Метод увеличения производительности
Обычно, поэкспериментировав с небольшим количеством солнечных модулей, владельцы частных домов идут дальше и совершенствуют систему различными способами.
Самый простой способ – это увеличение количества задействованных модулей, соответственно, привлечение дополнительных площадей для их размещения и покупка более мощного сопутствующего оборудования
Что делать, если существует дефицит свободной площади? Вот несколько рекомендаций для повышения эффективности солнечной станции (с фотоэлементами или коллекторами):
Изменение ориентации модулей. Перемещение элементов относительно положения солнца. Проще говоря, установка основной части панелей на южной стороне. При длинном световом дне также оптимально задействовать поверхности, выходящие на восток и запад.
Регулировка угла наклона. Производитель обычно указывает, какой угол является наиболее предпочтительным (например, 45º), но порой при монтаже приходится вносить свои коррективы с учетом географической широты.
Правильный выбор места установки. Крыша подходит, потому что чаще всего является наивысшей плоскостью и не затеняется другими объектами (предположим, садовыми деревьями). Но существуют еще более подходящие площади – поворотные устройства слежения за солнцем.
При перпендикулярном расположении элементов к лучам солнца система работает более эффективно, однако на стабильно закрепленной поверхности (например, крыше) это возможно лишь на короткий промежуток времени. Чтобы его увеличить, придумали практичные устройства слежения.
Механизмы слежения – это динамические платформы, которые своей плоскостью поворачиваются вслед за солнцем. Благодаря им производительность генератора увеличивается летом примерно на 35-40%, зимой – на 10-12 %
Большим минусом устройств слежения является их высокая стоимость. В некоторых случаях она не окупается, поэтому нет смысла вкладываться в бесполезные механизмы.
Подсчитано, что 8 панелей – минимальное количество, при котором затраты со временем оправдают себя. Можно задействовать и 3-4 модуля, но при одном условии: если они напрямую, в обход аккумуляторов, подключены к водяному насосу.
Буквально на днях компания Тесла Моторс объявила о создании нового типа крыши – с интегрированными солнечными батареями. Илон Маск заявил, что модифицированная крыша будет дешевле, чем обычная кровля с установленными на нее коллекторами или модулями.
Монтаж солнечных батарей
К установке солнечных батарей не применяется жестких требований. Смонтировать гелиоприемник можно под наклоном, на вертикальной или горизонтальной поверхности. При этом жесткие панели (моно- и поликристаллические) устанавливают на жесткий каркас, фиксируют в местах крепления при помощи комплектного крепежа. Батареи на эластичной подложке допускают укладку на неровные поверхности (например, волнистую крышу).
Соединения между панелями осуществляют многожильными проводниками с оконцевателями. Сечение токоведущих элементов рассчитывают по величине номинального и максимального тока.
Этого можно достичь:
- Ориентировкой модулей в южном направлении.
- Размещением их под углом, равным географической широте местности.
Кроме того, для монокристаллических панелей критически важно позаботиться об отсутствии затенения – при рассеянном свете их эффективность сильно падает
Выбор фотоэлементов
Любая солнечная батарея для дома сделанная своими руками, будет в любом случае стоить значительно ниже, чем заводская. У известных производителей производится тщательный отбор фотоэлементов, в процессе которого отсеиваются заготовки, имеющие пониженные или нестабильные показатели. Поверхность готовых изделий покрывается специальным стеклом, снижающим отражение света, отсутствующим в свободной продаже. В производстве применяются многие другие методы исследования пластинок, совершенно не подходящие для домашних условий.
Однако, солнечная батарея своими руками вполне может быть изготовлена, а полученные самоделки обладают хорошей работоспособностью и не столь заметно отличаются от изделий промышленного производства. Зато экономия денежных средств получается практически в два раза, и в определенных условиях делать панели не только целесообразно, но и выгодно. Следовательно, основная цель на стадии подготовки заключается в правильном выборе наиболее подходящих фотоэлементов. По техническим причинам пленочные или аморфные изделия можно сразу же исключить и остановиться на пластинках их кремниевых кристаллов. В самых первых домашних опытах рекомендуется воспользоваться более дешевыми элементами из поликристаллов и лишь потом переходить к работе с монокристаллическими кремниевыми материалами.
