Солнечная батарея для квартиры – Солнечные батареи для квартиры на балконе: установка своими руками

Солнечные батареи для квартиры

Наверное, в мире не найдется человека, который не хотел бы сократить расходы на электроэнергию или вовсе избавиться от них. Сегодня это возможно благодаря альтернативному источнику электроэнергии — солнечным панелям. Многие слышали об использовании этого устройства в промышленности, но установка солнечных батарей в квартире тоже возможна.

Где установить СБ

Самое первое, что приходит в голову — это балкон. Но здесь необходимо соблюдение следующих условий:

• балкон или лоджия должны выходить на солнечную сторону;
• на балкон должна быть проведена система отопления или же он должен быть отделан сберегающими тепломатериалами по всему периметру.

Утепление необходимо потому, что низкие температуры отрицательно воздействуют на солнечную батарею. Из-за этого эффективность ее работы падает, и она работает с большими потерями энергии. Оборудовать отопление на балконе можно разными способами:

• Установка системы «теплый пол».
• Размещение тепловентилятора или обогревателя (масляного или инфракрасного).
• Установка газового конвектора.
• Перенос батарей центрального отопления на балкон. Это возможно только при наличии разрешения БТИ. Действие нужно согласовать с жильцами дома.

Самые подходящие способы утепления балкона в случае установки солнечной батареи — это те, где требуется использование электроэнергии. Таковыми являются установка электрического теплого пола, размещение обогревателя или электрического тепловентилятора. Водяной теплый пол при очень низких температурах может лопнуть и залить соседей, газовые и иные системы отопления требуют дополнительных затрат. Электрические же установки будут работать бесплатно, т.е. питаясь от солнечной батареи.

Также желательно наличие на балконе или лоджии энергосберегающего остекления и обшивки из утеплителей (пенопласт, дерево, рубероид, минеральная вата). Необходимо позаботиться о противопожарной безопасности и изолировать электрические приборы от легковоспламеняющихся материалов.

Уровень утепления балкона зависит от региона. В теплых южных регионах, где температура редко опускается ниже нуля, эти требования необязательны. Батареи устанавливаются как на полностью застекленных, так и не застекленных лоджиях и балконах.

Другие варианты размещения

Жильцы верхних этажей могут установить солнечную батарею на крыше. В этом случае понадобится провести в квартиру кабель, соединяющий панель из фотоэлементов с контроллером или инвертором.

Солнечные батареи для квартиры изготавливаются в виде гибких тонких пленок. Это отличное решение для тех, кто не может похвастаться наличием балкона на солнечной стороне. Панель изготавливают из полупроводников (алюминий, аморфный кремний) и наклеивают на стекло, как обычную тонировку. Такое изделие нередко обладает большими габаритами.

Еще один вариант — установка конструкции на многоквартирный дом. В этом случае потребуется участие всех жильцов и вложение значительной суммы денег.

Количество солнечных модулей в квартире

Сколько нужно солнечных батарей в квартире? Ответ на этот вопрос зависит от следующих факторов:

• цель установки;
• количество комнат и электроприборов.

Если целью является желание иметь резервный источник электроэнергии — то достаточного одного электрического модуля. То же самое касается случая, когда предполагается комбинированный вариант — т.е. освещение комнат осуществляется стандартным способом, а бытовые приборы подключены к системе солнечной батареи.

Если цель — полностью перейти на альтернативный источник питания, то здесь нужно высчитать количество электроэнергии, используемой за сутки. Например, в месяц расходуется 200 кВт. Следовательно, в день тратится примерно 6,5 кВт. Значит, следует искать батареи с соответствующей выработкой. Желательно разместить несколько батарей — одну на балконе, еще пару штук на окнах. Так снижается нагрузка, которую получает каждое устройство, что снижает вероятность выхода из строя всей системы. А еще так удобней подключать приборы.

Устройство батареи

Главный элемент — это сама батарея. Она состоит из фотоэлементов, которые генерируют электроэнергию под воздействием лучей солнца. Количество получаемой энергии зависит не только от площади модуля, но и от материалов, из которых изготовлены фотоэлементы:

• Поликристаллы кремния. Самый продуктивный вариант. Поверхность имеет синий цвет. Ценовая категория — средняя, установка простая.
• Монокристаллы кремния. Выполнены в форме треугольника, что усложняет установку. Из-за этого падает эффективность работы. Стоят дорого.
• Аморфный кремний. Самый дешевый и наименее эффективный вариант. Подходит лишь в том случае, если батарея нужна как дополнительный источник электроэнергии.
• Теллурид кремния. Из него делают тонкопленочные батареи.
• GIGS. Тоже материал для изготовления пленочных панелей, но с большим, чем у кремния, КПД.

По размерам солнечные модули различаются. На балконе легко помещается 2-4 экземпляра с габаритными показателями 54*62 см с толщиной в 3 см и весом в 4 кг.

К батарее прилагается дополнительное оборудование для хранения электроэнергии и подключения к сети. Панель подключена к контроллеру, контроллер — к аккумулятору и бытовым приборам. Контроллер регулирует напряжение и уровень тока, тем самым предохраняя разрядки или перезаряд установки. Аккумулятор накапливает энергию, выступая в качестве резервуара хранения. Для полного комплекта нужен инвертор — устройство, которое преобразует постоянный ток в переменный. Его можно подключить к розетке.

Поскольку электроэнергия накапливается в аккумуляторе, доступ к ней возможен в любое время, а не только при солнечной погоде. Уход за установкой прост — достаточно не допускать накопления на поверхности устройств пыли и вовремя очищать от грязи.

Монтаж и подключение

Как подключить солнечную батарею в квартире? Сначала необходимо провести монтаж панели на балконе. Для этого нужен алюминиевый уголок, из которого будет сварена рама. Параметры ее размеров на 5-10 мм превышают аналогичные показатели размеров стекла. Затем напаивают фотоэлементы. Очищается и обезжиривается стекло. Стекло помещается в раму и фиксируется в ней. Фотоэлементы закрепляются на стеклянной поверхности. Все зазоры заполняются герметиком. С обратной стороны наносится покрытие из алюминиевого лака. Каркас фиксируется на несущих конструкциях постройки.

Тонкопленочные панели крепятся так же, как и тонировка для окон. Дополнительное оборудование размещается на балконе или в квартире т.аким образом, чтобы оно не мешало передвижению и не было случайно задето. К электроприборам и сети система подключается через контроллер или инвертор.

altenergiya.ru

Солнечная батарея на балконе, опыт использования / Habr

Привет Geektimes. Данная статья является продолжением предыдущей части, про туристическое зарядное устройство «Anker Solar 21Вт». Идея использования солнечной батареи для зарядки разных гаджетов мне показалась весьма перспективной, но конечно, 21Вт в качестве универсальной зарядки мало — хочется иметь возможность заряда не только в солнечную погоду, а для этого нужен запас по мощности. Поэтому были куплены полноценные солнечные панели и начаты эксперименты с ними.
Что из этого получилось, подробности под катом.

Железо

1. Солнечная панель

Тут есть разные варианты, но на балконе основным ограничением является наличие свободного места. Для понимания порядка цен, батарея на 50Вт стоит примерно 5000руб и выглядит так:

Размеры панели в мм — 540x620x30, вес 4кг.

Балконы по размеру бывают разные, исходя из габаритов панелей, вполне без проблем можно поместить 2 или 4 штуки, больше уже не влезет. Для теста было куплено 2 панели по 50Вт. Такая батарея дает около 18В под нагрузкой или 24В без нее, значит при использовании 2х батарей нужно рассчитывать на суммарное напряжение до 50В (к примеру многие dc-dc преобразователи штатно работают до 30В). Можно соединить батареи и параллельно, но тогда потери из-за длины проводов будут чуть выше.

2. Контроллер

Здесь есть 2 варианта:

— Солнечные панели + контроллер + аккумулятор

Это классическая конструкция: контроллер заряжает аккумулятор когда есть солнце, пользователь когда ему надо, эту энергию использует.

Преимуществ у данной системы несколько:

— энергией можно пользоваться когда угодно, а не только когда светло,
— возможность подключения инвертора и получения на выходе 220В,

— как бонус, резервный источник в доме на случай отключения электричества.

Недостаток один: использование аккумулятора большой емкости в корне убивает экологичность идеи данного мероприятия. Число циклов заряда/разряда аккумуляторов ограничено, они не любят переразряд, к тому же и аккумуляторы и контроллеры довольно-таки дорогие. Цена контроллера составляет от 1000р за самую дешевую ШИМ-версию, до 10000-20000р за более дорогую (и эффективную) версию с поддержкой MPPT (что такое MPPT можно почитать здесь). Цена аккумулятора составляет от 5000р за обычный гелевый аккумулятор на 40-50А*ч, некоторые используют батареи LiFePo4, они разумеется дороже.

— Grid-tie инвертер

Эта технология наиболее перспективна на данный момент.

Суть в том, что конвертор преобразует и отдает энергию сразу в домашнюю электросеть. При этом потребляемая от общей сети энергия уменьшается, домовой электросчетчик фиксирует меньшие показания.

