Выбор сечения кабеля и тонкости электрического подключения
Подключать солнечные батареи для дома необходимо медным одножильным кабелем. Сечение жилы 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 оно нам не надо)
При покупке проводов, обратите внимание на фактическое сечение, так как сегодня заявленные размеры очень часто не соответствуют действительным. Для проверки придется измерять диаметр и считать сечение
Солнечные батареи для дома: электрическое подключение
При сборе системы можно плюсы солнечных батарей провести используя многожильный кабель подходящего сечения, а для минуса использовать один толстый. Перед подключением к аккумуляторам все «плюсы» пропускаем через диоды или диодные сборки с общим катодом. Это предотвращает возможность замыкания аккумулятора (может вызвать возгорание) при замыкании или обрыве проводов между батареями и аккумулятором.
Диоды используют типа SBL2040CT, PBYR040CT. Если такие на нашли, можно снять со старых блоков питания персональных компьютеров. Там обычно стоят SBL3040 или подобные. Пропускать через диоды желательно. Не забудьте что они сильно греются, так что монтировать их надо 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, проще определить ее источник (по сгоревшему предохранителю).
Процесс изготовления батареи
Процесс изготовления солнечных панелей следует начать с изготовления короба для будущего устройства. Его размеры: 7,6×15,2×9 см, что соответствует 1,04 м². Это внутренний размер конструкции. Необходимо сделать каркас из бруса и прикрепить с одной стороны лист фанеры с просверленными вентиляционными отверстиями по размеру рамы. Деревянные детали покрыть лаком или краской для защиты от воздействия внешних факторов.
Теперь фотоэлементы необходимо собрать в одну конструкцию. Сборку удобнее всего производить на заранее выпиленном листе ДВП. Ячейки следует расположить одну под другой. Только после этого можно приступать к спаиванию их в общий блок. Каждый фотоэлемент соединяется с другим в последовательном порядке.
Закончив соединение деталей, необходимо оставить выводы медных проводов для дальнейшего подключения. На получившийся блок нанести герметик и прижать к подложке из ДВП
При изготовлении солнечной панели своими руками все работы по укладке и пайке элементов следует производить с особой осторожностью, потому что модули батарей очень хрупкие
Для вывода желательно использовать провода с разной цветовой гаммой, чтобы не путать плюс и минус. Устанавливать конструкцию лучше на земле, выбрав место, на которое не отбрасывают тень ближайшие здания и предметы. Это облегчит обслуживание в процессе эксплуатации.
Общая схема подключения солнечного модуля к потребителям выглядит следующим образом. Электрический ток от батареи через контроллер зарядки попадает в аккумулирующие элементы, из них проходит в инвертор, преобразуясь до нужного напряжения, и дальше питает бытовые приборы. Эта схема применяется для солнечных панелей большой мощности. В более простых случаях достаточно подключить модуль к аккумуляторной батарее или к потребителю напрямую.
Три основных разновидности фотоэлектрических модулей
Модули солнечных батарей, из которых собирается панель, подразделяются на три типа:
— монокристаллический;
— поликристаллический;
— аморфный (тонкопленочный).
От особенностей структурного строения пластин напрямую зависит эффективность конструкции, а также ее общая стоимость.
Монокристаллический и поликристаллический вариант солнечной батареи
Монокристаллические пластины изготавливаются из монокристаллов кремния, выращенных по методу Чохральского. Они отличаются высоким качеством и обладают неплохим (по меркам фотоэлементов) КПД, равным примерно 20÷22%. Из-за этого и стоимость их достаточно высока.
Солнечные лучи, попадая на монокристаллическую поверхность, способствуют возникновению направленного движения свободных электронов. Пластины с двух сторон подсоединены к шинам, которые затем подключаются к общей электрической цепи системы.
Высокий КПД этого типа пластин объясняется тем, что солнечные лучи равномерно рассеиваются по поверхности кристалла.
