Выбираем и подключаем солнечные панели/батареи: расчет и установка своими рукам

Среди альтернативных источников электроэнергии солнечные батареи для частного дома приобретают все большую популярность. Помимо независимости от недостатков централизованных электросетей и экономии на коммунальных платежах, этому способствует возрастающая эффективность и доступность бытовых солнечных электростанций, которые можно сделать своими руками.

Особенности современных солнечных панелей

Преобразование света Солнца в электричество, давно утратило статус новинки. Однако в быту этот источник электроэнергии долго придавался забвению по причине малой эффективности, недоступности и дороговизны оборудования. Сегодня любой домовладелец может собрать и установить солнечные батареи для дома своими руками без длительных поисков необходимых элементов и серьезного удара по семейному бюджету.

Преимущества перед устаревшими моделями

Основным элементом солнечных электростанций являются солнечные панели. С развитием технологий повышается их эффективность, меняется внешний вид, совершенствуется сопутствующее оборудование, снижается стоимость. Для их установки нужно меньше площади, а пленочные устройства можно размещать на стенах домов, неровных поверхностях и даже окнах. Если КПД первых бытовых образцов едва доходило до 5%, то коэффициент современных моделей колеблется в диапазоне 15–17%, а лучшие из них демонстрируют показатели в 22 и более процентов.

Что это такое солнечные батареи и как они работают

Солнечные панели работают по принципу фотопреобразования энергии солнца в электричество. Основу устройств составляют фотоэлементы, состоящие из пары разнополярных кремниевых кристаллов, один из которых покрыт фосфором, а второй бором. При освещении солнцем между пластинами разность потенциалов с активным перемещением электронов и дырок, сопровождаемое созданием постоянного напряжения.

Из таких элементов, соединенных последовательно и параллельно, формируются наборы, которые помещаются на пластины и ограничиваются рамкой.

Как устроены

Солнечная батарея устроена следующим образом. Светочувствительная панель, которая вырабатывает постоянный ток, посредством проводников связана с контроллером. В этом элементе схемы формируется стабилизированное постоянное напряжение 12В. С этого устройства ток подается на аккумуляторы и инвертор, где вновь подвергается преобразованию, получая параметры стандартной бытовой сети (220В).

Производство

Основные различия солнечных панелей

Для преобразования энергии солнца используются четыре основных типов панелей:

1. Кремниевые поликристаллические. Узнаваемые по антибликовому листу, стеклу и поликристаллической конструкции. Не создают трудностей в производстве, что сказывается на относительно низкой стоимости. При невысоком КПД, вырабатывают электричество даже при пасмурной погоде. Однако чувствительны к высоким температурам и не отличаются длительным сроком службы.
2. Кремниевые монокристаллические. Конструктивно сходны с поликристаллическими, только дополнены стальными пластинами, которым отводится роль радиаторов. Имеют достаточно высокий КПД (до 20%). Не создают проблем при установке. Однако при малейшем затемнении полностью теряют эффективность. Нуждаются в сложном процессе изготовления, что способствует высокой цене.
3. Кремниевые мультикристаллические. Сочетают особенности первых двух видов. В связи с упрощенным производственным процессом имеют более доступную цену.
4. Пленочные (рулонные). Могут располагаться на крышах, стенах и других поверхностях. Обеспечивают быстрое покрытие больших площадей. Легко поддаются резке, что позволяет получать панели любых форм и размеров. Не отличаются значительной эффективностью, однако постоянно совершенствуются и считаются наиболее перспективным вариантом.

Основные критерии выбора системы для каждого случая

При выборе солнечных батарей электростанции для дома или дачи, необходимо учитывать следующие нюансы:

• Вырабатываемая батареей мощность должна превышать суммарную мощность нагрузки не менее, чем на 20%.
• Для местностей с высокой круглогодичной солнечной активностью лучше остановить выбор на монокристаллах, а при частой облачности – на поликристаллических панелях.
• Если батареи размещаются на крыше, следует подсчитать ее площадь, и сравнить сколько солнечных батарей каждого типа можно будет разместить на этом пространстве для получения оптимальной энергоэффективности.
• При размещении батарей на крыше необходимо учесть их вес и позаботиться об усилении кровли.

Кроме этого, следует обратить внимание на энергоэффективность, температурный коэффициент и гарантийный срок, который в зависимости от типа устройств составляет от 5 до 10 лет, а также что входит в комплект.

Наиболее приемлемой для размещения солнечных панелей считается южная сторона скатной крыши с углом наклона 30–45⁰. При меньшем наклоне необходимый угол создается с помощью опор.

Лучшие солнечные панели: обзор 6 комплектов за 2020 год

В связи с разнообразием производителей, типов, удобству эксплуатации и доступности, однозначно определить, какие солнечные панели лучшие. Довольно трудно. По мнению специалистов топовая шестерка 2020 года выглядит следующим образом:

• MAXEON-3. Панели компании SUNPOWER, которые отличаются частотой монокристаллической структуры. Благодаря уникальному расположению и соединению активных элементов занимают относительно небольшую площадь. Лидер по КПД среди серийных моделей (22,1%).

