Солнечные электростанции: какие они бывают, как устроены и принцип их работы

Шаг 3: Выбор панелей

О том как правильно выбирать солнечных батарей в блоге магазина MyWatt есть отдельная статья, поэтому останавливаться на этом долго не будем. Рассматривать будем только  монокристаллические или поликристаллические, а аморфные и прочие тонкопленочные панели рассматривать не будем, в виду их быстрой деградации – потери мощности.

Основные отличия моно и поли:

Монокристаллические панели дороже и эффективнее, чем поликристаллические панели. Но в целом эффективность отличается незначительно, она зависит не только от типа ячейки, но и от качества самих ячеек и добросовестности производителя.

Характеристики солнечных панелей, как правило, приводятся к стандартным условиям испытаний (STC):

• освещенность = 1 кВт/м2;
• воздушная масса (AM) – 1,5;
• температура – 25°C.

Как самостоятельно рассчитать мощность солнечных батарей?

Мощность солнечных батарей должна выбираться таким образом, чтобы потребляемая мощность нашими электроприборами, была восполнена обратно. Иными словами – сколько взяли, столько и нужно отдать + потери на преобразование, а также собственное потребления инвертора с контроллером заряда.

В связи с тем, что солнечный свет в течение дня поступает непостоянно и с разной интенсивностью, нельзя знать сколько выработает та или иная панель сегодня, но исходя их статистических данных это можно предположить достаточно точно.

Например, для средней полосы России в летнее время хорошим показателем считается если каждый 1 Ватт солнечной батареи выработал 6Вт*ч за световой день, но если рассматривать пасмурный, дождливый день этот показатель может быть в несколько раз меньше, поэтому при расчетах учтем этот факт и вместо 6Вт*ч, подставим 3Вт*ч.

Итак, наше потребление в Ватт-часах, с учетом КПД составило 32,5Ач * 12В = 390Вт*ч, разделим на 3Вт*ч и получим мощность солнечной батареи 130Вт, если у Вас получается не целое число – округляйте вверх.

Зимой и в весенне — осенний период запас по мощности требуется делать значительно больше, поскольку световой день короче — солнце находится над горизонтом меньше времени.

Как работает солнечная электростанция

Функционирование таких систем основано на принципе фотоэлектрического эффекта. Заключается он в следующем:

• поток фотонов падает на поверхности солнечных панелей;
• свет определенной длины волны – в основном видимое и отчасти УФ и ИК излучение – поглощается слоем кремния или редкоземельных материалов;
• в рабочем слое ячеек возникает так называемая p/n-проводимость, в результате которой фотоны выбивают из атомов полупроводника свободные электроны;
• их поток представляет собой постоянный электрический ток, который по токопроводящим дорожкам направляется в инвертор;
• оттуда к потребляющим устройствам и АКБ направляется переменный ток напряжением 220V, использующийся с различными целями.

В автономных солнечных электростанциях вся сгенерированная энергия остается в системе. Часть ее идет на потребление, питая разнообразные электроприборы, светильники и прочее электрическое оборудование. Другая часть накапливается в АКБ, чтобы поддерживать потребление на том же уровне в ночное время суток и при пасмурной погоде. Сколько будет стоить такая солнечная электростанция, зависит от потребностей владельцев. Для загородного дома оптимальной будет СЭС на 10-20 кВт. На временно посещаемой даче может оказаться достаточно и 3-5 кВт.

Задача сетевых вариантов СЭС несколько иная. Как работает сетевая солнечная электростанция? Она подключена к централизованным электросетям, а ее схема содержит мульти тарифный счетчик. Это позволяет как получать часть недостающей энергии из сети, так и продавать излишки генерации государству по зафиксированным законодательством «зеленым тарифам». Поскольку последние в Украине достаточно высоки, владельцы таких СЭС стремятся установить максимально возможные мощности, приносящие высокую прибыль. АКБ в подобных системах не предусмотрены.

Гибридный тип солнечных электростанций объединяет в себе возможности первого и второго класса СЭС. Такие установки могут работать автономно либо в режиме получения/отдачи электроэнергии из внешних сетей. Для них удельная цена киловатта мощности максимальна, поскольку конструкция должна включать все основные элементы, необходимые для первых и вторых разновидностей станций.

Особенности аэростатных электростанций

Важнейший фактор, сдерживающий развитие данного направления, заключается в проблеме наиболее оптимального места, где можно разместить солнечную электростанцию.

