца или установщика, которые обеспечат вам правильный выбор и режимы работы вашей системы солнечного электроснабжения.
Стоимость модуля зависит от его мощности прямо пропорционально. Однако, чем больше единичная мощность модуля, тем меньше будет его стоимость за ватт. Поэтому, если вам нужна определенная мощность, то лучше ее набрать большими модулями, чем маленькими – это будет и дешевле, и надежнее, т.к. у вас будет меньше соединений. Также, стоимость за ватт модулей со стандартным напряжением 12/24В (количество элементов в модуле 36 или 72) обычно выше, чем с нестандартным количеством элементов в модуле 48, 54 или 60. Для последних при заряде аккумуляторов нужен более дорогой MPPT контроллер.
Тип солнечных элементов, примененных в модуле, также определяет его размер. Поэтому сначала посчитайте, какая мощность вам нужна для снабжения энергией вашей нагрузки, потом посмотрите, хватит ли вам места для размещения такого количества модулей. Может потребоваться выбрать более дорогие, но более эффективные модули, для того, чтобы обеспечить все ваши потребности в энергии. Не забывайте, кстати, что перед проектирование системы солнечного электроснабжения нужно принять все возможные меры по энергосбережению (об этом уже писалось на других страницах нашего сайта).
Пиковая мощность всех модулей измерена при стандартных тестовых условиях:
Масса воздуха AM=1.5, радиация E=1000 Вт/м2 и температура фотоэлектрического элемента Tc=25°C. Такие условия при реальной работе модулей не существуют – модули нагреваются обычно до 40-60 градусов, освещенность почти всегда ниже 1000 Вт/м2 (исключение составляют морозные ясные дни). Поэтому многие производители также дают характеристики модуле при NOCT (normal operation conditions) – обычно для температуры модуля 45-47С и освещенности 800 Вт/м2, при этом выработка модулей примерно на 25-30% ниже пиковой. В морозный ясный день выработка модулей может доходить до 125% от пиковой.
Тип солнечных элементов – монокристаллические, поликристаллические, аморфные и др.
Три основных типа солнечных элементов, которые сейчас массово продаются на рынке (все кремниевые), следующие:
- монокристалллические. Имеют наибольшую эффективность и удовлетворительные температурные коэффициенты
- поликристаллические. В настоящее время наиболее популярные, т.к. имеют меньшую стоимость за ватт при примерно таких же характеристиках, как монокристалллические. Последние улучшения в технологии поликристаллических модулей брендовых производителей привели к тому, что их параметры могут быть даже лучше, чем у монокристаллических модулей noname производителей/сборщиков панелей.
- аморфные (тонкопленочные). Используют наименьшее количество кремния. Имеют примерно в 2 раза меньший КПД по сравнению с кристаллическими модулями. К преимуществам можно отнести низкий температурных коэффициент (т.е. при нагревании мощность таких модулей падает незначительно) и большую чувствительность при низких освещенностях.
Какие же модули, из перечисленных выше, работают лучше? В последнее время появилось много мифов и необоснованных заявлений насчет того, что какой-то из этих типов модулей работает лучше, чем другие. Некоторые уверяют, что поликристаллические элементы лучше работают при низкой освещенности и в пасмурную погоду. Другие утверждают то же самое, но для монокристаллических элементов. Я даже слышал версию, что поликристаллические элементы лучше преобразуют рассеяный свет, потому что кристаллы в них “повернуты в разные стороны”.
Анализ результатов тестирования сотен модулей показывает, что модуль хорош не тот, который моно или поли, а тот, который сделан качественно. Результаты тестирования модулей по PTC (которые ближе к реальным условиям эксплуатации модулей) показывают, что некоторые монокристаллические лучше, чем некоторые поликристаллические, а некоторые поликристаллические лучше чем некоторые монокристаллические.Этот факт также подтверждают многочисленные результаты сравнений модулей конечными пользователями – можно найти как “доказательства” преимуществ моно перед поли, так и преимуществ поли перед моно.
Как же правильно выбрать фотоэлектрические панели китайского производства и не пожалеть об этом?
Общее правило – нужно выбирать солнечные элементы и модули, производимые крупными, хорошо известными, компаниями. Такие модули изготавливаются из элементов самого высокого качества.
Элементы, не прошедшие жесткий отбор брендового прозводителя, продаются сборщикам фотоэлектрических панелей, которых в Китае множество. Более того, все эти сборщики продают свои модули OEM, т.е. под торговыми названиями других компаний. Таких на российском рынке сейчас большинство. Всегда обращайте внимание на то, указан ли завод-изготовитель на наклейке модуля. Риск получить модули неизвестного качества, которые будут неизвестно как работать – очень велик, и если вы даже не знаете производителя (торговое название продавца вам никак не поможет в получении гарантии), то будьте готовы, что вы покупаете солнечные модули без гарантии.
Обычно дешевые китайские модули имеют следующие недостатки:
- Несоответствие заявленной мощности реальной
- Сильная деградация модулей в первые же годы эксплуатации (до 20-30%)
- Низкое качество пайки и сборки
- Применение некачественных материалов при производстве модуля (флюсы, пленка, алюминий, солнечные элементы и т.п.)
