Где крепить?
Крыша. Закрепление солнечных батарей на крыше – очевидное, но не всегда лучшее решение для частного дома. Направленный на юг скат крыши действительно обеспечивает наилучший результат из стационарных способов крепления солнечных батарей, но на этом варианты не ограничиваются.
При таком закреплении скат крыши должен быть на ЮГ
Стены. Если стена «смотрит» на юг – она отлично подходит для размещения на ней солнечных батарей. Понаблюдайте, не падает ли на стену тень от деревьев, хозяйственных построек, забора, иных объектов. Не размещайте солнечные панели в этих местах.
Желательно также использовать южную стену
Не стоит ставить панели на восточной или западной стенах. Таким образом, в самый интенсивный период светового дня вы будете получать на свои панели только косые лучи, что значительно снижает эффективность системы
Свободное размещение. Самый эффективный вариант размещения солнечных батарей, но требует свободной площади во дворе. При свободном размещении солнечных батарей в частном доме их можно закреплять на шарнирах и таким образом, направляя их поверхность к солнцу под 90°.
Такое расположение батарей позволяет получить от них максимум мощности
О технологии
Сказать, что это новая технология, было бы неверно. В 1960-м космонавты использовали спутники на солнечных батареях, во времена второй мировой на домах в США было установлено много таких батарей, позволяющих получать энергию от солнца и отапливать за ее счет свои жилища.
Однако внедрить технологию повсеместно было проблематичным – панели фотоэлектрических элементов, отвечающие за преобразование солнечного света в электрическую энергию, представляют собой довольно дорогую технологию. Именно стоимость часто является ключевым фактором при принятии решения.
Очевидно, что для принятия решения необходимо учитывать совокупность факторов. Рассмотрим явные выгоды оснащения дома солнечными батареями:
- Энергия солнца бесплатна и неисчерпаема.
- Энергия солнца – экологически чистая.
- Отсутствуют выбросы парниковых газов.
Используя солнечные батареи, мы практически присоединяемся к «зеленому движению», становимся на путь защиты планеты и получаем бесплатную и бесконечную энергию.
Как же устроена солнечная батарея? Панель состоит из фотоэлектрических ячеек, объединенных общей рамкой. В каждой используется полупроводниковый материал (чаще всего кремний) и электрическое поле. Полупроводник поглощает энергию лучей и нагревается, высвобождает электроны, направляемые электрическим полем в определенном направлении, поток электронов образует электроток. Ток через установленные контакты отправляется в провода и используется по назначению. Сила тока зависит от мощности, производимой фотоэлементом.
Для повышения эффективности кремния, используют примеси (в кремний добавляются атомы других веществ), например, фосфора.
Кроме того, кремний хорошо отражает свет, поэтому для уменьшения потерь фотоэлементы защищают антибликовым покрытием. И еще для защиты батарей от механических повреждений их покрывают стеклом.
КПД таких батарей довольно низкий – они способны переработать только 12-18% попадающих на них лучей. Самые успешные образцы достигают КПД 40%.
Вред экологии
Несмотря на экологическую безвредность применения солнечных батарей, их производство и утилизация может навредить окружающей среде и здоровью людей. Солнечные панели содержат металлы, такие как свинец, медь, галлий и кадмий, синтетические материалы. Их основа изготавливается из алюминия. Все это требует грамотной утилизации. Также, размещенные на больших площадях, они могут влиять на климат, нарушая естественный температурный режим.
Само производство фотоэлементов и панелей является химически грязным. Стоки и отработанные газы пагубно влияют на экологию. Земля, вода и воздух могут содержать вредные вещества, что является угрозой для всего живого вокруг этих предприятий.
Так стоит ли причислять солнечные панели к предметам причиняющим вред экологии?
Количество солнечных электростанций растет. Если технологии не будут развиваться в сторону наименьшего причинения вреда планете и людям, человечество ждет еще одна рукотворная экологическая проблема.
Резюме
- В течение срока эксплуатации оборудования вы окупите его стоимость, с первого дня использования начнете экономить средства на оплату электричества.
- Пользоваться СЭС актуально. Вы боретесь с глобальным потеплением и загрязнением окружающей среды, используете возобновляемые ресурсы.