Солнечное излучение, попадающее на земную поверхность, выдает мощность примерно 1 кВт на 1 м2 при условии ясной безоблачной погоды. Следовательно, для солнечных электростанций с их довольно низким КПД, потребуются огромные площади в несколько десятков квадратных километров. Кроме того, такие площадки должны иметь ровную поверхность, быть свободными от хозяйственной деятельности, обеспечивать свободный доступ для ремонта и обслуживание систем.

В настоящее время найти такую площадку практически невозможно. Теоретически для этих целей подходят моря и океаны, однако сами конструкции солнечных электростанций совершенно не годятся для размещения на морских водных поверхностях.

Данная проблема получила удачное разрешение после того как была создана аэростатная солнечная электростанция. Эти установки, оборудованные паровыми турбинами, действуют следующим образом. Поверхность аэростатного баллона поглощает солнечные лучи, которые разогревают водяной пар, находящийся внутри. Вся площадь аэростата покрывается современными селективными материалами с высокой степенью поглощения. Даже неконцентрированные солнечные лучи способны произвести нагрев до температуры 200 градусов и выше.

Оболочка аэростатного баллона изготовлена из двух слоев. Внешняя сделана из прозрачного материала и способна пропускать солнечные лучи. Внутреннюю оболочку покрывает поглощающий селективный слой, разогреваемый солнечными лучами до 160-180 градусов. Воздушная прослойка между оболочками выполняет функцию изолятора, снижающего тепловые потери.

Внутри баллона пар разогревается до 120-150 градусов, а внутреннее давление соответствует атмосферному. Нагретый пар подается в гибкий трубопровод и далее попадает внутрь паровой турбины. Пройдя через нее, он собирается в конденсаторе, откуда в виде воды с помощью насоса вновь закачивается в баллон. Здесь вода вступает в контакт с паром, и сама превращается в пар.

Основное преимущество аэростатных установок заключается в обеспечении работы паровой турбины в ночное время за счет запасов пара внутри аэростата. Работа ночью приводит к снижению подъемной силы аэростата примерно на 15%, что не нарушает его общего положения в воздухе и не влияет на последующую производительность. Недостаток пара восполняется днем за счет его генерации под действием солнечного излучения.

Выбор и установка компонентов

Перед тем как собрать солнечную электростанцию, необходимо предварительно рассчитать ее параметры, с целью правильного выбора деталей.

В первую очередь определяется количество солнечных панелей. Для этого нужно точно установить степень инсоляции для данной местности. Ее показатель представляет собой количество солнечной энергии, попадающей на поверхность земли, измеряемой в ваттах на 1 м2. Инсоляцию рекомендуется указывать помесячно, так как в разное время года она будет совершенно разной. При расчетах следует ориентироваться на самые низкие показатели.

Далее расчет солнечной электростанции состоит в определении ежемесячной потребности в электроэнергии. При использовании автономной системы следует учитывать, насколько эффективно накапливается электроэнергия и насколько экономно она используется. Низкое энергопотребление позволит обойтись меньшим количеством гелиопанелей и сэкономить при этом значительные средства.

Любая домашняя солнечная электростанция будет работать намного эффективнее, если солнечные панели установлены в наиболее оптимальное положение. Максимальный КПД достигается за счет угла в 90 градусов, под которым солнечные лучи падают на панель. Решение этой задачи достаточно сложное, поскольку солнце постоянно изменяет свое местоположение.

Проблема может быть решена за счет динамичной установки, когда панели поворачиваются за солнцем при помощи сервопривода. При таком варианте удается получить электроэнергии на 50% больше, чем в стационарном положении. Однако и неподвижная установка приносит положительные результаты, если выбран наиболее оптимальный угол, обеспечивающий максимальный сбор солнечных лучей. Также мощность установки можно повысить путем совместного использования ветрогенератора.

Выбор других деталей системы

Важным компонентом электростанции является аккумулятор, накапливающий полученную энергию. В дальнейшем, она используется в ночное время, когда отсутствует солнечный свет. Помимо основной функции, АКБ осуществляют сглаживание электроэнергии, поступающей неравномерно.

При покупке следует учитывать, что электрический ток, который выдает солнечная электростанция для дома, не должен превышать более чем на 10% номинальную емкость кислотных батарей. Для щелочных аккумуляторов этот показатель составляет 30%. Кроме того, нужно учитывать саморазряд батареи. Чтобы АКБ находилась в исправном состоянии, ей требуется периодическая подзарядка.

