Домашняя электростанция на солнечных батареях. Солнечные электростанции для дома

Подарили мне друзья на день рождения светодиодный ночничок. Красиво оформленная вазочка, внутри лампочка с миниатюрным аккумулятором энергии. Ставишь её на тумбочку возле кровати, за день она получает зарядку от дневного света, а в темноте автоматически включается. По всей комнате разливается слабый свет, не мешающий заснуть. И всё видно. Часов через пять после включения, глубокой ночью, почти перед рассветом, лампочка гаснет. Заряд кончается. Теперь в спальне почти всю ночь не господствует кромешная тьма, как раньше. Наступает новый день и возобновляемый источник энергии снова заряжает мой ночничок.

И вот о чём подумалось: раз такая маленькая лампочка может так просто гореть почти целую ночь от миниатюрного аккумулятора, то почему бы не попробовать часть расходов за электроэнергию переложить на солнце? То есть, установить на крыше дома фотоэлементы, которые, по-простому выражаясь, соберут за день солнечную энергию, зарядят мощный аккумулятор, а вечером можно пользоваться от домашней солнечной электростанции дармовой электроэнергией.

А мнения о солнечной электростанции довольно противоречивые. Одни утверждают, что солнце не способно полностью удовлетворить запросы, особенно в зимние хмурые дни, другие им возражают. Что есть, дескать, такие фотоэлементы, которые способны впитывать даже слабый рассеянный свет и успешно заряжать батареи. Давайте спокойно вникнем в существо спора и до конца разберёмся

На что способно солнце?

Сразу договоримся называть полупроводниковые устройства, фотоэлементы, преобразователи по- народному – солнечные батареи. Те, что мы изредка видим на крышах российских домов. А кто бывал в Японии, то убедился, что буквально все крыши частных строений сплошь покрыты солнечными панелями. Неужели японцы настолько непрактичны, что будут ставить батареи, от которых мало проку? Вопрос риторический, не требующий ответа. Разве это не существенный аргумент в споре в пользу солнечной энергетики?

Теперь главная задача – определить какой тип солнечных батарей надо выбрать, чтобы максимально приблизить количество получаемой энергии к желаемым потребностям. Поступают в продажу монокристаллические и поликристаллические, из аморфного кремния и тонкоплёночные. Вот пока четыре типа батарей представлены на выбор потребителям. Какому типу отдать предпочтение?

Монокристаллические сделаны из отполированного кремния. Примерная площадь таких изделий однокиловаттной мощности составляет до 7 квадратных метров. Оптимальное применение подобных батарей практикуется в солнечных установках мощностью до 10 квт.

Поликристаллические батареи тоже кремниевые, но производительность их несколько ниже, чем у первых. Чтобы получить один киловатт энергии, такими батареями надо занять площадь уже более 8 квадратных метров. Их удобно применять там, где нужны элементы небольшой мощности.

Солнечные батареи, сделанные из аморфного кремния наиболее экономичны в процессе изготовления. Здесь кремний наносится тонким слоем на инородный материал и расходуется гораздо меньше, чем в остальных типах батарей. Отсюда и цена батарей относительно невысока и применяются в туристических наборах невысокой мощности.

Наконец, тонкоплёночные выгодно отличаются от первых трёх по производительности, их КПД достигает 25-процентного показателя, в отличие от 12-17 % первых трёх типов. Изготавливаются они на нескольких американских заводах и предназначены для производства энергии для промышленных предприятий. Особое преимущество их – могут вырабатывать энергию при слабом солнечном освещении, даже в хмурую погоду и зимой. Но очень дорогие.

Оптимальным вариантом для южной полосы России являются монокристаллические солнечные батареи, которые намного дешевле тонкоплёночных и чуть дороже остальных двух. Их с успехом можно применять на параллели Одесса – Ростов-на-Дону – Астрахань – северное побережье Каспийского моря. На таких широтах можно разместить батареи на крыше площадью до 70 квадратных метров и вполне обеспечить потребности всех электрических потребителей в домашнем хозяйстве. Особенно в летнее время.

Компоненты и преимущества солнечных электростанций

Солнечные батареи, о которых было только что сказано, получают от солнца тепловую энергию и вырабатывают постоянный ток. А большинство приборов работают на переменном токе. Для этого в комплекте солнечной электростанции должен быть второй компонент после батареи – это инвертор — прибор, преобразующий постоянный ток в переменный.

