Солнечные батареи все про альтернативный источник энергии

Солнечные панели для умного дома виды и анализ энергообеспечения

Солнечная энергетика на сегодня является одним из наиболее экологически чистых способов получения электричества и тепла. Интерес к этой сфере растёт с каждым годом, в том числе и с точки зрения автономного энергообеспечения «умного дома». Разберём подробнее, выгодны ли солнечные батареи в частном доме, какие их виды имеются в продаже, каковы нюансы их использования для получения электричества и отопления помещений.

Принцип работы солнечных батарей

Принцип работы солнечной энергоустановки основывается на полупроводниковом эффекте. Впервые данный эффект был открыт французским физиком Беккерелем ещё в первой половине 19 века. Реально действующий полупроводник был создан в 1873г., однако, до середины ХХ века не удавалось создать эффективно работающей солнечной батареи, способной вырабатывать значительное количество электричества.

Основу конструкции составляет кремний, как один из наиболее эффективных полупроводников. Из него изготавливаются фотоэлементы, составляющие верхний слой пластин батареи. Под воздействием солнечных лучей в блоке преобразователя начинается высвобождение из атомов кремния отрицательно заряженных частиц. Высвободившиеся электроны захватываются атомами нижерасположенной пластины. В соответствии с физическими законами они стремятся вернуться в своё первоначальное положение.

Возвращаясь в верхнюю кремниевую пластину, они перемещаются по тонким проводам, при этом частью своей энергии заряжая аккумулятор, подключённый к фотоэлементам. Работа солнечных батарей, созданных на основании монокристаллической методики нанесения кремниевого слоя, намного эффективней. Это связано с тем, что в данном случае образуемая кремнием кристаллическая решётка имеет меньшее число граней, а это даёт электронам возможность прямолинейного передвижения.c

Классификация солнечных батарей

На сегодня существует большое количество преобразователей солнечной энергии, которые условно классифицируются по нескольким признакам. По количеству вырабатываемой электроэнергии солнечные панели бывают:

  • Маломощные, предназначаемые для электропитания и подзарядки различных гаджетов – ноутбуков, смартфонов, переносных приборов, небольших телевизоров и т.д.
  • Универсальные. Способны обеспечить энергией не только маломощные устройства, но и некоторые бытовые приборы, например, лампы освещения.
  • Собственно солнечные батареи, состоящие из целого ряда фотоэлементов, закреплённых на подложке. Такие панели могут применяться для энергообеспечения коттеджа, подсобных надворных построек, для дачи.

По своей конструкции электрогенераторы, работающие на солнечной энергии, подразделяют на:

  • Фотоэлектрические. Представляют собой полупроводниковую конструкцию, в которой происходит преобразование тепловой энергии солнца прямиком в электроэнергию. Несколько фотоэлементов объединяются в единую батарею, действующую по принципу полупроводников, описанному выше.
  • Гелиоэлектростанции. Генерирующие устройства данного типа концентрируют энергию солнца, направляя её на движение турбин или прочих устройств, вырабатывающих ток. Принцип концентрации состоит в использовании линз, либо зеркальных поверхностей вогнутой формы. Сфокусированный солнечный луч направляется на некую ёмкость с теплоносителем, который закипает и превращается в перегретый пар. Далее пар пропускается через турбины, вращая их, и вырабатывая электрический ток. В данном случае работа солнечных батарей менее эффективна, так как значительная часть энергии тратится на нагрев и испарение теплоносителя.
  • Тепловые коллекторы – солнечные батареи для отопления частного дома. Относятся к классу низкотемпературных устройств. Принцип действия их прост: аккумулируемая энергия солнечного излучения преобразуется в тепловую, идущую на нагрев воды в системе горячего водоснабжения и отопительном контуре дома. Эффективность работы солнечных батарей подобного типа напрямую зависит от их площади: чем она больше, тем до высших показателей они разогревают воду.

Солнечная энергия для отопления

Одна из областей применения гелиоустановок в системе «умный дом», это отопление помещений в холодное время года, а также нагрев воды, используемой для бытовых нужд в системах горячего водоснабжения. Современные модели солнечных панелей и коллекторов могут функционировать и в зимнее время, когда температура воздуха опускается до -30 о С. Таким образом, они могут составить достойную конкуренцию традиционным способам обогрева частного дома.

