Солнечная электростанция на балконе. личный опыт

Выбор места и способа установки

Оптимальная генерация электрического тока обеспечивается при условии попадания достаточного количества солнечного света на поверхность панели, поэтому близлежащие постройки и деревья не должны ее затенять. То же касается и способа размещения их друг относительно друга – верхние или боковые панели не должны закрывать собой соседние. Оптимальная выработка электроэнергии достигается при перпендикулярном попадании лучей на фотоэлектрический преобразователь, что тоже должно учитываться при выборе места.

Наиболее часто для установки солнечных батарей используются:

• Крыши зданий – в зависимости от угла наклона, солнечные батареи могут располагаться как непосредственно на кровле, так и на специальной конструкции. Но далеко не каждый угол наклона подойдет для получения электричества, оптимальным считается от 0° до 40°.
  Рис. 5: солнечная батарея на крыше здания
• Отдельно стоящие опоры – подходят для дома с приусадебным участком, на котором есть место под дополнительную конструкцию.
  Рис. 6: отдельно стоящие солнечные батареи
• Стены – несмотря на горизонтальное положение, панель крепиться к наклонному каркасу.
  Рис. 7: солнечная батарея на стенах зданий
• Лоджия или балкон – для покрытия фотоэлементами подходят как стены, так и крыша.
  Рис. 8: солнечная батарея на балконе

Помимо открытого пространства, не забывайте, что выбранная конструкция должна выдерживать и вес солнечной батареи. Это особенно актуально для строящихся или модернизируемых зданий, дабы та же крыша не провалилась под весом домашней электростанции, солнечного коллектора и прочего крышевого оборудования. По отношению к сторонам света ее устанавливают с юга. Расположенные на земле, обязательно приподымаются над поверхностью грунта не менее чем на полметра.

Заметьте, скопление на солнечном модуле пыли, снега, листьев, продуктов жизнедеятельности животных и насекомых существенно снижает эффективность их работы. Поэтому место установки должно предусматривать возможность ухода и периодического технического обслуживания.

Как установить солнечные панели самостоятельно:

1. Все работы выполняются в теплую и сухую погоду. Крышу или другую поверхность, на которой будет осуществляться монтаж, нужно очистить от мусора, выровнять (касается установки на участке), обезжирить и в некоторых случаях обработать грунтовкой.
2. При их монтаже невероятно важны правильные азимут и угол наклона. Для северного полушария идеальный азимут 180° на юг. Оптимальный угол наклона для Киева составляет 35-55°. Это отличный вариант для лета, а вот зимой для наибольшей эффективности рекомендуемый наклон – 45-55°. Кстати, на рынке существуют панели с возможностью изменения угла наклона.
3. Важный нюанс – выставлять панели нужно относительно поверхности земли, а не крыши.
4. Коммутирующие провода, перемычки, крепежи, продольные соединители, алюминиевые профили, кронштейны и специальные опоры для установки на землю можно докупить отдельно в зависимости от Ваших предпочтений, целей и бюджета.
5. Начинать монтаж стоит из детального изучения схем размещения, которые необходимо разработать самостоятельно.
6. Создайте разметку для опорных стоек. Они должны находиться параллельно друг другу на расстоянии 1-1,2 м.
7. Затем просверлите отверстия и залейте их солидолом или другой подобной смазкой. Вставьте и вбейте в отверстия анкера или дюбеля (6х65). Анкера крепятся на опорных рейках крыши. Бетонная кровля намного лучше поддается монтажу, нежели металлочерепичная.
8. На кронштейны выкладывается разогретый рубероид, который должен выступать за края панелей как минимум на 5 см. Рубероид обеспечивает устойчивость, прочность и пластичность. Дайте ему немного остыть.
9. Наконец-то на кронштейны крепятся профили горячего цинкования с толщиной покрытия 70-150 мкм. Используйте алюминиевые крепежи. Это отличная защита от коррозии.
10. Далее идет монтаж кабелей. Кабель постоянного тока крепится под металлическую конструкцию. Его задача соединить все панели в системе и подсоединить их к коммутатору и инвертору. Все провода крепятся к тыльной стороне профиля с помощью пластиковых хомутов. Далее кабели постоянного тока выводятся к трансформаторной подстанции.
11. Солнечные панели крепятся на профили с использованием прижима для удержания конструкции. Прижим монтируется на профиль двумя саморезами для кровли на расстоянии 20 мм друг от друга.
12. Трансформаторная подстанция крепится к стене дома с помощью дюбелей. Затем, используя электрокабель на 10 кВт подключитесь к городской линии электропередач.
13. Для наземной установки понадобятся опоры из алюминиевых труб или оцинкованной стали. Они заливаются в бетон или просто вкапываются в землю. На такие опоры устанавливают каркас из натурального дерева и алюминиевых балок. Алюминий страхует природный материал, потому что древесина боится сырости. Учтите, что высота панелей от земли должна быть не меньше 1 м.