Третьим компонентом станции должен быть контроллер (зарядное устройство), который следит за перегрузкой и не допускает обратного тока ночью. Четвёртым важным компонентом является аккумулятор, сохраняющий электроэнергию для ночного времени. Пятым компонентом необходимо иметь автоматическое реле, которое переключает питание потребителей при полной разрядке аккумуляторов на электросеть. И шестым компонентом является электросчётчик для контроля за потреблённой энергией от централизованных сетей.

Простейшую схему солнечной установки вы можете посмотреть на предлагаемой схеме (рис 1).
Преимуществ в ряду источников альтернативной энергетики у солнечных установок тоже предостаточно.

1. Первое и наиболее важное преимущество – простота установки и монтажа. Здесь не надо башню, что-то бетонировать, иметь дело с большой высотой. Достаточно смонтировать на крыше батареи – остальное дело техники. Простота и краткосрочность монтажа намного сокращают и расходы.
2. Отдельные панели дают возможность в любое время добавить к имеющимся ещё несколько батарей для увеличения мощности всей установки, чего нельзя сделать в ветровой энергетике. Здесь можно по мере накопления денег постепенно увеличивать мощность солнечной электростанции до нужной кондиции.
3. Отсутствие вращающихся деталей намного продлевает срок службы установки.
4. Длительный срок эксплуатации даёт возможность пользоваться бесплатной энергией.
5. Совершенно исключается тщательное эксплуатационное обслуживание. Установка работает самостоятельно долгие годы, не требуя ухода.
6. Все компоненты солнечной установки поставляются к месту монтажа в полном комплекте.
7. Для строительства не требуется больших площадей, в индивидуальном строительстве с успехом используются крыши домов.
8. Неисчерпаемый, ежедневно возобновляющийся источник тепловой и электрической энергии.
9. Солнечные установки не мешают ни людям, ни птицам. Они наиболее экологичны в ряду зелёных технологий, бесшумны, безопасны.

Цены агрегатов солнечной установки

Вначале познакомимся ещё с одной схемой солнечной электростанции. Стоимость такой установки в комплекте, вместе с монтажом (под ключ) – 9161 доллар. Заплатил, кто может, и горя не знаешь. Привезут, специалисты смонтируют, подключат, проверят, дадут гарантию. Пользуйся! (см. схему такой установки на рис. 2). Она называется – солнечная электростанция (СЭС-5). Вполне пригодна для частных домов, дачных строений, теплиц. Состоит эта электростанция из 25 батарей, установленных на крыше и средняя производительность её за месяц – 521 квт/час. Если у меня все бытовые приборы и освещение требуют до 10 квт/час в сутки, то такой станции мне вполне достаточно, чтобы всё освещалось, крутилось, работало. Кроме, конечно, отопления. Тут особый разговор.

А если покупать самостоятельно каждый агрегат и каждую батарею в отдельности, то такая установка обойдётся 5158 долларов. Из расчёта, если каждый агрегат стоит:

• одна батарея – 185 долларов, В СЭС-5 их 25 штук (185 х 25 = 4625 долларов).
• инвертор — 69 долларов,
• контроллер (или зарядное устройство) – 25 долларов,
• аккумулятор – 190 долларов,
• автоматическое реле – 33 доллара,
• электросчётчик – 31 доллар.

Итого 5158 долларов. Если умудриться самому установить и смонтировать электростанцию, то можно сэкономить (9161 – 5158) = 4003 доллара.

Таков несложный арифметический расчёт солнечной электростанции. Может быть, придётся прибегнуть к услугам грамотного соседа-электрика и приплюсовать к расходам ещё полтысячи. Таким образом, за 4 с половиной тысячи долларов можно подключить весь дом к солнечной энергии. Но отопление дома в зимнее время такая электростанция не потянет. Надо увеличивать мощность батарей ещё на столько же. Тогда расходов в 9 тысяч долларов никак не миновать.

Но некоторые все же создают солнечные электростанции для себя:

За все время своего существования, человечество изобрело много способов получения электричества. Но если промышленное производство электроэнергии – обычное дело, то для дома – это дорогое удовольствие, до сих пор не получившее массового распространения, особенно на территории России. С чем это связано, что мешает людям пользоваться бесплатной энергией и может ли такая технология заменить традиционную?

• Сфера применения
• Принцип работы системы
• Особенности расчета
• Цена вопроса

Что такое солнечная электростанция

Прежде всего – это бесплатное электричество, а по сути – совокупность устройств, преобразующих энергию солнца в переменный ток. Они используются в качестве альтернативного источника питания зданий, сооружений, бытовых приборов и т. п.

