Солнечные батареи для частного дома: как правильно рассчитать, выбрать, эффективно установить

Солнечная панель для дома

На старте организации хозяйства Ясное Поле я и супруга поселились в бытовке. Почти год у нас ушёл на подведение электричества за 550 рублей прямо в поле. Пока тянулась бюрократическая волокита, самостоятельно собрал солнечные батареи для частного дома. Вот на тему автономной системы и поговорим.

Прежде немного теории, от которой я отталкивался, когда принимал решение при организации энергии от света. Автономная система, работающая от солнца, состоит из следующих частей:

  1. Солнечная панель
  2. Контроллер заряда
  3. Аккумуляторная батарея
  4. Инвертор из постоянного тока (12/24/36/48v) в переменный (220/380v)

В зависимости от задач, части можно заменять, убирать и добавлять. Например, солнечная панель как заменяется, так и дополняется, устройствами генерирующими электричество из ветра, воды, биогаза или термального источника.

Система может быть полностью независимой или гибридной — подключённой к существующей электросети, или резервной. От этого зависит, нужны ли аккумуляторы. Какие запасы энергоёмкости требуются. Или можно вовсе обойтись без них.

Что такое солнечный элемент и как работает

Способ получения электричества из света был получен в 1842 году. Через сто лет был создан первый рабочий прототип панели и продемонстрирован во время пресс-конференции. Ещё через десять лет в космос полетел спутник, оборудованный солнечными батареями. Так началась эпоха солнечной энергетики.

Фотоэлектрический преобразователь (элемент солнечной системы), это пластина с нанесёнными на неё веществами, которые реагируют на фотоны, летящие от источника света. В качестве реакции элементы вырабатывают электричество.

Как работает солнечный элементПринцип работы солнечного элемента

Самые популярные фотогальванические элементы состоят из кремниевых пластин. При попадании света на поверхность элементов часть фотонов отражается, а часть выбивает из кремния электрон имеющий положительный заряд. Чем больше света, тем больше фотонов попадает на пластину.

Один не отразившийся фотон выбивает один электрон. Который выводится из элемента в электрическую цепь, подключённую к элементу. Таким образом, поток электронов создаёт постоянный ток.

В этот момент он либо сразу будет использован электроприбором, либо отправлен в аккумуляторную батарею, для превращения электрической энергии в химическую. Из-за этого происходит сохранение полученной энергии.

Виды солнечных элементов

Виды солнечных панелейСтруктура веществ используемый для изготовления панелей

Разумеется, технология создания фотогальванических пластин разнообразна. Но в широком ходу всего два вида. Не так давно добавился третий. Но он пока на стадии развития и только набирает обороты.

Монокристаллический

Пока самый эффективный, и одновременно самый дорогой вид. Главный действующий компонент — тонкая кремниевая пластинка созданная путём “выращивания” единого монокристалла, имеющего непрерывную, однородную кристаллическую решётку.

КПД качественных, современных монокристаллических панелей достигает до 22%.

Они считаются более долговечными. Поскольку со временем деградирует не кристаллическая пластинка, а окружающие детали. Антибликовое покрытие, защитная плёнка и т.д. Внешне отличаются равномерным цветом и скошенными углами элементов.

Поликристаллический

Эти пластины собраны из монокристаллических кусочков. Их изготовление обходится дешевле, имеют неоднородную окраску. Из-за меньшей чистоты кристалла снижена эффективность. При одинаковых площадях и количестве токопроводящих элементов, КПД панели до 18%. Однако с каждым поколением разница в сравнении с монокристаллом всё меньше и меньше.

Считается, при рассеянном свете поликристаллы хуже вырабатывают ток. Однако на практике разница столь незначительна, что в рамках домашней энергетики нет смысла на это обращать внимания.

Последние годы, благодаря спросу и оптимизации производства, цена на солнечную панель настолько снизились (не в рублёвом эквиваленте), что разница между этими двумя видами стала минимальна.

Но надо понимать, что сравнение эффективности проводится при одинаковых площадях. Однако поликристаллические панели делают размером чуть больше. Тем самым достигают одинаковых заявленных мощностных характеристик.

А также на выработку тока влияет количество токопроводящих дорожек. Благодаря им панели из поликристаллических пластин догоняют, по цене и характеристикам, панели из монокристалла. 

