Солнечные батареи. Расчет, принцип работы, эффективность

В наше время многие задумываются об экономии электроэнергии. Экономия употребления электроэнергии заменой ламп на светодиодные, энергосберегающие. Экономия путем добывания электроэнергии новыми технологиями. На сегодняшний день это такие способы как установка солнечных батарей и ветрогенераторов. Разберем одну из обширных тем – это солнечные батареи. Что это такое, принцип работы, пример расчета – сколько же действительно нужно затратить на установку солнечных батарей, чтобы хватало на определенные нужды.

Использование солнечных батарей в качестве источника энергии разумно только в том регионе, где редко бывает пасмурная погода. А если в регионе преобладают ветра разумно использовать ветрогенератор для выработки энергии.
Набирают популярность зарядные устройства с солнечными батареями. Очень удобно взять с собой в поход, путешествие, где сложно найти другой источник питания.

Принцип работы солнечной батареи заключается в том, что в строении солнечной батареи нижний слой — положительные электроны, в верхнем отрицательные. Под воздействием ультрафиолетового света происходит слияние положительных и отрицательных электронов в пограничном слое и вырабатывается ток, который отводится тонкими медными жилами и отправляется по назначению.

Расчет солнечных батарей: Солнечная энергия 1 кВт/м2 (в солнечный день), если КПД солнечных батарей в среднем 18%, 0,18 кВт/м2 час. То есть, если расчет производить так, что световой день с 9 до 16, 7 часов*0,18 Кв/ч=1,26 кВт за световой день на 1 м2. Если 1 кВт стоит 4,5 руб, то экономия составит 5,67 руб/день. А если учесть, что в любом регионе дня 3-4 пасмурный без учета времени года, то световых дней 26*5,67=147 рублей в месяц с 1 м2 солнечной батареи. Расчеты приблизительный, т.к. солнечные батареи продаются с разными Вт, также необходимо учитывать количество солнечных дней в регионе, стоимость 1 кВт электроэнергии также зависит от региона и населенного пункта.

Виды кремниевых фотоэлементов для солнечных батарей

Поликристаллические. Несколько небольших кремниевых кристаллов объединены в один фотоэлемент. Они имеют неоднородную структуру, из-за этого хуже поглощают солнечный свет. Это отражается на КПД ( приблизительно 20,3%). Фактически это означает, что солнечная панель той же мощности будет занимать примерно на 20% больше площади.
Тонкопленочные. Представляют собой слой полупроводника, напыленный на гибкую подложку. За счет своей гибкости могут монтироваться на криволинейные поверхности. Но имеют невысокую производительность (порядка 10,4%), так что занимают большие площади (как минимум, в 2 раза больше, чем поликристаллические).
Если у вас скатная крыша и фасад развернут на юг или восток, вполне могут устроить поликристаллические модули. При равном количестве производимой энергии они стоят немного дешевле.

Мы нашли готовые комплекты для установки. Пример: 
Солнечная станция. 100 Вт поликристалическая панель, номинальная мощность 1000 Вт, то есть можно добавить кол-во панелей. АКБ 200А, инвертор 1 кВт 75000 рублей (16.01.2018)
Панель 50 Вт*2 шт=100 Вт 13800 руб. То есть, если Необходима станция 1 кВт/ч, то ее стоимость составит уже 200 000 рублей.

Такой комплект подойдет для частного дома и дачи.

Примечание: аккумуляторы для солнечных батарей используются 12 Вольт, в некоторых случаях 24 Вольта.

На чем можно сэкономить.
Стоимость комплекта солнечных батарей на 1 кВт в сутки — более тысячи долларов. Немалые вложения. Задумаешься, а стоит ли оно того и какой же будет срок окупаемости. При нынешних тарифах ждать пока комплект окупится придется не один год. Но можно затраты уменьшить. Не за счет качества, но за счет разумного подхода к подбору ее компонентов, немного уменьшив комфортность использования.
Не покупайте гелиевые или аккумуляторы глубокого разряда. Они не стоят своих денег. С солнечными батареями для дома отлично работают даже, автомобильные АКБ 12V, можно использовать даже не новые. Они нормально работают еще лет 5 лет.
Если площадь позволяет, можно купить поликристаллические солнечные батареи.
В принципе, можно обойтись еще меньшими средствами. Можно не ставить контроллер. Он стоит не менее 150$ (а при большой мощности 500$), а вся его задача — мониторить состояние заряда батарей. Если бюджет ограничен, купите простые автомобильные часы, работающие от 12 В, которые также измеряют напряжение, температуру. Они стоят 2-5$ и практически выполняют ту же функцию. А чтобы избежать перезаряда, купите лишний аккумулятор. Или два. Суммарная мощность «лишней» емкости должна быть не ниже 20%. Это и позволит избежать перезаряда, и увеличит емкость системы.

