Электростанция на солнечных батареях

Приветствую всех посетителей блога «Строим дом сами».
Продолжим обсуждать автономные солнечные системы, и в этой статье предлагаю рассмотреть эффективность работы солнечных панелей в комплексе солнечных электростанций разного типа. Обсудим также конкретные примеры из реальной жизни. Кстати в прошлой статье описывалось изготовление солнечных панелей своими руками.

Насколько оправдано электричество от солнечных батарей

В какой то момент я сам, столкнувшись с покупкой участка, подумывал о полной автономности — как ведь здорово, один раз вложится, и забыть о счетах на электричество, которые у нас только растут. Просматривая сайты фирм занимающихся установкой солнечных электростанций, поначалу у меня сложилось впечатление что это вполне хорошая и доступная практика, для моего в общем то компактного дома который собирался строить. Однако углубившись в это более подробно, дальше той информации что есть на сайтах этих фирм, я понял что не все так уж радужно, есть масса подводных камней. Да и не придумали еще по настоящему эффективные солнечные панели, и по доступной цене. Хотя знаете, в сети можно встретить наших «кулибиных», например Краснодарского молодого ученого Дмитрия Лопатина, который вроде как изобрел панели на порядок превышающие по эффективности все существующие, но, у него возникли проблемы с законом, так что когда мы их увидим, или увидим ли вообще, от него или другого ученого, неизвестно.

В общем для себя сделал вывод — использование солнечных электростанций оправдано либо на небольшой даче с сезонным проживанием летом, т.е. время когда инсоляция максимальна, а потребление электричества невысоко. Либо если это дом с постоянным проживанием, только в том месте где нет никакой возможности провести свет. Однако вложиться нужно в довольно кругленькую сумму, чтобы бесперебойно обеспечить электричеством все электроприборы, а если еще планируется и отапливать дом от электричества, тут уж и вовсе нужно хорошо потрясти своей мошной. Причем наивно думать что это будет лишь один раз, т.к. аккумуляторы, а их будет целая батарея, имеют свойство приходить в негодность со временем, да и солнечные панели тоже.

Пример солнечной электростанции в Московской области в комплекте с теплонасосом

Для примера возьму отдельный дом, возведенный еще лет пять назад в Московской области. Это капитальное строение «на пять с плюсом» прошло испытание частыми сменами температуры в межсезонье и морозными зимами. Но главное о чем пойдет речь — хозяева сумели по достоинству оценить сравнительно непривычный для этого региона принцип электро-обеспечения дома – за счет работы солнечных батарей. Давайте посмотрим что у них получилось.

Сосредоточиться на альтернативном виде электроэнергии хозяева решили не ради экспериментов, а просто потому, что традиционное энергообеспечение в этом живописном уголке хотя и есть, но испытывает большие проблемы, а газа нет даже в перспективе. Возиться с печью, заготавливать дрова и растапливать — у них не было никакого желания, да и времени. Что делать в этом случае?

Установка солнечных панелей

Поэтому при разработке проекта дома пришли к тому, что его жизненные функции будут базироваться на солнечных батареях. Для этого при планировке строения, для всего вспомогательного оборудования солнечной электростанции — аккумуляторов, контроллера, инвертора, и теплового насоса, (обратите внимание на этот ключевой момент, т.к. тепловые насосы потребляют в разы меньше электроэнергии, нежели обычные тэновые обогреватели), была отдана целая комната. Собственно по другому быть и не может, т.к. одни только аккумуляторы занимают достаточно места, а кроме того по технике безопасности это требуется, т.к. у них могут присутствовать вредные испарения, и для пожаробезопасности.

Дом был развернут таким образом, чтобы поступление солнечных лучей на панели, размещенные на крыше, было предельным (максимальная инсоляция). Кроме этого, расчет наклона и размера кровли дома отвечал всем требованиям по установке солнечных панелей.

На заметку: в идеале было бы хорошо установить солнечные батареи на специальном поворотном механизме автоматического слежения за солнцем, правда нужно учесть, что это приводит к значительному удорожанию солнечной электростанции.

Но в этом случае нельзя было подчинять все только техническим требованиям, обусловленным особенностями работы солнечных батарей. Некоторые пожелания имелись и у самих хозяев дома. Они желали иметь просторную кухню со столовой и свободную сауну с подогревом. Для соблюдения всех представляемых условий подходил только один материал – клееный брус. Он дает возможность для воплощения любых архитектурных решений и почти не предрасположен к деформированию, давая лишь минимальную усадку.

Кстати сейчас выпускают и такие гибкие солнечные панели как на фото ниже. Похоже прямо как на специфический отделочный материал.