• LP72-375M PERC. Продукция японского бренда LEAPTON SOLAR. Включает очищенные монокристаллы, которые соединены согласно стандарту IBM 5. Отличается высоким коэффициентом полезного действия (до 19,1%). Каждая из панелей с размерами 1960Х992 мм вырабатывает до 375 Вт. Средняя цена – 12 тыс. рублей.

• LG NeOn 340 W. Разработка известного корейского бренда, состоящая из 60 квадратных секторов с двенадцатью токосъемными дорожками, что соответствует стандарту IBM 12. При размерах 1686Х1016 мм обеспечивает выходную мощность 340 Вт. КПД – 19,8%. Цена – от 18 тыс. рублей.
• SunForte PM096B00 333W. Детище тайваньской компании BenQ. Каждый из модулей размером 1559Х1046 мм, содержащий по 96 клеток, выдает до 333 Вт энергии. Высокий КПД (20,4%) обусловлен уникальной технологией IBC. Цена – от 41 тыс. рублей.

Полная инструкция по панели представлена тут. Скачать пдф файл.

• JAM72S03-375/PR 375. Представитель китайского бренда JA Solar. Состоит из 144 клеток, которые соответствуют стандарту HalfCell и соединены по стандарту IBM 5. Панель размерами 2000Х991 мм обеспечивает генерацию 375 Вт энергии. Цена – около 15,5 тыс. рублей.

Подробная спецификация панелей данной серии скачать здесь.

• Energy AXP120-12-156-290. Уникальные панели бюджетного сегмента, выпускаемые компанией AXIOMA. Включают 12 токопроводящих шин. При коэффициенте полезного действия 17,5% обходятся покупателю от 7,2 тыс. рублей за штуку.

Подключение панелей своими руками

Перед тем, как подключить солнечную батарею, необходимо ознакомиться с ее схемой и параметрами, а также учесть:

• окружающую обстановку. Место расположения панелей не должно затеняться рядомстоящими деревьями и другими строениями;
• угол наклона. Оптимальная энергоэффективность достигается при углах наклона панелей в пределах 30–45⁰. Если скаты крыши не соответствуют данным параметрам, используются каркасы или часть кровли подвергается демонтажу;
• ориентацию. Для максимальной эффективности, панели должны находиться под прямыми солнечными лучами большую часть светового дня, что соответствует южному направлению;
• инсоляцию. Параметр представлен уровнем солнечного излучения на конкретную зону земной поверхности. Зависит от времени года. Позволяет определить на что хватит энергии батарей в тот или иной сезон. Показатель инсоляции прямо пропорционален размеру и количеству необходимых для дома панелей;
• вес. Собранные в батарею солнечные панели обладают довольно большой массой, что может негативно отразиться на состоянии кровли и стропильной системы;
• свободный доступ. При правильном и надежном монтаже уход за солнечными панелями сводится к очистке поверхностей от загрязнений и снега.

При установке солнечных панелей на гладкую крышу необходимо позаботиться о воздушной прослойке. Недостаточный отвод тепла может вывести систему из строя.

Как рассчитать сколько кВт нужно

Для расчета мощности солнечных батарей необходимо обладать информацией о потребляемой электроэнергии. Средний показатель, измеряемый в кВт*ч, можно вычислить по ежемесячным коммунальным платежкам.

Паспортная мощность панелей соответствует идеальным условиям (чистое небо и прямое падение солнечных лучей). Небольшая облачность и дымка уменьшает эффективность в 2–3 раза. При пасмурной погоде, производимая энергия снижается в 15–20 раз. При этом на 100% батареи работают не более 7 часов в день, а утром и вечером этот показатель падает до 20–30%.

Для киловаттного массива месячная выработка электроэнергии вычисляется по формуле: 1х7х30=210 кВт. Энергией утренних и вечерних часов можно пренебречь за счет возможной облачности.

Чтобы определиться с мощностью солнечных батарей:

• подсчитывается среднесуточное потребление электроэнергии;
• делится на 7;
• суммируется с 40%, которые относятся к потерям в аккумуляторах и инверторе;
• при PWM контроллере увеличивается еще на 20%.

В реальности формула выглядит следующим образом: Х:30:7+Х:30:7х0,4+Х:30:7х0,2. Где Х – потребляемая электроэнергия за месяц. Полученный результат соответствует летнему сезону. Поскольку в осенне-весенний периоды эффективность солнечных батарей снижается, данный показатель необходимо увеличить еще на 50%. В зимнее время в помощь солнечным батареям необходимо использовать бензо- или ветрогенератор такой же мощности.

Правильно установленные солнечные панели и оптимально подобранное оборудование способны обеспечить частное домовладение электроэнергией не менее, чем на 25 лет. При этом затраченные на солнечную батарею средства окупаются в течение 3–4 лет.