Конечно, для создания электростанции в домашних условиях не нужна лицензия. Если есть желание, время и Вы уверены в своих силах, то можете заняться установкой солнечных панелей самостоятельно. Но помните, что при неправильном подсоединении хотя бы одного из кабелей, вся система просто не будет работать, а в некоторых случаях может и сломаться. Если обращаться к профессионалам, то это обойдется недешево, но зато Вы будете спать спокойно.

Какие данные нужны для расчетов

Начнем с того, что нужно определить коэффициент солнечной инсоляции. Интенсивность солнечного света для своего региона можно найти в метеорологических таблицах: там уровень солнечной радиации указывается для каждого города помесячно.

Второе, что необходимо узнать, – это мощность электроприемников. Можно запитать как весь дом полностью, так и несколько приборов и лампочек, для остальных потребителей подав питание от обычной электросети.

Данные показатели рассчитывается следующим образом: паспортная мощность потребителя умножается на количество часов работы в сутки.

Данные для всех потребителей, которые будут снабжаться энергией от солнечной батареи, суммируются.

Батарея площадью 1 кв. м сможет обеспечить электроэнергией устройство мощностью в 120 Вт – это среднее значение.

Солнечная батарея в качестве источника энергии может использоваться в доме, удаленном на большое расстояние от электрических сетей, когда подключение к стационарному электроснабжению не оправдано экономически.

Особого внимания заслуживает тот факт, что мощность домашней электростанции можно наращивать постепенно, увеличивая количество батарей.

В расчетах нужно также учитывать потери на заряд-разряд аккумулятора, разницу между оптимальным расчетным и реальным наклоном и ориентацией панелей. Эти данные вводят в расчетные формулы с помощью поправочных коэффициентов.

Существует три основных типа модулей:

• наклонные – подходят для скатных крыш;
• горизонтальные – размещаются на плоских крышах;
• свободностоящие – монтируются с помощью отдельной конструкции.

В самостоятельный вид можно выделить новинки строительного рынка – это фотоэлектрические панели, интегрированные в архитектурные элементы конструкции здания.

Ярким примером служит фотогальваническая черепица «Тегосолар»: это кровельное покрытие, способное генерировать электричество.

Причиной снижения КПД могут служить деревья, опавшие листья, дымоходы, антенны, здания, расположенные по соседству, или другие объекты, тень от которых полностью или частично закрывает установленную на крыше батарею.

Этот фактор имеет большое влияние на работу системы, и его нужно обязательно учитывать при монтаже.

Аккумулятор, инвертор, блок управления и другие необходимые элементы можно разместить в любом удобном месте – например, в подсобном помещении.

Крепежные элементы, стойки, рейки выполняются из металла.

Это может быть:

• сталь;
• алюминий;
• оцинкованное железо.

Применение солнечных панелей в частном доме

Идеи о чистой и бесплатной солнечной энергии активно пропагандируются уже несколько десятилетий. Особенно активна в этом плане перенаселенная Европа. Доводы адептов солнечной электроэнергетики следующие:

• солнце светит вечно, запасы его энергии никогда не иссякнут;
• в процессе эксплуатации такая энергия практически бесплатна;
• не наносится ущерб природе;
• и главный довод, эмоциональный: пользователи солнечной батареи пополняют ряды «зеленых» защитников планеты.

Противники подобных электростанций приводят свои аргументы:

• солнце светит только днем, и в хорошую погоду;
• бесплатность энергии сомнительна: дорогое оборудование, постоянное обслуживание, периодическая замена аккумуляторов;
• при производстве и утилизации компонентов солнечных электростанций наносится значительный ущерб природе;
• пользователи, попавшие под влияние рекламных лозунгов про чудесную и бесплатную энергию, часто жалеют о своем выборе, посчитав конечную стоимость владения.

Тем не менее, солнечные батареи в частном доме — это вполне распространенное явление.

Причин довольно много:

• кто-то хочет приобщиться к современному энергоэффективному образу жизни;
• стоимость технических условий подключения к электросети слишком высока для конкретной территории проживания;
• качество подаваемой энергии из электросети оставляет желать лучшего;
• нет возможности подключения в принципе (отдаленное от «цивилизации» домовладение).

За последние пару десятилетий, солнечные батареи для дома стали на порядок доступнее. Раньше, монтаж комплекта солнечных панелей выполнялся только комплексно, требовалась высокая квалификация специалистов. Это негативно сказывалось на стоимости.

Сегодня пользователям предлагается модульная конструкция. Компоненты универсальны и взаимозаменяемы, в ряде случаев можно исключить некоторые звенья конструкции, для удешевления системы. Установка солнечных батарей и остальных элементов может выполняться силами владельца дома, без привлечения дорогостоящих специалистов.