Поликристаллические фотоэлементы изготавливаются из полупроводника, имеющего поликристаллическую структуру. Именно этот тип батареи считается оптимальным для создания системы преобразования солнечной энергии. Стоимость элементов, а как следствие — и целых батарей получается ниже по сравнению с монокристаллическими приборами. Это обуславливается особенностями производства фотоэлементов, так как при их изготовлении применяются фрагменты, оставшиеся от монокристаллов.
Если сравнивать два этих типа изделий, то можно выделить следующие различия, выявленные тестированием независимых компаний:
Поликристаллические пластины отличаются по внешнему виду от монокристаллов, так как имеют неоднородный по цвету окрас поверхностей, с перемежением темных и светлых участков.
Основной принцип работы
Преобразование солнечного света в электрическую энергию происходит в результате того, что в полупроводнике возникают дополнительные носители дырок или электронов, как явление внутреннего фотоэффекта поглощения солнечного света.
При этом электроны собираются в n- области, а дырки концентрируются в р-области. На границе этих областей появляется сила, которая двигает электроны. Подключив внешнюю нагрузку, освещая при этом солнечным светом р-n переход, приборы зафиксируют ток электронов.
Не рентабельным делом было в прошлом веке развивать массовое производство из-за высокой стоимости исходных материалов. Сегодня, благодаря развитию технологий, специалисты предлагают использовать современные кремниевые фотоэлементы по вполне демократичной цене.
Идеи из подручных материалов
Можно сделать солнечную батарею своими руками из подручных материалов. Рассмотрим самые популярные варианты.
Солнечная батарея из фольги
Многие удивятся, узнав, что фольгу можно применять для изготовления солнечной батареи своими руками. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, ведь фольга увеличивает отражающие способности материалов. Например, для уменьшения перегрева панелей, их кладут на фольгу.
Как сделать солнечную батарею из фольги?
Нам понадобится:
- 2 «крокодильчика»;
- медная фольга;
- мультиметр;
- соль;
- пустая пластиковая бутылка без горлышка;
- электрическая печь;
- дрель.
Очистив медный лист и вымыв руки, отрезаем кусок фольги, кладем его на раскаленную электроплиту, нагреваем полчаса, наблюдая почернение, затем убираем фольгу с плиты, даем остыть и видим, как от листа отслаиваются куски. После нагревания оксидная пленка пропадает, поэтому черный оксид можно аккуратно удалить водой.
Затем вырезается второй кусок фольги такого же размера, как и первый, две части сгибаются, опускаются в бутылку так, чтобы у них не было возможности соприкоснуться.
Далее «крокодильчики» прицепляются к панели, провод от ненагретой фольги — к плюсу, от нагретой — к минусу, соль растворяют в воде и выливают раствор в бутылку. Батарея готова.
Также фольгу можно применять для подогрева. Для этого ее необходимо натянуть на раму, к которой затем нужно подсоединить шланги, подведенные, например, к лейке с водой.
Вот мы и узнали, как самому сделать солнечную батарею для дома из фольги.
Солнечная батарея из транзисторов
У многих дома завалялись старые транзисторы, но не все знают, что они вполне подойдут для изготовления солнечной батареи для дачи своими руками. Фотоэлементом в таком случае является полупроводниковая пластина, находящаяся внутри транзистора. Как же изготовить солнечную батарею из транзисторов своими руками? Сначала необходимо вскрыть транзистор, для чего достаточно срезать крышку, так мы сможем разглядеть пластину: она небольших размеров, чем и объясняется низкий КПД солнечных батарей из транзисторов.
Далее нужно проверить транзистор. Для этого используем мультиметр: подключаем прибор к транзистору с хорошо освещенным p-n переходом и замеряем ток, мультиметр должен зафиксировать ток от нескольких долей миллиампера до 1 или чуть больше; далее переключаем прибор в режим измерения напряжения, мультиметр должен выдать десятые доли вольта.