Аморфный

Несколько лет назад появился новый вид фотогальванических пластин. В этот раз используется непросто кремниевые кристаллы, а соединение кремния с водородом. И добавляют силан. Эта технология позволила выпускать пластины аморфной структуры.

Так появился гибкий солнечный элемент. К сожалению, эта методика пока находится в стадии развития, и КПД таких солнечных панелей редко доходит до 12%. Будем надеяться, что с годами сравняется и цена, и эффективность выработки тока.

Зато цена изготовления гораздо ниже кристаллических. Ведь толщина слоя с кремнием в сотню раз тоньше традиционных пластин. И производство практически безотходное.

К тому же считается, что аморфные элементы способны поглощать фотоны не только прямого солнечного света, но и рассеянного, при облачной погоде. Надеюсь, через десяток лет, гибкими панелями можно будет покрывать крыши домов, за небольшие деньги.

Категории качества солнечных элементов

Виды солнечных элементовГрадация качества

Следующие отличие солнечных элементов заключается в качестве. Они разделяются на оценочные группы “grade” A, B, C, D. В нашей, привычной российской системе ценностей, это звучало бы как “сорт”. “A” – равнозначен первому, как самому качественному сорту. “Градация” касается только “моно” и “поли” кристаллических пластин.

Grade A

Самое высокое качество. Здесь нечего рассказывать. Просто лучшие экземпляры, по самой высокой цене, за чистоту пластин. Без сколов и трещин. Если и есть микротрещины, то увидеть их можно, только вооружившись оптическим оборудованием. Обычно применяются при промышленном изготовлении хороших, качественных солнечных панелей промышленного выпуска. Хороший вариант, если вы планируете организовать промышленную электростанцию, и хотите сократить расходы на обслуживание и замену элементов.

Grade B

Второсортная продукция. Могут быть небольшие, видимые трещинки. Допустимы маленькие сколы по краям. По сути, это либо продукция отбракованная на стадии тестирования либо жертвы небрежной транспортировки. 

Grade C

Это категория заметных повреждений. Отколотые куски недостающие плоски контактных шин. Допустимы большие трещины. Годится для самодельных панелей с низкими требованиями. Для генерации электричества используемого для не критичных объектов. Освещение дворика, или ночной, автоматической подсветки, с малым потреблением энергии.

Grade D

Последний сорт – мусор. Битые фрагменты. Если специально не искать, скорее всего, в продаже не попадётся. Такой лом скупают производители разных электроприборов с солнечными элементами. Садовые светильники, калькуляторы, качающиеся фигурки на топедо автомобиля и так далее.

Для них нарезают битые пластины или крупные куски на небольшие квадратики, подходящие для маломощных устройств. Оставшуюся мелочь перепродают на переплавку.

Если элементы в модуле не квадратные и не соответствуют размерам 125*125 мм или 156*156 мм — то с очень большой долей вероятности они сделаны из лома. Иными словами, если в небольшом модуле много маленьких элементов — этот модуль, скорее всего, сделан из отходов. Но это не должно пугать. Главное — заявленная мощность.

Как выбрать солнечную батарею

Виды солнечных панелей

При выборе типов гелиомодулей следует опираться на глобальные потребности. Когда цель запитать небольшой частный дом, для освещения и зарядки мобильной техники, можно ограничиться самодельными панелями, изготовленными из пластин grade B-C. Стоимость комплекта будет дешевле заводских экземпляров, и в случае кражи будет меньший финансовый ущерб.

Если цель — создание капитальной системы, собираете панели для частного дома, правильнее выбирать готовые, заводские экземпляры. Они отличаются не только сборкой из пластин grade A. Качественные панели имеют закалённое стекло повышенной прозрачности. Элементы залиты компаундом — составом, защищающим от воздействия атмосферных осадков. Хорошая пайка исключает обрыв контакта и короткое замыкание.

Сами панели не боятся короткого замыкания. Но при стечении обстоятельств, могут замкнуться провода идущие от контроллера или аккумуляторов. Это грозит пожаром.

Если вы не стоите коммерческую солнечную электростанцию, для продажи электроэнергии, то нет смысла задумываться над выбором между “моно” и “поли” кристаллическим видом. При одинаковых размерах монокристаллическая панель выдаёт немного больше тока. Но на практике поликристаллические выпускаются чуть большим размером.

Когда разница в несколько сантиметров не имеет значения, то нет смысла переплачивать за монокристалл.