На работу аккумулятора оказывает влияние правильный выбор контроллера, управляющего процессами зарядки-разрядки. Современные приборы типа МРРТ проводят слежение за точками максимальной мощности, что позволяет создавать запасы энергии даже при слабом освещении.

Выбирая инвертор, перед тем как собрать всю схему, нужно обращать внимание на то, чтобы искажения синусоидального сигнала не превышали 3%. Изменения амплитуды напряжения при включении нагрузки должны быть не более 10%

Качественный прибор выполняет преобразование постоянного и переменного тока. Он обеспечивается защитой от коротких замыканий и запасом по перегрузке. Схема электроснабжения обычно предусматривает питание разных групп потребителей от собственных инверторов.

Шаг 4: Выбор контроллера заряда для солнечных батарей

Контроллер представляет собой устройство, которое помещается между солнечной панелью и аккумулятором. Он регулирует напряжение и ток, приходящий от солнечных панелей для поддержания надлежащего качества зарядки аккумуляторных батарей.

Чаще всего используют 12-вольтовые аккумуляторы, однако солнечные панели могут вырабатывать гораздо большее напряжение, чем требуется для зарядки аккумуляторов. Контроллер заряда фактически преобразует лишнее напряжение в ток, тем самым уменьшая время, необходимое для полной зарядки аккумуляторных батарей. Это позволяет солнечным батареям быть достаточно эффективными в любой момент дня.

Типы контроллеров заряда:

1. Вкл./Выкл. (ON/OFF);
2. ШИМ — широтно — импульсная модуляция (PWM — pulse-width modulation);
3. ТММ — слежение за точкой максимальной мощности (MPPT — Maximum power point tracker).

Рекомендуем Вам отказаться от контроллера заряда Вкл./Выкл. (ON/OFF), так как это наименее эффективный контроллер. ТММ (MPPT) контроллеры имеют самую высокую эффективность, но цена на них выше. Таким образом, мы рекомендуем Вам использовать либо ШИМ (PWM), либо ТММ (MPPT) контроллеры, в зависимости от того, какими финансами вы оперируете.

Параметры контроллера заряда:

• Так как наша система рассчитана на 12В, контроллер заряда также должен поддерживать 12В;
• Контроллер заряда выбирается по мощности солнечных батарей, для каждого контроллера в паспорте указывается максимальная мощность, которую к нему можно подключить. Для данной системы 12В на 130Вт прекрасно подойдет контроллер на 10А;
• Если Вы хотите получать максимум энергии — выбирайте MPPT контроллер заряда, а если Вы хотите снизить стоимость системы, выбирайте ШИМ (PWM) контроллер заряда, но желательно проверенного производителя.

Как работает солнечная электростанция

Первые солнечные электростанции появились в США, хотя идея их создания принадлежала советскому инженеру Н. В. Линицкому. Принцип работы солнечных генераторов прост: энергия Солнца преобразуется фотоэлементами батарей в солнечное излучение, передаваемое к контролеру заряда. Постоянный ток передается на инвертор, а там, преобразуясь в переменный 220 В, идет в электрическую сеть жилища. Батареи соединены в цепь, образуя систему автономной солнечной электростанции. Избыток энергии направляется в коммунальные электросети. При нехватке энергии ее восполняют из коммунальной сети, поддерживая таким образом стабильный режим напряжения и силы тока.

Гибридная электростанция на солнечных батареях

Гибридный тип СЭС представляет собой комбинацию автономной и сетевой станций. Их цена на единицу генерирующей мощности максимальна, но окупается расширенными возможностями.

Наличие, кроме панелей и АКБ, гибридного инвертора – дает такой установке следующие преимущества:

• возможность максимально экономить потребление платной энергии;
• работать полностью автономно при отключении электроэнергии в централизованной сети; 
• мгновенно и автоматически переключаться между режимами функционирования – автономным, сетевым или смешанным;
• при избыточной генерации – часть э/э можно сливать в центральную сеть и, таким образом, окупить часть инвестиций.

Единственным недостатком такой СЭС является сравнительно высокая стоимость – до 1 миллиона рублей за мощность солнечной электростанции в 10 кВт.

Аккумуляторы

Автономная солнечная электростанция потребует аккумуляторную батарею.