Прошедшие проверку транзисторы размещаем внутри корпуса, например, листового пластика и спаиваем. Можно изготовить такую солнечную батарею своими руками в домашних условиях и использовать ее для зарядки аккумуляторов и радиоприемников маленькой мощности.
Солнечная батарея из диодов
Также подходят для сборки батарей старые диоды. Сделать солнечную батарею своими руками из диодов совсем несложно. Нужно вскрыть диод, оголив кристалл, являющийся фотоэлементом, затем нагревать диод 20 секунд на газовой плите, и, когда припой расплавится, извлечь кристалл. Остается припаять вытащенные кристаллы к корпусу.
Мощность таких батарей невелика, но для электропитания небольших светодиодов ее достаточно.
Солнечная батарея из пивных банок
Такой вариант изготовления солнечной батареи своими руками из подручных средств большинству покажется очень странным, но сделать солнечную батарею своими руками из пивных банок просто и дешево.
Корпус сделаем из фанеры, на которую поместим поликарбонат или оргстекло, на задней поверхности фанеры зафиксируем пенопласт или стекловату для изоляции. Фотоэлементами нам послужат алюминиевые банки
Важно выбрать именно банки из алюминия, так как алюминий менее подвержен коррозии, чем, например, железо и обладает лучшим теплообменом
Далее в нижней части банок проделываются отверстия, крышка срезается, и ненужные элементы загибаются для обеспечения лучшей циркуляции воздуха. Затем необходимо очистить банки от жира и грязи с помощью специальных средств, не содержащих кислоты. Далее необходимо герметично скрепить банки между собой: силиконовым гелем, выдерживающим высокие температуры, или паяльником. Обязательно нужно очень хорошо просушить склеенные банки в неподвижном положении.
Прикрепив банки к корпусу, окрашиваем их в черный цвет и закрываем конструкцию оргстеклом или поликарбонатом. Такая батарея способна нагревать воду или воздух с последующей подачей в помещение.
Мы рассмотрели варианты того, как сделать солнечную панель своими руками. Надеемся, что теперь у вас не возникнет вопроса, как сделать солнечную батарею.
Рассчитать нужную мощность
После принятия судьбоносного решения изготовить самостоятельно в домашних условиях солнечную батарею, необходимо понимать какая требуется мощность. Выдаваемая мощность устройства находится в прямой зависимости от площади рабочей поверхности солнечных батарей. Чем больше пластин с фотоэлементами, тем мощнее солнечная батарея.
Обратите внимание!
Индукционный нагреватель своими руками ️ — обзоры лучших вариантов изготовления. Разновидности конструкций самодельного прибора + пошаговый мастер-класс (160 фото)
Пушка гаусса своими руками: ТОП-130 фото лучших способов создания своими руками. Особенности конструкции + мастер-класс для начинающих
Струбцины своими руками — поэтапный мастер-класс для начинающих. Схемы изготовления разных конструкций + 170 фото
Индивидуальная система, которая автономно обеспечивает электроэнергией дом, обычно применяется в районах, где нет централизованных электрических сетей. Комбинированная система предполагает совмещение использования электроэнергии от традиционного источника и солнечных батарей как резервный вариант.
Путем несложных арифметических действий следует определить суммарную необходимую мощность потребления энергии. Умножив величину генерируемой силы тока (А) на показатель напряжения (V), получим мощность солнечной батареи (Вт).
Из практики известно, что один квадратный метр поверхности солнечной батареи производит в час около ста двадцати ватт электрической энергии. Теперь нужно подобрать свинцово-кислотную аккумуляторную батарею достаточной емкости. Запаса энергии в аккумуляторах должно хватать на сутки бесперебойной работы все потребителей.
Если вам не приходилось иметь дело с эксплуатацией солнечных модулей, не стоит сразу создавать большую поляну из панелей. Пусть будут скромны ваши желания, сделайте для начала небольшой модуль и попробуйте его эксплуатировать во всех режимах.