В идеале, если солнечные панели дают достаточно энергии для всех потребителей, значение на электросчетчике вообще не будет расти. А если потребление квартиры/дома меньше, чем выработка солнечных панелей, то счетчик будет фиксировать «экспорт» энергии, что должно учитываться компанией-поставщиком электричества. В России правда такая схема пока не работает — более того, большинство старых электросчетчиков считают энергию «по модулю», т.е. за отдаваемую энергию еще и придется платить. Вроде в 2017 году вопросы микрогенерации на законном уровне обещали начать решать. Но впрочем для панелей на балконе все это имеет лишь теоретический интерес — их выработка слишком мала.

Цена grid-tie инвертора составляет от 100$, в зависимости от мощности. Отдельно стоит отметить микроинветоры — они ставятся прямо на батарею, и отдают сразу сетевое напряжение, однако рекомендуемая мощность панелей составляет не менее 200Вт. Инвертор крепится прямо на задней стенке солнечной панели, это позволяет соединять их так:

Но для балкона это разумеется, неактуально.

Тестирование

Первым делом было интересно выяснить, какую реальную мощность можно получить с солнечных панелей. Для этого за 15$ была куплена плата АЦП ADS1115 для Raspberry Pi:
Использовать ее просто, входное напряжение делится делителем и подается на аналоговый вход, на выходе имеем цифровые значения. Исходники для работы с АЦП можно взять здесь. Также был куплен датчик тока ACS712, датчик напряжения был сделан из кучки резисторов (дома нашлись только одного номинала). В качестве нагрузки была установлена обычная лампочка на 100Вт. Разумеется, от 48 вольт она не горела (лампочка расчитана на 220В), а лишь еле-еле светилась. Сопротивление спирали составляет 42 Ома, что по напряжению позволяет примерно оценить мощность (хотя у лампы накаливания сопротивление нелинейно, но для грубой прикидки сойдет).

Первая тестовая версия выглядела так:

Технофетишистам не смотреть!

Исходник был допилен, чтобы данные и текущее время сохранялись в CSV, также на Raspberry Pi был запущен web-сервер, чтобы скачивать файлы по локальной сети.

Результаты за обычный вполне ясный день с переменной облачностью выглядят так:

Видно что пик напряжения приходится на раннее утро, что есть следствие неправильной установки панелей — в идеале они не должны стоять вертикально.

А вот так выглядит «провал» в день, когда набежали тучи, и пошел дождь:

Учитывая напряжение в 44В и сопротивление нити накала лампы в 42Ома, можно грубо прикинуть (нелинейность сопротивления лампы игнорируем), что в лучшем случае получаемая мощность P = U*U/R = 46Вт. Увы, КПД 100-ваттной панели при вертикальной установке не очень хорош — солнечные лучи падают на панель не под прямым углом. В худшем случае (пасмурно, дождь) мощность падает даже до 10Вт. Зимой и летом суммарная получаемая энергия также будет отличаться.

Опыт с отдачей энергии напрямую в сеть оказался неудачным: 500-ваттный инвертер от 45 ватт просто не заработал. В принципе это было ожидаемо, так что инвертор оставлен на будущее до переезда на место с балконом побольше.

В итоге, учитывая решение отказаться от буферных аккумуляторов, единственным рабочим вариантом оказалось использование dc-dc конверторов напрямую: к примеру вот такой конвертер может заряжать любые USB-девайсы, на его выходе уже есть и USB-разъем:

Есть модели чуть подороже, они имеют больший максимальный ток и большее число USB-разъемов:

Есть мысль также найти dc-dc-конвертер для зарядки ноутбука, их выбор на eBay весьма велик.

Заключение

Данная система имеет экспериментальный характер, но в целом можно сказать что оно работает. Как видно по графику, примерно с 7 утра и до 17 вечера отдаваемая панелями мощность более 30Вт, что в принципе не так уж плохо. В совсем пасмурную погоду результаты разумеется хуже.

Об экономической целесообразности речи разумеется не идет — при выработке 40Вт*ч по 7 часов, за неделю будет выработано 2КВт*ч. Окупаемость в ценах своего региона каждый может прикинуть самостоятельно. Вопрос разумеется не в цене, а в получении опыта, что всегда интересно.

Но куда девать энергию, вопрос пока открытый. Использовать 40Вт для зарядки USB-устройств это чересчур избыточно. На eBay есть grid tie инверторы на 300Вт с рабочим напряжением 10.5-28В, однако отзывов по ним мало, а тратить 100$ на тест не хочется. Если подходящее решение так и не найдется, можно считать что одна 50-ваттная панель является оптимумом для балкона — ею можно заряжать разные гаджеты, избыточность в этом случае минимальна.

По крайней мере, уже сейчас все домашние цифровые устройства (телефоны, планшет) переведены на «зеленую энергию» без особых хлопот. Есть мысль все-таки рассмотреть использование буферного LiFePo4 аккумулятора — но вопрос выбора и аккумулятора и контроллера пока открыт.

В дополнение: как подсказали в комментариях, можно использовать свинцовый аккумулятор, например автомобильный. Да, это действительно дешевый и работающий вариант, со 100-ваттной панелью будет достаточно примерно такого контроллера, ценой всего 10-20$ на eBay:

Фото
Гуглить по словам PWM Solar Charger.

Но это решение не совсем экологичное и не совсем интересное, поэтому в плане изучения технологий я его не рассматриваю. А если кому-то надо например, запитать видеокамеру на даче, то наверное вполне вариант.

Продолжение в следующей части. Краткую видео-версию также можно посмотреть в ролике на youtube.

PS: В комментарии просили выложить фото, в данный момент батареи выглядят так:

Фото

Такой размер панелей не мешает пользоваться балконом и в принципе не портит внешний вид. Также, как подсказали в комментариях, выгоднее покупать панели бОльшей мощности, оптимумом по цене являются панели на 150-200Вт, но их размещение чуть сложнее, и надо уже прикидывать габариты, поместится панель или нет. Также встает вопрос надежного крепежа.

habr.com

Солнечные батареи для квартиры или многоэтажного дома.

Солнечные батареи успешно применяются многим людьми в своих частных домах. Переход на альтернативное энергоснабжение шаг ответственный и требует тщательной подготовки и просчетов эффективности и окупаемости. Но не всем повезло иметь частное жилище, а воспользоваться достижениями в современной альтернативной энергетике хотят достаточное количество жителей. Для тех, кто при отсутствии своего дома имеет непреодолимое желание использовать бесплатную энергию можно предложить установить солнечные батареи для квартиры.

Рекомендации по правильной установке.

Сразу нужно предостеречь, от мысли, что после установки, солнечные батареи смогут полностью обеспечить электроэнергией всю жилплощадь. Этого не произойдет, так как в наших квартирах имеются очень энергоемкие устройства, к примеру: электроплита, утюг, телевизор, обогреватель, которым не хватит заряда модулей. Поэтому перед установкой солнечных модулей в многоквартирном доме, лучше несколько раз подумать и посчитать экономическую эффективность всего мероприятия.

Если после расчетов было принято решение о неминуемой установке, следует покупать основные части схемы:

• солнечные батареи,
• инвертор,
• аккумуляторы,
• контроллер.

Основные проблемы вызывающие наибольшие трудности – это место расположения батарей и аккумуляторов. Для правильной работы, солнечные батареи должны находиться максимальное количество времени под воздействием солнечных лучей. В квартире, таких мест для установки крайне мало. Поэтому выбор не велик. Для этого подойдет балконное остекление и ближайшие к балкону стены.

Чаще всего, установка осуществляется на стекла балкона. Конечно, это влияет на естественное освещение в квартире. Но есть в этом и положительные моменты, например задержка ультрафиолета. Крепление световых панелей происходит непосредственно на стекло или вместо него, в балконную раму.

Причем, обязательным является условие нахождения балкона на солнечной стороне. В противном случае устанавливать солнечные батареи нет никакого смысла.

После грамотной установки панелей, возникает следующая проблема, от которой также не получиться уклониться. Под такой проблемой подразумевается поиск места для расположения накапливающих элементов. В средний комплект для квартиры могут входить до 20-30 аккумуляторов. Площадь, мягко говоря, не маленькая для квартиры в панельном доме. Размещение такого количества аккумуляторов может стать настоящей проблемой.

Этот вопрос многими был решен размещением подобных элементов в верхней части потолка балкона. Как правило, это крайне редко используемое место. Соорудив специальную, полку все аккумуляторы можно установить, так чтобы они не только не мешали, но и не были особо видны. Не стоит забывать о массе аккумуляторов. Так как вес каждого может достигать 15-20 кг, полка обязана быть надежной, чтобы не разрушиться под действием пары десятков батарей.

Также стоит уделить внимание теплоизоляции полки и находящихся на ней аккумуляторов. Дело в том, что в холодное время года емкость аккумуляторов может значительно снизиться, если не защитить их от морозов. Поэтому для того чтобы солнечные батареи не работали впустую, теплоизоляция аккумуляторов должна быть  достаточно качественной.

Влияние солнечных источников на устройство быта.