- Пользоваться СЭС разумно. Солнечные электростанции увеличивают стоимость вашего дома, а иногда и повышают его привлекательность в глазах потенциальных покупателей, обеспокоенных глобальными проблемами планеты.
Солнечными батареями пользуются во всем мире. В России востребованность солнечных электростанций возрастает с каждым днем. В АО «Мосэнергосбыт» можно приобрести электростанцию на солнечных модулях по доступной цене.
Какую электростанцию на солнечных модулях выбрать для частного дома: обзор от сетевых до автономных
Солнечные электростанции ( СЭС ) включают в себя фотоэлектрические модули ( ФЭМ ), которые преобразуют солнечную энергию в электрическую. В зависимости от комплектации СЭС могут быть с аккумуляторными батареями ( АКБ ), которые накапливают электроэнергию в светлое время суток и могут отдавать ее по мере необходимости в темное время суток или в случае перебоев в электроснабжении. Так же СЭС могут быть без аккумуляторных батарей, такие СЭС позволяют снизить расходы за электроснабжение вашего дома из центральной электросети.
Разберемся, какие комплекты СЭС бывают и как выбрать комплект с учетом ваших индивидуальных потребностей.
Сетевые солнечные электростанции
Не обладают аккумуляторными батареями за счет чего цена на них значительно ниже аналогов с АКБ . Электроэнергия выработанная устройством отправляется во внутреннюю сеть вашего дома, к используемым электроприборам, а если выхода к устройству-потребителю нет, то электроэнергия может отдаваться во внешнюю сеть для продажи вашему гарантирующему поставщику и последующего взаимозачёта. Когда солнечного света недостаточно, а также, когда мощности сетевой электростанции не хватает, система переключается на питание от центральной сети.
Плюсы и минусы
Сетевые солнечные электростанции используются для снижения потребляемой электроэнергии от центральной сети общего пользования.
Привлекают такие СЭС низкой ценой, что вытекает из простоты конструкции. Они состоят из фотоэлектрических модулей, которые улавливают свет, и инвертора, который позволяет постоянный ток преобразовать в переменный, необходимый для работы приборов. Конструкция простая, неприхотливая и надежная.
Главный минус сетевых электростанций – невозможность автономной работы. Один из главных параметров при выборе – это надежность всех компонентов в составе солнечной электростанции. Помните, что расчетный срок службы, приобретаемой вами СЭС , 25-30 лет. В течение такого длительного срока без поломок, неожиданного выхода из строя и возникновения необходимости замены компонентов системы способно проработать только, действительно, качественное оборудование. Совет специалистов – не экономьте на качестве при выборе компонентов СЭС . Самое дешевое на рынке оборудование – обычно и самое ненадежное, или может иметь урезанный функционал
Особенно важно, выбрать качественные солнечные панели ( ФЭМ ) и надежный сетевой инвертор. Наиболее долговечными и производительными солнечными панелями считаются сейчас монокристаллические и гетероструктурные ФЭМ
КПД таких солнечных панелей составляет 17-23%, у них самые низкие показатели деградации (падения производительности со временем).
Гетероструктурные, к тому же, имеют самые лучшие показатели производительности при облачной или пасмурной погоде. Гетероструктурные модули входят в комплект «Базовый» от Мосэнергосбыт.
Фотоэлектрический модуль HVL 290, который предлагается в данном комплекте, изготовлен отечественным производителем «Хевел» с использованием гетероструктурных технологий. Эти модули отличаются низкими показателями деградации и длительной гарантией на сохранение мощности – 25 лет.
Автономные электростанции на солнечных модулях
Такие СЭС нужны для обеспечения электричеством домов, которые по каким-либо причинам не могут быть подключены к центральной сети. Они могут выступать как самостоятельные источники энергии, так и использоваться совместно с электрогенераторами.
Ток, вырабатываемый солнечной электростанцией в светлое время суток поступает на приборы и заряжает аккумуляторную батарею. В условиях недостаточной освещённости или в темное время суток расходуется заряд аккумулятора.