В итоге, если в характеристиках заявлено 240Вт, то это актуально для панели любого вида, независимо от способа создания пластин элементов. Просто при больших площадях покрытия, имеет смысл озадачиться размером каждой батареи. Когда запланированные размеры порядка одного гектара, то каждый сантиметр одной детали имеет значение. Ну или если вы перфекционист, и важно разместить красиво на стене дома.

Какой КПД солнечных батарей

Когда мы говорим о коэффициенте полезного действия, то надо понимать, как его вообще получают. Подходы разные. Например, самый простой - в идеальных тестовых условиях. При температуре 25 градусов по цельсию, под углом строго 90 градусов, на панель подают свет аналогичный 1000Вт на квадратный метр. И по формуле рассчитывают максимальный КПД. Вот пример одной из них.

КПД = A / (B * C) * 100, где:
A – мощность солнечной панели на выходе;
B - сила светового потока в ваттах.
C – площадь солнечной панели;

Допустим, у нас волшебным образом оказалась в руках абстрактная панель площадью 2,5 квадратных метра. И она в идеальных тестовых условиях выдала 300Вт.

КПД = 300 / (1000 * 2,5) * 100 = 12%

Однако это очень примитивный способ, с большой погрешностью. Есть более точные, но сложные формулы, учитывающие наклоны света, температурный режим, разницу площади батареи и площади поглощения света, отклонения от южного полушария и тому подобное.

Коэффициент полезного действия кремниевых батарей:

  • Монокристаллические – 22%
  • Гибкие (аморфные) панели – 5%
  • Поликристаллические – до 18%
Космические модули получают электричество от панелей с КПД 45-49%. Но в гражданском применении, частном доме и в быту они неприменимы из-за наличия ядовитых веществ в компонентах.

Чем выше КПД, при одинаковых мощностях, тем меньше размер занимаемой площади. То есть, значение КПД, для простого потребителя, имеет значение только при расчётах занимаемой площади, если важен каждый сантиметр. Монокристаллические выгодно ставить в ограниченном пространстве.

КУИМ вашей широты

Обратите внимание, мощность панели указывает на выработку при идеальных условиях, все 24 часа. Однако элементы панели, в хороший солнечный день, будут нормально работать около 8 часов в день. Остальное время суток, качество выработки будет существенно падать, вплоть до абсолютного ноля в сумерки и ночью. А также сильно отличается выработка зимой и летом. 

Раньше при определении необходимой мощности солнечной системы, приходилось индивидуально высчитывать инсоляцию — количество солнечных дней. И углы к солнцу в зависимости от широты и т.д.

Уровень инсоляцииИнсоляция Тверской области

Сейчас, благодаря открытым данным, давно стал известен КИУМ - “Коэффициент использования установленной мощности”. Этот коэффициент показывает среднюю, годовую, эффективность системы, в зависимости от географического местоположения.

Калмыкская солнечная электростанция занимает 50 гектаров. Состоит из 83333 панелей, по 270Вт каждая. В сумме её мощность около 25МВт. Она могла выдать примерно 220000МВт·ч за год, если бы солнце светило круглый год, без ночей и облаков. Но по итогам года станция сгенерировала примерно 33500 мегаватт. И её КИУМ за год равен 14,2%.

На широте городов Тула, Самара, Омск, КИУМ составляет 12%. По линии Сочи и Краснодара, Болгарии, Франции равен 15%. КИУМ в широте Астрахани 16%. Если ваш дом находится в средних широтах, ближе к северу, то не отчаивайтесь. Германия находится на линии КУИМ 10%. И это не мешает ей быть европейским лидером по солнечной энергетике. Согласно 30-и летнему сбору данных, европейские станции работают с эффективностью около 13%.

Допустим, батарея панелей суммарной мощностью 1000Вт установлена в тульской области. Согласно КУИМ Тульского региона, годовая выработка составит 12% от заявленной мощности. То есть, в среднем по году она будет выдавать 120Вт в час. С отличием, что по ночам это будет 0Вт·ч, а в хороший солнечный день достигать до 1000Вт·ч.

Как рассчитать мощность солнечных батарей

Чтобы солнечные батареи для частного дома полностью выполняли свои функции, в первую очередь необходимо знать, сколько электричества потребляете в сутки. А лучше сколько потребляете в неделю. Желательно понимать, разницу между летним и зимним потреблением. 