Правильная установка альтернативных источников не принесет никаких результатов, кроме ненужных затрат, если не пересмотреть свой взгляд на использование некоторых электроприборов. Однозначно, что переход на солнечные батареи диктует свои обязательные условия.

Перед установкой батареи необходимо отказаться, по возможности, от всех мощных потребителей и заменить их на менее энергоемкие. К примеру, телевизор, особенно плазменные панели, лучше поменять на компьютер или ноутбук. Они менее энергоемкие и позволят экономить драгоценные киловатты каждый день. Также обязательным условием станет использование энергосберегающих лампочек, а идеальным вариантом послужит применение светодиодных осветительных приборов.

Солнечные батареи делают невозможным применение таких потребителей как: электропечь, стиральная машина, нагревательный котел, обогреватель.  Поэтому подобные электроприборы лучше оставить на центральном энергоснабжении.

Экономическая обоснованность.

Солнечные батареи хорошо выручают в тех районах, где нет центрального электроснабжения или стоимость электричества достаточно высока. Применение подобных источников обоснованно в частных домах, так как они имеют значительную площадь для установки модулей. В многоквартирном доме, где существует ощутимый дефицит установочного пространства, солнечные батареи не принесут желаемого результата, в силу малой выходной мощности.

На сегодняшний день производительность световых панелей едва достигает 20-25%. Эта цифра получена в идеальных условиях, а квартира или балкон не является таковыми. К тому же, батареи в многоквартирном доме, как минимум, 40% времени будут находиться в тени, что значительно снизит эффективность всей установки, а повысит ее увеличением самих модулей не получиться из-за отсутствия свободного места.

Все эти особенности, в совокупности со стоимостью и сроками окупаемости солнечных панелей, подталкивают к вполне логичному выводу, что установка подобных источников питания в многоквартирном доме не целесообразна, и приведет скорее к значительным затратам и потере свободного места, нежели к ощутимой экономии на электроэнергии.

ekobatarei.ru

Солнечные панели для квартиры

О целесообразности использования солнечных батарей для загородного дома в отсутствии центрального энергоснабжения и говорить не стоит. Такие системы полностью окупаемы и крайне экономичны, если сравнивать с генераторами, работающими на ископаемом топливе. А как же быть с квартирой? Насколько целесообразны солнечные панели для многоквартирных домов или отдельных квартир? Каковы особенности установки и эксплуатации подобных систем мы попробуем разобрать в этой статье.

Особенности установки и эксплуатации солнечных электростанций в многоквартирных домах

В последние годы стало крайне модно строить «Эко дома», в том числе многоэтажные комплексы с низким потреблением энергии, энергоэкономичным освещением на светодиодных лампах или геотермальном отоплении. Проснулся интерес людей и к солнечной энергии, как возобновляемому и бесконечному  источнику электрической энергии. Солнечные электростанции столь часто стали встречаться в пригородах мегаполисов и новостных СМИ, что вероятно не осталось ни одного человека, который хоть краем уха не слышал об этой технологии. Но использование новой технологии в высотных, многоквартирных комплексах подчас таит в себе много ограничений:

• пространство, возможное для установки солнечного массива, как правило, слишком мало в отношении к потреблению энергии на квадратный метр площади здания;
• затенения от рядом стоящих зданий;
• высокая первоначальная стоимость оборудования,

Все это делает невозможным внедрение солнечных систем в уже существующую инфраструктуру. Ведь обосновать  каждому жителю многоквартирного дома стоимость внедрения новинки подчас невозможно. Поэтому  на практике «солнечные дома» проектируют еще задолго до того, как они буду возведены, подбирая места расположения и инфраструктуру, наиболее удовлетворяющую требованиям систем энергообеспечения. На  этапе проектирования инженеры продумают все нюансы, максимально снижая будущие энерго- затраты жильцов. Или солнечные панели устанавливают в домах для обеспечения общих нужд, таких как:

• освещение подъездов и близлежащих территорий;
• питание системы безопасности и связи;
• бесперебойное энергоснабжение электрики котельных и прочие системы общего пользования.

Обосновать такие системы значительно проще, а затраты на их первоначальную установку, как правило ниже и окупаются быстрее, принося пользу каждому жильцу.

Третий вариант применения фотоэлектрических элементов в многоквартирных домах – индивидуальные системы резервного энергоснабжения, установленные жильцами отдельных квартир для собственных нужд. Как правило, проблемы, с которыми сталкиваются владельцы квартир, мечтающие о солнечных электростанциях, имеют самый широкий спектр:

• невозможность установки системы на крыше здания по причине отказа управляющей компании;
• отсутствие окон и соответственно прилегающих стен (иногда балконов) ориентированных на юг;
• затенения от деревьев и близлежащих зданий, и как результат, ограниченные площади для размещения массива солнечных батарей;
• запрет управляющих компаний на монтаж постороннего оборудования на фасад дома;
• прочие ограничения по установке остальных компонентов оборудования.

Но, несмотря на длинный список ограничений, находчивые жильцы многоэтажных домов все же устанавливают резервные системы, лаконично вписывающиеся в дизайн высотных многоэтажек. 

Нестандартный дизайн балкона или мини-электростанция в квартире?

Балкон, расположенный на юг и радиотехническое образование владельца этой квартиры предопределили будущее её жильцов. Теперь им не страшны временные отключения или перебои в электросети. А счета за свет будут мелькать меньшими цифрами. Ведь на балконе этой квартиры, вместо привычных ПВХ панелей — стоят солнечные батареи.

Четыре монокристаллические солнечные панели идеально вписались в каркас обычного балкона, заменив не функциональные его элементы. Ориентированные почти строго на юг, они не затенены рядом стоящими домами, и вырабатывают почти максимум возможной энергии. При этом батареи не нарушают общий дизайн здания, не бросаясь в глаза и лаконично сосуществуя с другими элементами дома.

Летом такая система вырабатывает  1.0 -1.5 кВтч в сутки и может обеспечивать энергией небольшой холодильник или энергосберегающее освещение квартиры. Зимой, когда инсоляция в значительной степени падает, система будет выполнять функцию «бесперебойника»,  при отключении сетевого электричества.

Вернуться к другим проектам…

www.helios-house.ru

Солнечные батареи для квартиры: как установить?

В последнее время всё более популярными становятся возобновляемые альтернативные источники энергии, среди них следует выделить энергию солнца. Она хороша тем, что является неиссякаемой. Количество выделяемого солнцем тепла велико. Сегодня, когда новые технологии неустанно развиваются, этим природным даром стоит воспользоваться. Но для сбора и аккумулирования такой энергии нужно будет установить солнечные батареи для квартиры.

Место установки

Для того чтобы солнечные батареи работали с наибольшей эффективностью, необходимо принять во внимание особенности их расположения. Например, если батарея будет находиться в затененном месте, то она не сможет вырабатывать достаточное количество энергии для нормальной работы. В результате неправильной установки конструкция через некоторое время может и вовсе выйти из строя, не успев оправдать затраты на покупку.

Солнечные батареи для квартиры должны быть направлены в сторону солнца. Важно осуществить монтаж, чтобы поток солнечных лучей падал на фотоэлементы батареи большую часть дня. Если дом находится в северном полушарии, то лицевая поверхность устройства должна быть ориентирована на юг. Находясь в южном полушарии, вы должны установить батареи таким образом, чтобы они были обращены на север. Наклон тоже является довольно важным аспектом и зависит от географического положения. Как советуют специалисты, угол наклона должен быть равен широте, в которой он находится.

Дополнительные рекомендации по выбору места

Если дом не находится на экваторе, то коррекция угла должна быть осуществлена в зависимости от времени года. Важно обеспечить доступ к батареям. Изобретение является неприхотливым, но его лицевую поверхность со временем могут покрыть грязь и пыль, в зимнее время батарея может оказаться закрыта снегом. Если это произойдет, то аккумуляция энергии снизится. Для того чтобы решить проблему, основание конструкции необходимо регулярно очищать. Важно помнить, что слой снега на поверхности батареи может стать причиной прекращения выработки энергии, поэтому необходимо следить за состоянием этой части панелей.

Этапы установки

Солнечные батареи для квартиры вы можете установить самостоятельно. Важно определиться, где они будут располагаться, местом могут стать специальные фермы или крыша дома. Если вы остановитесь на последнем варианте, то предстоит установить профили и зафиксировать панели на болты. Использовать для этого рекомендуется крепёж, диаметр которого изменяется в пределах от 6 до 8 мм.

Если солнечные батареи для квартиры установить на профили, то это позволит зафиксировать их в неподвижном состоянии и сэкономит место на балконе. Когда монтаж осуществляется на наземных фермах, то следует для начала их приобрести. В качестве них обычно выступают алюминиевые профили, уголки или железные элементы, поставляющиеся в разборном виде.

Методика проведения работ

Для проведения работ помимо крепежа понадобятся ключи, размер которых зависят от параметров болтов. Для того чтобы произвести установку солнечных батарей в квартире, необходимо собрать фермы, а после выбрать место, руководствуясь советами, приведенными выше. Местом монтажа может стать крыша. Конструкция закрепляется на ней в отведенном месте, а после осуществляется установка панелей.