Схема подключения автономной системы
Помимо постоянного снабжения электричеством домов, которые не подключены к общей сети, такие электростанции могут помочь сократить время работы генераторов (при их наличии), продлить амортизационный ресурс, увеличить сроки между обязательными техническими обслуживаниями ( ТО ) и снизить расход топлива.
Плюсы и минусы
Помимо высокой цены, недостатком является и необходимость периодической замены аккумуляторных батарей. Частота смены аккумулятора зависит от интенсивности использования и режима работы, соблюдения рекомендаций производителя по глубине предельного разряда и по температурным режимам в ходе эксплуатации
При выборе солнечных электростанций нужно обратить внимание на такие характеристики, как:
- тип батареи;
- ёмкость батареи;
- количество циклов заряда/разряда;
- рекомендованные температуры внешней среды, оптимальные для работы аккумуляторной батареи, и возможность их соблюдения владельцем на практике.
голоса
Рейтинг статьи
Скорость деградации солнечных панелей
Деградация солнечной батареи означает, что установка со временем теряет свою выходную мощность. Этот процесс может быть вызван, к примеру, внешними факторами, на которые человек повлиять не может – воздействием ультрафиолета и изменениями погоды. Но есть и другие причины старения, о которых мы поговорим ниже. Нужно понимать, что деградация – совершенно нормальный процесс, и это рано или поздно произойдет. Деградируют абсолютно все солнечные панели. Правда, с разной степенью и скоростью – большинство качественных панелей часто имеют до 90% эффективности производства даже спустя 20-25 лет работы. Степень деградации солнечных батарей обычно учитывается в гарантии качества продукции от их производителей.
В первый год эксплуатации солнечные батареи обычно подвергаются кратковременной деградации в диапазоне от менее 1% до 3%. После этого, согласно ряду исследований, их производительность снижается в среднем на 0,8% до 0,9% ежегодно.
Например, если краткосрочная деградация панели в первый год составит 2%, то на втором году работы такие панели будут работать на 98% от их первоначальной производительности. В дальнейшем, если предположить, что каждый год производительность панелей будет снижаться на 0,8%, спустя в 25 лет своего «полезного срока службы они все равно будут работать достаточно эффективно – этот показатель составит 78,8%.
Таким образом, чтобы определить примерную прогнозируемую мощность солнечных панелей через N-е количество лет, нужно умножить степень деградации на это количество лет (ожидаемой работы панелей) и вычесть получившееся число из 100(%).
Заметим, что качественные солнечные панели деградируют менее интенсивно, скорость их деградации обычно меньше и поэтому снижение эффективности не будет слишком сильно влиять на производительность всей вашей системы. Степень деградации можно примерно оценить еще в момент покупки – обычно бренды, выпускающие солнечные панели, заявляют эти показатели в своей гарантии на эффективность. Не забудьте также оценить и гарантию на продукт (оборудование) – производственные дефекты тоже влияют на срок службы панелей и их выходную мощность. Гарантия производительности вашей солнечной панели, которая составляет у современных панелей 20–25 лет (иногда доходит до 30 лет), даст вам приблизительное представление о том, какое количество электроэнергии будет генерировать ваша солнечная панель, и как оно будет меняться с течением времени.
Учтите, что производители солнечных панелей дают гарантию с «запасом прочности» – то есть в процессе работы панель может работать дольше, чем заявлено в гарантии. Например, если производитель обещает, что через 20–25 лет панель будет работать с эффективностью около 80% от начальной величины, то на практике чаще всего деградация будет ниже и составит 10-12%.
Воздействие солнечной энергии на окружающую среду
Не все солнечные панели обеспечивают одинаковые экологические преимущества. Их воздействие на окружающую среду на протяжении их жизненного цикла зависит от того, как они производятся, а также от того, как долго они могут использоваться.
Например, некоторые исследования показали, что основные кремниевые солнечные панели китайского производства имеют более чем в два раза больший углеродный след, чем панели, произведенные в Европе, и требуют на 30 процентов больше времени, чтобы компенсировать энергию, используемую для их изготовления — и это без учета влияние транспортных расходов.