Здесь есть два варианта. Если ваш образ жизни практически не изменится (при альтернативной энергетике это очень расточительно) просто записывайте показания вашего счётчика. Либо посчитайте примерное потребление предполагаемых приборов. Изучите технические характеристики ваших приборов и умножьте на предполагаемое время потребления в сутки.

Абстрактный набор бытовых приборов
НазваниеМощность ВтВремя работы в часахПотребление в сутки Вт·ч
Компьютер50021000
4 лампочки по 60Вт246144
Насос1002200
Холодильник50241200
Телевизор504200
Стиральная машинка8001800

Итого: суточные потребности в примере составляют 3544Вт·ч или 3,5кВт·ч

На самом деле, логичней считать не суточное потребление, а недельное или за месяц. Скорее всего, стиральная машинка не будет использоваться каждый день. Это значительно сказывается на годовых итогах.

Допустим, систему собираем для частного дома и круглогодичного использования в Тульской области, КУИМ которой 12%. Наши 3,5кВт·ч должны уложиться в эти проценты - 3,5 / 0,12 = 29. В результате наши среднегодовые потребности, должны удовлетворить солнечные панели суммарной мощности 29кВт·ч.

Но не спешите заказывать такое количество элементов. На практике, в обычный солнечный день средней широты России, набор панелей мощностью 1кВт вырабатывают до 4кВт·ч в сутки. И, кажется, что этого будет достаточно. Однако зимой, в пасмурный день, есть вероятность получить нулевые дни. Когда света настолько мало, что заряд не начинается вовсе.

Из-за сильной разницы количества и длительности солнечных дней от сезона к сезону, неразумно делать автономную систему исключительно на солнечных батареях. Это очень дорого. Для затяжных зимних циклонов актуально иметь дополнительные устройства генерации. Иначе можно остаться без света на несколько дней.

Если собираете солнечные батареи для дачи, или для кемпинга, подразумевая сезонное потребление, руководствуйтесь простым принципом: потребление не должно превышать мощности панелей более чем в 6 раз. В противном случае даже в солнечный день, Аб никогда не будут заряжены.

Как сделать солнечную батарею своими руками

Как сделать солнечную панельПроцесс припайки контактной шины к элементам

В хозяйстве Ясное поле была задача обеспечить вечернее освещение дома, зарядку мобильной техники, ноутбука и по возможности иметь запасы энергии на мелкие работы электрическим инструментом. Мы активно использовали бензиновый генератор и хотелось снизить затраты бензина. Для этого решил собрать панели самостоятельно.

Традиционно, для самостоятельной 12-и вольтовой сборки, применяется 36 пластин (или другое число кратное 12-и). Рассмотрим пример: имеется 36 пластин с заявленными 5,33Вт и 0,4v. Спаяв такой набор в последовательную цепочку, получим батарею 192Вт и 14.4v. Этого хватит для летней зарядки автомобильного аккумулятора ёмкостью около 100А·ч.

Привычное нам напряжение 12v – условно. На самом деле оно примерно 14-17v. Небольшое превышение типично для таких систем, для гарантированного вольтажа с учётом потерь.

Для потребностей Ясного поля использовались два автомобильных аккумулятора по 75А·ч и две панели по 192Вт. Такая избыточность в панелях закладывалась на зиму. Можно было купить ещё аккумуляторы и шиковать летом. Но в остальные сезоны этой мощности не хватило бы на зарядку. Лишние АБ пришлось бы отключить.

Тратить деньги на дорогостоящие компоненты, которые будут простаивать 9 месяцев в году – не рационально.

Что необходимо учитывать при покупке:

  • Выбирайте необходимые “электро” характеристики элементов исходя из потребностей.
  • Учитывайте многократные просадки в пасмурную погоду. Они могут длиться неделями.
  • При планировании самостоятельной сборки учитывайте размеры пластин. На рынках нашей местности стёкла продавались таких размеров, что непригодный остаток составлял почти четверть площади.
  • Если заказывали grade A, проверяйте пластины на предмет трещин и сколов. Второй сорт стоит дешевле.
  • Обращайте внимание на количество шин предусмотренных производителем. Чем их больше, тем выше КПД. Но в то же время вам их пропаивать.

Посмотрев на характеристики в интернет-магазинах, сопоставив с ценами и потребностями, заказал в интернете два комплекта для сборки. В каждый входило:

  1.  38 пластин (2 запасные)
  2. 57 метров медной шины
  3. Флюс-гель

На строительном рынке купил несколько алюминиевых уголков, оконные стёкла. Металлические уголки с винтиками/гайками для сбора рамы. И паяльник с оловом.