Принцип работы панелей с фотоэлементами

Отопление дома от солнечных батарей может производиться двумя способами:

  1. Методом непосредственного нагрева теплоносителя (воды, антифриза) в отопительной системе. Производится это с помощью концентрации солнечных лучей на баках-накопителях, или трубчатых контурах, по которым перемещается вода.
  2. С помощью солнечных панелей, вырабатывающих электроэнергию. В данном случае работа солнечных батарей по обогреву жилья аналогична действию электроэнергии из общей энергосети.

Действуют панели с фотоэлементами при нагреве воды в отопительном контуре по следующему принципу — комплекты солнечных батарей, превращая энергию лучей солнца в электроэнергию, заряжают аккумуляторные батареи. От них ток поступает в инверторы, преобразующие его по напряжению, частоте, силе. Оттуда электричество подаётся непосредственно на нагревательные приборы, например, на электрокотел.

Читайте также:  Замена шаровой опоры Рено Логан

Эффективность использования фотоэлементов

Преимущество солнечных панелей перед гелиоколлекторами состоит в возможности аккумуляции электричества. А это, в свою очередь, позволяет интегрировать водонагревательную систему, основанную на солнечных батареях, в комплекс «умный дом». Для этого можно использовать датчики и реле, самостоятельно запускающие электроподогрев отопительной системы при снижении температуры ниже установленных показателей.

Также возможно подключение внешнего управления процессом поддержания тепла в доме при помощи интернет-соединения и любого гаджета, имеющего выход во всемирную паутину – смартфона, ноутбука, ПК. Эффективность использования фотоэлементов, по сравнению с гелиоколлекторами состоит в возможности автономной или управляемой регулировки их работы. Наличие заряжаемой аккумуляторной батареи позволяет меньше зависеть от капризов погоды, всегда поддерживать комфортную температуру во внутренних помещениях.

Виды солнечных батарей

Сегодня существует несколько видов солнечных батарей, различающихся по своей конструкции и эксплуатационно-техническим показателям.

Монокристаллические

При изготовлении монокристаллических панелей используют кремний высокой степени очистки. Получить подобный материал возможно только промышленным способом с применением специальных технологий. Такие гелиосистемы довольно дорогостоящи, но отличаются большим КПД, который составляет в среднем 15-20%, а в отдельных случаях достигая даже 20%.

Поликристаллические

В данных конструкциях кремний наносится на основание поликристаллическим способом, что снижает эффективность работы солнечных батарей. Дело в том, что в таких кристаллических решётках электроны не могут передвигаться прямолинейно, и отдают в единицу времени меньше заряда. Метод изготовления поликристаллических панелей состоит в нанесении расплавленного кремния на основание, с последующим медленным охлаждением.

Поверхность их отличается ярко-синим цветом. Такие модификации гелиосистем имеют меньшую себестоимость, но и эффективность их также невысока. КПД поликристаллических панелей не превышает 10-12%. Следовательно, для получения 1 Вт электроэнергии потребуется большая площадь фотоэлементов, чем при использовании монокристаллических батарей. А это нивелирует их основное преимущество – низкую стоимость.

Тонколистовые

Тонколистовые солнечные панели изготавливают из аморфного кремния, который наносится на тонкую гибкую основу. Сверху кремниевый слой покрывается защитной плёнкой, предохраняющей его от механических повреждений. Подобные конструкции имеют самую низкую цену за квадратный метр, но, вместе с тем, и самую низкую эффективность. КПД их составляет всего лишь 5-7%. Также невысок и срок их эксплуатации: со временем их технические качества ещё больше снижаются.

Установка солнечных батарей на крыше

Эффективность работы гелиопанелей во многом зависит от правильного их размещения. При установке солнечной батареи на крышу дома, следует соблюдать ряд правил. Во-первых, устанавливать их нужно с наиболее освещённой стороны, то есть с южной и восточной. Другой немаловажный фактор, это угол наклона панели по отношению к горизонту. Поскольку солнце движется под некоторым углом к земле, то и его лучи падают также под наклоном.

Как использовать солнечные батареи, чтобы максимально полно улавливать солнечное излучение? Специалисты рекомендуют выбирать угол наклона плоскости батареи в соответствии с широтным расположением населённого пункта. Например, Москва находится на широте 55 градусов, значит, и солнечную батарею на московских крышах лучше всего устанавливать под углом 55 о по отношению к плоскости земли.

Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы

Дом с солнечными батареями, несомненно, является высокотехнологичным продуктом научно-технического прогресса. Однако, системы обогрева, основанные на использовании солнечной энергии, имеют как свои неоспоримые достоинства, так и недостатки. К плюсам следует отнести:

  • Экологичность технологии. При выработке «солнечного электричества» не выделяется никаких вредных для человека и природы веществ. Чего нельзя сказать при использовании для нагрева отопительного котла угля или дров.
  • Полная автономность. Нагревательные гелиоустановки позволяют абсолютно не зависеть от коммунальных служб, и от их сезонного графика отключения-подключения отопления.
  • Отсутствие бюрократических проблем. Для установки и подключения систем солнечного энергоснабжения не потребуется получение разрешительных документов от всевозможных инстанций.

