Официальный сайт МАП Энергия - Пресса: "Из света в ватты" (журнал "Идеи для Вашего дома" №195 апрель 2015г.)

Статьи из газет и журналов

Пресса: "Из света в ватты" (журнал "Идеи для Вашего дома" №195 апрель 2015г.)

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

Солнечные панели вызывают интерес в первую очередь у тех, кто сталкивается с проблемами энергоснабжения, а таких людей в России, к сожалению, немало.

Комплект фотоэлектрических модулей помещается в жёсткую металлическую рамку (на фото внизу — вид сзади)

Рынок солнечной энергии для россиян пока остаётся диковинкой, а вот для жителей многих стран он уже стал «прозой жизни». Во всяком случае, наши соотечественники, побывавшие за рубежом, обращают внимание на массовое использование солнечных батарей в быту и коммунальном хозяйстве. В число «технологически продвинутых» регионов входят не только солнечные курорты Испании, Италии или, скажем, западное побережье США, но также, например, Германия, Швеция или Финляндия, где климатические условия близки к условиям Европейской части России. Поэтому опыт североевропейских стран для нас особенно интересен.
Солнечные батареи постепенно начинают применяться и в России. В первую очередь — как вспомогательная и аварийная система энергоснабжения, но они могут работать и автономно. Некачественное энергоснабжение обычно характерно для сельской местности — скажем, устаревшая сеть не рассчитана на большую нагрузку (раньше расчётная нагрузка на один дом составляла 2,5 кВт). Такая сеть способна выдержать подключение холодильника, телевизора и нескольких осветительных приборов. Если при этом будет работать ещё и современная стиральная машина с подогревом воды, то, вероятно, возникнут проблемы. Ну а при подключении более мощного водонагревателя или сварочного аппарата сеть просто не выдержит.

У НИХ И У НАС

Статистика показывает, что в Северной Европе рынок солнечной энергии находится на подъёме. Отчасти этот факт вызван дороговизной электроэнергии и государственной политикой, поощряющей использование «зелёных технологий». Скажем, в Германии владельцы загородных коттеджей тратят в среднем 1520 тыс. евро на установку солнечных батарей (мощностью примерно 3 кВт). Тратят не от безысходности, а желая получить (пусть и не сразу) некоторую прибыль. В Германии и многих других странах (например, на Украине) приняты законы, позволяющие домовладельцам самостоятельно производить электроэнергию и «сдавать» её в государственную энергосеть.
По этой причине конструктивные схемы устройств, используемых в Европе, отличаются от российских. Например, за рубежом практически отсутствуют устройства для накопления электроэнергии — аккумуляторы. Ведь в высококачественных европейских электросетях перебои поступления энергии крайне редки, поэтому в большинстве случаев нет необходимости в аккумуляторах. Не так важно и качество вырабатываемой энергии, если вы отправляете её «в сеть», а не пытаетесь запитать собственный компьютер. Тем не менее даже при таких благоприятных условиях срок окупаемости солнечных батарей в Германии составляет около 10 лет. В России стоимость системы солнечных батарей выше за счёт аккумуляторов, а излишки выработанной электроэнергии сдавать нельзя. Тан что об окупаемости полностью автономной системы энергоснабжения при сравнительной дешевизне электроэнергии в России пока приходится только мечтать.

ЕСЛИ ВЫ ПЛАНИРУЕТЕ УСТАНОВКУ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ, ПОСТАРАЙТЕСЬ ПРЕДУСМОТРЕТЬ ПРОСТРАНСТВО ДЛЯ МОНТАЖА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ СЕКЦИЙ, ПОСКОЛЬКУ ОЧЕНЬ ЧАСТО ВОЗНИКАЕТ СИТУАЦИЯ, КОГДА С ТЕЧЕНИЕМ ВРЕМЕНИ ТРЕБУЕТСЯ УВЕЛИЧИТЬ МОЩНОСТЬ СИСТЕМЫ

Контроллер солнечных батарей, инверторы и аккумуляторные батареи

Контроллеры солнечных батарей, инверторы и аккумуляторные батареи не занимают много места в загородном доме, к тому же для них не требуется отдельное техническое помещение

Схема подключения устройств в системе электроснабжения

Солнечные батареи позволяют компенсировать недостаточную мощность сети (обычно 1,5-3 кВт) без потери комфорта. Причём управляющий компьютер способен составить расписание включения-выключения основных энерго-потребляющих устройств в доме в зависимости от предполагаемого объёма выработанной электроэнергии, которую он высчитывает на основании метео-прогнозов, полученных через сети связи (Интернет). Допустим, завтра ожидается солнечная погода—значит, можно запланировать стирку.