При пайке солнечных элементов не рекомендуется использовать паяльник мощностью более 60-80 ватт. Перегрев повреждает пластины.

Несколько дней припаивал шины к пластинам. Потом собрал раму, герметиком вклеил стекло. Разместил внутри элементы с медными шинами и спаял в единую конструкцию. Придавил по углам подручными предметами и точечно приклеил герметиком к стеклу.

Самодельная солнечная панельПроцесс приклейки элементов

Когда точки застыли, убрал предметы. Затем залил герметиком все оставшиеся стыки, что бы влага и пыль не попадали между стеклом и элементами.

Таким образом собрал четыре рамы генерирующие электричество по шесть вольт. Получилось два полноценных солнечных гелиомодуля. Просто ради удобства сборки и монтажа, сделал их в виде четырёх частей. Конструкция вышла бюджетной – около трёх тысяч рублей, за одну полную батарею, дающую теоретические 192Вт·ч в пике.

Подключение солнечных панелей

Для понимания картины пригодится сила тока — амперы. Их рассчитывают путём деления мощности на напряжение. 200Вт / 12v = 16,66А. Разберём случай с двумя абстрактными батареями по 12v, выдающих по 200Вт каждая. Как же их соединять между собой? Есть две схемы соединения батарей: последовательно и параллельно.

Последовательное соединение

Последовательное соединениеПример схемы последовательного подключения панелей

Подключаете “плюс” одной панели к “минусу” другой. В этом случае ток проходит через все компоненты, проходя из одного в другой. Вольты при этом суммируются, амперы сохраняются. На выходе получаем итоговую систему:24v - 400Вт - 16,66А.

Для справки: теоретически можно собрать систему напряжением 220v и скоммутировать в обычную электросеть для дома. Однако панели выдают постоянный ток. Для бытового применения его необходимо инвертировать в переменный. При этом во многих приборах бытового назначения, собственный блок питания преобразовывает ток снова в постоянный и устанавливает необходимые вольты.

К сожалению, на каждом этапе происходят значительные потери. Вдобавок сила тока прыгает. Положение солнца, и облака на небе, постоянно меняют выдаваемую мощность. КПД, всей автономки, падает многократно.

Параллельное соединение

Параллельное соединениеПример схемы параллельного подключения панелей

Подключаете вместе “плюсы” обеих панелей, затем “минусы”. Тогда сохраняется вольтаж, но суммируются амперы. На выходе получим: 12v - 400Вт - 33.32А.

Наша система запланирована на использование 12-и вольтных устройств. Автомобильные девайсы купить проще, чем искать оборудование в специализированных магазинах для яхт и домов на колёсах. В этом случае несколько панелей необходимо подключать параллельно. Но была особенность.

Если собираете солнечные панели для дома не временно, как у нас, а капитальную альтернативную энергетическую систему, собирайте систему сразу 48v или даже 60v. Вдолгую это будет гораздо эффективней, с меньшими потерями.

Как упоминал ранее, я собрал 4 модуля по 6 вольт каждый. Получается, что для сборки надо применить следующую схему подключения солнечных панелей — последовательно собрать две пары по 12v.

Для этого необходимо каждую пару подключить между собой последовательно, и эти пары коммутировать параллельно. В результате получил систему 12v, которая в пике может выдавать 384Вт - 32A.

Осталось соединить батареи с аккумуляторами. И можно накапливать энергию солнца. Но не всё так просто. В следующих заметках рассмотрим контроллеры заряда, аккумуляторы, инверторы.

Установка солнечных батарей 

Отличный вариант, когда их ставят на отдельные кронштейны, которые поворачиваются вслед за источником света. И наклоняются, чтобы вся батарея располагалась под углом 90 градусов, относительно солнца.

Идеальный вариант, когда всё это установлено высоко в горах. Там, где много света и холодно. Помимо охлаждения, снег отражает много света во все стороны. Но, скорее всего, это не ваш случай. Поэтому спустимся с гор и рассмотрим бытовые примеры.

Место монтажа и направление

Их не так много. Это на крыше, стене дома, или конструкция на земле. Для повышения летнего КПД батареи актуально закрепить на крыше дома. Если больше заботит зимний период, то их следует либо установить под углом приближённому к 90 градусов относительно солнца. 