При знакомстве с технологией использования солнечного излучения, создается впечатление, что это очень сложная система. Но после наглядного рассмотрения устройства и принципа работы станции, все становится на свои места. Итак, перечислим основные компоненты:

• солнечные панели;
• контроллер заряда;
• накопительные аккумуляторы;
• инвертор.

Помимо главных составляющих, требуются еще некоторые расходные материалы (разъемы, перемычки, крепления, стеллажи для АКБ и др.). Полный расчет всех составляющих сделает компания, занимающаяся продажей подобного оборудования.

Сфера применения

Если не брать в расчет промышленные установки, то основное применение такие системы находят на личных подсобных хозяйствах:

Принцип работы системы

Солнечные панели поглощают лучи и преобразуют их в постоянный ток, основная часть которого поступает в аккумуляторы. Напрямую от панелей могут быть запитаны лишь небольшие электроприборы (часы, калькуляторы и т. п.).

Контроллер регулирует процесс заряда АКБ, то есть не допускает перезаряда и полного разряда аккумуляторов. Иногда его заменяют на силовой диод, для удешевления конструкции, но тогда будет необходимо постоянно контролировать состояние батарей вручную.

Накопительные аккумуляторы служат основным источником питания всего здания и бытовых приборов. Но напрямую от них могут работать только те устройства, которые имеют блоки питания на 12/24 вольт (компьютерная и радиоэлектронная техника, зарядные устройства и др.).

Следует учитывать, что максимальный срок службы аккумуляторов до 10 лет.

Инверторы преобразуют постоянный ток аккумуляторов в переменный,напряжением 220 вольт. Они необходимы для подключения более мощных устройств (холодильников, стиральных машин, пылесосов).

Плюсы и минусы использования энергии солнца

Принцип работы cолнечных электростанций для дома

Солнечные электростанции имеют определенные преимущества:

• применение панелей возможно в любой местности;
• бесплатный и экологически чистый способ получения электричества;
• система окупается уже через несколько лет;
• достаточно большой срок службы электростанции;
• автономное электроснабжение жилища;
• отсутствие скачков напряжения.

Ну и несколько слов о недостатках:

• отсутствие источника энергии ночью и в пасмурную погоду;
• высокая стоимость станции;
• необходимость периодической очистки панелей от пыли.

Учитывая постоянное подорожание энергоресурсов, преимущества собственной электростанции очевидны. А если установить дополнительные источники получения энергии, например, ветряк, то можно полностью отказаться от централизованной сети.

Особенности расчета

Чтобы сделать расчет полной стоимости солнечной электростанции, прежде всего нужно узнать:

• суточную потребность семьи в электричестве;
• максимальную мощность всех потребителей, включенных одновременно;
• рассчитать, на какое время нужен запас энергии.

Для примера возьмем семью из трех человек, проживающую в частном доме:

Теперь давайте произведем расчет количества компонентов:

• Солнечные панели. Необходимо разделить суточное количество потребляемой энергии в ваттах, на среднее время работы всех приборов за день. То есть 10 000 Вт делим на 8 часов, получаем 1250 Вт/час. В зависимости от производительности панелей (от 150 до 300 Вт) рассчитываем их количество. Если покупаете 250 ватные, тогда 1250 Вт/250 Вт = 5 панелей. Если получается не целое число, то округляем результат в большую сторону.

Чем больше площадь панелей, тем выше их производительность.

• Аккумуляторы. Рассмотрим систему, построенную на 12 вольтовых батареях, емкостью 200Ач. Делим суточное потребление энергии на напряжение, т. е. 10 000 Вт/12В = 833Ач. Теперь для подсчета количества АКБ делим полученный результат на емкость батарей, 833 Ач/200 Ач = 4,1 шт. Как и с панелями округляем значение, получается 5 аккумуляторов.
• Контроллер. Он должен быть соответствующего вольтажа и выдерживать определенную силу тока. Берем мощность всех панелей и делим ее напряжение наших аккумуляторов. То есть, есливыбрали АКБ на 24 вольта, получаем 1250 Вт/24 В = 52 А – такую минимальную силу тока должен выдерживать наш контроллер. Ну и, конечно, нужно брать с запасом, на 60 А.
• Инвертор. Ранее мы уже высчитали общую мощность всех потребителей тока – 2800 Вт или 2,8 кВт. Соответственно минимальная пиковая нагрузка будущего инвертора должна быть не менее 3 кВт, можно больше.
• Если вы же сомневаетесь, что сможете самостоятельно произвести все расчеты, обратитесь за помощью к специалистам.