ПОДБИРАЕМ СИСТЕМУ

Автономная система энергоснабжения, помимо солнечных батарей, включает в себя ещё несколько компонентов. Пе-речислим основные из них.
Инвертор — так сокращённо на-зывают инверторный преобразова-тель постоянного тока в переменный (и наоборот). Инвертор — важнейшее устройство системы, к которому подключаются и другие источники тока (солнечные батареи, ветрогенератор, дизельный генератор и т. д.) через со-ответствующие контроллеры,комплект аккумуляторных батарей, внешнюю и внутридомовую электросети. Следует учесть, что модели инверторов, ис-пользуемые совместно с электросетью, отличаются по конструкции от работающих автономно. Контроллеры заряда солнечных ба-тарей — устройства, отвечающие за эффективное преобразование выра-батываемой электроэнергии. Без кон-троллеров невозможна работа солнечных панелей с аккумуляторами — их пришлось бы вручную отключать от аккумуляторных батарей каждую ночь и в конце каждого заряда. Кроме того, контроллеры повышают эффективность функционирования солнечных панелей на 30-50 %.
Аккумуляторные батареи (АКБ) запасают энергию, ведь солнечные панели работают только в светлое время суток. Мы подробно поговорим о них в отдельной статье.
Реле управления внешними устрой-ствами. В автономной системе они ис-пользуются для включения и выключе-ния групп устройств, на которые подаётся электроэнергия. Также реле применяются, например, для автоматического включения дизельного генератора в случае сильного снижения уровня заряда АКБ.
Кроме того, в систему могут входить дополнительные генераторы тока. Чаще всего—дизельный генератор, который играет роль аварийного, когда капризы погоды не позволяют солнечным батареям работать на полную мощность. Дизельный генератор целесообразнее периодом времени отключения от сети (от нескольких суток и более).
Перед подбором компонентов системы необходимо рассчитать её технические характеристики — они будут определяться временем автономной работы установки, а также объёмом электроэнергии, который должны вырабатывать солнечные батареи. Оба параметра об-уславливают стоимость системы, и при их выборе неопытные пользователи ча-сто допускают досадные ошибки. Лучше всего доверить расчёт профессионалам.

Установка солнечных батарей на открытом участке

Установка солнечных батарей на несущей ферме, расположенной на открытом участке в отдалении от дома

Установка солнечных батарей на скате крыши

Наиболее популярный вариант установки солнечных батарей — на скате крыши

В северных районах панели предпочитают размещать вертикально

ПРИМЕР

Вы решили собрать полностью автономную систему энергоснабжения дачного домика. Чтобы ограничить расходы, обзаводитесь только самым необходимым: холодильником (400 Вт в сутки), насосом системы отопления (200 Вт), телевизором (500 Вт), светодиодными лампами (400 Вт). Плюс одна-две розетки для подключения различных электробытовых устройств — отведём на них 300 Вт.
Всего получается 1800 Вт в сутки. С учётом поправочных коэффициентов, включающих потери мощности в разных элементах электросети, можно подсчитать, что за день батареи должны выработать 2,2 кВт электроэнергии. Зная эту цифру, а также среднее время работы панелей в заданной местности и в заданное время года (для Московской области приблизительно 5,5 ч в весенне-летний период), вы легко определите расчётную мощность солнечных батарей. Она составит 2200 : 5,5 = 400 Вт. В этом случае понадобятся два стандартных модуля мощностью 200 Вт и размерами 1,5 х 1 м. цена каждого 15-20 тыс. руб.