Для того, чтобы приборы служили дольше, следует соблюдать ряд правил.

• Хранение производится в заряженном виде. Особенно на морозе.
• Не нагревать более 30 градусов C.
• Заряжать на 15 %, а разряжать не ниже 50 %, как правило.

• Генератор из асинхронного двигателя: схема, таблица, инструкция, как сделать своими руками + фото от мастера!

• Солнечная батарея своими руками — пошаговая инструкция как изготовить и провести монтаж солнечной батареи в домашних условиях (фото и видео-инструкция)

• Солнечные коллекторы для отопления дома: преимущества, недостатки, мифы, правда и отзывы владельцев (130 фото + видео)

Предпочтительнее оказываются гелевые аккумуляторы. Их параметры: напряжение 24 В и емкость до 200 Ач (два, соединенных последовательно).

Виды солнечных батарей

Если вы собираетесь купить солнечные батареи для дома, стоимость комплекта напрямую зависит от того, на что рассчитана система:

• небольшие солнечные панели 50-300 Вт*ч предназначены для обслуживания небольших приборов вроде телефона или радио, а также для освещения. Такой мощности вполне достаточно, чтобы обеспечить домик для гостей энергией на выходные. Стоимость установки около 20000-70000 рублей;
• системы мощностью 500-1000 Вт*ч подойдут для постоянного использования, но при этом требуется уменьшить время эксплуатации приборов с высоким потреблением энергии: телевизора, электроплиты и т.п. Такие установки могут выступать в качестве постоянных источников в небольших домах. Стоимость до 200 тыс. рублей;
• солнечные электростанции с 2-3 кВт мощности подойдут для круглогодичного проживания семьи, но для надежности поступления энергии зимой рекомендуется устанавливать вспомогательные источники, например, генераторы на жидком топливе. Стоимость до 600 тыс. рублей.
• мощные солнечные генераторы стоимостью до 900 тыс. рублей предназначены исключительно в качестве самостоятельных источников. Вырабатывают более 5,4 кВт, могут обеспечивать также отопление и нагрев воды. В зимнее время рекомендуется использование альтернативных видов энергии: генераторы на дизеле или энергии ветра, так как солнечной (тепловой) энергии, как правило, недостаточно.

Если вы не проживаете в загородном доме постоянно, рекомендуется не покупать мощные солнечные электростанции. Аккумуляторы будут быстро накапливать энергию в ваше отсутствие, а все остальное время установка будет простаивать.

Главное правильно подобрать

Для домашнего пользования нужна именно та схема солнечной электростанции, которая подходит под конкретный тип задач, поэтому если вы уже точно решили сделать её у себя дома, то не поленитесь и прочитайте дальше.

Электричества на участке нет вообще

Можно реализовать хорошую схему автономной СЭС.

В дневное время модули накапливают электроэнергию. Можно параллельно и заряжать батареи и пользоваться электричеством по дому. Для повседневного применения в цепи применен инвертор (преобразователь) постоянного тока от батарей в переменный для домашних приборов.

В этом варианте необходим контроллер заряда. Тогда вся система будет работать более эффективно. С его помощью отслеживаются точки максимальной мощности. На практике это приводит к накоплению энергии в аккумуляторах даже в режиме недостаточной освещенности.

В этой схеме также применен дизель-генератор для подзарядки аккумуляторов. Зависит от того как собрать схему.

Централизованная сеть подается с перерывами

Возможен вариант, когда в вашем районе есть централизованная подача электричества, но мощностей местных сетей не хватает, и происходят частые долговременные отключения электропитания. Тогда, если необходимо иметь дома свет встает задача собрать солнечную электростанцию, можно применить гибридную СЭС. Она будет дополнять существующую городскую сеть.

В ней повторяется принцип автономной ЭС, но он дополнен гибридным инвертором, настроенным на использование гелиоэнергии. Такие как МАП серии Hybrid и Dominator. Такая установка максимально независима от городской электросети, так как приоритет отдается применению энергии солнца.

Высокий тариф на электроэнергию

Основная задача построения такой схемы, экономить центральную электроэнергию.

Как видно из рисунка из общей системы исключены аккумуляторы. Такой принцип работы быстро окупается за счет экономии сетевого электропитания.

Это основные схемы применения солнечных панелей. Все варианты того как работает солнечная электростанция и с помощью каких решений, могут дополняться другими конструктивными элементами.