Но имеется в этой достаточно благостной картине и своя ложка дёгтя. Это вопрос окупятся ли солнечные батареи, установленные в частном доме. Стоимость панелей высока, а для нормального автономного функционирования жилого дома требуется значительная площадь генерирующих поверхностей. Как показывают расчёты, полностью окупятся они не ранее трёх лет с начала использования. И то, это при условии активной эксплуатации и размещения в регионе с высоким уровнем солнечного излучения. В районах, где количество ясных дней невелико, сроки окупаемости будут ещё длиннее.

И все же солнечная энергетика на данный момент является одним из самых перспективных сфер развития научно-технического прогресса. Благодаря новым разработкам и научным открытиям, эффективность гелиоэнергетики будет расти, а себестоимость наоборот — снижаться. Всё это делает использование солнечных батарей в системе «умный дом» достаточно правильным решением.

Солнечные батареи для дома

Весь лишний вырабатываемый ток попадает в резистор. Для преобразования постоянного электротока в переменный, необходимый для работы бытовых приборов, применяют инверторы.

Читайте также:  Закон о зимней резине с 1 ноября 2020 года требования, обзор

Загородный коттедж с установленными солнечными панелями

Преимущества солнечной системы:

  • помещение отапливается в течение года, температуру можно регулировать;
  • не потребуется оплачивать электроэнергию государству;
  • экраны устанавливают для любых необходимых нужд;
  • практически у всех моделей долгий срок гарантии.

Конструкция и схема устройства солнечной электростанции для дома

Весь комплекс солнечной системы очень редко даёт сбои в работе, поэтому не беспокойтесь о замене деталей или самой панели. Если систему устанавливают для отопления дома, требуется изучить исключения. Поскольку не все батареи подходят для этих целей.
География расположения дома – один из важных пунктов. Если в регионе часто стоит облачная погода, система может работать не в полной мере.

Недостатки солнечных систем:

  • сравнительно высокая цена;
  • в некоторых регионах низкая выработка в сравнении с переменным током в доме;
  • нужно подготовить место для всех составляющих системы;
  • долгий срок окупаемости;
  • требуется постоянный уход;
  • неэффективно в регионах с продолжительной зимой и пасмурными днями.


Несмотря на ряд недостатков, солнечные батареи могут заменить автономное отопление в доме, а также обеспечить электроэнергией бытовые приборы.

Из чего состоит система солнечных батарей для дома

Солнечные системы есть двух видов: фотоэлектрические производители тока малых и больших размеров. К категории малого размера относят экраны мощностью 12-24 В. Они дают электроэнергию для телевизора и еще нескольких приборов, мощность которых не больше 1 кВт.

Схема устройства солнечной системы для коттеджа

Большие модели используют для отопления дома и подачи энергии для всех электроприборов в доме. Однако, если дом будет в несколько этажей, энергии вряд ли хватит.

Есть различия в комплектации системы. Стандартный набор включает в себя:

  • вакуумный солнечный собиратель;
  • контроллер;
  • насос, подающий энергию к отопительной системе;
  • бак для водонагрева 500-1000 литров;
  • электротен.

Схема конструкции гелиосистемы

От комплектации зависит стоимость всей системы.

Типы солнечных систем

  • Гелиопанели – система, собирающаяся из солнечных элементов – фотоэлектрических преобразователей. В основном применяют системы с полупроводником из кремния.
  • Поликристаллические панели. Это система солнечных батарей, элементы которых изготовлены из кремневого расплава и длительного охлаждения. Производительность 12%. Панель квадратной формы с неоднородной поверхностью.
  • Монокристаллические панели. Это экраны, состоящие из тонких пластин, которые сделаны из выращенного кремневого кристалла. По внешнему виду это квадраты со срезанными углами. Одна из дорогих моделей. Продуктивность достигает 17%, но есть типы, превышающие этот показатель.
  • Аморфные батареи – кремний наносится на основу. Производительность в облачную погоду и КПД равно 5%. Это дополнительный источник электричества. Легко монтируются на крыше.

Так выглядят гибкие аморфные батареи

  1. В солнечный день КПД выше, чем у панелей кристаллического типа.
  2. Может вырабатывать электроэнергию в облачный день.
  3. Если загрязнена батарея, она меньше эффективна.