Можно и на интернет-аукционе купить модули. Но будут ли они работать так, как заявлено? Скорее всего нет, и у нас есть факты, это подтверждающие.
Нужно учитывать еще один момент при покупке импортных модулей – вопрос обеспечения гарантии . С российскими производителями проблем в этом отношении нет – все они производят быструю замену или ремонт модулей по гарантии. Ответственные российские импортеры, много лет присутствующие на рынке, также предоставляют свою гарантию на импортируемые ими солнечные модули. В остальных случаях нужно быть очень осторожными при выборе поставщика солнечных панелей.
Модули с наклейкой торговых брендов без указания реального производителя должны вызывать у вас настороженность – в большинстве случаев вы не сможете получить по таким модулям гарантийный сервис, у нас есть множество примеров этого.
Обратите внимание на то, как запаяны модули. Мелкие производители паяют элементы вручную, а не роботом, поэтому толщина припоя при пайке контактных шин элементов меняется. Крупные фирмы паяют роботом, поэтому качество пайки намного выше.
Обязательно узнайте, сколько лет присутствует на рынке поставщик модулей. Даже если китайский производитель дает гарантию на свою продукцию, подумайте, как вы будете производить обмен модуля – если ваш продавец не обеспечит вам гарантию, то практически у вас ее не будет. При прямом обращении к производителю в Китае у вас обязательно возникнут расходы по транспортировке, таможенной очистке и т.п., т.к. эти расходы ни один зарубежный производитель не покрывает. Эти расходы может вам компенсировать только проверенный надежный продавец, который работает в соответствии с российским законодательством. Если вы покупаете модули у известного продавца, который работает на этом рынке уже много лет (например, у нас) – вы получаете от него и гарантию на модули. Опасайтесь покупать импортные модули у установщиков или мелких продавцов – они, в подавляющем большинстве случаев, не могут обеспечить гарантию на продаваемые модули. Всегда требуйте с них гарантийный талон производителя или импортера, не поленитесь позвонить по телефону, указанному в гарантийном талоне и спросить, кто и как обеспечивает гарантийное обслуживание.
Поэтому наша рекомендация – выбирать только брендовые фотоэлектрические модули, или, по крайней мере, на которых указан их завод-производитель. Среди китайских это такие, как TrinaSolar, Yingli, Canadian Solar, JA Solar, Suntech, Motech, Linuo, Hanwha, ReneSola, Jinko и т. д. – подробнее здесь. У них гарантия будет действительно обеспечена многие годы, а не до тех пор, пока существует продавец и его торговая марка.
Если на модуле нет данных по производителю, а только название OEM продавца – это должно вас насторожить. Обычно такие модули производятся из элементов низкого качества (Grade B и С) и по низкой цене.
Солнечные модули стоят недешево, и рассчитаны на срок службы более 30 лет. Было бы очень неумно сэкономить 30-50% на стоимости модуля и получить неработающий через несколько лет модуль, по которому невозможно никому предъявить претензии. Помните, что “дешевое хорошим не бывает”.
Как правильно выбирать солнечные батареи
Общая ситуация на рынке солнечных модулей Еще несколько лет назад особого выбора модулей украинского производителя для покупателя не было.
Использование энергии солнца - это альтернатива невосполняемым источникам энергии. Современные технологии позволяют использовать солнечные батареи для уличного освещения, отопления и освещения небольших домов. Сегодня уже не редкость солнечные батареи для дачи, которые позволяют в летний период обеспечить хозяйство электроэнергией.
Солнечные батареи
Устройство, которое представляет собой большое количество фотоэлектрических преобразователей, соединенных в единую систему, и есть солнечная батарея.
Для солнечной батареи важно наличие прямых солнечных лучей, энергия которых преобразуется в электрический ток.
Устанавливаются батареи в тех районах, где солнечные дни составляют большую часть года. Правда, на эффективность работы солнечных батарей влияет еще и географическая широта. Ведь чем дальше от полюса, тем мощнее солнечные лучи. Но даже в средней полосе России зимой солнечные батареи снижают потребление электроэнергии из общих сетей, а летом появляется возможность даже продавать ее излишки.
Солнечные батареи бывают монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные.
Направленные в разные стороны кристаллы в поликристаллических батареях позволяют снизить зависимость от прямых солнечных лучей. Такие батареи сегодня наиболее распространены, их используют для освещения общественных зданий и частных домов. Часто уже встречается и именно поликристаллического типа.
Солнечные батареи для дачи
Еще совсем недавно главным аргументом против установки была их стоимость. Сегодня эту продукцию начинает выпускать отечественная промышленность, цены на нее становятся ниже, выбор - шире, а сервисное обслуживание - доступнее.
Современные технологии вполне способны справиться с освещением участка и обеспечить работу бытовых приборов. Правда, при этом нужна аккумуляторная а еще контроллер заряда и инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный.
Сегодня можно приобрести готовый комплект солнечной миниэлектростанции для дачи или небольшого дома с автономностью работы в течение 24 часов. Мощность такой электростанции - 235 Вт при мощности аккумуляторной батареи 2,4 кВт*ч.
Аккумуляторы для солнечных батарей
Аккумуляторные батареи являются важной частью оборудования современной гелиосистемы.