Приобрести фотоэлементы для солнечной батареи возможно на известных зарубежных торговых площадках, таких как Алиэкспресс, Амазон и других. Они находятся там в свободной продаже в виде отдельных пластинок с различной производительностью и габаритными размерами, что позволяет собрать солнечную панель требуемой мощности.
Кроме того, существуют бракованные изделия, относящиеся к так называемому классу В, имеющие различные повреждения в виде небольших сколов и трещин. На производительность это почти не влияет, зато их стоимость значительно ниже, поэтому они чаще всего используются в самодельных гелиосистемах.
Выбор пластинок прежде всего осуществляется по их внешнему виду. Монокристаллические элементы имеют однотонную поверхность темно-синего цвета, на которой расположена хорошо заметная электродная сетка. В поликристаллических пластинках поверхность покрыта более светлым узором, образованным многочисленными мелкими кристалликами. Подробнее чем отличаются монокристаллические панели от поликристаллических читайте здесь https://electric-220.ru/news/monokristallicheskie_i_polikristallicheskie_solnechnye_batarei/2018-12-26-1624
Устройство панелей
Растущая в цене электроэнергия поневоле заставляет задуматься об экономии. И отличной альтернативой в данном случае считаются природные источники энергии. Оптимальным решение для частного дома является альтернативная электростанция – солнечная батарея.
Изначально может показаться, что вся система солнечной батареи слишком большая, а принцип ее работы невероятно сложен. И чтобы понять, как функционирует солнечная батарея в деле, необходимо детально рассмотреть ее конструкцию.
В действительности гелиосистема устроена довольно просто и состоит из четырех основных элементов.
- Солнечная батарея – по форме и размерам представляет собой прямоугольную панель с определенным количеством пластинок. В основу солнечной батареи входят полупроводниковые материалы. Миниатюрные преобразователи собираются в модули, а модули – в единую систему гелиоколлектора.
- Контроллер – выполняет функцию посредника между солнечным модулем и аккумулятором. Он необходим для отслеживания уровня заряда аккумулятора. Его роль крайне важна во всей цепи – контроллер не дает закипать или падать электрическому потенциалу, который необходим для стабильного функционирования всей системы.
- Инвертор – преобразует постоянный ток солнечного модуля в переменный 220-230 вольт. Гибридный сетевой инвертор может использовать для своей работы как постоянный, так и переменный ток. Но стоит учитывать, что для работы инвертора тоже необходима энергия, и его расход составляет порядка 30% потерь на преобразование. И в пасмурную погоду или в темное время суток вся энергия для работы будет расходоваться из аккумулятора. То есть если аккумулятор разрядится, то инвертор перестанет работать.
- Аккумулятор – преобразованная в электричество солнечная энергия не всегда используется в доме в полном объеме. Излишки могут накапливаться в аккумуляторе и использоваться в темное время суток и в пасмурную погоду.
Но перед тем как приступить к выбору и установке солнечной батареи на крыше, необходимо разобраться в принципах работы устройства, а также рассчитать рабочие узлы гелиосистемы.
Технические характеристики
Основным элементом каждой солнечной батареи является фотоэлектрический преобразователь.
В массовом производстве используется три типа элементов из кремния.
- Монокристаллические – искусственно выращенные кремниевые кристаллы нарезаются на тонкие пластины. В основу модуля входит очищенный чистый кремний. Поверхность больше похожа на пчелиные соты или небольшие ячейки, которые соединяются между собой в единую структуру. Готовые маленькие пластинки соединяются между собой сеткой из электроводов. В данном случае процесс производства более трудоемкий и энергозатратный, что отражается на конечной стоимости солнечной батареи. Но монокристаллические элементы обладают большей производительностью, а средний КПД составляет около 24%. Срок службы монокристаллических батарей больше, они прослужат в среднем около 30 лет.