Как работают СЭС

Принцип работы модулей основан на явлении внутреннего фотоэффекта. Под действием света в полупроводниках образуются свободные носители заряда – «дырки» и электроны – под действием электрических полей начинающие упорядочено двигаться. Это и есть постоянный ток.

Схема работы станции 10 кВт такова: в ясную солнечную погоду электроснабжение здания осуществляется от солнечных батарей. Счетчик электроэнергии в это время стоит, так как потребление энергии из общей сети прекращается. Если же освещенности для выработки тока недостаточно, потребление из общей сети возобновляется.

Переключение автономной сети с одного источника питания на другой в автоматическом режиме осуществляет сетевой инвертор. Основное его назначение – преобразование постоянного тока в ток переменный, с теми же характеристиками (частотой и действующим напряжением).

Автономная солнечная электростанция

Как следует из названия, СЭС данного типа полностью автономны и независимы от внешних централизованных источников питания.

Небольшие по размеру мобильные комплексы очень популярны у автотуристов и любителей активного отдыха, практикующих многодневные пешие походы или плавание по рекам. Более крупные станции чаще всего устанавливаются на дачах и крышах частных домов, где подключение к центральной энергосети невозможно или нецелесообразно.

Что входит в комплект автономной солнечной электростанции

Базовыми составляющими СЭС автономного типа служат:

• набор фотоэлектрических панелей – трансформируют солнечное излучение в электричество;
• инвертор – преобразовывает постоянный ток в переменный с напряжением в 220 вольт;
• аккумуляторные батареи – накапливают и сохраняют излишки генерации для последующего питания устройств дома;
• контроллер заряда – регулирующий заряд/разряд АКБ;
• периферия – вспомогательные элементы системы, включая электронику, крепеж, переходники, кабели и т.д.

Мини солнечная электростанция

Представляет собой небольшой по размеру и весу комплект, обладающий высокой мобильностью. Как правило, элементы размещаются в едином корпусе, исполняемом в виде раскладного пояса или чемоданчика. Возможен вариант изготовления отдельной панели с выходными кабелями – например, для зарядки автомобильных аккумуляторов. Мощность — порядка 20-100 Вт для носимых моделей и 200-900 Вт – для транспортируемых в автомобиле. 2

Автономная солнечная электростанция для дома и дачи

Является полноценной системой для выработки электроэнергии сравнительно небольшой мощности – чаще всего 1 – 10 кВт. На первый взгляд это немного. Но даже один киловатт мощности летом на даче сможет обеспечить на протяжении суток работу:

• холодильника – круглосуточно;
• десятка LED ламп, ноутбука и пяти зарядных устройств – 5 часов;
• телевизора – 3 часа;
• электроплиты – 1 час;
• чайника и микроволновки – по 15 минут.

Аэростатные станции

Поднимаясь на определенную высоту и концентрируя солнечную энергию с помощью специального отражающего купола, передают ее в термопреобразователь, а затем вниз в форме электричества. Такой способ относительно дешевый, но малоэффективен.

Преимущества солнечных электростанций состоят в том, что солнечные панели долговечны. По разным подсчетам срок их службы составляет от 10 до 50 лет. Свет они улавливают даже в пасмурные дни.

Произведенное электричество заряжает специальные аккумуляторы, которые отдадут вам его обратно в темное время суток, когда батареи бездействуют. Не требуется дополнительного обслуживания и закупок топлива как в случае с бензиновым генератором.

Также очевидным плюсом является то, что вам не придется за эту электроэнергию платить. Теперь нет необходимости зависеть от стандартных поставок электроэнергии. В случае сбоев с электричеством, у вас всегда будет надежная альтернатива.

Схема сборки солнечной электросистемы

Подключение солнечных панелей осуществляется посредством задействования встроенных соединительных проводов сечением в 4 мм2. Лучше всего для этой цели подходят одножильные медные провода, изоляционная оплетка которых устойчива к ультрафиолетовому излучению.

В случае использования провода, изоляция которого не устойчива к воздействию УФ-лучей, его наружную прокладку рекомендуется выполнять гофрорукаве.

Конец каждого провода соединен с разъемом стандарта МС4 посредством пайки или обжима, благодаря чему обеспечивается герметичное соединение

Независимо от выбранной схемы перед подключением солнечных панелей в обязательном порядке необходимо проверить правильность электромонтажа.