Цена вопроса

После того как произведен расчет количества составляющих, можно узнать конечную стоимость вашей электростанции. Но в большинстве случаев, компании предлагают покупателям уже готовые комплекты. Стартовая цена солнечных электростанций эконом класса – от 70 т. р., а верхний предел стоимости 300–600 т. р.

Особенности монтажа солнечных систем

С установкой самой простой электростанции может справиться практически любой взрослый человек. Обычно все устройства идут в полном комплекте и снабжаются подробной инструкцией.

Но если речь идет о большом загородном доме, то лучше будет доверить работу опытным мастерам. Чаще всего, для выполнения монтажа на крыше, требуется альпинистское снаряжение. А также помощь электрика, для соединения остальных компонентов.

Как правило, компании, занимающиеся продажей этого оборудования, оказывают услуги по монтажу и дальнейшему обслуживанию систем.

Использование электростанций в мире

В настоящее время самым активным пользователем солнечной энергии является Америка. Например, на территории Канады построен крупнейший промышленный комплекс, мощностью 80 мВт. А 10–15% населения США, уже используют автономные солнечные электростанции в своих частных домах.

В России, солнечная энергетика находится пока в зачаточном состоянии, суммарная мощность всех используемых станций составляет всего 5 мВт. Но постепенно, доля альтернативной энергии в нашей стране все же увеличивается. Начинают развиваться производства солнечных технологий, а население, задумываясь об экономии, приобретает небольшие домашние электростанции. И судя по еще редким отзывам пользователей солнечных решений, альтернативную энергию ждет светлое будущее.

Автономные электростанции использующии энергию солнца

ООО «Солнечные технологии» разрабатывает, изготавливает и осуществляет поставки энергоэффективных автономных комплексов, использующих возобновляемый источников энергии - энергию солнца. ООО «Солнечные технологии» выполняет проектные работы и обеспечивает гарантийное и послегарантийное обслуживание.

Электрическая мощность комплексов может составлять от сотен Вт до десятков кВт. Комплексы имеют встроенные программируемые микропроцессоры и могут быть дополнены системой дистанционного управления, диагностики и работать совместно со специализированной аппаратурой.

Назначение комплекса:

Обеспечение внутриподъездного домового и уличного освещения.

Если Вы посещаете дачу в весеннее–летний период применение солнечных батарей представляется более рациональным. Солнечная активность наиболее высока.

Приведем несколько примеров.

СЭ-10 (Освещение беседки, питание сигнализации, зарядка сотового телефона)

Состав: 1. Солнечная батарея 10Вт/12В – 1шт. 3. АКБ 7А.ч./12В – 1шт. Стоимость за комплект – 3500 руб. Этот комплект обеспечивает: 3. С ветодиодного светильника 4. Подзарядка автомобильного аккумулятора

СЭ-60 (Освещение беседки, питание сигнализации, зарядка сотового телефона, питание телевизора)

Состав: 1. Солнечная батарея 60Вт/12В – 1шт. 2. Контролер заряда10А/12В – 1шт. 3. АКБ 28А.ч./12В – 1шт. Стоимость за комплект – 10500 руб. Этот комплект обеспечивает работу: 1. Автомобильного телевизора (12В) 2. Зарядку мобильного телефона 3. С ветодиодного светильника 4. Зарядка автомобильного аккумулятора 5. Возможно подключение инвертора 12В/220В

Солнечная электростанция для небольшого дома СЭ-100 (Освещение беседки, питание сигнализации, зарядка сотового телефона, питание телевизора)

	Состав: 1. Солнечная батарея 100Вт/12В – 1шт. 2. Инвертор 400Вт/12В – 1шт. 3. Контроллер заряда 10А/12В– 1шт. 4. АКБ 65А.ч./12В – 1шт. Стоимость за комплект – 21000 руб. 2.Энергосберегающих ламп. 3.Зарядку ноутбука
Суммарная нагрузка подключаемых одновременно электроприборов не должна превышать 300Вт. (зависит от мощности инвертора)

Солнечная электростанция для небольшого дома СЭ-500 (Освещение беседки, питание сигнализации, питание небольшого холодильника, зарядка сотового телефона, питание телевизора, ноутбука)