В яркие солнечные дни солнечные батареи вырабатывают значительно больше электрической энергии, чем потребляют электроприборы, а ночью, когда особенно важно освещение, не работают вообще. Значит, необходимо накапливать и хранить электроэнергию для последующего ее использования.
Аккумуляторная и предназначена для равномерного и бесперебойного электроснабжения.
Также аккумуляторные перекрывают пиковые нагрузки, слишком большие для фотомодулей, используют накопленную энергию в темное время суток, компенсируют разницу выработанной и потребленной энергии в пасмурную погоду.
Способы подключения АКБ
Чаще всего одного аккумулятора не хватает для полноценной работы солнечной электростанции, и приходится использовать несколько однотипных батарей. Специалисты считают, что они вообще должны быть из одной партии.
Для повышения общей емкости системы используются три способа соединения (коммутации) АКБ.
При параллельном соединении складываются емкости всех батарей, а общее напряжение равно напряжению в одном устройстве.
Последовательное соединение, напротив, позволяет просуммировать все напряжения, а емкость остается равной емкости одной батареи в схеме.
Самым производительным является комбинированное последовательно-параллельное соединение, при котором суммируются как напряжения, так и емкости.
Правда, при таком соединении АКБ подвержены разбалансировке, то есть суммарное напряжение будет постоянным расчетным, а вот для каждого отдельного аккумулятора его показания будут меняться. Такое явление приводит к тому, что часть батарей недозаряжается, а часть заряжается выше нормы, и ресурс вырабатывается преждевременно.
Поэтому в комплект каждой гелиосистемы обязательно входит контроллер заряда солнечных батарей и перемычки, с помощью которых соединяют средние точки для самовыравнивания напряжения в АКБ.
Особенности аккумуляторных батарей для гелиосистем
Аккумуляторная батарея для солнечной батареи должна удовлетворять целому ряду требований. Она должна выдерживать большое количество циклов заряда/разряда. При этом саморазряд должен быть минимальным, а величина зарядного тока - большой, диапазон рабочих температур - широким.
Сегодня производители уже выпускают специальные аккумуляторные батареи, так называемые солнечные аккумуляторы, которые этим требованиям полностью отвечают.
Комплект солнечных батарей с такими устройствами и контроллером заряда позволяет накапливать энергию и хранить ее с максимальной эффективностью. А сетевой инвертор - преобразовать ее для подключения бытовых приборов и освещения.
Критерии выбора
Выбирать нужно по нескольким параметрам.
Самый важный из них - это емкость. Исходя из необходимого энергопотребления рассчитывается расчетный показатель емкости, увеличивается на 35-50%, и уже по нему подбирается одно или несколько устройств для параллельного подключения. АКБ с достаточной емкостью держит энергию до 4 суток.
Длительность разрядки и зарядки. Из двух устройств с одинаковым номиналом емкости предпочтительнее то, для которого требуется меньший интервал времени для зарядки.
Емкость свинцового аккумулятора зависит от массы свинца в нем, поэтому чем больше масса АКБ, тем выше его реальная емкость. При выборе нужно обращать внимание на вес и габариты устройства.
Производители задают для своей продукции диапазон рабочих температур и периодичность обслуживания, на эти показатели тоже следует обращать внимание.
В сопроводительных документах всегда указывается срок использования АКБ, количество разрядочных циклов (чем больше этот показатель при прочих равных условиях, тем лучше) и величина саморазряда в месяц.
При расчете параметров аккумуляторной батареи нужно учитывать потери энергии при ее хранении и преобразовании. Эффективность современных устройств для гелиосистем составляет примерно 85%.
Виды аккумуляторов для солнечных батарей
Привычные автомобильные аккумуляторы не рассчитаны на большое количество циклов и отличаются значительным саморазрядом. Для гелиостанций используются совершенно другие устройства.
1. AGM-аккумуляторы, в конструкции которых между абсорбирующими стекломатами находится в связанном состоянии электролит. Такое устройство может эксплуатироваться в любом положении, при низкой цене и глубине заряда около 80% выдерживают до 500 циклов и отличаются высоким уровнем заряда.
Срок из эксплуатации не так велик - 5 лет, и диапазон рабочих температур ограничен 15-25 °С, но они быстро заряжаются - требуется меньше 8 часов на полное восстановление, могут транспортироваться в заряженном состоянии и эксплуатироваться в помещении с недостаточной вентиляцией.
AGM-аккумуляторы быстро выходят из строя из-за перезаряда, но недозаряд переносят вполне удовлетворительно.
2. Гелевая батарея для солнечной батареи тоже может работать в любом положении. Желеобразный гелевый электролит удерживается в порах силикагеля, который служит разделителем для пластин. Неоспоримое достоинство такой конструкции - электроды не осыпаются, потому что все свободное пространство заполнено гелем, а значит, исключена возможность короткого замыкания. Кроме того, они выдерживают полную разрядку и значительное число циклов, примерно в полтора раза больше, чем у аналогичных AGM-аккумуляторов. Но и цена их заметно выше.
Несмотря на цену, гелевые аккумуляторы экономичней, не нуждаются в обслуживании, могут в полностью разряженном состоянии без ущерба находиться несколько дней, потери энергии в них незначительны из-за малого саморазряда.