На заключительном этапе важно удостовериться в том, что батареи не смещаются даже при сильных порывах ветра. Как только вышеперечисленные этапы были осуществлены, можно переходить к подключению аккумуляторов к панелям. Первые из них будут подсоединены к контролерам или инверторам.

Особенности монтажа

Если вы решили установить солнечные батареи для квартиры в многоквартирном доме, то должны изучить нюансы монтажа. Какой бы тип установки вами ни был выбран, нужно следить за углом наклона. Важно учесть, что батареи при неправильном монтаже могут оказаться затенены друг другом. Если установить элементы на одной плоскости, то с помощью ферм можно сформировать несколько уровней. Важно учесть расстояние, чтобы исключить затенение.

Для того чтобы использовать имеющееся пространство более эффективно, следует комбинировать методики расположения батарей. Например, батареи, установленные на крыше, могут быть дополнены наземными системами. Важно помнить, что после установки солнечных батарей отказаться от услуг местных электросетей не получится, ведь в домах имеются энергоемкие устройства по типу телевизоров, утюгов, электрообогревателей, для работы которых заряда модулей окажется недостаточно. Поэтому перед тем как установить солнечные батареи в квартире, нужно подумать, окажется ли мероприятие экономически эффективным. После проведения всех расчетов необходимо приобрести основные части системы, а именно:

• солнечные батареи;
• аккумуляторы;
• инверторы;
• контроллер.

Советы специалиста

Как показывает практика, главной проблемой при установке батарей и аккумуляторов выступает выбор правильного места. Солнечные батареи большую часть дня должны находиться под воздействием солнечных лучей, в квартире таких мест очень мало, поэтому выбор невелик. Для этого можно использовать ближайшие к балкону стены и балконное остекление. Это верно, если монтаж на крыше осуществить нельзя.

Наиболее часто в последнее время батареи устанавливаются на стекла балкона, но это негативно влияет на естественное освещение в квартире. Некоторые потребители находят в таком выходе положительные моменты, которые связаны с задержкой ультрафиолета. Крепление в данном случае можно осуществить в балконную раму или на стекло.

Комплект солнечных батарей для квартиры может быть установлен по такой технологии, только если балкон находится на солнечной стороне, в противном случае монтаж не имеет смысла. Следующим важным моментом станет поиск места для расположения накапливающих элементов. Приобретая средний комплект для квартиры, вы должны обзавестись аккумуляторами в количестве от 20 до 30 штук. Для квартиры в панельном доме такая площадь довольно велика. Такое количество аккумуляторов разместить будет сложно.

Решить вопрос можно, расположив элементы в верхней части потолка балкона. Однако это место используется крайне редко. Для этого обычно сооружается полка, на которой располагаются все аккумуляторы, которые в данном случае не будут видны, кроме того, они не будут мешаться. Важно помнить о массе элементов, вес каждого может изменяться в пределах от 15 до 20 кг, поэтому полка должна быть надежной.

Что важно помнить

Необходимо уделить особое внимание утеплению полки. Это объясняется тем, что в холодное время емкость аккумуляторов может снижаться, если не защитить их от мороза. Для того чтобы батареи не работали впустую, утеплить их нужно качественно. Если установку альтернативных источников осуществить неправильно, то вы столкнетесь лишь с ненужными затратами. Поэтому следует пересмотреть свое мнение в отношении некоторых электроприборов.

Перед установкой батарей специалисты рекомендуют отказаться от мощных потребителей, заменив их на менее энергоемкие. Например, ноутбук или компьютер отлично заменят плазменные панели. Они не столь энергоемки и позволяют экономить киловатты. Обязательным условием станет применение энергосберегающих лампочек, а вот идеальным вариантом выступают светодиодные осветительные приборы.

Заключение

Солнечные батареи для квартиры на балконе можно установить самостоятельно. Для этого лучше всего подойдет лоджия, так как в ее пространстве можно разместить полки в области потолка. Дополнительно их следует утеплить тонкими теплоизоляционными материалами.

fb.ru

Солнечная батарея своими руками — принцип и порядок сборки в домашних условиях

В получении электроэнергии альтернативными методами в последнее время прослеживается тенденция к активному развитию. И это несмотря на то что подобный подход пока еще остается весьма затратным, если планируется приобрести готовое оборудование. Ждать быстрой окупаемости сделанных вложений не приходится.

Солнечная батарея своими руками

Тем не менее, многие рачительные хозяева домов и даже квартир все пристальнее рассматривают такие возможности. А некоторые из них идут по пути самостоятельного создания необходимого оборудования, хотя бы в качестве стартового эксперимента. Так, например, солнечная батарея своими руками вполне может быть создана в домашних условиях, так как сегодня для ее сборки можно приобрести все необходимое. Тем более что существует несколько способов сборки солнечных панелей из разных комплектующих.

Тем, кто хочет попробовать самостоятельно собрать такой источник электроэнергии, и переназначена настоящая публикация.

Что такое солнечная батарея, и как она работает?

Общие понятия о принципе получения электричества от солнечной энергии

У людей, решивших собрать солнечную батарею, возникает немало вопросов, а для многих эта задача видится и вовсе не выполнимой из-за кажущейся сложности ее конструкции. Однако, на самом деле особых трудностей в ее сборке нет. И в этом можно убедиться, изучив схему и рассмотрев, как выполняет работу мастер, изготовивший не один подобный прибор.

Солнечная батарея представляет собой совокупность фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии в электрическую.

Солнечная батарея – это множество правильно соединенных между собой фотоэлементов. Каждый из них обладает невысокими генерирующими способностями, но в совокупности получаются весьма приличные показатели выработанной мощности.

Отдельные фотоэлементы соединены в единую панель и защищены с двух сторон материалами, стойкими к ультрафиолету, влаге и другим атмосферным явлениям. Это важно, так как батареи чаще всего эксплуатируются на открытом незащищенном пространстве — это может быть крыша здания, балконное ограждение или же поляна около дома.

Общая конструкция системы получения электрической энергии от солнечной представляет собой целый ряд приборов и устройств, соединенных в единую цепь:

Примерная схема системы выработки потребительской электрической энергии от солнечной

• Пластины-преобразователи — это полупроводниковые фотоэлементы, обладающие способностью генерировать постоянный ток под воздействием света. Пластины соединяются между собой по определенной схеме специальными шинами (плоскими проводниками), и собираются в батарею в общем корпусе.
• Панели-батареи, собранные из фотоэлементов, подключаются к прибору-контролеру с подобранными параметрами тока и напряжения, необходимыми для зарядки аккумулятора.
• Аккумулятор или целая батарея таких аккумуляторов накапливает заряд.
• Специальный инвертор преобразует постоянный ток в переменный с напряжением в 220 В (если этот необходимо).

Такая череда приборов используются в схеме в том случае, когда планируется отдельные постоянные точки потребления или даже полностью весь дом запитать от солнечной энергии. Накопленная в аккумуляторе за день энергия может быть использована в пасмурные дни или в темное время суток. Применяются и более простые схемы, когда солнечные батареи выступают лишь вспомогательным источником питания, и накопление энергии не требуется. Панель в таком случае может быть непосредственно подключена к прибору-потребителю. Однако, этот вариант менее надежен, так как стабильность питания будет полностью зависеть от наличия солнца в данный момент.

Использование солнечных батарей для полного снабжения дома энергией актуально в регионах, где количество солнечных дней в  течение года преобладает. Этим обычно «славятся» южные регионы страны. В других условиях они чаще всего применяются в качестве дополнительных источников электроснабжения.

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.

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:

Гибкие пленочные фотоэлементы на основе аморфного кремния имеют ряд преимуществ и значительно удобнее в работе

• Элементы первого поколения являются однопереходными. Они имеют низкий КПД — всего 5% и относительно небольшой срок эксплуатации — не более 10 лет.
• Пленка второго поколения тоже однопереходного типа, но уровень КПД у нее повышен до 8%, увеличен и срок эксплуатации.
• Тонкопленочные батареи третьего поколения обладают КПД до 12%, и обладают длительным сроком службы, составляя конкуренцию кристаллическим вариантам.

Несмотря на не выдающиеся характеристики, самыми популярными остаются однопереходные тонкопленочные модули второго поколения. Они доступны по цене и обладают приличной мощностью, которая вполне может конкурировать с кристаллическими вариантами батарей.

Сравнение солнечных фотоэлементов

Если сравнивать кристаллические и пленочные батареи, то у последних существует ряд существенных преимуществ, благодаря которым часто предпочтение отдается именно им:

• Аморфные пленочные элементы лучше реагируют на изменение температуры, в частности, на ее повышение. В солнечные месяцы года этот тип батарей способен произвести большее количество энергии по сравнению с кристаллическими аналогами — те при нагреве способны потерять до 20% мощности.
• Пленочные батареи продолжают выработку энергии даже при рассеянном солнечном свете, в отличие от кристаллов, которые не генерируют энергию в пасмурную погоду. При слабом или рассеянном свете аморфная пленка способна вырабатывать до 20% энергии от своих номинальных показатели. Не слишком много, но лучше, чем ничего.
• Стоимость кристаллических панелей гораздо выше, чем пленочных. Причем цена на последние продолжает снижаться из-за активного наращивания объемов их производства.
• Пленочные солнечные батареи имеют меньшее количество дефектов и уязвимых мест. Дело в том, что жёсткие пластины при формировании панели спаиваются между собой, а пленка устанавливается в корпус конструкции в целом виде.