КПД у разных типов солнечных панелей
Существует несколько разновидностей солнечных модулей, которые изготавливаются по собственным технологиям и обладают определенными параметрами. КПД солнечных панелей определяет их способность преобразовать солнечную энергию в электрический ток. Расчет производится путем деления мощности энергии, вырабатываемой панелью, на мощность потока света, падающего на рабочую поверхность.
Показатели панелей изначально определялись при стандартных лабораторных условиях (STS):
- уровень инсоляции — 1000 вт/ м2
- температура — 25°
Большинство современных производителей производят тестирование каждой собранной батареи и прилагают результаты к документации при продаже. Это дает более полную и корректную информацию о каждой панели, поскольку в процессе изготовления возможны некоторые отклонения от технологических нормативов. Поэтому сравнение любых двух (или более) панелей всегда выявляет небольшое расхождение демонстрируемых параметров.
Практически любые отклонения в первую очередь отражаются на эффективности, т. е. на КПД солнечной батареи. Из-за этого все разновидности не имеют четко определенного значения. Обычно указывают довольно широкий диапазон, который может давать заметную разницу параметров солнечных модулей, изготовленных по одинаковой технологии.
Все виды фотоэлементов обладают определенными свойствами, определяющими эффективность солнечных батарей. Каждая разновидность имеет свои пределы возможностей, обусловленные строением и составом полупроводников.
Причины потери производительности
Снижение производительности — это, прежде всего, потери прямого дохода для владельца солнечной станции. Приведем несколько причин.
Солнечные батареи со временем теряют свою первоначальную мощность. Производительность электростанции снижается из-за снижения интенсивности УФ-излучения и воздействия экстремальных погодных условий. К счастью, в наших широтах интенсивность УФ-излучения низкая, и мы редко сталкиваемся с ураганами, смерчами или песчаными бурями. К реальным климатическим условиям, влияющим на долговечность фотоэлектрических панелей, относятся:
1. Высокие температуры. Солнечные батареи теряют свою эффективность в жаркие летние дни, что способствует их интенсивному износу! Солнечные батареи теряют в среднем около 1% эффективности в год, что считается хорошим показателем качества. 2. Град. Солнечная батарея, изготовленная по современным стандартам, может выдержать довольно мощный град. Большинство производителей указывают, какой именно град или шторм может выдержать их продукция. Однако довольно большая буря может нанести значительный ущерб даже очень хорошим стеклянным модулям. В Европе эту проблему минимизируют благодаря приобретению соответствующего полиса страхования. 3. Замерзание талой воды. Фотоэлектрический модуль, в целом, работает лучше зимой. Снег, как правило, сходит с солнечных панелей под воздействием солнечного света. Однако, при определенных условиях, например, пологом угле расположения солнечных батарей, на панелях может замерзать вода, которая при расширении повреждает поверхность панели. 4. Трещины и микротрещины на фотоэлементах. Эта проблема встречается едва ли не чаще других. Причем это основная причина потери мощности фотоэлектрических панелей. Трещины могут иметь различный характер и возникать как из-за неправильной установки оборудования, так и из-за механических повреждений. Большие трещины можно обнаружить во время обычной очистки панелей. Выявление микротрещин возможно только благодаря специальному методу инфракрасного теста. 5. Горячие точки или ячейки нагрева. Горячие точки — это отдельные участки солнечной батареи с повышенной температурой. Местное повышение температуры отдельного участка является причиной снижения эффективности и ускоряет старение всей панели. Для того чтобы предотвратить образование горячих точек, стоит на этапе монтажа избегать установки панелей в затененных местах и регулярно их мыть. 6. Деламинирование. Так называется отслойка специальной пленки на основе пластика, которая защищает солнечные батареи от чрезмерной влажности или повреждений. Деламинирование может стать причиной не только потери производительности одного фотомодуля, но и выхода из строя части солнечной электростанции. Объясняется это спецификой коммутации солнечных панелей (параллельное или последовательное соединение). Следствием может стать короткое замыкание неизолированных контактов солнечной батареи. 7. Браунинг или просто выгорание — это процесс, который является следствием химического взаимодействия несовместимых компонентов. Поэтому фотоэлектрические модули могут перегреваться и уменьшать свою эффективность. 8. Разгерметизация. Специальное закаленное стекло способствует более длительному сроку эксплуатации монокристаллических и поликристаллических солнечных панелей. Для полной устойчивости к влаге производители используют специальные герметики. Герметизируются стык алюминиевой рамы и стекла, электротехническая монтажная коробка. Сам факт разгерметизации говорит о том, что при производстве или установке солнечных панелей были нарушены технологические требования. 9. Деформация. Такая проблема может возникнуть, если при производстве солнечных фотомодулей были использованы низкокачественные комплектующие, например, профиль. Если под влиянием погодных условий деформировался фотомодуль, нужно его заменить.