Потребуются также данные об инсоляции в конкретной местности. Инвертор следует подбирать по показателю максимальной пиковой нагрузки. Желательно иметь возможность автоматического отключения нагрузок от аккумулятора и получения электроэнергии напрямую с солнечной батареи.
Расчет фотоэлектрических панелей
Первое, что необходимо знать, собираясь рассчитывать конструкцию фотоэлектрических преобразователей (панелей ФЭП), это количество электроэнергии, которое будет потреблять оборудование, подключенное к солнечным батареям. Просуммировав номинальную мощность будущих потребителей солнечной энергии, которая измеряется в Ваттах (Вт или кВт), можно вывести среднемесячную норму потребления электроэнергии – Вт*ч (кВт*ч). А требуемая мощность солнечной батареи (Вт) будет определяться, исходя из полученного значения.
Для примера рассмотрим перечень электрооборудования, которое сможет обеспечивать энергией небольшая солнечная электростанция мощностью 250 Вт.
Таблица взята с сайта одного из производителей солнечных панелей.
Налицо несоответствие между суточным потреблением электроэнергии – 950 Вт*ч (0,95 кВт*ч) и значением мощности солнечной батареи – 250 Вт, которая при непрерывной работе должна генерировать в сутки 6 кВт*ч электроэнергии (что намного больше обозначенных потребностей). Но раз уж мы говорим именно о солнечных панелях, то следует помнить, что свою паспортную мощность эти устройства способны развивать только в светлое время суток (примерно с 9-ти до 16-ти часов), да и то в ясный день. В пасмурную погоду выработка электроэнергии также заметно падает. А утром и вечером объем электроэнергии, вырабатываемой батареей, не превышает 20–30% от среднесуточных показателей. К тому же, номинальная мощность может быть получена с каждой ячейки только при наличии оптимальных для этого условий.
Все это учитывается, когда в конструкцию солнечных панелей закладывается определенный запас мощности.
Теперь поговорим о том, откуда взялся показатель мощности – 250 кВт. Указанный параметр учитывает все поправки на неравномерность солнечного излучения и представляет собой усредненные данные, основанные на практических экспериментах. А именно: измерение мощности при различных условиях эксплуатации батарей и вычисление ее среднесуточного значения.
Идем дальше: зная среднесуточные потребности в электричестве, можно рассчитать требуемую мощность солнечных батарей и количество рабочих ячеек в одной фотоэлектрической панели.
При осуществлении дальнейших расчетов будем ориентироваться на данные уже знакомой нам таблицы. Итак, предположим, что суммарная мощность потребления равна примерно 1 кВт*ч в сутки (0,95 кВт*ч). Как мы уже знаем, нам понадобится солнечная батарея, обладающая номинальной мощностью – не менее 250 Вт.
Предположим, что для сборки рабочих модулей вы планируете использовать фотоэлектрические ячейки с номинальной мощностью – 1,75 Вт (мощность каждой ячейки определяется произведением силы тока и напряжения, которые генерирует солнечный элемент). Мощность 144-х ячеек, объединенных в четыре стандартных модуля (по 36 ячеек в каждом), будет равна 252 Вт. В среднем с такой батареи мы получим 1 – 1,26 кВт*ч электроэнергии в сутки, или 30 – 38 кВт*ч в месяц. Но это в погожие летние дни, зимой даже эти значения можно получить далеко не всегда. При этом в северных широтах результат может быть несколько ниже, а в южных – выше.
Представленные значения – это киловатты, которые можно получить непосредственно с солнечных батарей. Сколько же энергии дойдет до конечных потребителей – это зависит от характеристик дополнительного оборудования, встроенного в систему электроснабжения. О них мы поговорим позже.
Как видим, количество солнечных элементов, необходимых для генерирования заданной мощности, можно рассчитать лишь приблизительно. Для более точных расчетов рекомендуется использовать специальные программы и онлайн калькуляторы солнечной энергии, которые помогут определить требуемую мощность батареи в зависимости от многих параметров (в том числе, и от географического положения вашего участка).