- Поликристаллические – в основе кремниевый расплав. Такие модули считаются оптимальным решением для жилого частного дачного дома. Несколько кристаллов из кремния объединяются в один фотоэлемент. Поверхность поликристаллической солнечной батареи имеет неоднородную поверхность, из-за чего хуже поглощает свет. И КПД, соответственно, ниже, находится в пределах 20%. Срок службы поликристаллической панели составляет 20-25 лет. Они имеют характерное отличие – темно-синий цвет покрытия. Такие модули дешевле аналогов, что позволяет окупить всю систему примерно за 3 года.
- Тонкопленочные – имеют гибкую подложку, что позволяет монтировать батарею на любую поверхность с углами и изгибами. Тонкий слой полупроводников наносится методом напыления на поверхность батареи. Такие системы имеют очевидный недостаток – маленький КПД. Производительность в среднем составляет около 10%. То есть для обеспечения энергией дома потребуется в два раза больше тонкопленочных батарей, чем поликристаллических. И срок службы таких панелей меньше других аналогов – в среднем ресурс работы составляет около 20 лет.
Схемы подключения системы
Схема подключения солнечных батарей состоит из нескольких устройств:
- Солнечная панель, которая будет аккумулировать свет, и преобразовывать его в электричество.
- Контроллер, который будет отслеживать уровень заряда в устройстве. Когда аккумуляторы заряжены, это приспособление автоматически отключает зарядку, а когда уровень заряда упадет, контроллер снова заработает.
- Аккумулятор, который нужен для сбора сгенерированной энергии.
- Инвертор – это устройство создает нужное напряжение для сети, получая из аккумулятора электроэнергию и преобразовывая её в 220 В.
Между всеми участниками сети должны быть обязательно установлены предохранители, дабы избежать короткого замыкания и поломки одного из устройств.
Если планируется использовать одну солнечную панель, то здесь всё понятно.
При установке же двух и более для начала необходимо выбрать одну из следующих схем подключения солнечных батарей загородного дома или квартиры:
- Параллельная. Такой способ укладки панелей происходит посредством соединения одноименных клемм. Напряжение при этом не меняется и остается на том же уровне.
- Последовательная. В такой схеме плюс одного из фотоэлементов подключается к минусу другого. Осуществить такое соединение достаточно просто, однако на выходе получится 24 В.
- Смешанная. Такая система состоит из нескольких групп. Элементы внутри группы соединяются параллельно, а крайние панели групп объединяются между собой последовательно.
Последняя параллельно-последовательная схема подключения солнечных батарей является оптимальной для того, чтобы сэкономить на приобретении контроллера, поскольку мощное устройство для такой схемы не понадобится. В такой системе создается баланс между высокими напряжениями, которые возникают при последовательном соединении и большими токами параллельной схемы.
Особенности выбора.
Выбирая солнечные батареи для отопления дома необходимо учесть несколько нюансов:
Мощность – один из основных параметров, влияющий на стоимость солнечных панелей. Поэтому перед их приобретением необходимо определить ориентировочное потребление электроэнергии. В сопроводительной документации всегда указывается максимальная мощность, вырабатываемая батареями за час в ваттах. Но необходимо учитывать, что в пасмурную погоду она будет немного меньшая. Также мощность зависит от вида солнечных батарей.
Размер – существенно зависит от мощности панелей и типа их фотоэлементов. Крыша должна иметь необходимые размеры для монтажа нужного количества панелей.
В среднем 1 кв. метр солнечных батарей дает за 1 час около 120 Вт.
Панели суммарной площадью в 20 кв. метров обеспечат электроэнергией одноэтажный загородный дом в полном объеме.
Тип – поли- и монокристаллические солнечные батареи имеют значительно высшую стоимость, чем кремневые тонколистовые. Но вырабатывают больше электроэнергии и требуют меньшей поверхности крыши.
Возможность при необходимости наращивания мощности. Ее можно легко увеличить за счет добавления дополнительных солнечных панелей. Замена батарей путем приобретения новых более эффективных экономически невыгодно. Поэтому необходимо учесть небольшой запас поверхности крыши.
Солнечные батареи от ведущих производителей гарантировано выдержат срок эксплуатации больше 25 лет. Надежность их зависит от фирмы производителя. Желательно отдать предпочтение известному производителю. Он обеспечивает бесплатную замену панелей по гарантии, оказывает помощь при монтаже, наладке, ремонте, наращивании мощности.