Наземная конструкция позволяет безопасно обслуживать систему, и вручную регулировать углы наклона. Но предъявляет больше требований к окружающему пространству. Выбирайте пространство, где в течение дня отсутствуют тени от деревьев и строений.

Монтажа солнечных панелей на крыше есть существенные минусы:

  1. Установка и обслуживание на небезопасной высоте.
  2. Каждое отверстие под крепёж — потенциальная протечка кровли.
  3. Необходимость в регулярной чистке поверхности от листьев и снега.
  4. В жаркие дни, горячий воздух от кровельного материала подогревает и без того раскалённые элементы.
Производители декларируют выдаваемую мощность, получаемую на испытаниях при  25 градусах по Цельсию. За каждый лишний градус фотогальванические элементы снижают эффективность на 0,3-0,5%. Солнечные батареи лучше всего работают при отрицательных температурах.

Как писал ранее, в Ясном поле был собран комплект мощностью около 380Вт. Это было гораздо больше наших минимальных потребностей. И позволило не заморачиваться с точным позиционированием относительно солнца. Закрепил крепёжной лентой для гипсокартонных работ, на западной стене дома. Вечером посмотрел, где солнце, выставил по вертикали примерно 90 градусов к закату.

Установка солнечных панелей на стенеВертикальное расположение на стене

Руководствовался следующими соображениями:

  • Установка на крыше сложнее настенной.
  • На стене дома проще мыть стёкла.
  • Зимой не надо чистить после каждого снегопада.
  • Угол крыши позволяет ловить много летних лучей. Но зимой солнце проходит низко, и угол надо менять.
  • В течение дня из аккумулятора будет потребляться запас энергии. Заходящее западное солнце будет пополнять батарею для вечерних потребностей.

Существуют примерные данные, об эффективности выработки, в зависимости от сторон света, куда направлены панели. Измерения проводили расположив батареи под углом 45 градусов.

Сторона светаВыработка от максимально возможной, в процентах
Восток78
Юго-восток94
Юг97
Юго-запад94
Запад78

Итого: разница составляет 19%. Если дополните изначальную систему на 20%, то сможете выбрать любое направление, кроме северного.

Если нет возможности собрать кронштейны позволяющие крутить элементы по сторонам света, выбирайте приоритетные направления в зависимости от образа жизни, когда возникает максимальная нагрузка.

  • Много работаете днём — южное
  • Основное потребление по вечерам — западное
  • Встаёте с рассветом и приступаете к работе — восточное.
Направлять на север нет никакого смысла. Там только рассеянный или отражённый свет.

Угол наклона солнечных панелей

Это очень непростой вопрос. Он зависит от времени года, и географической широты, местонахождения объекта. Для максимальной эффективности угол наклона необходимо периодически изменять.

Но вам придётся самостоятельно решать, что важнее и дороже, правильный угол и максимальная отдача панелей, или ваше свободное время. Ведь если просуммировать затрачиваемое время на обслуживание, вполне может оказаться, что дешевле пару раз завести генератор.

Примерную таблицу всё же приведу. Вдруг пригодится для планирования и расчётов. Если угол не перпендикулярен солнцу, то примерные ожидаемые потери следующие:

Угол отклонения в любую сторонуПотери в процентах
91
185
4019
4530

Не забывайте учитывать удалённость батарей от основного электрического блока всей системы. Чем дольше ток будет проходить до контроллера заряда, и далее в аккумулятор, тем больше будут потери в проводах. Если их далеко тянуть, то придётся раскошелиться на кабель увеличенного сечения.

Какая окупаемость солнечных батарей

Солнечная станцияМинимальный набор: солнечные панели, аккумуляторы, контроллер, инвертор

Уточним термин “Окупаемость” - соотношение затрат и полученных результатов. Если полученные результаты сравнялись или превысили затраты, то проект окупился.

Мои самодельные панели для частного дома, обошлись примерно по три тысячи рублей каждая. В сумме они могли выдать теоретические 400Вт каждый час, в идеальных условиях. Однако надо учесть КУИМ нашего региона — около 10%. Получается, среднегодовая отдача всей батареи около 350,4кВт·ч (400 * 24 * 365 * 0,1 = 350400ВТ·ч). 6 тысяч рублей поделим на 350,4 и получим 17.12 рубля за киловатт. За первый год работы.