При подключении панелей не рекомендуется превышать технические требования по допустимому току и максимальному напряжению других устройств

Важно придерживаться указанных производителем технических требований контроллера заряда и инвертора

Стандартная схема сборки самой простой солнечной электростанции выглядит следующим образом.

Схема подключения панелей к аккумулятору, инвертору и контроллеру имеет простое исполнение, а потому особых сложностей в подключении не вызывает

Чтобы избежать поломки контроллера, при подключении элементов системы важно соблюдать последовательность. Монтажные работы выполняют в несколько этапов:

Монтажные работы выполняют в несколько этапов:

1. Аккумулятор подключают к контроллеру, задействуя для этого соответствующие разъемы и не забывая соблюдать полярность.
2. К контроллеру через разъемы при соблюдении все той же полярности присоединяют солнечную батарею.
3. К разъемам контроллера подключают нагрузку в 12 В.
4. Если необходимо преобразовать электрическое напряжение с 12 до 220 В, то в схему включают инвертор. Его подключают только к аккумулятору и ни в коем случае не напрямую к контроллеру.
5. К свободному выходу инвертора подключают электроприборы, рассчитанные на напряжение в 220 В.

Выполнив соединение, нужно проверить полярность и измерить напряжение холостого хода панелей. Если показатель отличается от паспортного значения – соединение выполнено неправильно.

Для подключения устройства к системе нет необходимости вскрывать распаечную монтажную коробку – все соединительные разъемы расположены в доступности

На завершающем этапе солнечную батарею необходимо заземлить. Чтобы минимизировать вероятность короткого замыкания, в местах соединения между аккумулятором, инвертором и контроллером устанавливают предохранители.

Энергия солнечных электростанций найдет применение в питании маломощных бытовых приборов и в зарядке аккумуляторов мобильной техники:

Галерея изображений

Фото из

Энергосберегающие светильники в интерьере

Уличное освещение на солнечных батареях

Обеспечение работы ж/к телевизора

Зарядка аккумуляторов мобильных устройств

Желающим соорудить солнечную батарею собственноручно поможет информация, приведенная в следующей статье.

Комбинированные СЭС

Уже из названия понятно, что комбинированные СЭС совмещают в себе разные типы гелиостанций. Часто сочетают между собой солнечные батареи и концентраторы – тарельчатые или параболические. Кроме производства энергии на солнечных электростанциях предусмотрена возможность обеспечения населения горячей водой. Ее нагрев осуществляют за счет дополнительно установленных теплообменных конструкций.

Разнообразие видов солнечных электростанций только подтверждает, что сегодня они активно развиваются. В связи с этим крупные компании продолжают вкладывать в строительство таких установок серьезные инвестиции. Гелиостанции окупают себя за несколько лет и остаются рентабельными в отличие от ископаемых ресурсов, цены на которые постепенно растут.

Кому подойдет домашняя солнечная электростанция

1. Тем, у кого на участке нет электричества. Солнечные батареи смогут автономно обеспечивать объект электроэнергией. В качестве альтернативы также можно рассматривать ветряк (для которого должна быть соответствующая роза ветров) или дизельный генератор (который не очень удобен в эксплуатации и неэкономичен).
2. Также солнечную станцию можно рассматривать как инвестицию, чтобы на фоне постоянно растущих тарифов в будущем меньше платить за электроэнергию. К тому же срок службы батарей очень большой, а солнце светит всегда.
3. И последний вариант — всем, кто хочет заработать. В Украине существует закон о зеленом тарифе, согласно которому государство выкупает выработанную электроэнергию с помощью альтернативных источников энергии по особой цене.

Сетевая солнечная электростанция

Установка станции сетевого типа преследует цель совместить использование электроэнергии из централизованной сети и выработанной панелями. Для домохозяйств, где основное потребление э/э приходиться на светлое время суток это хороший вариант экономии и возможность заработать на солнце на «зеленом тарифе». Согласно принятым в России нормам, в определенных случаях часть выработанной энергии сетевыми СЭС мощностью до 15 кВт можно продавать государству. Наконец, установка такого типа является наиболее дешевой, поскольку дорогостоящие аккумуляторы  и контроллер заряда для сетевой солнечной электростанции не используются.

Схема работы сетевой СЭС

Состав комплекта:

• панели – могут соединяться параллельно, последовательно или комбинированно;
• сетевой инвертор – преобразовывает ток DC/AC, направляет электроэнергию на потребляющие устройства и/или во внешнюю сеть;
• двунаправленный счетчик – ведет учет полученной и отправленной в сеть энергии;
• периферия – в большинстве, аналогичная автономной станции.