Способы установки
Установка солнечных панелей может быть проведена несколькими методами:
- на наклонную крышу, с углом кровельного ската не больше 40 градусов. В данной ситуации понадобится прочная несущая конструкция. Ее изготавливают из металлического профиля. При угле наклона больше 30 градусов можно обойтись без кронштейнов;
- на плоскости. В данном случае вам не обойтись без металлического каркаса. Он имеет наклонную плоскость, которая специально предназначена для того, чтобы прикреплять солнечные панели на крышу под определенным углом наклона;
- на стену. Такой метод можно встретить нечасто, но он удобен в том случае, когда нет других вариантов. Здесь тоже понадобится каркас из металла, к которому и будут крепиться модули. Установить солнечную батарею на стену нужно будет с наклоном;
- на землю. При монтаже применяется специальная опора (или штанга). Установка гелиосистем на земле практикуется в тех районах, где постоянно наблюдаются сильные снегопады. Такой способ обеспечивает легкий доступ к панелям во время чистки (не нужно залезать на крышу);
- на лоджию или балкон. Если лоджия, где используются солнечные батареи, имеет крышу, их можно установить наверху. Также допускается монтаж нескольких элементов на внешней стороне балкона.
Тип
Выбирают тип солнечной панели из условий инсоляции (количества солнечных дней, интенсивности излучения):
Так, монокристаллические кремниевые батареи вполне подойдут для установки в южных регионах.
В Средней полосе и на других российских территориях оптимальным вариантом будут поликристаллические панели, хорошо зарекомендовавшие себя в условиях рассеянного освещения.
В северных широтах следует обратить более пристальное внимание на аморфные модули, которые позволяют создать значительную площадь батареи без дополнительных монтажных работ.
Более низкие категории качества присваиваются продукции по итогам заводских испытаний, которые выявляют отклонение от номинальных параметров не более 5% (Grade B) и 30% (Grade C) в процессе эксплуатации.
Сборка, угол наклона
Саму установку, как соединять солнечные панели опишем вкратце, так как крепления и прочие нюансы также отдельные темы. Монтаж состоит в закреплении панелей на каркасе, есть несколько типов фиксаторов, кронштейнов: на шифер, на металл, черепицу, скрытые на обрешетку крыши.
Опорные рейки, зажимы, прижимы (концевые и центральные) направляющие покупаются или есть в комплекте для выбранного варианта установки.
Соединяющие стыковые элементы создают из фиксирующих реек каркас. Применяют также клеммные элементы и держатели для жил — они объединяют алюминиевые рамки и заземляют их, фиксируют кабели.
Если монтаж производится на крышу с наклоном, то оптимальный угол для панелей 30… 40° в северных широтах больше, например, 45°. В общем, для самоочистки модулей дождем угол должен быть от 15°.
Указанные позиции создают опорными профилями, часто делают удобную сборно-разборную регулируемую, поворачивающуюся конструкцию.
При неравномерно освещении массива, панель на более светлом месте выдает больший ток, который частично расходуется на нагрев СБ нагруженных меньше. Чтобы исключить такое явление, используют отсекающие диоды, впаиваемые между плоскостями с внутренней стороны.
Этапы монтажа
Разумеется, это условные цифры: в реальности существует множество поправок в расчетах. Конечно, больше всего солнечных батарей производится в Китае.
Аморфные батареи пока еще экзотика с точки зрения стоимости. Подключение солнечных батарей к сети Предварительно между всеми элементами системы необходимо установить предохранители.
Вы можете корректировать наклон батарей четыре раза: в середине апреля, в конце августа, в первых числах августа и марта. Основные требования при задействовании контроллера — мощность подключаемых панелей свыше 1 кВт и удаленность между батареями на достаточно большое расстояние Решить вопрос можно и путем установки отсекающих диодов.
Аккумулятор — химический источник тока, который накапливает сгенерированную электроэнергию. Для начала нужно проанализировать, сколько киловатт нужно получить из системы в день. Инструменты, которые понадобятся для сборки: напильник; ножовка по металлу с полотном 18; дрель, сверла на 5 и 6 мм; ключи рожковые; Этапы сборки Сборка состоит из нескольких этапов: Для начала нужно определиться с размерами рамы каркаса.