Расчет производительности
Применение солнечной энергии и экономическую рациональность таких концепций обусловливает эффективность всех видов систем солнечных батарей. Прежде всего учитываются затраты, обращённые на преобразование энергии солнца в электрическую.
Насколько окупаемы и эффективны такие системы, определяют и такие факторы как:
- Тип гелиопанелей и сопутствующего оборудования;
- КПД фотоэлементов и их стоимость;
- Климатические условия. В разных регионах — разная солнечная активность. Она же влияет и на срок окупаемости.
Как подобрать нужную производительность
Перед покупкой панелей необходимо знать, какую необходимую эффективность сможет выдавать солнечная батарея.
Если ваш домашний уровень потребления составляет, к примеру, 100 кВт/месяц (по электросчетчику), то целесообразно чтобы гелиоэлементы вырабатывали столько же.
С этим определились. Пойдем дальше.
Понятно, что гелиостанция работает только в дневное время суток. Мало того — паспортная мощность будет достигнута при наличии ясного неба. Кроме этого, пика мощности можно добиться при условии падения лучей солнца на поверхность под прямым углом.
При изменении положения солнца изменяется и угол панели. Соответственно, при больших углах будет наблюдаться заметное снижение мощности. Это только при условии ясного дня. В пасмурную погоду можно гарантировать падение мощности в 15–20 раз. Даже небольшое облачко или дымка вызывает падение мощности в 2–3 раза
Это тоже надо принимать во внимание
Теперь — как рассчитать время работы панелей?
Рабочий период, при котором батареи смогут эффективно работать практически на всю мощность, составляет примерно 7 часов. С 9–00 до 4–00 вечера. В летнее время световой день больше, но и выработка электричества в утреннее и вечернее время совсем мала — в пределах 20–30 %. Остальная часть, это 70 %, будет вырабатываться, опять-же, в дневное время, с 9 до 16 часов.
Итак, получается, что если панели имеют паспортную мощность 1 кВт, то в самый летний, самый солнечный день выработают 7 кВт/час электроэнергии. При том условии, что проработают с 9 до 16 часов дня. То есть в месяц это составит 210 кВт/час электроэнергии!
Это комплект панелей. А одна панелька мощностью всего-навсего в 100 ватт? За день она даст 700 ватт/час. В месяц 21 кВт.
Типы фотоэлектрических преобразователей
В промышленности существует классификация солнечных батарей по типу устройства и применяемого фотоэлектрического слоя.
По устройству делятся на:
- панели из гибких элементов, они же гибкие;
- панели из жестких элементов.
При развертывании панелей чаще всего используются гибкие тонкоплёночные. Они укладываются на поверхность, игнорируя некоторые неровные элементы, что делает данный тип устройства — более универсальным.
По типу фотоэлектрического слоя для последующего преобразования энергии панели делятся на:
- Кремниевые (монокристалл, поликристалл, аморфные).
- Теллурий–кадмиевые.
- Полимерные.
- Органические.
- Арсенида–галлиевые.
- Селенид индия– меди– галлиевые.
Хотя разновидностей множество, львиную долю в потребительском обороте имеют кремниевые и теллурий–кадмиевые солнечные панели. Эти два типа выбирают из–за соотношения кпд/цена.
Жизненный цикл солнечных элементов
Напомним, что минимальный срок эксплуатации солнечной панели равен 25 лет. Производители работают над этом вопросом, планируя этот срок увеличить. Разумеется, одной панели будет недостаточно, поэтому понадобится несколько. Сколько? Зависит от площади, где будет производиться монтаж и от мощности, которую хочет получить будущий владелец. Остановимся на затратах для станции:
- оборудование (вы приобретаете не только солнечные панели, а инвертор, конструкции, кабели);
- комплекс дополнительных мероприятий (документы, интернет, видеонаблюдение, сигнализация, подведение мощности и другие моменты).