Если подвести итоги и вывести их в таблицу, то сравнительные характеристики пленочных аморфных и жестких кристаллических солнечных фотоэлементов будут выглядеть следующим образом:

Параметры	Кристаллические панели	Аморфные тонкопленочные батареи
КПД изделий	9÷20%	6÷12%
Выходное напряжение одного фотоэлемента	Около 0,5 В	Около 1,7 В
Световой спектр максимальной чувствительности	Ближе к красному цвету, то есть для эффективной работы необходимо яркое солнце.	Ближе к ультрафиолету, то есть восприимчивы и к рассеянному освещению.
Гибкость	Хрупкие и ломкие, требуют обязательной жесткой основы и надежной защиты от механического воздействия.	Гибкие, легко гнутся, не заламываются.
Надежность при эксплуатации в экстремальных условиях	Требуют жесткой основы и надежной защиты от механического воздействия.	Более устойчивы к механическим воздействиям, хотя тоже требуют защиты.
Долговечность	При должной защите, эксплуатируются длительное время, но с годами постепенно снижается эффективность работы изделий.	Качественные изделия, выполненные с соблюдением технологии, выгорают на солнце на 4% за первые 4÷5 лет эксплуатации. Дешевые китайские аналоги могут подвести через 2÷3 года.
Вес	Тяжелые.	Легкие.

Необходимо уточнить, что производятся и комбинированные варианты солнечных батарей, то есть состоящие из кристаллических и аморфных элементов. То есть используются по максимуму все преимущества обоих типов. Однако, стоимость подобных изделий весьма высока, поэтому они не настолько популярны, как упомянутые выше батареи.

Что влияет на эффективность солнечных батарей?

Чтобы не удивляться тому, что солнечные батареи работают с разной эффективностью в различные периоды, необходимо выделить факторы, которые влияют на КПД системы. Причем названные ниже моменты действуют на солнечные батареи всех типов, но с различной интенсивностью.

• При повышении температуры производительность любых фотоэлементов панелей снижается.
• При частичном затемнении, например, если солнце попадает только на часть панели, а какое-то количество элементов остается неосвещенным, выходное напряжение падает за счет потерь неосвещенных пластин.
• Панели, оснащенные линзами для концентрирования излучения, становятся совершенно неэффективными в облачную погоду, так как пропадает эффект фокусирования потока света.
• Для достижения высокой эффективности работы солнечной батареи необходим правильный подбор сопротивления нагрузки. Поэтому панели подключаются не напрямую к приборам или аккумулятору, а через управляющий системой контролер, который обеспечит оптимальный режим функционирования батареи.

Недостатки солнечных батарей

У солнечных батарей существует ряд недостатков, узнав о которых многие хозяева жилья сразу отказываются от затеи их приобретения и установки.

Действительно мощная, эффективная солнечная батарея потребует немалой полностью открытой для солнечных лучей площади.

• Для получения достаточного количества энергии необходимо установить весьма большое количество батарей довольно больших размеров. Понятно, что для их размещения потребуются большие площади. Многие собственники частных домов используют для их монтажа солнечную сторону крыши.

Суммарные показатели емкости блока аккумуляторов должны соответствовать мощности солнечных батарей, поэтому количество и тип АКБ необходимо подобрать правильно.

• Нельзя забывать, что батарея будет работать эффективно, только если ее лицевая сторона будет подвергаться периодической очистке от насевшей пыли, грязи, разводов высохшей дождевой воды. А это значит, что к поверхности необходимо обеспечить удобный и легкий доступ.
• Солнечные батареи недостаточно эффективно функционируют в сумерках и совершенно не работают в ночные часы. Чтобы использовать энергию от них в любое время суток необходимо подключение к нескольким аккумуляторам, которые за солнечный период накапливают энергию.
• Для большого количества аккумуляторов, если система планируется в качестве основного источника энергии, может потребоваться отдельное помещение.

«Накопителем» выработанной электрической энергии может быть целая батарея соединенных определенным образом аккумуляторов. Это потребует немало места. Да и стоимость аккумуляторов тоже может быть весьма значительной.

• Солнечная энергия считается экологически чистой, однако сами пластины фотоэлементов содержат в себе такие токсичные вещества, как кадмий, свинец, мышьяк, галлий и т.п. При нагревании конструкции данные вещества могут выделяться не только в окружающую среду, но и проникать в помещения дома, если батареи установлены на крыше или балконе дома. Оптимальным вариантом будет установить систему в отдалении от жилых строений.

Солнечные батареи на поворотном механизме, постоянно поддерживающим поверхность в фокусе солнечного света

• При установке батарей на открытой площадке, для более высокой эффективности их работы, систему часто снабжают специальным фотоэлементом, реагирующим на положение Солнца, и поворотным механизмом, который будет поворачивать их вслед за движением светила. Эффективность повышается, но зато возрастает сложность системы и стоимость реализации проекта.
• Пока что не приходится говорить о высокой эффективности работы подобных систем. Их КПД составляет в самом лучшем случае 20%, остальные 80% воспринятой поверхностью солнечной энергии уходят на нагрев самой батареи, средняя температура которой может достигать 55÷60 градусов. Как уже говорилось выше, при нагреве фотоэлементов, эффективность их работы падает.
• Чтобы предотвратить перегревание батарей, применяют те или иные системы принудительного охлаждения. Например, устанавливаются вентиляторы или насосы, перекачивающие хладагент. Понятно, что такие приборы также требуют электроэнергии, а также периодического обслуживания. Кроме того, они могут значительно снизить надежность работы всей конструкции. Ну а проблема эффективного пассивного охлаждения батарей пока не решается.

Как собрать солнечную батарею в домашних условиях?

Если после изучения представленной выше информации желание заняться изготовлением солнечной батареи не пропало, можно поэкспериментировать, создав и проверив собственное творение. Далее будет подробно рассмотрена сборка панели из монокристаллических пластин.

Монокристаллическая пластина 78×156 мм с двумя токосъемными дорожками на лицевой стороне. Симметрично им, на тыльной стороне пластины линии припаивания шин обозначены фигурными контактными окошками.

В показанном примере домашний мастер собирает панель габаритами 750×960 мм, состоящую из 36 жёстких монокристаллических пластин размером мм. Пластины устанавливаются в четыре ряда, по 9 фотоэлементов в каждом. Между фотоэлементами выдерживается зазор порядка 10÷12 миллиметров.

Солнечные батареи, установлены на балконном ограждении, а также закреплены к его остеклению. Такой монтаж будет актуален, если балкон находится на солнечной стороне дома. Красной рамкой выделена панель, монтаж которой будет показан.