Новости и информация
Сегодня, установка солнечных батарей в индивидуальном порядке стала привычным делом. Если планируется использовать одну солнечную панель, то здесь всё понятно. Электроприборы в автономном режиме работают тем дольше, чем большую емкость имеет аккумулятор. Батарею можно разместить на крыше балкона или лоджии, в случае если это верхний этаж частного дома или квартира находится на последнем этаже.
Выбирая такой способ генерации энергии в сеть, будьте готовы к тому, что придется оформлять разрешение в местных энергосетях. Панели подсоединяются к прибору, контролирующему уровень запасенного электричества, называемому контроллером, соединенным с АКБ. Можно считать это предрассудком, поскольку надежность современных солнечных систем достаточно высокая. Видео: Как подключить солнечную батарею к аккумулятору На картинке ниже представлен комплект электростанции, состоящий из таких устройств: Поглощающих естественный свет элементов, которые преобразуют его в электрическую энергию, то есть солнечные батареи. Схема подключения Схема подключения СП.
Особенности и виды
Перед тем, как установить солнечные батареи, необходимо рассчитать емкость аккумуляторов. Основные требования при задействовании контроллера — мощность подключаемых панелей свыше 1 кВт и удаленность между батареями на достаточно большое расстояние Решить вопрос можно и путем установки отсекающих диодов. Это требуется для упрощения очистки панелей от следов атмосферных осадков, существенно понижающих эффективность функционирования батарей. А от них — к инвертору. Осуществить такое соединение достаточно просто, однако на выходе получится 24 В.
Поэтому фотоэлементы лучше покупать готовые
Примите во внимание: если не оставить зазор между крышей и панелями для циркуляции воздуха, модули будут перегреваться и выгорать. Для подключения используйте провода с сечением соответствующим мощности контроллера. При подключении солнечных батарей к сети схему лучше выбрать смешанную, так как она оптимальна
Расключная коробка для солнечных батарей
При подключении солнечных батарей к сети схему лучше выбрать смешанную, так как она оптимальна. Расключная коробка для солнечных батарей
Моно или поликристалл?
Как отличить монокристаллическую панель от поликристаллической? Визуально поли имеет синеватый оттенок, моно – однородного темного цвета.
Какие из них лучше?
Ошибка №16
Однозначно монокристаллические. Нет, поликристаллические.
На самом деле большой разницы между ними нет. Есть адепты как одной, так и другой технологии.
Давайте сначала рассмотрим время работы и степень деградации. У одинаковых по качеству моно и поликристаллов самые большие потери мощности наблюдаются в первый год работы.
У поли это 2%, у моно – 3%. В последующие года они деградируют на 0,67% и 0,73% соответственно.
Как видите цифры не такие огромные, чтобы говорить о какой-то существенной разнице.
Ошибка №17
У моно КПД больше, значит они лучше.
Условно 100 ваттная моно-панель с КПД 22% не будет отдавать больше, чем такая же поли-панель с КПД 18%
И та и другая при равных условиях выдадут в сеть одинаковые 100Вт. Отличие будет заключаться только в занимаемой площади.
Моно по габаритам на 3-5% меньше. Визуально это даже незаметно.
Эффективность или КПД вы можете посчитать самостоятельно. Просто разделите мощность на длину и ширину панели.
Кстати, таким нехитрым способом можно проверить производителя. Не наврал ли он в технических параметрах.
То же самое касается и якобы лучшей выработки эл.энергии в пасмурную погоду у поликристаллов.
Ошибка №18
Здесь все зависит не от типа кристалла, а от природы кремния.
Там, где он более качественный, там и выработка будет чуть больше. Поэтому у кого-то моно работают лучше, у кого-то поли.
Выводы о влиянии угла наклона и снега
См. ниже ссылку на приложенный отчет с последними данными
Следующие выводы можно сделать по результатам обработки данных от солнечной батареи.
Влияние снега
Рекомендуем почитать по теме:Руководство покупателя солнечных батарейОсновы фотоэнергетики
При повышении угла наклона повышается способность к естественной очистке от снега. При угле 90° снега на панелях нет в течение 99.5% зимы. При снижении угла наклона с 53° до 14° замечается увеличивающаяся разница в выработке энергии между очищенными и неочищенными от снега модулями.