3. OPzS аккумуляторы, так называемые заливные устройства с жидким электролитом, не требующие обслуживания, разработаны специально для разрядки малыми токами. Они выдерживают очень большое количество глубоких циклов, используются, как правило, в мощных дорогих солнечных системах, и сами стоят достаточно дорого.
Контроллер заряда солнечных батарей
Электронные устройства предназначены для контроля и регулировки уровня заряда на аккумуляторе. Именно они предохраняют АКБ как от полной разрядки, так и от излишней зарядки.
Контроллеры заряда - очень важные элементы солнечных батарей. Они обеспечивают многостадийный заряд АКБ, автоматическое отключение при полном заряде батареи и при минимальном заряде - нагрузок, подключение фотомодулей, когда батарею нужно зарядить, и переподключение нагрузок после зарядки.
Самый дешевый и примитивный вид контроллеров типа On/Off отключает солнечные батареи от АКБ, когда напряжение достигает предельного значения, не давая аккумуляторам зарядиться полностью и тем самым сокращая их ресурс.
PWM-контроллеры, работающие по ШИМ (широтно-импульсная модуляция) - технологии, экономичны и эффективны в районах с высокой активностью солнца. Они прекращают заряд, позволяя аккумулятору при этом полностью зарядиться. Устанавливаются такие устройства в маломощных, до 2 кВт, системах с аккумулятором малой емкости.
МРРТ-контроллеры управляют максимальными энергетическими пиками. Они наиболее эффективны в гелиосистемах, но и значительно дороже устройств других моделей.
Производители аккумуляторов для солнечных батарей
На российском рынке не так много производителей этого вида продукции.
Компания CSB Battery Co., Ltd (Тайвань) предлагает свинцово-кислотные АКБ, изготовленные по со сроком службы до 10 лет, рассчитанные на напряжение 12 В, емкостью от 26 до 100 А*ч по цене от 2,6 до 8,2 тыс. рублей.
Примерно такие же аккумуляторы выпускает Shandong Sacred Sun Power Sources Co., Ltd (Китай).
HAZE Battery Company Ltd (Великобритания) поставляет гелевые АКБ со сроком службы до 12 лет, рабочим напряжение 12 В, емкостью от 15 до 230 А*ч и диапазоном температур от -20 до +50 °С по ценам от 7 до 28 тыс. рублей.
SSKGroup (Россия-Бельгия) выпускает надежные гелевые аккумуляторные батареи для солнечных батарей с пламегасителем со сроком службы 15 лет, емкостью от 100 до 180 А*ч по ценам от 11 до 19 тыс.рублей.
Производители солнечных батарей
Основными производителями солнечных батарей долгое время были Япония, Германия, США и Китай. Российские солнечные батареи собираются из материалов, произведенных в этих странах. Самые популярные отечественные солнечные батареи с доступной ценой изготавливаются из поликристаллического кремния, произведенного в Германии и США.
Сегодня российские производители не только производят солнечные модули, но и разрабатывают новые, как, например, «Квант» в Москве.
Краснодарская компания «Солнечный ветер» производит не только модули, но и готовые домашние гелиостанции. Проектирует готовые гелиосистемы и «СоларИннТех» из Зеленограда.
На отечественном рынке все больше оборудования для гелиосистем, включая готовые типовые проекты. Но при некоторых инженерных навыках и усидчивости можно самостоятельно рассчитать систему для конкретных условий эксплуатации и подобрать необходимое оборудование: солнечные батареи, аккумуляторы, контроллеры разных производителей в широком ценовом диапазоне. При этом можно сэкономить на некоторых составляющих, собрав их самостоятельно из подручных материалов, например, контроллер.
Были испытаны в полевых условиях на многих установках. Практика показала, что срок службы превышает 30 лет. Фотоэлектрические станции, работающие в Европе и США около 25 лет, показали снижение мощности модулей примерно на 10%. Таким образом, можно говорить о реальном сроке службы солнечных монокристаллических модулей 30 и более лет. Поликристаллические модули обычно работают 20 и более лет. Модули из аморфного кремния (тонкопленочные, или гибкие) имеют срок службы от 7 (первое поколение тонкопленочных технологий) до 20 (второе поколение тонкопленочных технологий) лет.
Солнечные модули обычно деградируют быстрее в первые 2 года эксплуатации. Тонкопленочные модули теряют от 10 до 30% мощности в первые 2 года эксплуатации, поэтому обычно новые они имеют запас мощности около 15-20%. Около 90% рынка фотоэлектрических модулей в настоящее время составляют кристаллические кремниевые модули, т.к. их деградация гораздо меньше, а срок службы - больше, чем у других типов солнечных модулей (см. таблицу ниже).
Как быстро солнечные панели деградируют/теряют свою эффективность?
Типичная деградация мощности солнечных панелей составляет 0.5% в год. Как указывалось выше, тонкопленочные солнечные панели (a-Si, CdTe и CIGS) деградируют быстрее, чем моно и поликристаллические панели. Ниже приведена таблица с данными по деградации солнечных панелей, произведенный до 2000 года и после 2000 года. :
Каков ожидаемый срок службы солнечных панелей?
Ниже приведен график типичной гарантии на выработку мощности солнечными панелями от различных производителей:
Как видим, большая часть производителей гарантирует работу солнечных модулей в течение 25 лет, при этом снижение мощности не будет превышать 20% к концу этого срока.