Принцип действия солнечных панелей

1. Солнечные панели трансформируют солнечную энергию в постоянный ток при помощи полупроводника кремния, а инвертор входящий в комплект электростанции, преобразует из постоянного, в переменный ток. Обретаемую энергию можно использовать и напрямую – разными нагрузками постоянного тока.

2. Контроллер – основный элемент контроля и управления всей системой электрообеспечения. Главная его задача – зарядить аккумуляторы полностью, не допуская перегрузок или обратного тока в ночное время суток. Он же обеспечивает полную безопасность и работу всей системы электроснабжения на солнечных панелях.

3. Инвертор – преобразует напряжение постоянного тока от солнечных батарей, аккумуляторов, топливных и других генераторов в напряжение 220 вольт, 50 герц.

4. Аккумуляторы – накопители электроэнергии.

На заметку: некоторые фирмы предлагают комбинированные солнечные электростанции, т.е когда в схему подключен дизель-генератор, или ветрогенератор. Таким образом достигается аварийноустойчивость и бесперебойность, и например зимой когда нет солнца, но ветер дует хорошо, накопление электричества происходит за счет ветрогенератора, либо дизель-генератора. Наборы подбираются исходя из конкретной ситуации и финансовых возможностей. К слову в регионах где круглый год дуют хорошие ветра, имеет смысл рассмотреть использование одного только ветрогенератора.

Инженерные системы

В рассматриваемом доме устроено все оборудование, необходимое для комфортабельных условий жизни – кухонная техника, посудомоечная и стиральная машины, подсоединен скважинный насос с пиковой мощностью в 1.4 Квт. Жизнедеятельность всей этой техники, включая освещение по всему дому, осуществляется посредством солнечных батарей. И только система отопления «поручена» тепловому насосу. Обогрев второго этажа обеспечивают конвекторы, первый этаж оснащен теплыми водяными полами. При этом к магистральным сетям подключен только тепловой насос, расходующий 1,5-2 кВт электроэнергии, что как уже упоминалось, в разы меньше обычных тэновых обогревателей необходимых для этого дома, ведь электричество в данном случае нужно тепловому насосу только для работы компрессора гоняющего теплоноситель по системе труб закопанных в землю, откуда он собственно и «сосет» все тепло (теплонасос типа грунт-вода). Для тех кто еще не знаком с принципом действия теплового насоса, почитайте эту статью. 

В итоге дом способен существовать фактически полностью автономно с одним незначительным исключением. Для этого в систему внесены новейшие технические разработки.

В принципе и тепловой насос можно было бы полностью обеспечить электроэнергией от солнечных батарей, потребляет он все же не так уж и много, это опять же если сравнивать с тэновыми обогревателями. И все же от этой идеи решили отказаться, ведь «выбить» из солнечной электростанции дополнительные киловат-два электроэнергии не так то просто, и сумму вложений нужно было увеличить почти вдвое.

Применяемые технологии в солнечных электростанциях и панелях

В наше время широкое применение нашли фотоэлектрические модули, производимые с применением микро-кремниевой пленки и прозрачной пленки амфорного кремния. Они наносятся на стеклянное основание солнечной панели. Микро-прозрачная пленка преобразует в электрическую энергию невидимую инфракрасную часть спектра солнца, а слой амфорного кремния – видимую. Эти модули могут преобразовывать солнечную энергию в электрическую, хоть в плохую погоду, хоть при недостаточной освещенности, как при жарком климате, так и при рассеянном свете. Очень выгодны для территорий с небольшим количеством солнечных дней в году и регионов со слабой активностью солнца. Могут использоваться и на северной, и на теневой сторонах дома. Срок эксплуатации их в среднем – 10-15 лет.

Нельзя не упомянуть преимуществах солнечных панелей с применением кремния.

• Цена становится ниже. Производственные затраты на электроэнергию по этой технологии заметно упали и продолжают снижаться, благодаря научным исследованиям и инвестициям.
• Широкое применение. Вдобавок к традиционной установке на крыше, фотоэлектрические модули могут использоваться для отделки фасадов здания в качестве отдельных элементов, архитектурных решений и композиций, что до этого считалось невозможным. Тем более, что эти модули можно устанавливать, как на кровельный материал, так и вместо него.
• Работа без дефектов. Производственный процесс – достаточно прост, поэтому в этой продукции гораздо меньше дефектов по сравнению с обычными солнечными модулями, при производстве которых используется пайка.
• Неприхотливы к погодным условиям. Модули отлично работают при разных погодных условиях, потому как они производятся из специальных материалов, имеющих длительный срок службы.
• Хорошая работа даже при слабой солнечной активности. При рассеянных солнечных лучах эффективность фотоэлектрических модулей выше, чем у поликристаллических, не говоря уже о монокристаллических кремниевых панелях.