Иллюстрация	Краткое описание выполняемых операций
	Для работы потребуются, прежде всего, сами пластины. Мастер рекомендует приобретать их с запасом, так как они могут иметь разные параметры выходного напряжения, а из них необходимо будет выбрать 36 штук, имеющих наиболее близкие друг к другу показатели. Шина — это медная луженая лента, то есть уже покрытая оловом, что упрощает ее пайку. Потребуется порядка 10 метров узкой шины шириной в 1,6 мм и 2 метра широкой, шириной в 5 мм. Для электромонтажных работ необходимо подготовить обычный паяльник на 40 Вт. флюс для пайки — это канифоль, растворенная в спирте, спирт для обезжиривания поверхностей под пайку и их последующей очистки от остатков флюса, ватные диски и палочки. В качестве основы для монтажа всего модуля в данном случае используется акриловое стекло толщиной 5 мм. Для последующей герметизации фотоэлементов мастер решил использовать прочную бесцветная прозрачная поливинилхлоридную пленку ORACAL®751, которая часто применяется для закрепления рекламы на транспортных средствах.
	Несколько слов о том, почему выбрана ширина шины именно 1,6 мм. Металл имеет свойство при нагревании расширяться, а при остывании, соответственно, сжиматься. На солнечной батарее этот процесс будет происходить постоянно, то есть днем припаянные шины будут увеличиваться в размерах, а ночью — наоборот, что не особо полезно для конструкции. На опыте мастер испытал ленту шириной в 2 мм, и все-таки остановил свой выбор именно на ширине 1,6 мм. По токопроводящим качествам эти шины не особо отличаются между собой, а более узкая все же меньше повержена линейной деформации.
	Подготовив все необходимое, имеет смысл в первую очередь произвести сортировку пластин. Как говорилось выше, несмотря на то, что это одна модель, они зачастую могут иметь разные показатели в практической работе. А для гармоничной работы батареи значения вырабатываемого напряжения должны быть максимально близкими друг к другу. Например, в данном случае при проведении проверки обнаружилось, что фотоэлементы в равных условиях (при искусственном освещении) могут вырабатывать от 0,19 до 0,35 вольт. Лучше, если в одной панели будут собраны элементы, имеющие максимально близкие значения, скажем, от 0,30 до 0,33 вольт. Если в комплексе будет установлен один или два элемента, значительно отличающиеся по выходному напряжению, то они будут создавать никому не нужное сопротивление, и станут перегреваться. Таким образом, отбраковываются пластины, явно выпадающие из общей массы.
	При монтаже пластин между ними будет оставляться зазор в 10÷12 мм. Он нужен для того, чтобы пленка, фиксирующая элементы на акриловом стекле, удерживала их со всех сторон.
	Далее, необходимо уложить на столе две пластины на расстоянии в 10 мм, и по ним замерить, какой длины необходимо нарезать узкие шины. Как можно видеть на внешней стороне пластин для скрепления предусмотрены две металлические токосъемные полосы, а на обратной ее стороне места фиксации указаны точечно, окошками.
	На лицевой стороне пластины от ее верхнего края необходимо отступить примерно 3 мм.
	На обратной стороне второй панели шина также должна не доходить до нижнего края на эти же 2÷3 мм.
	После определения длины одной соединительной шины, остальные соединительные элементы отмеряются по ней. Для каждых двух пластин потребуется по два отрезка шины, то есть всего нужно 72 штуки. В нарезанном виде шины выглядят, как показано на фото. Вовсе не обязательно заготавливать сразу все отрезки — их можно нарезать по ходу работы. Однако если они все-таки будут заготовлены все сразу, то рекомендовано их собрать и сцепить резинкой. Так они не потеряются, и не будут мешаться на столе.
	Сначала шины припаиваются к лицевой стороне всех пластин. Но перед началом пайки металлические токосъемные полосы на пластинах необходимо подготовить, обезжирив спиртом. Для этой работы удобно использовать ватные палочки — их обмакивают в спирт и проходятся по полоске. Этот процесс необходим для повышения качества пайки.
	Следующим подготовительным этапом идет нанесение на очищенные спиртом полоски канифольного флюса. Лучше, если он будет налит в эластичную емкость в виде маркера (клеевого карандаша) с мягким наконечником. Так будет легче работать, при необходимости выдавливая и распределяя необходимое количество состава.
	Следующим шагом идет припаивание шин к внешней стороне пластин. Шина укладывается на металлическую контактную полоску и выравнивается. Далее, придерживая бо́льшую часть шины, аккуратно прижав ее к полосе, ее верхнюю сторону фиксируют паяльником на 20÷30 мм по длине. Дополнительный припой при этом не используется – вполне достаточно слоя лужения на самой шине. Теперь она закреплена и не сможет сдвинуться, поэтому ее оставшуюся длинную сторону закрепить на поверхности будет совсем просто.
	Для этого пластину необходимо повернуть к себе противоположной стороной, так чтобы длинная часть шины оказалась под рукой. Придерживая шину и слегка ее натягивая, по ней аккуратно проводят паяльником, следя за тем, чтобы он не соскользнул в сторону. Луженая лента хорошо припаивается к правильно подготовленной поверхности — достаточно один раз без спешки провести по ней хорошо разогретым паяльником. Если на ленте останутся заусеницы, то их сразу же необходимо загладить, так как эта сторона пластин должна быть прижата к акриловому стеклу.
	Припаяв обе ленты к пластине, их необходимо протереть спиртом с помощью ватной палочки или диска. Необходимо удалить с поверхности весь оставшийся флюс.
	Таким же образом последовательно подготавливаются все 36 пластин, или же только 9 фотоэлементов, чтобы собрать одну из четырех полос солнечной панели. Здесь каждый мастер поступает так, как ему будет удобнее.
	Далее будет рассмотрена сборка подготовленных фотоэлементов в одну полосу. Таким же способом производится и соединение остальных трех полос солнечной панели.
	Вначале берется пластина, которая будет первой в полосе. Она укладывается на стол лицевой стороной вниз, вместе с припаянными к ней шинами. Затем полосы под пайку, выделенные на обратной стороне пластины контактными окошками, обрабатывается спиртом, а потом флюсом. Далее, отступив от края примерно 3 мм по линии, проходящей через окошки, укладывается отрезок шины, и по тому же способу, что и с внешней стороны, припаивается к поверхности. Свободные концы шин должны расположиться в противоположном направлении относительно припаянных к лицевой поверхности – они будут нужны при коммутации всего ряда элементов в общую батарею широкими шинами.
	Теперь необходимо соединить между собой первую и вторую пластины ряда. Для этого концы шин, припаянных к лицевой стороне первой пластины, необходимо вывести на тыльную сторону второй пластины. Пластины при этом размещаются параллельно друг другу на установленном расстоянии (10 мм). Для удобства можно на рабочем столе заранее выполнить разметку, то есть сделать своеобразный шаблон взаимного расположения пластин.
	Точки припаивания контактов обрабатываются спиртом, и затем на них наносится флюс.
	Теперь можно осуществить припаивание шин. Для этого по ним также аккуратно, не торопясь, проводят разогретым паяльником. После окончания пайки обеих шин, их также необходимо протереть спиртом для удаления оставшегося флюса.
	Далее, таким же образом коммутируется третья и все последующие пластины ряда. В результате должно получиться четыре полосы по 9 фотоэлементов, соединенных так, как было показано на иллюстрациях.
	Готовые, спаянные ряды фотоэлементов поочередно укладываются на заранее подготовленное акриловое стекло необходимого размера. От краев элементов до края стекла должно быть выдержано расстояние в 50÷60 мм. На стекле ряды временно фиксируются короткими полосками прозрачного скотча.
	«Золотое правило» последовательной коммутации источников питания постоянного тока: плюс предыдущего элемента соединен с минусом последующего – и так далее. В рядах это правило соблюдено. Теперь очень важно его не нарушить и при укладке рядов в батарею. Так, выступающие слева отрезки шин первого и третьего ряда должны быть припаяны на внешней стороне панели, которая в данном случае повернута к акриловой поверхности. Во втором и четвертом ряду должны выступать концы шин, зафиксированные на тыльной светлой стороне пластин. Если допустить ошибку, то последовательное соединение нарушится, и батарея работать не будет.
	В результате конструкция уложенной панели должна будет выглядеть следующим образом. Когда все ряды будут закреплены на стекле скотчем, их необходимо объединить в одну систему.
	Электрическое соединение осуществляется по представленной схеме. В результате сверху окажется «плюс», снизу «минус».
	В качестве соединительных элементов используется широкие шины – это хорошо показано на схеме выше. К ним припаиваются выступающие концы тонких шин. Излишки после припаивания следует откусить кусачками.
	На этой фото хорошо показана крайняя точка коммутации шин. Закончив работу, панель необходимо проверить на работоспособность с помощью тестера, переключив его на вольтметр и установив щупы на плюс и минус.
	Проверку панели можно сначала произвести на рабочем столе – больших показателей не будет, но собранная панель продемонстрирует, что она «живая». А затем можно провести проверку, вынеся батарею на солнце.
	К крайним плюсовой и минусовой шинам закреплены щупы мультитестера.
	Даже при облачной погоде на холостом ходу батарея выдает 19,4 вольт — это говорит о правильности соединения панелей.
	Солнца на момент проверки не было, и ток невелик, всего около 0,5 ампера. Но даже в пасмурную погоду батарея вырабатывает около 10 ватт энергии.
	Параллельно рекомендуется проверить пластины на перегрев — это несложно прочувствовать тыльной стороной ладони. Если отдельные пластины на общем фоне явно перегреваются, то их желательно сразу же заменить – это пока сделать несложно.
	Если батарея работает нормально, то можно ее окончательно герметизировать — закатывать в пленку. Эксплуатационный срок этой пленки семь лет, но как показывает практика, она отлично функционирует и дольше. Пленка имеет клеевой слой, закрытый защитной подложкой, которая снимается по мере наклеивания покрытия на фотоэлементы и акриловое стекло.
	Первое, что необходимо сделать — это разложить пленку сверху конструкции и выровнять край, от которого начнется ее наклеивание. От того, насколько будет выровнен край, зависит качество приклеивания всего полотна. Должна быть достигнута полная герметизация, без складок и пустот, так как пленка предназначена для надежной защиты фотоэлементов от любых внешних воздействий.
	Далее, необходимо аккуратно отделить защитный слой от пленки по всему краю, примерно на 40 мм, сразу закрепив ее на стекле.
	Эта операция проводится очень аккуратно, при приклеивании пленка разравнивается и разглаживается. Здесь необходимо помнить, что отклеить и выровнять определенный участок пленки — уже не получится, поэтому необходимо делать работу качественно сразу. Пленку нельзя натягивать, но в то же время она и не должна собираться складками.
	Защитная подложка подгибается вниз и по мере приклеивания постепенно снимается. Освободив 20÷30 мм пленки, ее приглаживают к фотоэлементам и просветам между ними, то есть к акриловому стеклу.
	Процесс закатывания батареи в пленку — длительный и кропотливый, поэтому необходимо набраться терпения и выполнять его, не торопясь. Если пленка все-таки замялась или ушла в сторону, ее нельзя отклеивать, так как повредятся фотоэлементы. В этом случае необходимо вырезать и наклеить сверху уже закрепленной пленки дополнительный фрагмент. Главное — закрыть всю поверхность батареи. На этой иллюстрации показан закатанный в пленку край панели. Хорошо видно, что идеальная гладкость не требуется, главное — плотное прилегание пленки по всей площади.
	Когда пленка будет наклеена, можно проводить испытания готовой панели. Для этого батарею необходимо вынести на солнце и снова подключить к ней тестер.
	Как можно видеть, батарея выдает напряжение на выходах почти 20 вольт. Затем проверяется ток короткого замыкания — он составил 3.94 ампер. А это уже, ни много, ни мало – почти 80 ватт.
	Для проверки под нагрузкой к батарее через амперметр была подключена лампочка на 24 В. Итог на фотографии – горит хоть и не в полный накал, но достаточно ярко.