Многие производители дают гарантию на свои модули на период от 10 до 25 лет. При этом они гарантируют, что мощность модулей через 10 лет снизится не более, чем на 10%. Гарантия на механические повреждения дается обычно на срок от 1 до 5 лет.
Что будет с моими солнечными батареями после 25 лет эксплуатации?
Честно говоря, мы не знаем. До сих пор нет достаточных статистических данных по этому вопросу, т.к. фотоэнергетика - довольно молодая отрасль, и подавляющее большинство модулей, находящихся сейчас в эксплуатации. сделаны менее 10 лет назад. Однако, те данные, которые существуют, позволяют говорить о том, что солнечные батареи будут работать гораздо дольше обещанных производителями 25 лет:
- Солнечная панель 33W (Arco Solar 16-2000) на самом деле имеет лучшие показатели, чем обещаны в ее спецификациях через 30 лет работы.
- Первая в мире солнечная панель продолжает работать уже 60 лет.
- Kyocera отчиталась о солнечных установках, которые продолжают успешно и надежно работать через 30 лет эксплуатации.
Максимальное ухудшение обычно гарантируется производителями на уровне не более 20% за 25 лет. Однако измерения, проведенные на реально работающих с 1980 годов модулей показывают, что их выработка уменьшилась не более, чем на 10%. Очень многие из этих модулей и до сих пор работают с заявленными при производстве параметрами (т.е. нет деградации). Поэтому можно смело говорить, что модули будут работать не менее 20 лет, и с высокой вероятностью обеспечат высокие показатели и через 30 лет с момента начала работы.
Современные технологии производства солнечных панелей существенно улучшены, и солнечные панели, которые продаются сейчас еще более надежны, стабильны и эффективны.
Все это означает, что если при расчетах окупаемости солнечных энергоустановок был принят срок службы солнечных панелей 20 лет, то далее они будут генерировать электрическую энергию бесплатно .
Мы уверены, что качественные солнечные панели будут работать генерировать электроэнергию и через 30 – 40 лет после установки.
Что можно сделать для увеличения срока службы солнечных панелей?
- Избегайте физических повреждений панели (т.е. падения деревьев, веток, срыва ветром, царапин на модуле). Чем больше царапин на поверхности модуля, тем меньше его эффективность. В самом плохом варианте влага и вода может попасть между стеклом и защитной пленкой и привести к короткому замыканию и/или коррозии контактов солнечных элементов.
- Регулярное обслуживание и чистка очень важны. См. Best Way to Clean Solar Panels .
- Чем тяжелее климатические условия, в которых работают солнечные панели, тем быстрее они будут деградировать. Поэтому, в некоторых случаях имеет смысл устанавливать ветрозаграждающие конструкции.
Какой срок службы имеют другие компоненты солнечной энергосистемы?
Другие компоненты системы имеют различные сроки службы: аккумуляторные батареи имеют срок службы от 2 до 15 лет (в среднем 4-10 лет), а силовая электроника - от 5 до 20 лет (в среднем 10-12 лет)
Продолжить чтение
Как правильно выбирать солнечные элементы и модули В первую очередь, нужно обратить внимание на технические параметры солнечного модуля. Основные из них перечислены ниже. Также, нужно проверить качество изготовления и отсутствие визуальных дефектов на солнечных элементах, стекле, защитной пленке и раме…
Солнечные батареи можно купить для электроснабжения частного дома, дачи или другого помещения. Сложность их выбора состоит в необходимости создания сбалансированной системы из разных элементов. К ним относятся: фотопанели и аккумулятор, инвертор и контроллер.
Как устроена и работает солнечная батарея
Солнечная батарея представляет собой независимый источник электроэнергии. Устройство состоит из ряда полупроводников, которые преобразовывают солнечное излучение в ток. Размер поглощающих панелей варьируется от пары миллиметров до нескольких метров.
Батарея состоит из двух слоев с разной проводимостью. Солнечная энергия выбивает электроны из катода и они попадают в пустоши анода. Получается их круговорот. Исторически первым фотоэлементом был селен. Но его производительность была низкой.
В 1954 представители телекоммуникационной компании США предложили заменить его кремнием. И уже через 4 года был запущен спутник на фотоэлементе из него. Эффективность монокристаллического материала составляет 17 %, а поликристаллического - 15 %.
Со времен производства первых солнечных батарей их стоимость существенно упала.
Для продолжительности срока службы, устройства элементы шунтуются диодами. Что уменьшает итоговое сопротивление цепи. Обычно их размещают на каждой четверти длины батареи. Такая конструкция особенно важна, когда часть панелей находится в тени. Диоды не позволяют превращаться им в потребителей тока.
Накапливаемое электричество сохраняется в аккумуляторе. Напряжение которого меньше, чем поступающий потенциал. Процесс заряда и его скорость проверяется специальным контроллером.
Эффективными считаются свинцовые и гелевые устройства для накопления энергии. Срок их эксплуатации составляет 10 - 15 лет.
Избыточный ток поглощает резистор. Для преобразования постоянного напряжения в переменное используют инверторы.