Три типа фотоэлементов, используемых в солнечных батареях: монокристаллический кремний (а); поликристаллический кремний (6); аморфный кремний (в)

ПРОЧНОСТЬ ПАНЕЛЕЙ

Солнечные батареи защищены снаружи закалённым стеклом и способны выдерживать значительные нагрузки. Но с ними нужно обращаться аккуратно и избегать ударов. Под солнечными панелями следует предусмотреть зазор минимум в 5 см для свободной циркуляции воздуха, иначе устройства будут очень сильно нагреваться, отчего заметно снизится их эффективность. При этом панели должны быть доступны для осмотра, обслужи-вания и чистки (при необходимости).

ИНВЕРТОР ДЛЯ ДОЛГОЙ И СЧАСТЛИВОЙ ЖИЗНИ

Инвертор выбирают по таким параметрам, как мощность (номинальная, максимальная, пиковая), входное напряжение (12.24 или 48 В), ёмкость подключаемых АКБ (минимальная, рекомендуемая, максимальная) и некоторым другим. Стоимость устройства во многом определяется его производительностью. Модели российских фирм (например, инвертор МАП SIN) с максимальной мощностью 3-9 кВт можно приобрести в среднем за 40-90 тыс. руб. Китайские изделия при равной мощности обойдутся немного дешевле, а известные европейские бренды стоят значительно дороже.
Чем же лучшие модели отличаются от китайских инверторов? Во-первых, используется разная схемотехника. А именно очень дорогой низкочастотный трансформатор в виде тора, мощные сендастовые дроссели и другие качественные (и недешёвые) комплектующие. Такое решение намного дороже, чем, например, обычный трансформатор без дросселей. Но зато оно позволяет получить самый высокий КПД, недостижимый у других инверторов (до 96 %). Кроме того, обеспечивается самое маленькое потребление на холостом ходу. К тому же подобный вариант отличается надёжностью и минимальным излучением помех. Во-вторых, в качественных инверторах предусмотрено множество дополнительных режимов, функций и их регулировок. Пользователь имеет возможность устанавливать все параметры по своему усмотрению. В-третьих, репутация фирмы служит косвенной гарантией того, что инвертор прослужит долго (а если что-то случится, то вы всегда сможете получить необходимую помощь).
Не следует экономить на инверторе, ведь недостаточно хорошая техника может при-вести к сильному сокращению срока службы аккумуляторов (например, всего 2-4 года вместо 8-10 лет). Качественный инвертор имеет напряжение на выходе с низким ко-эффициентом искажений (2-3 %), высокую пиковую мощность (в 2-3 раза больше но-минальной), возможность настройки ряда параметров подключения аккумуляторов (выбор типа батарей, алгоритма заряда, порога срабатывания), функцию управления внешними источниками и т. д. Так, высокая пиковая мощность обеспечивает нормальную работу всех компонентов системы при включении двигателей (скажем, скважинного насоса). Низкий коэффициент искажений гарантирует беспроблемную работу чувствительной электроники. А возможность подключения дополнительных устройств, например автоматический запуск резервного генератора, автоматическое «добавление» мощности инвертора к мощности сети или генератора при пиковых нагрузках, позволит повысить автономность системы электроснабжения.