Если с первого раза произвести правильный расчет фотоэлектрических панелей не удалось (а непрофессионалы очень часто сталкиваются с подобной проблемой), это не беда. Недостающую мощность всегда можно будет восполнить, установив несколько дополнительных фотоэлементов.
Изготовление в домашних условиях
Для того чтобы готовая конструкция качественно выполняла свои функции и обеспечивала людей достаточным количеством электричества, необходимо правильно её изготовить. Для этого нужно учитывать много факторов и выбирать только высококачественные материалы.
Основные требования
Перед тем как своими руками сделать солнечную батарею, необходимо выполнить ряд подготовительных мероприятий и тщательно изучить все требования, предъявляемые к устройству. Это поможет получить работающую установку и упростить процесс её монтажа.
Чтобы солнечная панель работала на максимуме своих возможностей, необходимо соблюдать такие требования:
- Готовое изделие отличается повышенной хрупкостью, поэтому его нужно защитить специальным каркасом.
- Размер конструкции зависит от количества необходимой электроэнергии. При этом следует учитывать, что увеличение количества проводников приведёт к повышению массы батареи.
- В корпусе устройства должны быть предусмотрены боковые бортики небольшой величины. Всё это нужно для того, чтобы отбрасываемая ими тень закрывала минимальное рабочее пространство батареи.
- Конструкция устанавливается на открытом воздухе, поэтому будет подвергаться постоянному воздействию атмосферных явлений. Из-за этого внутренняя и внешняя часть корпуса должна быть покрыта качественной влагостойкой краской.
- В каркасе необходимо предусмотреть место для изготовления подложки.
- В нижней части панели нужно сделать небольшие отверстия для вентиляции. С их помощью будет выводиться газ, который образовывается в процессе работы батареи.
Материалы и инструменты
Наиболее важными деталями устройства считаются фотоэлементы. Производители предлагают покупателям только 2 их разновидности: из монокристаллического (КПД до 13%) и поликристаллического кремния (КПД до 9%).
Для изготовления панели понадобятся такие материалы и инструменты:
- набор фотоэлементов;
- крепёжные детали (метизы);
- вакуумные подставки из силикона;
- медные провода, способные работать при большой мощности;
- алюминиевые уголки;
- диоды Шоттки;
- паяльное оборудование;
- набор винтов;
- прозрачный лист из плексигласа или поликарбоната.
Порядок действий
Для того чтобы сделать солнечные батареи своими руками в домашних условиях, необходимо соблюдать последовательность действий. Только в этом случае можно избежать ошибок и добиться желаемого результата.
Процесс изготовления панели прост и состоит из следующих этапов:
Берётся набор поли- или монокристаллических фотоэлементов и детали собираются в общую конструкцию. Их количество определяется исходя из требований владельцев дома. На фотоэлементы наносятся контуры, образующиеся из олова припаянные проводники. Эта операция выполняется на ровной стеклянной поверхности при помощи паяльника. По заранее подготовленной электрической схеме соединяются друг с другом все ячейки. При этом обязательно нужно подключить шунтирующие диоды. Идеальным вариантом для солнечной батареи будет использование диодов Шоттки, предотвращающих разрядку панели в ночное время. Конструкция из ячеек перемещается на открытое пространство и тестируется на работоспособность. При отсутствии каких-либо проблем можно начинать сборку каркаса. Для этих целей используются специальные уголки из алюминия, которые крепятся к элементам корпуса при помощи метизов. На внутренние части реек наносится и равномерно распределяется тонкий слой силиконового герметика. Поверх него кладётся лист из плексигласа или поликарбоната и плотно прижимается к контуру рамы. Конструкция оставляется на несколько часов для полного высыхания силиконового герметика. Как только этот процесс завершился, прозрачный лист дополнительно крепится к корпусу при помощи метизов. Вдоль всей внутренней части получившейся поверхности помещаются выбранные фотоэлементы с проводниками
При этом важно оставлять небольшое расстояние (примерно 5 миллиметров) между соседними ячейками. Для упрощения этой процедуры можно заранее нанести необходимую разметку
Установленные ячейки надёжно фиксируются на раме с помощью монтажного силикона, а панель полностью герметизируется. Всё это поможет увеличить срок работы солнечной батареи. Изделие оставляется для высыхания нанесённой смеси и приобретает свой окончательный вид.