Эффективность солнечных панелей, расчет модулей

Для определения эффективности солнечной электростанции на практике, необходимо протянуть силовые кабели, соединяющие фотоэлектрические модули, устроенные на крыше, с системой обслуживания, в которую входят – инвертор (преобразователь напряжения), контроллер зарядки батарей и аккумуляторные батареи.

В зависимости от количества электроприборов в доме можно вычислить нужное количество фотоэлектрических модулей. За основу берется среднесуточное энергопотребление электроэнергии в кВт/ч. Для высчитывания числа фотоэлектрических модулей нужно знать точное энергопотребление объекта, мощность модуля (P _max), и коэффициент инсоляции данной местности (это мера энергии солнечного излучения, взятого с данной площади земной поверхности в данное время). Он квалифицирует эффективность работы солнца в установленное время года. Коэффициент инсоляции высчитывается на основании статистических наблюдений с учетом сезонной продолжительности светового дня и количества пасмурных и солнечных дней.

Эти данные можно всегда добыть в интернете либо в специальных изданиях, публикующих карты солнечной инсоляции.

К слову, в средней полосе России, где возвели дом из рассматриваемого примера, коэффициент солнечной инсоляции с мая до октября – равен 5 часам солнечной активности в день. Если дом рассчитывался на круглогодичное проживание, как в этом случае, то количество фотоэлектрических модулей высчитывается исходя из отрицательных погодных условий, то есть периода времени с низким сезонным коэффициентом инсоляции. За период с ноября по май он равен 3. Значит с учетом всех вышеизложенных параметров для полного обеспечения электроэнергией этого дома понадобится 32 панели стандартного размера – 110 х 140 мм.

Модули устанавливаются на кровлю при помощи специальных алюминиевых креплений. Они универсальны и годятся для установки модулей не только на крыше, но и для горизонтальных поверхностей, а обслуживающие их систему – инверторы, контроллеры и аккумуляторы располагают внутри дома.

Нужно помнить, для того чтобы получить круглогодичное нормальное функционирование всех электроприборов среднего частного дома, нужно тщательно продумать всю систему, и хорошо вложиться. Причем вкладываться придется не один раз, по причине того что срок эксплуатации аккумуляторов и солнечных панелей, не вечен. Не стоит витать в иллюзиях, и если вам где-то рассказывают что за 300-400 т.р. можно установить весь комплект солнечной электростанции, и от этого будет работать весь набор современной техники среднего дома от скважинного насоса до стиралки, то… Да, работать то будет, но вот только как. Хорошая инсоляция бывает не круглый год (не на экваторе живем), бывает что пасмурные дни стоят неделю и больше, а значит для стабильного электроснабжения недостаточно взять, и просто установить солнечные батареи на крыше. И в отдельных случаях нужно приходить к особым решениям — например сооружать поворотное устройство которое будет автоматически отслеживать солнце, добавлять в схему дизельгенератор, или, если есть желание использовать на 100% силу природы — ветрогенератор. И все это нужно суметь правильно рассчитать и устроить. Поэтому обращаясь в ту или иную фирму изучайте отзывы о ней, хорошо также пообщаться с реальными пользователями уже функционирующих солнечных электростанций.

В заключении, перед тем как перейти к другому оборудованию автономных солнечных электростанций, интересно ваше мнение насчет остальных альтернативных источников электроэнергии. Понятно, что если вы зашли на эту страницу, то вас интересует именно солнечная энергия, но может вы еще подумаете, и решите собрать скажем ветрогенератор, или что-то другое, более интересное.

[poll id=»5″]

Оборудование автономных электростанций

Автономное электроснабжение теплового насоса от солнечных батарей – аккумуляторы устроенные на мобильной подставке, а также инвертор на 3 кВт. Система электроснабжения дома на 6 кВт с аккумуляторами, предназначенными на круглосуточный режим работы в автономном режиме.

Еще одним элементом автономного обслуживания дома является система бесперебойного питания (СБП). Она оберегает жителей дома от таких неприятностей как отключение электричества. Такая система удобна еще тем, что при имеющейся внешней электросети она, с одной стороны, пропускает напряжение к нагрузке, а с другой – ее зарядное устройство одновременно заряжает блок аккумуляторов.

При отключении питания от электросети СБП переключается на работу от аккумуляторов и тут же преобразует их постоянное напряжение в переменное – 220 В / 50 Гц. Тем самым обеспечивает бесперебойную работу всех электроприборов. Так, что система бесперебойного питания снабжает не только режимы аварийного и резервного электроснабжения, но и автономный режим работы.

Дополнительно, с помощью биогазовой установки, дом можно также газифицировать собственным экологически чистым биогазом.

В заключении можно сказать что при желании электрифицировать дом и сделать его на 100% автономным с помощью современных технологий, можно хоть на краю света, вопрос только в количестве денежных средств, и конечно грамотном подходе. Удачной вам автономности и конечно побольше солнца!