На какую мощность солнечных батарей можно рассчитывать

Задумываясь о строительстве собственной солнечной электростанции, каждый мечтает о том, чтобы полностью отказаться от проводного электричества. Для того чтобы проанализировать реальность этой затеи, сделаем небольшие расчёты.

Узнать суточное потребление электроэнергии несложно. Для этого достаточно заглянуть в присланный энергосбывающей организацией счёт и разделить количество указанных там киловатт на число дней в месяце. К примеру, если вам предлагают оплатить 330 кВт×час, то это значит, что суточное потребление составляет 330/30=11 кВт×час.

График зависимости мощности солнечной батареи в зависимости от освещённости

В расчётах следует обязательно учитывать тот факт, что солнечная панель будет вырабатывать электричество только в светлое время суток, причём до 70% генерации осуществляется в период с 9 до 16 часов. Кроме того, эффективность работы устройства напрямую зависит от угла падения солнечных лучей и состояния атмосферы.

Небольшая облачность или дымка снизят эффективность токоотдачи гелиоустановки в 2–3 раза, тогда как затянутое сплошными облаками небо спровоцирует падение производительности в 15–20 раз. В идеальных условиях для генерации 11 кВт×час энергии было бы достаточно солнечной батареи мощностью 11/7 = 1.6 кВт. Учитывая влияние природных факторов, этот параметр следует увеличить примерно на 40–50%.

Кроме того, есть ещё один фактор, заставляющий увеличить площадь используемых фотоэлементов. Во-первых, не следует забывать о том, что ночью батарея работать не будет, а значит, понадобятся мощные аккумуляторы. Во-вторых, для питания бытовых приборов нужен ток напряжением 220 В, поэтому понадобится мощный преобразователь напряжения (инвертор). Специалисты утверждают, что потери на накопление и трансформацию электроэнергии забирают до 20–30% от её общего количества. Поэтому реальная мощность солнечной батареи должна быть увеличена на 60–80% от расчётной величины. Принимая значение неэффективности в 70%, получаем номинальную мощность нашей гелиопанели, равную 1.6 + (1.6×0.7) =2.7 кВт.

Использование сборок из высокотоковых литиевых аккумуляторов является одним из наиболее изящных, но отнюдь не самым дешёвым способом хранения солнечной электроэнергии

Для хранения электроэнергии понадобятся низковольтные аккумуляторы, рассчитанные на напряжение 12, 24 или 48 В. Их ёмкость должна быть рассчитана на суточное потребление энергии плюс потери на трансформацию и преобразование. В нашем случае понадобится массив батарей, рассчитанных на хранение 11 + (11×0.3) = 14.3 кВт×час энергии. Если использовать обычные 12-вольтовые автомобильные аккумуляторы, то понадобится сборка на 14300 Вт×ч / 12 В = 1200 А×ч, то есть шесть аккумуляторов, рассчитанных на 200 ампер-часов каждый.

Продолжить чтение

Нужны ли солнечные батареи?
75

Преимущества использования солнечных батарей в автономных и резервных системах электроснабжения Очень часто приходится сталкиваться с мнением, что применять солнечные батареи нецелесообразно, что они дороги и не окупаются. Многие думают, что гораздо легче поставить бензогенератор, который будет обеспечивать энергией ваш дом.…

Типы солнечных электростанций
71

Классификация солнечных фотоэлектрических электростанций — Автономные, соединенные с сетью, резервные. Солнечные батареи в системах электроснабжения.

Расчет солнечной электростанции
66

Расчет фотоэлектрической системы электроснабжения Ниже приведен простой пошаговый метод расчета солнечной электростанции (СЭС). Этот метод поможет Вам определить требования к системе и выбрать необходимые Вам компоненты системы электроснабжения. Расчет фотоэлектрической системы состоит из 4-х основных этапов: Определение нагрузки и потребляемой…

Фотоэлектрические комплекты
66

Фотоэлектрические комплекты: Состав Для того, чтобы использовать солнечную энергию для питания ваших потребителей, одной солнечной батареи недостаточно. Кроме солнечной батареи нужно еще несколько составляющих. Типичный состав автономного фотоэлектрического комплекта следующий: фотоэлектрическая батарея контроллер заряда аккумуляторной батареи аккумуляторная батарея провода, коннекторы,…

Автономная солнечная электростанция
61

Автономные фотоэлектрические энергосистемы Типы фотоэлектрических систем описаны на странице Фотоэлектрические системы. Рассмотрим более подробно один из видов — автономную ФЭС. Возможно создание автономной системы электроснабжения на солнечных батареях различной сложности

Наиболее простая система имеет на выходе низкое напряжение постоянного тока…

Монтаж солнечных батарей
60

Конструкции для монтажа солнечной батареи Важной частью солнечной фотоэлектрической системы является поддерживающая конструкция для солнечных панелей. Поддерживающая конструкция обеспечивает правильный угол наклона панелей, а также необходимую жесткость конструкции