Комплектующие для солнечной электростанции

Для надежной и экономной работы СЭС придется приобрести полный комплект оборудования. Минимальный набор включает в себя:

• солнечные фотомодули;
• инвертор;
• аккумулятор (или аккумуляторная батарея АКБ);
• контроллер.

Кроме того, понадобится периферия – соединительные кабели, разъемы, промежуточные предохранители, электроника для управления и контроля и двунаправленный счетчик для сетевых и гибридных солнечных электростанций.

Солнечные фотомодули

Специалисты различают четыре категории элементов фотовольтаики:

1. Кремниевые монокристаллические.
2. Кремниевые поликристаллические.
3. На основе аморфного кремния.
4. На базе пленок из комбинаций редкоземельных элементов.

Наивысший КПД имеют панели 1-го типа (до 22%). Наивысшая эффективность и годовая выработка, за счет способности извлекать энергию даже из слабого или рассеянного света, принадлежит последнему типу (средний КПД – 17%).

Для поликристаллических элементов применяется кремниевый расплав. Характерная особенность модулей – ярко синий оттенок. Фотоэлементы из поликристаллов обойдут дешевле, чем монокристаллические варианты, но их КПД составляет всего 15-18 % при аналогичной эффективности светового поглощения.

У тонкопленочных панелей на базе теллурида кадмия нет равных в уровне производительности. Этот полупроводник способен извлекать энергию из всего спектра излучения – ультрафиолетового, видимого и инфракрасного. Поэтому такие панели можно монтировать на более затененных участках и при больших углах наклона. Общая эффективность использования таких модулей при одинаковой мощности на 20 % превышает кремниевые аналоги.

Инвертор

Инвертор – это основной элемент СЭС, задача которого состоит в преобразовании постоянного тока от фотоэлектрических панелей в переменный, необходимый для работы электронных приборов. При выборе устройства важна его мощность и надежность. Мониторить работу прибора можно удаленно – с помощью компьютера, ноутбука или смартфона.

Инвертор для солнечной электростанции также контролирует работу аккумуляторов, не допуская так называемой обратной разрядки. Это увеличивает срок службы АКБ. Устройство защищает всю остальную технику от перепадов напряжения и перегрузок, которые возникают при запуске оборудования.

Инверторы бывают сетевыми и не сетевыми. Первый вариант передает ток от фотоэлементов сразу в сеть без «посредников», поэтому оборудование достаточно дорогое. Не сетевые инверторы работают в комплекте с аккумуляторами.

Аккумуляторы

Сейчас активно используют две разновидности АКБ – железно-никелевые и свинцово-кислотные. Аккумуляторы на базе свинцовых пластин подразделяют на абсорбирующие, гелевые и тяговые разновидности. Каждому виду присущи свои характеристики, требования к эксплуатации и стоимость. Для систем СЭС большой производительности лучше всего подходят дорогостоящие, но долговечные АКБ. В электростанциях средней ценовой категории рекомендуются гелевые варианты. Самый дешевый, но недолговечный выбор – свинцово-кислотные автомобильные накопители энергии.

Контроллер заряда

Между аккумулятором и солнечной панелью располагается контроллер. Наиболее распространенными являются МРРТ и ШИМ устройства. Отличительной особенностью первого варианта является возможность поиска точки оптимальной мощности, тогда как ШИМ-контроллеры только поддерживают постоянное напряжение заряда АКБ.

Ассортимент выбора этих устройств достаточно разнообразный – от простых элементов, автоматически отключающих и включающих панели, до сложных приборов с функцией увеличения показателей при низкой инсоляции. Когда аккумулятор полностью заряжается, контроллер снижает напряжение, чтобы предотвратить перезарядку.

altenergiya.ru, teplo.guru, greentechtrade.com.ua, mywatt.ru, www.gigavat.com, sovets24.ru

Установка фотоэлементов

Устанавливаются они по специальной методике:

• для увеличения производительности выставляется под углом 90 градусов к падающим лучам поверхность блоков;
• допустимая погрешность (учитывая, что Светило движется) от перпендикулярного положения не может превышать 15 градусов;
• при всесезонном пользовании электростанцией, необходимо угол выставить относительно широты в столько же градусов, но со знаком «+», т.е. +15 градусов;
• если предполагается пользоваться станцией только в жаркое время, отталкиваются от значения угла в – 15 градусов.