Стоит ли чистить от снега модули для повышения производительности солнечных панелей?
Испытательная СБ продемонстрировала, что очистка панелей дает прибавку в выработке энергии от 0.85% до 5.31% в зависимости от угла наклона.
Обычно владельцы соединенных с сетью систем не чистят модули в течение зимы. Это поведение зависит от типа системы; при наземном монтаже очищать СБ от снега легче, чем в случае с крышной солнечной батареей.
Владельцы автономных солнечных электростанций обычно чистят регулярно свои СБ от снега, однако это обычно решение, которое принимает владелец самостоятельно.
Каков оптимальный летний угол установки солнечной батареи?
Угол наклона 27° показал максимальную производительность СБ в период с 1 апреля по 30 сентября
| Месяц | Оптимальный угол наклона(°) |
|---|---|
| Апрель | 45 |
| Май | 18 |
| Июнь | 18 |
| Июль | 18 |
| Август | 27 |
| Сентябрь | 53 |
Каков оптимальный зимний угол наклона?
- Угол наклона 53° показал максимальную производительность СБ в период с 1 октября по 31 марта при условии очистки снега
- Уголы наклона 90° и 53° показали максимальную производительность СБ в период с 1 апреля по 30 сентября без очистки снега.
| Месяц | Оптимальный угол наклона (°) |
|---|---|
| Октябрь | 53 |
| Ноябрь | 90 |
| Декабрь | 90 |
| Январь | 90 |
| Февраль | 53 |
| Март | 53 |
Каков оптимальный угол наклона для года?
- за год СБ с углом наклона 53° генерировала максимум энергии при условии очистки панелей от снега
- за год СБ с углом наклона 53° генерировала максимум энергии без очистки панелей от снега
В автономной системе с солнечными батареями лучше всего менять угол наклона 2 раза в год во время весеннего и осеннего равноденствия. Конечно, решение по регулярному изменению угла наклона СБ принимает владелец системы электроснабжения.
| Угол наклона (°) | Увеличение выработки при очистке от снега (%) |
|---|---|
| 14 | 5.28 |
| 18 | 5.31 |
| 27 | 4.14 |
| 45 | 1.99 |
| 53 | 1.63 |
Дополнительные факторы, которые надо учитывать:
- Опасность проведения работ зимой на крыше
- Во время теплых солнечных периодов зимой снег тает и слезает с панелей. Интенсивность этого процесса зависит от угла наклона панелей.
- Зимой в месяцы с максимальным снегом приход солнечной радиации минимальный, высота солнца над горизонтом также минимальная и света тоже меньше всего.
Предсказание производительности
Испытательная солнечная батарея NAIT показала разницу в производстве энергии в 17% в течение первой и второй зимы. Это показывает, что выработка энергии бывает существенно разной от года к году. Этот проект позволит получить более достоверные статистические данные по мере накопления истории наблюдений в последующие годы.
Показатели: Наиболее интересные цифры за 2013-2014
- Пиковая мощность одного модуля = 226 Вт
- Пиковая выработка энергии за один день одним модулем = 1.82 кВт*ч 27 мая при угле наклона 18°
- Пиковая месячная выработка энергии солнечной батареей = 442 кВт*ч в мае 2013
- Самая низкая температура за время наблюдений = -31°C 6 декабря 2013
- Самая высокая температура инвертора = 46°C 2 июля 2013
Для дополнительной информации см. приложенный отчет Northern Alberta Institute of Technology Solar Photovoltaic Reference Array Report – March 31, 2015. Project funded by NAIT and the City of Edmonton.
См. текущие и исторические данные по работе системы. (online мониторинг работы системы, можно посмотреть текущие данные измерений; учтите разницу во времени с Канадой!)
Reference: Northern Institute of Technology (Tim Matthews). (2014). Solar photovoltaic reference array report. Alternative Energy Program. Last update: August 18, 2015
Приложение:
NAIT Reference Array Report (на англ.)
Источник. Перевод “Ваш Солнечный Дом”. Ссылка при копировании обязательна
Эта статья прочитана 29940 раз(а)!