Производительность солнечной батареи зависит от угла ее наклона и стороны света, в которую она направлена. Так, максимальный результат будет от такого размещения устройства:
- на юг под углом в 30° - эффективность 100%,
- на юго-восток/юго-запад под углом 30° - 93%,
- на восток/запад под углом - 93°.
Преимущества и эффективность автономных устройств
Покупают солнечные батареи для дачи, частного дома, отелей в курортных городах. Пользователи отмечают ряд их конкурентных преимуществ:
- неисчерпаемость источника энергии,
- общедоступность в любой местности,
- экологическая безопасность,
- бесшумность системы,
- длительный срок службы до 25 лет,
- государственная поддержка развития альтернативных источников электроэнергии в Европейских странах,
- возможность монтажа дополнительных панелей для расширения системы,
- малая вероятность поломки,
- бесплатность самой энергии,
- автономность системы.
Недостатки солнечных батарей для дома
Использование солнечных батарей сопровождается рядом недостатков:
- высокая стоимость системы,
- необходимость разового вклада большой суммы,
- низкая производительность по сравнению с традиционными источниками питания,
- необходимость места для размещения дополнительных комплектующих,
- длительный срок окупаемости,
- необходимость постоянного ухода,
- проблемы утилизации батарей,
- вероятность кражи дорогостоящего оборудования,
- неэффективность в зимнюю, туманную и пасмурную пору.
Когда солнечные батареи целесообразны
Стоимость автономного энергоснабжения зависит от ее мощности и производительности. И чем она больше, тем меньше цена единиц ее составляющих.
Мощные солнечные батареи можно купить от 330 до 530 у.е. Для того, чтобы обеспечить электроэнергией дом на 4 человека потребуется вложиться на 15 - 25 тыс. у.е.
В Западной Европе спрос на альтернативные источники питания выше, поскольку там достаток людей выше. К тому же, есть возможность передачи накопленной энергии в общую сеть. При этом закупочная цена со стороны государства выше, чем тарифы при потреблении.
Целесообразно использовать мощность солнечных батарей при недостатке электроэнергии в регионе. Например, в курортном городе, где в «сезон» вводятся ограничения потребления.
Или же дом находится вдали от источника питания. И прокладка сети проводов дороже, чем стоимость батарей.
Лучше использовать энергию солнца, когда ее поступление не закрывают туманы и плохая погода. Например, на юге страны на возвышенности.
Для большей эффективности солнечной батареи следуйте инструкции установки, которая идет от производителя.
Режимы автономного электроснабжения
При выборе системы солнечного источника питания, необходимо учитывать максимальную силу, требуемую от нее. Она вычисляется суммированием мощностей всех бытовых инструментов и других электропотребителей. Также надо определить среднесуточную норму. Она зависит от режима автономности от общей сети.
Полная замена привычного источника питания, сопровождается отключением от городского электроснабжения. Требуемое количество мощности определяется по показателям счетчика за предыдущие периоды. При этом целесообразно учитывать возможных будущих электрических потребителей, задел на которые лучше сделать заранее. Обычно необходимо не менее 600 кВт в месяц для обеспечения дома на 3 - 4 человека.
При частичном электроснабжении, основная мощность идет от сети, остальная - от солнечных батарей. Приборы, устройства и системы, требующие больше 2 кВт/ч или 5 кВт/сутки остаются на традиционном источнике питания. Например, пол с подогревом, электрический бойлер, стиральная машина, обогреватель, утюг. Для такого режима потребуется 2 - 2,5 кВт/ч.
Умеренное электроснабжение меняет привычный стиль жизни. Емкие работы, как большая стирка, выполняются периодически 1 - 2 раза в месяц. В период высокой активности солнца. Нагрев воды также ограничивается до почасовой подачи. Для системы необходимо 150 кВт в месяц при возможном среднем потреблении энергии в 4 - 6 кВт/ч. Пиковая мощность может достигать 10 кВт/ч.
При базовом режиме используется 100 кВт в месяц. Хозяева находятся в состоянии экономии энергии, постоянно контролируют включение света и других потребителей тока. Работы, требующие большой мощности, проводятся до обеда. Чтобы до вечера аккумулятор накопил достаточное количество заряда.
Аварийный режим используется в экстренных ситуациях и в течение нескольких дней. После, предполагается восстановление привычного уровня электроснабжения от сети. Используется для обеспечения основных надобностей жителей дома. Среднее потребление энергии в сутки не превышает 2 кВт при пиковом значении в 6 кВт/ч.
После определения уровня требуемой энергии можно приступать к выбору конкретной системы солнечных батарей.
Выбор панелей солнечных батарей
Солнечные батареи имеют такие характеристики:
- размер,
- материал изготовления,
- мощность,
- напряжение номинальное и при пиковой мощности,
- ток при максимальной мощности,
- сила тока при коротком замыкании,
- диапазон рабочей температуры,
- срок эксплуатации.
При выборе фотоэлементов необходимо учитывать все вышеперечисленные показатели.
Для достижения необходимого уровня напряжения, панели параллельно соединяются в блоки. Важно понимать, что для объединения используются однотипные элементы. Но, если выбор между большой батареей или парой маленьких, то лучше отдать предпочтение первому варианту. Поскольку в нем отсутствуют дополнительные соединения, что увеличивает надежность конструкции.