	Состав: 1. Солнечная батарея 230Вт/24В – 2шт. 2. Инвертор 2000Вт/24В – 1шт. 3. Контроллер заряда 20А/24В – 1 шт. 4. АКБ 65А.ч./12В – 2шт. Стоимость за комплект – 75800 руб. Этот комплект обеспечивает автономную работу: 1.Домашних бытовых электроприборов 2.Энергосберегающих ламп. 3.Зарядку ноутбука 4.Небольшого холодильника
Суммарная нагрузка подключаемых одновременно электроприборов не должна превышать 2000Вт. (зависит от мощности инвертора) Солнечная электростанция для небольшого дома СЭ-700 (Освещение беседки, питание сигнализации, питание небольшого холодильника, зарядка сотового телефона, питание телевизора, ноутбука) Состав: 1. Солнечная батарея 230Вт/24В – 3шт. 2. Контролер заряда30А/24В – 1шт. 3. Инвертор 2000ВА/1500Вт/24В – 1шт. 4. АКБ 200А.ч./12В – 2шт. или АКБ 100А.ч./12В – 4шт. Стоимость за комплект – 127200 руб. Этот комплект обеспечивает автономную работу: 1.Домашних бытовых электроприборов 2.Энергосберегающих ламп. 3.Зарядку ноутбука 4.Холодильника 5. Электроинструмента Суммарная нагрузка подключаемых одновременно электроприборов не должна превышать 1500Вт. (зависит от мощности инвертора) Монтажные работы по установке и подключению систем от 15000 руб.
СЭС-2000. Солнечная электростанция для дома, коттеджа и т.д. Предназначена для работы домашних бытовых электроприборов, холодильника, глубинных насосов, освещение территории и т.д. Состав: 1. Солнечная батарея 230Вт/24В – 8шт. 2. Контролер заряда MPPT 60А/24В – 1шт. 3. Инвертор 6000Вт/48В – 1шт. 4. АКБ 100А.ч./12В – 8шт. 5.Шкаф под оборудование – 1шт. 6.Автоматика управления и защиты цепей, кабеля, перемычки – 1шт. Стоимость за комплект – 427200 руб. Этот комплект обеспечивает автономную работу: 1.Домашних бытовых электроприборов 2.Энергосберегающих ламп. 3.Зарядку ноутбука 4.Холодильника 5.Электроинструмента 6.Глубинного насоса Монтажные работы по установке и подключению систем от 30000 руб.

СЭС-1000. Энергосберегающая солнечная электростанции применяется для энергосбережения на объектах жилищно-коммунального хозяйства, например для освещения подъездов жилых зданий, и тд . Предназначена для работы освещения в составе со светодиодными светильниками.

Состав: 1. Солнечная батарея 240Вт/24В –4шт. 2. Автоматизированный блок управления с контролером заряда –1шт. 3.Инвертор 2000ВА –1шт. 4.АКБ 100А/ч/12В –4шт. 5.Шкаф для оборудования –1шт. 6.Светодиодные светильники 8Вт –80шт. 7.Каркас крепежный солнечных батарей –1шт. Возможен монтаж или шеф монтаж. Комплектация солнечных электростанций имеет различное исполнение в зависимости от мощности потребителя и требования заказчика.

СЭАОС-100 Применение автономных и энергосберегающих осветительных систем.

Автономное освещение парков, автомобильных дорог 3-категории.

В рамках проводимой в стране компании по энергосбережению и обеспечению электроэнергией отдаленных районов целесообразно применить эти системы для освещения улиц и дорог, а также территорий прилегающих к приусадебным участкам. Благодаря использованию автономных систем освещения – можно увеличить экономию электроэнергии до 90%. Характеристики: Автономная осветительная система (АОС) – обеспечивает независимое от наличия внешней сети освещение дворов, улиц, дорог и прилегающих территорий. В качестве источника света используются энергосберегающие светильники. В состав автономной осветительной системы входит солнечная батарея, контролер заряда/разряда и аккумулятора. Оборудование размещается в железном корпусе на столбе. Типовые технические характеристики АОС: Номинальная мощность,30/60 Вт Количество электросветильников, 1 или 2 шт. Рабочая температура,от минус 20 °С до +60 °С Время автономной работы, от 10 ч до 30 ч Стоимость комплекса (АОС) составляет от 35000руб.

Режим работы автономной системы запрограммирован следующим образом: 1. В дневное время происходит накопление электроэнергии в АКБ от солнечных батарей через контроллер заряда/разряда. При этом датчик освещения запрещает включение осветительного прибора. 2. С наступлением сумерек датчик освещения даёт разрешение на включение системы

Каркасные конструкции для солнечных батарей

Пример каркасной конструкции.