Всё это поможет увеличить срок работы солнечной батареи. Изделие оставляется для высыхания нанесённой смеси и приобретает свой окончательный вид.
Солнечная батарея: как это работает
После того как Энштейн описал фотоэлектрический эффект, миру открылась вся простота такого, казалось бы, сложного физического явления. В его основе лежит вещество, отдельные атомы которого находятся в неустойчивом состоянии. При «бомбардировке» фотонами света из их орбит выбиваются электроны — вот они-то и являются источниками тока.
Практически полвека фотоэффект не имел практического применения по одной простой причине — отсутствовала технология получения материалов с неустойчивой атомной структурой. Перспективы дальнейших исследований появились лишь с открытием полупроводников. Атомы этих материалов имеют либо избыток электронов (n-проводимость), или же испытывают в них нехватку (p-проводимость). При использовании двухслойной структуры со слоем n-типа (катод) и p-типа (анод), «обстрел» фотонами света выбивает электроны из атомов n-слоя. Покидая свои места, они устремляются на свободные орбиты атомов p-слоя и далее через подключённую нагрузку возвращаются на исходные позиции. Наверное, каждый из вас знает, что движение электронов в замкнутом контуре представляет собой электрический ток. Вот только заставить электроны перемещаться удаётся не благодаря магнитному полю, как в электрических генераторах, а за счёт потока частиц солнечного излучения.
Солнечная панель работает благодаря фотоэлектрическому эффекту, который был открыт ещё в начале XIX века
Генерация электричества в полупроводниках напрямую зависит от количества солнечной энергии, поэтому фотоэлементы не только устанавливают под открытым небом, но и стараются сориентировать их поверхность перпендикулярно падающим лучам. А чтобы защитить ячейки от механических повреждений и атмосферного воздействия, их монтируют на жёстком основании и сверху защищают стеклом.
Принцип работы солнечного электроснабжения, устройство солнечной батареи
Преобразовать энергию солнца в электричество можно несколькими способами.
Иногда применяется схема с генератором, где она трансформируется вначале в механическую, вращает вал генератора, а затем переходит в электрическую.
Минус такого способа в том, что он весьма дорогостоящий, поскольку требует использования больших зеркал, поворачивающихся по мере движения солнца.
Применение фотоэлементов позволяет напрямую преобразовывать свет в ток.
Это и есть столь популярные сегодня солнечные батареи, которые представляют собой небольшую (несколько см2) кремниевую пластину, на которой в единую цепь собраны фотодиоды. При попадании света, на выходах диодов появляется фото-ЭДС около 0,5 – 0,55 V. При помощи сборки таких пластин в модули можно получить на выходе требуемую мощность.
Если бы кто-то попытался добиться значения в 220 V, то получил бы батарею колоссальных размеров. Поэтому ставится цель получения 12-24 V, а все дальнейшие преобразования происходят при помощи других составляющих системы.
Конструкция включает в себя три основных узла:
- Солнечную панель.
- Аккумуляторы.
- Инвертор.
Как уже говорилось, задача солнечной панели выработать ток напряжением 12-24 V, которого хватит, чтобы зарядить 12-вольтовый аккумулятор.
Устройство солнечной батареи
Одного аккумулятора будет мало для обеспечения жилья нужным количеством электроэнергии. Их количество рассчитывается исходя из потребностей конкретного дома, и может составлять свыше 10 штук (однако число аккумуляторов прямо пропорционально и размеру солнечной панели).