Многие мастера, кроме стекла и пленки, используют еще и обрамление батареи, одевая ее в жесткую раму. Это придает конструкции необходимую прочность и повышает ее надежность.

Если планируется собрать и использовать несколько солнечных батарей, то их соединяют или последовательно — для увеличения напряжения на выходе, или параллельно – так можно добиться более высоких показателей тока и суммарной мощности

Комплекс панелей через контроллер подключается к аккумулятору — накопителю энергии, а уже от него идет распределение на точки потребления, напрямую или через инвертор.

Узнайте, как сделать солнечный коллектор своими руками, из нашей новой статьи на нашем портале.

*  *  *  *  *  *  *

Итак, как можно видеть из представленной информации, батарею вполне можно собрать своими руками. Потребуется наличие некоторых знаний электротехники и монтажа, усидчивость и внимательность.

Другое дело — что предварительно стоить очень тщательно взвесить ожидаемый эффект от батареи и стоимость комплектующих и всего необходимого для системы оборудования. Насколько система получится рентабельной, тем более с учетом местных климатических условий? Не превратится ли ее создание просто в «игрушку» для деятельного мужчины среднего возраста?

Возможно, некоторые вопросы по этому поводу снимет размещенный ниже видеосюжет:

Видео: Основные ошибки, допускаемые начинающими при планировании создания домашних солнечных электростанций

stroyday.ru

Батареи солнечного отопления дома: эффективность, расчет, установка

Идея использовать солнечную энергию для отопления дома или на другие нужды — не нова, разработаны устройства, которые позволяют это сделать любому человеку. Во многих странах, солнечные батареи на крыше скорее правило, чем исключение. Наша страна, к ним пока не относится, но и у нас уже подобные установки можно увидеть все чаще. Солнечные системы для дома могут быть двух видов. Первый — солнечные коллекторы, которые нагревают протекающий в них теплоноситель. Второй — солнечные батареи, которые вырабатывают электричество. О них и будем говорить ниже.

Солнечные батареи преобразуют солнечный свет в электрическую энергию. Батарея состоит из некоторого количества фотоэлектрических преобразователей, которые чаще называют фотоэлементами. Количество преобразователей в батарее произвольное, соединение последовательно-параллельное. Чем определяется количество фотоэлементов? Необходимой силой тока и напряжением. Располагают преобразователи на какой-либо плоской поверхности один возле другого. Из-за внешнего вида такие конструкции часто называют «солнечные панели».

Солнечные батареи для частного дома в некоторых странах — обычное явление

Слишком большие по площади солнечные батареи в быту использовать неудобно, а если не хватает мощности самой большой, несколько устройств соединяют в каскад. Если мощность требуется большая, может понадобиться значительная площадь: может быть занята вся крыша, иногда стены дома и часть придомовой территории. Потому чаще применяют солнечные батареи для частного дома: там есть где разместить и большое их количество. Владельцы квартир могут занять только окна и балконы.

Возможности использования

Как можно использовать солнечные батареи для отопления дома? Только для уменьшения счетов за электроэнергию, а также в качестве резервного источника на случай отключения. Это поможет добиться той самой энергонезависимости, и не заморозить систему отопления при отсутствии централизованного электропитания.

Если включить гелиосистему параллельно с централизованным энергоснабжением, можно сэкономить приличную сумму

Насколько реально солнечная батарея может обеспечит потребности в электричестве? Если говорить о водяном отоплении, то это реально: для поддержания работоспособности системы потребуется максимум 200-300 Вт/ч. Столько в среднем «тянут» электроника котла + циркуляционный насос + возможные управляющие устройства и контролеры. Если система у вас больше, возьмите паспорта и посчитайте необходимую мощность. Для 300 Вт/ч будет достаточно двух солнечных панелей средней мощности (их суммарная производительность должна немного превышать потребность).

И не нужно думать, что при отсутствии солнца электричества не будет. В систему входят обязательно аккумуляторы и инвертор. Правильно подберите мощность аккумуляторов, и их заряда даже при самых плохих погодных условиях вам хватит на несколько дней работы системы.

Кстати, многие европейские производители отопительного оборудования предусматривают совместную работу своей техники с солнечными преобразователями (например, газовые котлы Baxi и Ariston). Но работают они с гелиоколлекторами (греют воду) или с солнечными батареями, нужно смотреть по каждому виду оборудования.

Для полного обеспечения электроэнергией одной крыши будет недостаточно

Если подогрев пола у вас электрический, все серьезнее. Мощность большинства таких обогревателей исчисляется киловаттами. Для выработки такого количества энергии потребуется много панелей для переработки энергии солнца. Устройство системы солнечных батарей для отопления частного дома электрическими полами, может вылиться в очень приличную сумму. Но система хороша тем, что ее мощность можно наращивать постепенно. Будете по возможности увеличивать количество панелей и количество вырабатываемого электричества.

При желании можно сэкономить: собрать солнечные панели самостоятельно. Такие самодельные варианты обойдутся в разы дешевле заводских. И это притом, что покупать фотопреобразователи придется готовые: их изготовление в кустарных условиях — нереальная задача. Поэтому — только готовые. Эффективность самодельных солнечных панелей будет ниже заводских, но и цена в разы ниже.

Расчет солнечных батарей для дома

Инсоляция (количество солнечной энергии) в разные месяцы сильно изменяется. Потому сначала нужно определиться с тем, какую часть электроэнергии и на какой период вы собираетесь вырабатывать. Если вы хотите все 100% в любое время года вырабатывать самостоятельно, считать придется по самому плохому месяцу с минимальным количеством солнечных дней. Но тогда возникнет вопрос: что делать с избыточным количеством электроэнергии, которая будет вырабатываться в другие месяца.  Если проживание планируется только в огородный сезон, считаете по самой низкой инсоляции в этот период. В общем, принцип понятен.

Лучше всего с выработкой электроэнергии от солнца дело обстоит на юге

Затем необходимо рассчитать какую суммарную мощность должна выдавать ваша солнечная система для дома. Для этого в таблицу вписываете все электроприборы, и из их паспортов вносите данные по мощности, потребляемому току и ваттную нагрузку. Подбив колонки, узнаете, сколько электроэнергии в час нужно всей вашей аппаратура и приборам. Понятно, что все они вряд ли включаются одновременно. Можете попытаться высчитать, какие из них работают одновременно, и по этой цифре подбирать солнечные панели.

Как считать количество солнечных батарей разберем на примере. Пусть потребность в электроэнергии 10 кВт/ч, инсоляция в расчетном месяце 2 кВт/ч. Мощность батареи, которую собрались покупать, 250 Вт (0,25 кВт). Теперь считаем 10 / 2 / 0,25 = 20 шт. То есть понадобится 20 солнечных панелей.

Для уменьшения потребления электроэнергии нужно заменить все лампы накаливания на светодиодные, а всю старую неэкономную технику на энергосберегающую — тогда вам понадобится не такое уже и большое количество солнечных панелей.

Виды солнечных батарей

Фотоэлектрические преобразователи существуют разные. Причем отличается и материал, из которого они изготавливаются, и технологии. От всех этих факторов напрямую зависит производительность этих преобразователей. Некоторые фотоэлементы имеют КПД 5-7 %, а самые удачные последние разработки показывают 44 % и выше. Понятно, что от разработок до бытового использования расстояние огромное, и по времени, и по деньгам. Зато можно представить, что ждет нас в ближайшем будущем. Для получения лучших характеристик используют другие редкоземельные металлы, но с улучшением характеристик имеем приличное повышение цены. Средняя же производительность относительно недорогих солнечных преобразователей составляет 20-25 %.