Недостаток – процент КПД ниже чем у поликристаллических систем.

Чертеж с размерами микроморфной солнечной панели

Микроморфные панели. Есть 2 ряда полупроводников. Это увеличивает эффективность батареи. В панели есть наноструктурированный микроморфный слой. Полимерные батареи. Они самые дешевые. Состоят из слоёв полимеров. Выдаёт 5-10% КПД.

Солнечная панель для отопления дома

Для определения количества панелей, обращают внимание на их мощность, чётко определяют их предназначенье.

Процесс установки гелиосистемы на крышу здания

Кроме экранов потребуются аккумулятор, контроллер, преобразователь.

Сколько нужно солнечных панелей для дома

Для правильного расчёта мощности нужны точные данные потребления электричества на один день. Допустим, 100 кВт/ч в месяц (эту цифру показывает электросчётчик), тогда требуется чтобы панели вырабатывали такое количество тока в месяц.

Панели производят ток только днём, выдавая максимальное количество в ясную погоду. Если солнечные лучи будут направлены не на батареи, тогда эффективность значительно понизится. Производительность понижается в 15-20 раз в пасмурную погоду. Это учитывают при расчетах.
Поэтому в среднем получается, что солнечная батарея вырабатывает энергию с 9.00 до 16.00. В утреннее и вечернее время производится выработка 30 %, а днем — 70 %.

График пиковой мощности солнечных батарей по часам

Поэтому панель 1 кВт (1000 Вт) производит 7 кВт/ч, 210 кВт/ч в месяц. Плюс 3 кВт/ч утро и вечер, но это запас на пасмурный день. Исходя из этого расчёта получается панель на 2кВт производит 420 кВт/ч в месяц, панель на 100 ватт производит в день 700 ватт, за 30 дней 21 кВт.


Очень хорошо, если панель 1 кВт производит 210кВт/ч в месяц, однако есть нюансы:

  1. Не все дни в месяце солнечные. Для правильного расчёта проводят исследование по прогнозам и вычислить, сколько пасмурных дней выходит за 30 дней. Высчитав количество пасмурных дней из цифры 210 вычитается производство энергии за день. Допустим, 4 дня. Получится 186 кВт/ч.
  2. Также весна и осень, когда идут дожди, световой день короче. Поэтому количество батарей увеличивают на 30-50%.

Классификация солнечных панелей

  • Потеря электроэнергии, уходящая на АКБ и преобразователь.
  • Зимой батареи практически не работают, поэтому на это время устанавливают альтернативу.
  • При небольших потреблениях ставят генератор. По договоренности и наличии разрешения, устанавливается ветровая станция для получения электроэнергии.

    Расчёт для аккумулятора на солнечную панель

    Аккумулятор определённой ёмкости должен обеспечить дом электроэнергией ночью. Допустим, на ночь требуется 3 кВт/ч, АКБ требуется такой же мощности. Мощность аккумулятора 12 вольт 200 А, тогда электроэнергии в нем будет 12 х 200 = 2400 ватт (2.4 кВт). Однако батарея разряжается.

    Схема соединения панелей между собой

    Внимание. Нельзя допускать полной разрядки аккумулятора.

    АКБ для солнечных систем разряжаются на 70 %, автомобильные – 50 %. Поэтому нужна запасная батарея для замены, в случае разрядки.

    Лучше всего использовать такой расчёт. Если за сутки потребляется 10 кВт/ч, тогда рабочая АКБ (аккумуляторная батарея) идентична по характеристикам. В солнечный день батарея заряжается на 20-30 %.

    Расчет и схема подключения аккумулятора к панели

    Преобразователь энергии в 220 В имеет КПД 70-80 %. Учитывая все потери электротока в аккумуляторах и преобразователе, общая цифра составляет 40 %.

    Установка солнечных батарей на крышу дома: какие факторы нужно учесть

    Монтаж солнечных батарей производят двумя методами:

    • с полной переделкой кровли;
    • частичная замена кровли на солнечные панели.

    Батарею устанавливают на южной стороне крыши. Чем больше солнечных лучей попадает на панели, тем эффективнее они работают. Панели крепятся на основание крыши, поэтому оно должно быть прочным. Батареи монтируют под уклоном в 45 º.

    Возможные углы монтажа солнечных панелей

    При монтаже солнечной батареи для дома своими руками учитывают следующее:

    Схема размещения панелей на крыше

    • Расположение дома. Если на крышу падает тень от больших деревьев или многоквартирных домов, тогда батареи берут более мощные.
    • Инсоляция – количество радиации солнца, поступающая на землю за короткий промежуток времени. В разных регионах этот показатель отличается. Для уточнения его специалист даёт консультацию.