• Только, установив солнечную батарею под углом в 90 градусов к падающим лучам, можно рассчитывать на максимальную эффективность. Увеличить отдачу до полутора раз возможно, если батарею солнечную закрепить на поворотном устройстве, способном двигаться вслед за перемещением Солнца. Способ рассчитан на небольшие конструкции.

Как рассчитать мощность электростанции на солнечных батареях

Оттолкнуться нужно от того, сколько электроэнергии вам нужно для нормального функционирования здания. Самый простой способ — выписать все эл. приборы, которые вы планируете использовать, время их работы и потребляемую мощность.

Пример:

• Холодильник: 100Вт – 24ч – 2400Вт
• Освещение: 100Вт – 5ч – 500Вт
• Чайник: 15мин – 1,5кВт – 0,03кВт
• Стиральная машина:
• Ноутбук:
• …
• Итого: 3кВт

3кВт — это мощность, которую должна производить солнечная электростанция для нормальной жизнедеятельности здания. Т.е. понадобится 12 панелей мощностью по 260Вт. На практике их производительность будет выше (при коэффициенте солнечной активности 4.5 суточная выработка станции составит 14кВт), однако мы отталкиваемся от самого пессимистичного сценария, при котором каждый день — пасмурный. Также учитывайте: если вы не подключены к зеленому тарифу или не запасаете энергию на аккумулятор, то избыток будет сгорать.

Если вы устанавливаете солнечную электростанцию для заработка на зеленом тарифе,  то начать можно с любой мощности и постепенно её наращивать.

Домашняя солнечная электростанция

Теперь попытаемся понять, зачем нужна электростанция на солнечных батареях для домашнего пользования.

1. В первую очередь она позволяет решить проблему с поставками электричества.
2. Солнечные батареи обеспечивают независимое снабжение электроэнергией.
3. Смогут служить дополнением к существующим источникам электричества, таким как ветряк или бензиновый (дизельный) генератор.
4. Это своего рода инвестиция. Тарифы на свет постоянно растут, а солнце светит всегда.
5. Можно остатки электричества продавать государству.
6. Для частного дома частично перекрывает традиционное отопление.

Солнечная энергетика в мире

По данным Европейской ассоциации солнечной энергетики SolarPower Europe, сегодня доля энергии солнца в выработке мировой электроэнергии составляет около 2,6%. А по установленным мощностям солнечных фотоэлектрических электростанций в 2019 году лидируют Китай, Япония, США и Германия, подсчитывает International Renewable Energy Agency (IRENA) в докладе ‎Renewable capacity statistics.

Антон Усачев, заместитель генерального директора ГК «‎Хевел», поясняет, что термином «‎солнечная энергетика» или «‎фотовольтаика‎» называют отрасль электроэнергетики или сегмент промышленности. Их основу составляют генерирующие мощности с использованием солнечной энергии и комплекс производств по выпуску оборудования для строительства генерации.

Существуют различные способы преобразования солнечной энергии.

• Наиболее распространённый из них — фотоэлектрический, в котором солнечная энергия преобразуется непосредственно в электрическую.
• Вторым по популярности направлением является концентраторная солнечная энергетика (CSP — concentrated solar power). В этом случае солнечная энергия преобразуется в тепловую, а та — в электрическую. Чаще всего таким образом нагревают жидкость, получают пар и направляют его на турбину с генератором, как на обычной тепловой электростанции.

Солнечная энергетика активно развивается во всех частях света: от Норвегии до Австралии. Причем, по данным SolarPower Europe, эта отрасль стала крупнейшим сектором мировой электроэнергетики по объемам ежегодно привлекаемых инвестиций и вводимых мощностей.

«‎В 2019 году прирост мощностей фотоэлектрической солнечной энергетики был в 2,5 раза выше, чем угольных и газовых вместе взятых‎», — цитирует ассоциацию Институт энергетики НИУ ВШЭ.

Похожие записи:

В чём отличие проводников от диэлектриков, их свойства и сфера применения Светильники для ванной комнаты Как быстро научиться варить сварочным инвертором Лампы, применяемые на автомобиле рено логан 2 Эффективно-заземлённая нейтраль Как нарисовать однолинейную схему электроснабжения в автокаде