Во всех каталогах указана только стоимость фотопанели, а все остальное упущено. Покупатель узнает о дополнительных расходах уже во время приобретения продукта.
Таким образом, небольшая СЭС (30 кВт) окупиться только через 5-6 лет, при собственном потреблении электроэнергии срок увеличивается. Довольно часто проект окупается как к окончанию службы оборудования.
Чтобы выйти на 25% рентабельности, следует уменьшить стоимость самой станции или позаботится, о том, чтобы увеличить ее производительность.
Это важно! На целесообразность установки фотопанелей влияет расположение местности, где будет производиться установка. Логично предположить, что там, где солнца больше, там и выгодно
А сколько нужно для частного дома?
Одна солнечная панель стоит от 7000 рублей. Стоимость может быть очень разной – всё зависит от размеров панели, её качества и, конечно же, от производителя: чем раскрученнее бренд, тем дороже.
Но вы же понимаете, что панели будут работать только днём, причём солнечным днём, а в пасмурную погоду или ночью эта система просто не сможет функционировать. И энергия будет потребляться из запасов, накопленных в солнечные часы. А чтобы образовался запас, должны быть излишки, и это дополнительные панели.
ФОТО: img.alicdn.comЧтобы сохранить избыток энергии, потребуются аккумуляторы, причём не любые, а гелевые, которые прослужат долго и надёжно
Аккумуляторов надо не один и не два, а минимум четыре или больше, в зависимости от того, какое количество энергии вам потребуется. И какими бы надёжными эти аккумуляторы ни были, они служат года 3–4, а потом их придётся менять.
Если сложить всё вместе, получится далеко не 60 тысяч, а минимум 300, и ещё придётся постоянно вкладываться в плановую замену панелей и аккумуляторов. Вы готовы к этому?
Типы деградации солнечных панелей
- Деградация, вызванная светом (LID – от англ. Light Induced Degradation) – возникает, когда солнечная панель впервые подвергается воздействию солнечной радиации, в результате ее фотопроводимость уменьшается. Это считается этапом «настройки» панели, также называемым «начальным ухудшением» или краткосрочной деградацией, и происходит в течение первых 1000 часов работы. Эффективность панелей на этом этапе снижается в среднем на 1–3% и после этого стабилизируется. Такой тип деградации присущ преимущественно монокристаллическим панелям.
- Потенциальная деградация (PID – от англ. Potential Induced Degradation) – данный тип деградации не всегда происходит, но если это случится, производительность панели может снизиться вплоть до 30%. Подвержены ей все типы панелей (моно- и поликристаллические, а также тонкопленочные). В некоторых случаях потенциальная деградация может быть обратимой, но этот процесс всегда является достаточно непростой технической проблемой, которая требует немедленного решения. Потенциальная деградация возникает, когда разные компоненты в системе находятся под разными напряжениями. Например, при разности потенциалов между солнечными элементами и рамкой (монтажной конструкцией, алюминиевым или стальным каркасом). Такое отклонение вызывает утечку напряжения и, следовательно, снижает выходную мощность панели. Основная причина такого явления – поляризация, то есть потенциал солнечных батарей по отношению к земле. Предотвратить подобную деградацию и даже восстановить работу узлов, которые подверглись ей, поможет заземление положительного электрода. По сути, потенциальная деградация – это появление токов утечки в полостях между пластинами полупроводника и другими составляющими фотомодуля. Последний при этом теряет способность создавать заявленное «на выходе» напряжение.
- Деградация, связанная со старением. Солнечные модули подвержены влиянию внешних факторов, что неизбежно – это естественный износ солнечных панелей. Такие процессы старения происходят из-за химических реакций в полупроводниках, вызывающих кристаллические затвердения, а также из-за загрязнения фотомодулей, климатических условий, погоды, влияния ультрафиолета. Обычно данный тип деградации необратим, и с экономической точки зрения смысла в его устранении нет.