Самое широкое распространение получили солнечные модули из кремния

Самые распространенные кремниевые солнечные батареи. Этот полупроводник недорог, его производство освоено давно. Но они имеют не самый высокий КПД — те самые 20-25%. Потому при всем разнообразии сегодня преимущественно используются три вида солнечных преобразователей:

• Самые дешевые — тонкопленочные батареи. Они представляют собой тонкий налет кремния на несущем материале. Кремниевый слой покрыт защитной пленкой. Плюс этих элементов в том, что работают они даже в рассеянном свете, а, следовательно, есть возможность устанавливать их даже на стены зданий. Минусы — низкая эффективность 7-10%, а также, несмотря на защитный слой, постепенная деградация кремниевого слоя. Тем не менее заняв большую площадь, можно получить электричество даже в пасмурную погоду.
• Поликристаллические солнечные батареи изготавливают из расплава кремния, медленно его охлаждая. Отличить эти элементы можно по ярко-синему цвету. Эти солнечные батареи имеют лучшую продуктивность: КПД 17-20%, но в рассеянном свете малоэффективны.
• Самые дорогие из всей троицы, но при этом довольно широко распространенные — монокристаллические солнечные батареи. Они получаются путем разделения одного кристалла кремния на пластины и имеют характерную геометрию со скощенными углами. У этих элементов КПД от 20% до 25%.

Теперь, видя надписи «солнечная панель моно» или «поликристаллическая солнечная батарея», вы будете понимать, что речь идет о способе производства кремниевых кристаллов. Также вы будете знать, какой эффективности от них можно ожидать.

Батарея с монокристаллическими преобразователями

Эффективность солнечных батарей зимой

Вы, наверное, удивитесь, но зимним днем на вертикальную поверхность падает всего в 1,5-2 раза меньше энергии, чем летом. Это данные для средней полосы России. За сутки картина хуже: за этот период летом получаем в 4 раза больше энергии. Но обратите внимание: на вертикальную поверхность. То есть на стену. Если говорить о горизонтальной поверхности, тут разница уже в 15 раз.

Самая печальная картина по выработке электроэнергии солнечными батареями ожидает вас не зимой, а осенью: в пасмурную погоду их эффективность ниже в 20-40 раз, в зависимости от плотности облачного покрова. Зимой же, после того выпал снег, инсоляция (количество света, падающего на батареи) в солнечные дни может приближаться к летним значениям. Потому зимой солнечные системы для дома вырабатывают больше электроэнергии, чем осенью.

Получается, чтобы зимой добиться близкой к максимальной эффективности, нужно располагать солнечные батареи вертикально или почти вертикально. И, если их вешать на стены, то желательно на юго-восточные: утром по статистике чаще бывает ясная погода. Если юго-восточной стены нет, или ничего на ней установить невозможно, выйти из положения можно сделав специальные подставки. Тогда  ставят солнечные батареи на крыше. Так как угол падения солнечных лучей в зависимости от сезона меняется, желательно сделать подставку с регулируемым углом наклона. Есть возможность — разверните солнечные панели «лицом» на юго-восток, нет такой возможности, пусть «смотрят» на юг.

Одна из систем монтажа

Правила установки

Эффективность работы кремниевых солнечных батарей зависит от количества попадающей на них энергии солнца (всего спектра излучения). Факторы, на которые мы можем каким-то образом повлиять, это:

• Затененность. Желательно, чтобы на протяжении светового дня на панель не падала тень. Потому выбирайте место, где не растут высокие деревья, нет тени от зданий или линий электропередач. Даже небольшой участок тени, попавший на поверхность, значительно снизит выработку электроэнергии. КПД установки будет равно самой низкой производительности среди всех фотоэлементов в панели. Потому даже один листок или след от птичьего помета сильно снижает выработку электроэнергии всей панели целиком.
• Ориентация. Если есть возможность изменять положение, летом выставляйте из «лицом» на юг, зимой — на юго-восток. Это возможно, если панель поставлена на плоской крыше или на земле.
• Угол наклона. Если местом установки солнечной батареи выбрана скатная крыша, а ее угол наклона далек от идеального, требуется изготовить специальные рамы, с помощью которых можно корректировать положение батарей. В идеале рамы должны иметь возможность изменять этот угол наклона. Изменять каждый день или час никто положение не будет, но раз в сезон поправить его можно.

  Один из вариантов установки. В морозный, но солнечный день, при наличии снега выработка тока будет приличной

На работоспособность многих типов преобразователей влияют температурные показатели: диапазон использования кремниевых элементов от -40 ^oC до +50 ^oC. Негативно на работоспособности сказываются как более низкие, так и более высокие температуры. Если летом у вас солнце активное, важно не допустить перегрева. Для этого под панель можно положить белую ткань или фольгу (более эффективно). Если это не помогает и панель перегревается, поверните ее, или перевесьте. Нужно будет выбрать такое положение, при котором будет соблюдаться тепловой режим, а производительность останется довольно высокой.

Максимальную свою продуктивность эти устройства показывают, если солнечные лучи падают под углом 90^o. К сожалению, такое возможно далеко не весь день, а лишь короткий промежуток времени. Есть специальные системы слежения, изменяющие угол наклона панели так, чтобы свет падал постоянно под желаемым углом, но это дорогие установки.

И все же, можно найти оптимальный угол установки солнечных батарей. Просто при незначительном отклонении от идеала (менее 50^o) производительность падает мало, примерно на 5 %. Фактическое подтверждение этому можете увидеть в видео.

Для каждого региона угол установки солнечных батарей свой. Его можно определить экспериментально (как — вы видели), а можно выставить исходя из географической широты — этот наклон принято считать самым лучшим. Многое зависит от ориентации панели: если вы развернули ее на север или восток, оптимальный угол будет меньше.

Солнечные батареи на крыше

Прежде всего, нужно выяснить, выдержит ли кровля дополнительную нагрузку. Один-два модуля выдержит любая, а для большего количества придется считать.

Для надежной фиксации они должны крепиться как минимум в четырех точках. Причем, если вы монтируете панели заводского изготовления, не поленитесь изучить инструкцию по установке: при нарушении хотя бы одного из пунктов, оборудование снимается с гарантии. В большинстве случаев требования такие:

• Крепятся солнечные батареи на расстоянии 5-15 см выше кровельного материала. Этот зазор необходим для проветривания (для поддержания температурного режима).

  Устанавливать солнечную батарею нужно на расстоянии 5-15 см от кровельного материала на специальных направляющих

• Для закрепления использовать только имеющиеся в корпусе отверстия. Дополнительные сверлить нельзя.
• Рама, на которой закреплены фотоэлементы, рассчитана на вертикальную или горизонтальную установку (указано в паспорте), и в другом положении ее крепить нельзя.

  Если рекомендована вертикальная установка, горизонтально ставить панель нельзя

Системы крепления солнечных панелей могут быть разными. Есть готовые (продаются там же, где и сами панели), но вполне можно использовать и сделанные собственноручно. Важно только использовать надежные, стойкие к коррозии материалы. Толщина реек и крепежа должна быть большой: выдерживать должны они и ветровые нагрузки, и массу панелей с самым толстым снежным покровом.

Один из методов крепления солнечных батарей на крыше частного дома можно увидеть в видео.

Теперь немного об электрической сборке. Схема подключения солнечной батареи, кроме самих преобразователей, предусматривает наличие:

• контроллера заряда с подключенными аккумуляторными батареями;
• преобразователя (инвертора), который преобразует постоянный ток в переменный;
• предохранителей для защиты от короткого замыкания (повысят безопасность и вашу и системы).

Контроллер и преобразователь имеют ограничения по току и напряжению. Суммарные параметры подключаемой для вашего дома солнечной системы не должны их превышать. Для электрического соединения батарей в единую систему, использовать нужно только те провода, которые выведены наружу.

Принципиальная схема подключения гелиобатарей

Для соединения панелей применяют медный проводник в стойкой к ультрафиолету изоляции. Если провода в подходящей изоляции не нашли, спрячьте его в гофрированный шланг для наружных работ. Толщина жил провода зависит от предполагаемой силы тока в системе и от длины линии, но минимальное сечение 4 мм². Соединение проводников желательно делать при помощи коннекторов, а не на скрутках. Рекомендуют МС4 потому что проводники, выходящие из большинства солнечных батарей, оконечены именно такими разъемами. Эти разъемы хороши тем, что обеспечивают герметичное соединение, что на крышах немаловажно. Но не все фирмы устанавливают разъемы этого стандарта. В дешевых моделях (особенно китайских) может стоять что-либо иное, так что уточняйте при покупке.

Это схематическое изображение подключения

Теперь о последовательности подключения оборудования в систему. Для безопасного подключения соблюдайте очередность такую:

1. К контроллеру подключаются аккумуляторы с соблюдением полярности. Провода — медь, сечение выбирается в зависимости от мощности контроллера.
2. К контроллеру подключаются солнечные батареи. Также необходимо соблюдать полярность.
3. К контроллеру через предохранитель подключается 12 В потребители.
4. К аккумуляторам подключается инвертор (через предохранитель), а к его выходу уже потребители 220 В. Подключение инвертора напрямую к контроллеру исключено: придется покупать новые устройства. А это приблизительно 600-1000$ в зависимости от фирмы и мощности.

Не пренебрегайте последовательностью подключения — это наиболее безопасный алгоритм, гарантирующий (при соблюдении полярности) рабочее состояние системы.

Напоследок, еще один вариант установки на крыше дачи с регулируемым углом наклона. Возможно, вам видео будет полезным.

teplowood.ru