Преобразовывать энергию низкого напряжения в стандартную, призван инвертор. Его приобретают готовый. При покупке соотносите выдаваемую им мощность с потребностями жилья в электричестве. По меньшей мере, это должна быть мощность в 1-2 кВт.
По устройству солнечной батареи различают два её вида:
- Плёночные.
- Кремниевые.
Плёночные или полимерные реже встречаются, поскольку имеют небольшой КПД и требуют много места для установки. Кроме того, энергоэффективность плёнки сокращается на пятую часть даже при небольшой облачности.
Солнечные панели на крыше
Кремниевые, описанные выше, могут быть монокристаллическими и поликристаллическими. Монокристаллические батареи — это множество ячеек со встроенными кремниевыми преобразователями и заполненные силиконом.
В ячейках поликристаллических батарей больше преобразователей, которые установлены разнонаправленно. Эта особенность обеспечивает более эффективную работу панели, даже когда свет рассеянный. И хотя КПД таких батарей немного ниже, чем у монокристаллических, на поверку они оказываются более продуктивными и их чаще используют.
Внешнее отличие пластин монокристаллов от поликристаллов заключается в однородности цвета.
- В процессе эксплуатации у всех фотоэлементов происходит постепенное снижение мощности. Так, после года работы у монокристаллов она снижается на 3%, а у поликристаллических элементов — на 2%.
- Суммарное количество электроэнергии, выработанное монокристаллическим модулем, примерно на 30% выше, чем у поликристаллических элементов, при их одинаковой площади.
- Стоимость поликристаллов на 10÷15 % ниже монокристаллических батарей.
Аморфные солнечные модули
Этот тип элементов представляет собой плотную гибкую пленку, значительно упрощающую процесс монтажа батарей.
На современном рынке представлены три поколения подобных фотоэлементов:
Преимущества и недостатки использования
Суть проблемы преобразования солнечной энергии в электрическую, почему такие средства генерации не используются повсеместно, в нескольких факторах:
- Низкий коэффициент полезного действия. Лучшие, экспериментальные варианты изготовления преобразовывающих полупроводниковых пластин не имеют КПД более 44% от достигающей их энергии света. Для дешевых – кремниевых – такой коэффициент составляет всего лишь 9-25%, в зависимости от формы использования кристаллов.
- Площадь пластин. Вытекает из предыдущего пункта – для выработки реальной энергетической отдачи требуются и большие площади генерирующих сборок.
Обеспечение энергией небольшого поселка
- Потери. В случае, когда полупроводник не освещен, он из генерирующего превращается в потребляющий. Для обхода этого фактора используются специальные байпасы в сборках кристаллов. Это своеобразные пути движения тока, которые минуют потребляющие элементы и подключают их в сеть, только если в них возникает ток.
- Цена. Даже самые дешевые солнечные панели в сборе с оборудованием генерации энергии (инвертор, контроллер, аккумулятор) стоят от 70000 рублей за генерируемую площадь, достаточную для получения всего лишь 200 Вт*ч электроэнергии или 1 кВт в сутки. Размер подобной приблизительно составит 1,5 м2. Как видно, параметры достаточно суровы, но позволяют, в экономном режиме, обеспечить питанием небольшое жилье (без отопления). Прилично уменьшить цену поможет вариант, если сделать солнечную батарею своими руками из элементов, которые можно купить на различных торговых площадках.
Расчет и проектирование
Для расчетов солнечной батареи, собранной дома, обязательно потребуется перечень всех электроприборов и оборудования, имеющихся в доме. Сразу же нужно выяснить потребляемую мощность каждого из них.
Данные о мощности указываются в маркировке или в техническом паспорте устройства. Их значения довольно приблизительные, поэтому для панели, работающей с инвертором нужно ввести поправку, то есть среднее энергопотребление умножается на поправочный коэффициент. Полученная таким образом общая мощность дополнительно умножается на 1,2, учитывая потери при работе инвертора. Мощные приборы при запуске потребляют ток, в несколько раз превышающий номинальный. В связи с этим, инвертор также должен в течение короткого времени выдерживать двойную или тройную мощность.