ТИПЫ БАТАРЕЙ

Производительность и долговечность солнечных батарей могут сильно различаться. Так, у недорогих китайских панелей КПД всего Д-5 %, а срок службы составляет 3-4 года. «Нормальные» батареи (в том числе китайские) имеют КПД 12- 15 %, а срок службы — 25 лет. У высококлассных производителей (Kyocera, Sharp, Panasonic, Samsung) КПД батарей может достигать 15-18 %, а срок службы измеряется десятками лет. Зато и стоят такие устройства на порядок дороже. С каждым годом эффективность переработки сол-нечного света в электроэнергию растёт. Так, в 2014 г. разработанные Panasonic солнечные панели HIT, представляющие собой пластины из монокристаллического кремния, который окружён сверхтонкой плёнкой из аморфного кремния, обеспечили рекордный КПД в 25,6 %. В ближайшие годы ожидается появление панелей с КПД выше 30 %.
Солнечные панели изготавливаются из кремния и в зависимости от его структуры бывают трёх типов: моно- кристаллические, поликристаллические и из аморфного кремния. Все разновидности имеют свои особенности. Монокристаллические панели принято считать самыми лучшими. У них высокий КПД (около 18 % у элементов, 15,5 % у собранных из них батарей), срок службы около 50 лет. Однако эти устройства сложны в изготовлении и дороже моделей других типов. Поликристаллические панели состоят, грубо говоря, из осколков монокристалла. Отличаются меньшим КПД (15 % у элементов и 12 % у всей системы), срок службы составляет 20-25 лет. Зато они стоят дешевле монокристаллических. Панели из аморфного кремния по своим характеристикам примерно соответствуют поликристаллическим (несколько лет назад аморфные устройства отставали по сроку службы, который составлял 5-10 лет, но у новых моделей параметры значительно улучшились).
Солнечные батареи различаются и по эффективности работы в разных условиях. Так, монокристалл и поликристалл хорошо функционируют при ярком солнечном освещении, а при облачности выработка энергии у них заметно падает. Панели из аморфного кремния в пасмурную погоду работают немного лучше, чем устройства из монокристалла или поликристалла (при одинаковой установленной мощности). Поэтому первые предпочтительнее во время малосолнечного и дождливого лета.
Кроме того, батареи из аморфного кремния менее зависимы от точности ориентации плоскости панели относительно угла падения солнечных лучей. Эффективны они и при косых лучах солнца. Кри-сталлические батареи рекомендуется размещать так, чтобы угол падения солнечных лучей был максимально близок к 90°. Однако аморфники имеют меньший срок службы и занимают достаточно большую площадь при одинаковой с монопанелями мощности (из-за низ-кого КПД), поэтому с финансовой точки зрения их установка менее выгодна.
Солнечные батареи обычно монтируют на крыше. Лучше всего подходит южный скат, особенно если угол его наклона совпадает с географической широтой.
Также распространён вариант размещения на двух смежных скатах, развёрнутых в юго-западном и юго-восточном направлениях. В этом случае на каждый скат помещают половину батарей. При этом общий объём выработанной электроэнергии немного уменьшается, но увеличивается время работы панелей. Когда оптимальное (в нашем случае — южное) направление использовать не получается, солнечные батареи можно разместить на скатах, развёрнутых на восток или запад. При этом придётся увеличить количество панелей, чтобы компенсировать снижение эффективности их работы. В населённых пунктах с географической широтой 55-60° и больше солнечные батареи можно располагать верти-кально — на стене или даже на заборе. Если не удаётся разместить их на имеющихся сооружениях, для установки выбирают поворотные стенды, позволяющие использовать солнечные лучи с максимальной эффективностью. Стоимость стенда, изготовленного фабричным способом, составляет 50-70 тыс. руб., но можно сэкономить, уменьшив количество панелей, цена которых составляет по 10-20 тыс. руб. и более. Отдача от по-ворачивающихся панелей увеличивается примерно в 1,6 раза по сравнению с закреплёнными стационарно.
При круглогодичном использовании батарей их выгоднее размещать вер-тикально. Во-первых, зимой солнце не поднимается высоко над горизонтом и его лучи падают на вертикальную сте-ну под углом, приближенном к прямому. Во-вторых (и это даже важнее), вертикальное расположение позволяет решить проблему очистки панелей от снега. Вообще в странах со снежной зимой не рекомендуется устанавливать батареи под углом наклона к горизонту менее 40°, чтобы на них не скапливался снег. Поэтому на плоской крыше солнечные батареи располагают под наклоном, на соответствующем основании-ферме.

ПРИМЕРНАЯ СХЕМА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ ВНУТРИД0М0В0И ЭНЕРГОСИСТЕМЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ И АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Солнечные панели устанавливаются на сборной или сварной металлической раме, имеющей форму треугольной призмы (для монтажа на крышах с углом наклона более 40° используется плоская рама из металлического профиля) и достаточно прочной, чтобы выдержать ветровую нагрузку

Загрязнение солнечных панелей приводит к потере до 20 % мощности. Для их удобной и безопасной чистки Karcher разработала модульную систему iSolar. Дисковые щётки крепятся на телескопических штангах разной длины, приводятся в действие водой из-мойки высокого давления

Статьи из газет и журналов

Пресса: "Из света в ватты" (журнал "Идеи для Вашего дома" №195 апрель 2015г.)

НОВОСТИ