Размеры панелей и количество фотоэлементов. Определяемся.
В хороших солнечных батареях на 12 вольт должно быть 36 элементов, на 24 вольта — 72 фотоэлемента. Это количество оптимально. При меньшем числе фотоэлементов вы не получите заявленный ток. И это — лучший из вариантов.
Не стоит покупать сдвоенные солнечные панели — по 72 и 144 элемента соответственно. Во-первых, они очень большие, что неудобно при перевозке. Во-вторых, при аномально низких температурах, которые периодически случаются, они первыми выходят из строя. Дело в том, что ламинирующая пленка батареи при морозах сильно уменьшается в размерах. На больших панелях из-за большого натяжения она отслаивается или иногда рвется. Теряется прозрачность, катастрофически падает производительность. Панель идет в ремонт.
Солнечная панель на 4 В имеет 7 элементов
Второй фактор. На больших панелях должна быть больше толщина корпуса и стекла. Ведь увеличивается парусность и снеговые нагрузки. Но далеко не всегда это делают, так как значительно возрастает цена. Если вы видите сдвоенную панель, а цена на нее ниже, чем на две одинарных, лучше ищите что-то другое.
Еще раз: лучший выбор — солнечная панель для дома на 12 вольт, состоящая из 36 фотоэлементов. Это оптимальный вариант, проверенный практикой.

Осмотр корпуса при покупке
Солнечные батареи для дома имеют алюминиевый корпус. Этот металл не подвергается коррозии, при достаточной прочности имеет небольшую массу. Нормальный корпус должен быть собран из профиля, в котором присутствуют минимум два ребра жесткости. И стекло должно быть вставлено в специальный паз, а не закреплено сверху. Все это — признаки нормального качества.
Бликов на корпусе быть не должно
Еще при выборе солнечной батареи обратите внимание на стекло. В нормальных батареях оно не гладкое, а текстурированное. На ощупь —шершавое, если провести ногтями, слышен шорох. К тому же оно должно иметь качественное покрытие, которое сводит к минимуму блики. Это означает что в нем не должно ничего отражаться. Если каким-либо углом видны отражения окружающих предметов, лучше найдите другую панель.

Подключение солнечных батарей.
Подключать солнечные батареи для дома необходимо медным одножильным кабелем. Сечение кабеля зависит от расстояния между модулем и АКБ:
расстояние менее 10 метров:
1,5 мм2 на одну солнечную батарею мощностью 100 Вт;
на две батареи — 2,5 мм2;
три батареи — 4,0 мм2;
расстояние больше 10 метров:
для подключения одной панели берем 2,5 мм2;
двух — 4,0 мм2;
трех — 6,0 мм2.
Можно брать сечение больше, но не меньше (будут большие потери, а это нам не надо). При покупке проводов, обратите внимание на фактическое сечение, так как обычно редко заявленные размеры соответствуют действительным. Для проверки придется измерять диаметр и считать сечение.
При сборе солнечной электросистемы можно плюсы батарей провести используя многожильный кабель необходимого сечения, а для минуса использовать просто один толстый. Перед подключением к аккумуляторам все «плюсы» системы пропускаем через диоды или диодные сборки с общим катодом. Это предотвращает возможность замыкания аккумулятора (это может вызвать возгорание) при замыкании или обрыве проводов между батареями и аккумулятором.
Диоды используют типа SBL2040CT, PBYR040CT. Если такие на нашли, можно снять с компьютерных блоков питания. Там обычно стоят SBL3040 или подобные. Пропускать через диоды желательно. Не забудьте что они сильно греются, поэтому монтировать их необходимо на радиаторе (можно на едином).
Еще в системе необходим блок предохранителей. По одному на каждого потребителя. Всю нагрузку подключаем через этот блок. Во-первых, система так безопаснее. Во-вторых, при возникновении проблем, по сгоревшему предохранителю проще определить ее источник.

Град и солнечные батареи.

На солнечных батареях используется закаленное стекло, поэтому, большинство панелей способны противостоять граду до 25 мм со скоростью до 23 м/с, но в ряде случаев все-таки были случаи, когда град наносил повреждения.

Видео на тему:

Сколько солнечных батарей нужно для автономной жизни
Солнечные батареи для дома, дачи. Советы.

 

Оставить свой комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

3 × 3 =