Комбинация поддерживающей конструкции с солнечными модулями должна выдерживать порывы ветра и другие…

Этапы подключения панелей к оборудованию СЭС

Подключение солнечных панелей представляет собой поэтапный процесс, который может быть выполнен в разном порядке. Обычно производят соединение модулей между собой, затем собирают комплект оборудования и аккумуляторы, после чего панели подключают к приборам. Это удобный и безопасный вариант, позволяющий проверить правильность соединения всех элементов перед подачей напряжения. Рассмотрим эти этапы внимательнее:

К аккумулятору

Разберемся, как подключить солнечную батарею к аккумулятору.

Поэтому между фотоэлектрическими элементами и батареями обязательно устанавливают контроллер, обеспечивающий штатный режим зарядки и отдачи энергии. Кроме того, на выходе контроллера обычно устанавливают инвертор, чтобы иметь возможность преобразования накопленной энергии в стандартное напряжение 220 В 50 Гц. Это наиболее удачная и эффективная схема, которая позволяет батареям отдавать или получать заряд в оптимальном режиме и не превышать свои возможности.

Перед тем, как подключить солнечную панель к аккумулятору, необходимо проверить параметры всех компонентов системы и убедиться в их соответствии. В противном случае результатом может стать потеря одного или нескольких приборов.

Иногда используется упрощенная схема подключения модулей без контроллера. Этот вариант применяется в условиях, когда ток от панелей заведомо не сможет создать перезаряд аккумуляторов. Обычно такой способ применяют:

• в регионах с коротким световым днем
• низким положением солнца над горизонтом
• маломощными солнечными панелями, не способными обеспечить избыточный заряд АКБ

При использовании этого метода необходимо обезопасить комплекс, установив защитный диод. Он ставится как можно ближе к аккумуляторам и защищает их от короткого замыкания. Панелям оно не страшно, но для АКБ это весьма опасно. Кроме того, при расплавлении проводов сможет начаться пожар, что создает опасность для всего дома и людей. Поэтому обеспечить надежную защиту — первоочередная задача владельца, решение которой должно быть выполнено до ввода комплекта в эксплуатацию.

К контроллеру

Второй способ часто используется владельцами частных или загородных домов для создания низковольтной осветительной сети. Они приобретают недорогой контроллер и подключают к нему солнечные панели. Устройство компактное, по размерам соотносимо с книгой средних размеров. Оно оснащено тремя парами контактов на лицевой панели. К первой паре контактов подключают солнечные модули, к другой — присоединяют АКБ, а к третей — освещение или другие низковольтные приборы потребления.

Сначала на первую пару клемм подают напряжение 12 или 24 В от аккумуляторов. Это проверочный этап, он нужен для определения работоспособности контроллера. Если прибор верно определил величину заряда батарей, приступают к подключению.

К третьей паре контактов присоединяют низковольтные светильники или иные приборы потребления, питающиеся от 12 (24) В постоянного тока. Больше ни с чем соединять такой комплект нельзя. Если необходимо обеспечить питанием бытовую технику, надо собирать полнофункциональный комплект оборудования — частную СЭС.

К инвертору

Рассмотрим, как подключить солнечную панель к инвертору.

Сам процесс никакой сложности не составляет. В комплекте с инвертором идут два провода, обычно черного и красного цвета («-» и «+»). На одном конце каждого провода есть специальный штекер, на другом — зажим типа «крокодил» для присоединения к клеммам аккумулятора. Провода согласно цветовой индикации присоединяют к инвертору, затем подключают к аккумулятору.

Рекомендации по установке

• Перед монтажом правильность расчетов можно проверить с помощью специальных компьютерных программ.
• Солнечные батареи следует беречь от механических повреждений. В случае необходимости над элементом можно установить снегозадержатели или снегорассекатели.
• Аккумулятор должен быть надежно защищен от попадания влаги.
• Крепление панелей необходимо выполнять надежно – им придется выдерживать порывы ветра, снегопады и прочие погодные неурядицы.

Гарантии хорошей погоды не может дать никто, количество солнечных дней в году, указанное в справочнике – усредненный показатель, и на практике значения часто отличаются от среднестатистических. К тому же, занимая обширную площадь, солнечные батареи имеют невысокий КПД.

Однако желание обеспечить свой дом электроэнергией от независимого от общих сетей и к тому же экологичного источника в регионах с большим количеством солнечных дней в году экономически оправдано.

Регулярный рост цен на электроэнергию в разы сокращает срок окупаемости автономной системы. Ведь, оплатив покупку и установку оборудования однажды, долгие годы можно пользоваться бесплатным электричеством.

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

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.

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.

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 29099 раз(а)!