Обычно размеры панелей составляют 1 - 2 м² при мощности в 220 - 250 Вт.
Современные батареи изготавливают из кремния.
Сколько стоит солнечная батарея зависит от ее типа. Фотопанели бывают моно- и поликристаллические. Первые, отличаются большей эффективностью на уровне 17,5% при сравнительном показателе в 15% аналога. Но их стоимость выше. Но в готовой конструкции при пересчете получаемой энергии на затраты, стоимость 1 Ватт приблизительно равна. Срок эксплуатации панелей одинаковый. А вот активность солнца отличается не постоянством в разные периоды года. Поэтому предпочтительней приобретение монокристаллических фотоэлементов.
Номинальное напряжение является показателем, на который рассчитано устройство в условиях нормальной работы. При этом максимальное - выше на 5 - 10 %.
В случае с солнечными батареями отдайте предпочтение 24-х вольтовым панелям. Больший показатель встречается редко. А устройства на 12 В предназначены для малых систем. Их обычно используют по архитекторским соображениям, когда ограничено пространство под батарею.
Установка способна работать при определенной температуре. Оптимальным решением является диапазон от -40°С до +90°С.
По отзывам потребителей, солнечные батареи исправно функционируют в течение 20 - 25 лет. При этом их эффективность снижается на 7 - 8 % каждые 10 лет.
Выбор контроллера и инвертора
Контроллер монтируется между солнечной батареей и аккумулятором. Он управляет уровнем напряжения, идущего от фотопанелей, в зависимости от уровня заряда накопителя энергии. Так при 100% накопления, предупреждается перезаряд отключением подачи напряжения в аккумулятор.
Дорогостоящие технологии отслеживают изменение входящих потоков и балансируют их. Так достигается максимально возможная продуктивность батарей в любой период суток и времени года. Контроллеры Maximum Power Point Tracking целесообразно использовать в больших системах. А при обеспечении энергией частного дома достаточно упрощенной модели. Например, типа PWM.
Такие устройства при уровне заряда аккумулятора от 80% уменьшают напряжение солнечной батареи и поддерживают его. Для сравнения контроллеры ON/OFF, которые являются самым дешевым аналогом, просто отключают систему.
Также важно, чтобы контролирующий блок мог компенсировать температуру и предполагал выбор типа аккумуляторной батареи.
Производители солнечных батарей при отказе от контроллера рекомендуют постоянно измерять вольтметром заряд аккумулятора. И при необходимости вручную отключать систему. Поскольку при перезаряде уменьшается срок службы накопителя.
Инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное. Показатель входного напряжения должен соотноситься с мощностью устройства. Так при его силе в 600 Вт достаточно U = 24 В, и соответственно 48 В при большей мощности.
Если говорить о видах инвертора, то меньше всего хлопот доставит синусоидальное устройство.
Косвенным показателем является вес оборудования. Поскольку трансформатор отличается значительной массой, то условно на 100 Вт идет 1 кг инвертора. И поэтому качественный преобразователь в 1000 Вт весит 8 - 10 кг.
Номинальная выходящая мощность должна равняться силе всех электрических потребителей.
Выбор аккумуляторов
Аккумулятор стоит выбирать, исходя из количества энергии, которое он будет накапливать. Для этого определяется суточная потребность в энергии на разные потребители. При этом делается корректировка в дополнительные 10% на потери преобразования в инверторе.
Если солнечные батареи будут автономным источником питания, то важно максимальное возможное количество заряда аккумулятора. А при резервном или аварийном режиме системы необходимо отдавать предпочтение аккумуляторам с большим сроком службы.
Стартейные батареи нуждаются в постоянном обслуживании и используются при малой силе системы. Гелевые аналоги не так требовательны в уходе и способны накапливать больше энергии. Герметичные и заливные аккумуляторы обеспечивают длительное время работы при высоких мощностях. AGM используются преимущественно для резервного режима энергосбережения.
При одинаковых характеристиках, лучшими реальными показателями будет обладать более тяжелый аналог.
Обслуживание солнечной батареи
Солнечные батареи требуют большего ухода, чем стационарная сеть. Их поверхность надо систематически очищать от загрязнений. Таких как, птичий помет, пыль, следы от осадков. Так как загрязненные панели поглощают меньше солнечной энергии.
Для чистки достаточно помыть их потоком воды из шланга. А для снятия снега использовать палку по типу старой швабры с резиновой прослойкой.
Также необходимо обрезать ветки деревьев, которые кидают тень на поверхность батарей. В идеале лучше, чтобы в прилежащей территории дома высоких насаждений не было вовсе.
Два раза в год проверяйте состояние креплений системы. При необходимости смените их.
Перед установкой автономного энергоснабжения возникают обычно два вопроса: «Сколько прослужит система?» и «За какой период она окупится?». Ведь именно от ответов на эти вопросы и зависит целесообразность расходов на приобретение и монтаж автономного контура. Срок службы солнечных панелей различен. Он зависит прежде всего от типа самих панелей.
Сроки службы
Как показали практические испытания, ресурс гелиопанелей составляет не менее 20 лет. После определенного количества времени (15-20 лет, в зависимости от типа и особенностей фотоячеек) наблюдается некоторое снижение мощности, которое и продолжается в дальнейшем. Как правило, батареи на монокристаллах работают до 30 лет, на поликристаллах – 20-25 лет. Тонкопленочные батареи последних поколение также служат порядка 20 лет.