Это говорит об окупаемости или нет? А если панели проработают без поломок 10 лет, то стоимость вырабатываемого киловатта будет 1.71 рубля. Уже лучше. Но говорит ли это об окупаемости? Как мне кажется, когда совсем нет электричества, то панели “окупаются” как только себестоимость киловатта становится ниже, чем от бензогенератора.

Но если мы рассуждаем в формате “наши солнечные батареи для частного дома окупили себя и приносят прибыль”, то нет. Чем больше тока успеваем получить от фотогальванических элементов, тем ниже стоимость добытого электричества.

И всё бы хорошо, если бы не дополнительное оборудование — контроллер заряда, инвертор, аккумуляторы, резервный генератор, всяческие коннекторы, диоды и так далее. О стоимости и влиянии на окупаемость этих компонентов поговорим в следующих заметках.

“Альтернативная энергетика — это классно! Классно когда нет альтернативы!”

красноярский фермер Джастас Уолкер

А также необходимо учесть PID (potential induced degradation) — деградацию фотогальванических элементов в течение срока службы. Поскольку они состоят из нескольких слоёв, между ними начинают возникать воздушные пространства от расслоения, паразитные токи, потери.

От града, крупных мусорных пылинок и твёрдых снежинок, незаметно глазу, мутнеет стекло. Компаунд — вещество которым заливают ячейки, может менять цвет на отличный от прозрачного. Он становится белёсым или желтоватым.

Соединения электрических контактов под воздействием атмосферы, частиц пыли, могут образовывать плёнку. Которая создаёт потери тока. Из-за неё детали могут излишне нагреваться, а то и вовсе выходить из строя.

Одним из компонентов плёнки является металл контакта, другим — кислород, сера и прочие химические реагенты, оседающие на поверхности металла. Например, атомы кислорода сначала создают на поверхности металлов тонкую одноатомную плёнку сцепления, которая со временем и при повышении температуры утолщается.

Первый год качественные панели теряют 2-3% от заявленной производительности. Затем 0,7-1% каждый год. У дешёвых или самодельных батарей PID может расти значительно выше. Но эта проблема решается покупкой дополнительной панели, лет через 15-20.

Выводы

  • Назначение солнечных панелей — получения электричества из света. Подходит даже свет лампы. Но затраты на свет будут на 99% больше получаемой энергии.
  • Проживая вдали от городов, автономная система позволяет пережить частые отключения электричества. Или даже полностью снабдить энергией домохозяйство, если традиционное электричество недоступно.
  • Существует три основных вида солнечных элементов: монокристаллические, поликристаллические, амфорные. Первые самые дорогие, но эффективные. Вторые дешевле. Но их делают чуть больше размером. По этому их мощности примерно одинаковы.
  • Амфорные пока самые наименее эффективные. Но часто сделаны в виде гибких пластин. Возможно в будущем их КПД повысится.
  • Категории (“grade”) панели определяют качество элементов - наличие трещин и сколов.
  • Готовые комплекты имеют меньшие потери, медленнее деградируют, но стоят значительно дороже самодельных.
  • Если собираете автономную систему для временного использования, рассчитывайте суммарную мощность панелей в 2-3 раза больше, чем в среднем потребляют ваши приборы.
  • Если собираете для долгого, круглогодичного использования, смотрите КУИМ местности, где планируете устанавливать систему.
  • Есть две схемы подключения солнечных панелей — последовательная и параллельная. Первая суммирует вольты и Ватты. Вторая не изменяет вольтаж, но суммирует силу тока — Амперы.
  • Можно собрать солнечные панели для дома своими руками. Это немного снизит КПД, но позволит существенно сэкономить в деньгах.
  • При постоянном использовании устанавливайте панели практически вертикально. На земле или стене дома.
  • Зимой производительность падает в десятки раз.
  • Лучше купить несколько панелей небольшой мощности, вместо одной большой.
  • Долгосрочная работа панелей снижает себестоимость за киловатт. Но полностью солнечные батареи для частного дома не окупаются.
  • Для надёжности не забывайте про другие источники энергии. Например, дизельный или бензиновый электрогенератор.

На этом с панелями всё. Возникшие вопросы пишите в комментарии. При необходимости дополню заметку. Подписывайтесь на рассылку. Будет продолжение.

Нет комментариев

Оставить комментарий

Отправить комментарий Отменить

Сообщение