Если мощных потребителей довольно много, но одновременно они практически не включаются, то применяемый в системе инвертор с большим выходным током получится слишком дорогим. При отсутствии значительных нагрузок рекомендуется использовать менее мощные недорогие приборы.
Солнечная батарея в домашних условиях рассчитывается по времени работы каждого электроприбора в течение суток. Вычисленное опытным путем, значение умножается на мощность, и в результате получается суточное энергопотребление, измеряемое в киловатт-часах.
Обязательно понадобятся сведения с местной метеостанции о количестве солнечной энергии, которую можно реально получить в этой местности. Расчет данного показателя выполняется на основе показаний среднегодовой солнечной радиации и ее среднемесячных значений при самой плохой погоде. Последняя цифра позволяет определить минимальное количество электроэнергии, достаточное для решения текущих задач.
Получив исходные данные можно приступать к определению мощности одного фотоэлемента. Вначале показатель солнечной радиации нужно разделить на 1000, в результате, получаются так называемые пикочасы. В это время интенсивность солнечного свечения составляет 1000 Вт/м2.
Формула для расчета
Количество энергии W, вырабатываемое одним модулем, определяется по следующей формуле: W = k*Pw*E/1000, в которой Е – величина солнечной инсоляции за определенный период времени, k – коэффициент, составляющий летом – 0,5, зимой – 0,7, Pw – мощность одного модуля. Поправочный коэффициент учитывает потери мощности фотоэлементов при нагревании солнечными лучами, а также изменение наклона лучей относительно поверхности в течение дня. Зимой элементы нагреваются меньше, поэтому и значение коэффициента будет выше.
Учитывая суммарную мощность энергопотребления и данные, полученные с помощью формулы, рассчитывается общая мощность фотоэлементов. Полученный результат делится на мощность 1 элемента и в итоге будет требуемое количество модулей.
Существуют различные модели с целым рядов мощностей элементов – от 50 до 150 Вт и выше. Выбирая компоненты с необходимыми показателями, можно собрать солнечную панель с заданной мощностью. Например, если потребность в электроэнергии составляет 90 Вт, то необходимы два модуля по 50 Вт каждый. По такой схеме можно создать любую комбинацию из имеющихся фотоэлементов. В любом случае расчеты следует производить с некоторым запасом.
Количество фотоэлементов оказывает влияние на выбор емкости аккумуляторной батареи, поскольку именно они создают зарядный ток. Если мощность панели 100 Вт, то минимальная емкость АКБ должна быть 60 А*ч. С возрастанием мощности панелей потребуются и более мощные аккумуляторы.
Преимущества и недостатки солнечной батареи
У солнечных батарей есть как преимущества, так и недостатки. Если бы были только одни плюсы от применения фотоэлектрических преобразователей, весь мир давно бы уже перешел на этот вид получения электроэнергии.
Преимущества:
- Автономность источника питания, нет зависимости от перебоев напряжения в централизованной электросети.
- Отсутствие абонентской платы за использование электроэнергией.
Недостатки:
- Высокая себестоимость оборудования и элементов.
- Зависимость от солнечного освещения.
- Возможность повреждения элементов солнечной батареи вследствие неблагоприятных погодных условий (град, буря, ураган).
В каких случаях целесообразно использовать установку на фотоэлектрических элементах:
- Если объект (дом или дача) находится на большом удалении от линии электропередач. Это может быть загородный коттедж в сельской глубинке.
- Когда объект расположен в южном солнечном районе.
- При совмещении различных видов энергии. Например, отопление частного дома с помощью печного отопления и солнечной энергии. Себестоимость маломощной солнечной станции будет не столь высока, и может быть экономически оправдана в данном случае.