Стандартная гарантия для большинства производителей солнечных панелей варьируется в достаточно значительных пределах – от 10 до 25 лет. Связан такой разброс с особенностями самих фотоячеек, их типом (поли-, моно-), классом («A», «B», «C»), качеством защитного лицевого покрытия и т.д.
Производители гарантируют, что в течение этого срока мощность их продукции снизится не более, чем на 10%. Падение мощности на более значительную величину чревато критическим снижением выработки всей системы, поскольку для солнечных электростанций очень важен каждый ватт произведенной энергии. Батареи из аморфного кремния, как правило, теряют 10-40% мощности в первые сезоны, после чего их выработка «замирает» на этом уровне.
Что влияет на срок службы
Стандартный расчетный срок использования кристаллических солнечных панелей – 30 лет. Чтобы выяснить скорость реального старения элементов, проводятся целые серии разного рода тестов. Они показывают, что сами фотоячейки имеют очень большой ресурс, их деградация после нескольких десятилетий использования минимальна.
Падение же производительности солнечных батарей связано с тремя факторами:
- разрушение герметизирующей модуль пленки;
- замутнение пленочной прослойки между фотоячейками и защитным стеклом;
- разрушение тыльной пленки солнечной батареи.
Для герметизации солнечных панелей (равно как и в качестве пленочной прослойки) применяется пленка EVA (ethylene vinyl acetate, так называемая «этиленвинилацетатная»). Тыльная же сторона панели обычно представляет собой поливинилфосфатную пленку.
Такая пленочная защита необходима для предохранения фотоячеек и паяных соединений панели от действий влаги. Под действием УФ-лучей солнечного спектра пленки постепенно разрушаются, они теряют свою эластичность и легче поддаются механическим воздействиям. Как следствие, ухудшается герметичность и влага начинает активнее просачиваться внутрь панели.
Кроме того, EVA-пленка между стеклом и фотоячейками теряет и свою оптическую прозрачность, что приводит к уменьшению поглощения солнечных лучей. А из-за микрокапель влаги паяные соединения постепенно начинают корродировать, что приводит к увеличению сопротивления контакта, его перегреву и последующему разрушению.
Как правило, производители гарантируют ухудшение работы своих солнечных батарей не более, чем на 20% за 25 лет. Однако это относится только к зарекомендовавшим себя фирмам, которые тщательно следят за качеством продукции. Менее добросовестные компании при сборке панелей экономят на всем, чтобы выставить как можно более низкую итоговую цену продукта.
Такая экономия приводит к тому, что для герметизации используются некачественные (или неподходящие для специфичных условий солнечных батарей) материалы. Как следствие, разрушение контактов может наблюдаться уже на следующий сезон, что приводит к резкому падению мощности (вплоть до 30-40%). Особенно часто подобное явление можно наблюдать на дешевых садовых светильниках с фотобатареями.
Дополнительные факторы
На срок службы влияет и качество самой EVA-пленки, равно как и защитного ламинирующего покрытия. Некачественное покрытие дает ощутимую усадку уже в первый же сезон. Это приводит к практически полной разгерметизации панели, резкому снижению КПД и выходу изделия из строя.
Еще один аспект – толщина соединительных проводников и токопроводящих шин. Она должна быть достаточной для пропускания токов именно той мощности, которая заявлена в паспорте солнечной панели. Причем толщина шины должна быть больше, чем у проводников, соединяющих между собой фотоячейки. Если шина будет слишком тонкой (что нередко встречается в дешевых панелях малоизвестных фирм), то в скором времени она выйдет из строя.
Также влияет на срок работы и качество паяных соединений. Плохо выполненная пайка разрушается очень быстро и без воздействия коррозии, так как такие контакты сами по себе сильно перегреваются. Поэтому надежность паяных соединений – непременное условие длительной работоспособности.
Период окупаемости
Сроки окупаемости солнечных панелей зависят от нескольких факторов:
- Тип оборудования (поли- или моноячейки, одно- или многослойная структура солнечной батареи). От этого зависят первоначальные расходы, так как стоимость солнечных панелей разных типов варьируется довольно сильно.
- Количество устанавливаемых панелей. Именно поэтому очень важно заранее провести точный расчет всей системы.
- Географическая широта, точнее, величина инсоляции: чем больше солнца попадает на рабочую поверхность модуля, тем больше он вырабатывает энергии и тем быстрее «отбивает» затраты.
- Расценки на энергоресурсы в регионе. От стоимости киловатт-часа электроэнергии будет зависеть разница в стоимости выработанной солнцем энергии и энергии, полученной из центральной электросети. Иными словами, насколько выгоднее вырабатывать «солнечное электричество».
В среднем для частного дома сроки окупаемости составляют 2,5-3,5 года в среднеевропейских странах и 1,5-2 года в южноевропейских. Для России этот показатель варьируется в средних пределах от 2-х до 5-ти лет. Однако нужно помнить, что с совершенствованием технологий изготовления повышается КПД (энерговыработка) панелей, а значит, постепенно снижается и срок окупаемости.