    Показатель уровня инсоляции в регионах России

  • Расходы и расчет энергии. Не тратьте большие деньги на мощные батареи для обычного частного дома.
  • Если после проведенных расчетов остались сомнения, тогда обратитесь к специалисту. Он сделает правильные вычисления и даст рекомендации по выбору панелей и их установке. Смотрите в видео обзор процесса монтажа солнечных панелей на крышу дома.

    Правила монтажа солнечных батарей на крышу дома

    Установка солнечных батарей для дома на двускатную крышу проста – она под наклоном, а вот с плоской крышей возникают затруднения. Когда панели устанавливаются под наклоном, остаётся зазор. Это будет неудобно при обслуживании панелей, потому что туда будет постоянно попадать пыль и осенняя листва. Для обхода этой проблемы зазор закрывается прозрачным пластиком.

    Конструкция каркаса для установки панелей на здании

    На тёмную крышу панели не устанавливаются. При перегреве их эффективность снижается. В этом случае делают частичный или полный демонтаж кровли.

    Чертеж каркаса рамы для установки батарей Вернуться к оглавлению

    Обслуживание системы солнечных панелей

    Чистые панели – залог хорошей работы. На них не должно быть снега, слоя пыли и грязи после дождя, следов от птиц. Все эти загрязнения сокращают работу системы на 7 %, что является существенным.
    Ухаживают за панелями регулярно. Поливание чистой водой 4 раза в год. Чистая вода смоет осевшую пыль и скопившуюся грязь. Зимой очищают батареи от снега, а осенью от листвы.

    А также следят за контактами панелей. При выходе из строя хотя бы одного контакта его ремонтируют. Обслуживание аккумуляторов требует от себя постоянной проверки заряда. Не допускают разрядки аккумулятора. При постоянных скачках заряд-разрядка внутри батареи рассыпаются пластины. А также время от времени проверяют количество жидкости внутри.

    При выборе солнечных батарей учитывается много факторов, влияющих на работу системы. При нахождении проблемы, требуется сразу же найти решение. Иначе, после покупки это выливается в серьезную и нерешаемую проблему. Автономный дом на солнечных батареях — выгодная позиция со стороны экономии.

    Купить солнечные батареи для частного дома

    Применение солнечных модулей в частных домах

    1. Вместо установки кровли. Покройте весь наклон или часть по вашему выбору. Отдельные проекты применяются нестандартными модулями;
    2. Модули являются чрезвычайно прочными и надежными (они имеют гарантию до 30 лет) и визуально красивы.

    Каждый клиент является индивидуальным для нас, поэтому, чтобы узнать реальные потребности системы, мы приглашаем вас связаться с нами.
    По телефону 8 (800) 200-60-07 или заполнив форму на странице ниже.

    Фабрика солнечных модулей совместно с производителями рамок и систем креплений из Швейцарии, предлагаем оснастить Ваш дом (крышу-фасад) системой солнечных модулей.

    Система солнечных модулей уже установлена на многих частных домах в Европе. Спрос на солнечные панели был вызван ужесточением технических требований к индивидуальным потребностям в домашнем хозяйстве (с 1 ноября 2016 года для класса A, с января 2018 года для класса A + и от A ++ на 2020 год) а так же для продвижения закона о возобновляемых источниках энергии.

    Ссылка на основную публикацию
    Советская реклама рекламный фильм «Новый легковой автомобиль ГАЗ-24» (1970 год) Александр Сальников
    На заправке в поселке Белый Ключ произошел хлопок газа пострадали двое По данным ТАСС, хлопок газа произошел 1 июля на...
    Смартфоны с лучшими GPS-модулями Tablets24
    Лучшие смартфоны с GPS ТОП 10, обзор моделей, рейтинг Телефонов с модулями GPS много – ими оснащены бюджетники и флагманы,...
    Смена стандартного кода аварийного отключения тревоги Starline A93
    Как отключить сигнализацию Старлайн А91 без брелка с помощью кнопки Валет Охранная система на машине – полезная вещь. Современные сигнализации...
    Советы по зимней эксплуатации и хранению Аккумулятора Аккумуляторный дом
    Какая должна быть плотность электролита в аккумуляторе автомобиля Аккумуляторная батарея для автомобиля выступает жизненно важным элементом, обеспечивающим электромеханическое функционирование транспортного...
    Adblock detector