Солнечные батареи своими руками. Расчет и выбор солнечных элементов. Солнечные панели модули батареи
Солнечные батареи своими руками. Расчет и выбор солнечных элементов
Читать оригинал публикации на forumhouse.ru
Разновидности солнечных батарей. На что обращать внимание, вычисляя рабочие параметры солнечной электростанции – опыт пользователей FORUMHOUSE.
Солнечные батареи редко рассматриваются в качестве единственного источника электроэнергии, тем не менее, целесообразность в их установке есть. Так, в безоблачную погоду правильно рассчитанная автономная система сможет обеспечивать электроэнергией подключенные к ней электроприборы практически круглые сутки. Впрочем, грамотно скомплектованные солнечные панели, аккумуляторы и вспомогательные устройства даже в пасмурный зимний день позволят значительно снизить затраты на оплату электроэнергии по счетчику.
Использую солнечные панели из элементов уже 2-й год. Был вынужден, так как в кооперативе, где мой гараж, очень надолго отключили свет. Собрал 2 шт. по 60 Ватт, контроллер купил и инвертер на 1500 Вт. Полная независимость просто окрыляет. И свет есть, и работа ручным инструментом доставляет удовольствие.
Правильная организация автономных систем электроснабжения на основе солнечных батарей – это целая наука, но, опираясь на опыт пользователей нашего портала, мы можем рассмотреть общие принципы их создания.
Что такое солнечная батарея
Солнечная батарея (СБ) представляет собой несколько фотоэлектрических модулей, объединенных в одно устройство с помощью электрических проводников.
И если батарея состоит из модулей (которые еще называют панелями), то каждый модуль сформирован из нескольких солнечных элементов (которые называют ячейками). Солнечная ячейка является ключевым элементом, который находится в основе батарей и целых гелиоустановок.
На фото представлены солнечные ячейки различных форматов.
А вот фотоэлектрическая панель в сборе.
На практике фотоэлектрические элементы используются в комплекте с дополнительным оборудованием, которое служит для преобразования тока, для его аккумуляции и последующего распределения между потребителями. В комплект домашней солнечной электростанции входят следующие устройства:
- Фотоэлектрические панели – основной элемент системы, генерирующий электричество при попадании на него солнечного света.
- Аккумуляторная батарея – накопитель электроэнергии, позволяющий обеспечивать потребителей альтернативным электричеством даже в те часы, когда СБ его не вырабатывают (например, ночью).
- Контроллер – устройство, отвечающее за своевременную подзарядку аккумуляторных батарей, одновременно защищающее аккумуляторы от перезарядки и глубокого разряда.
- Инвертор – преобразователь электрической энергии, позволяющий получать на выходе переменный ток с требуемой частотой и напряжением.
Схематично система электроснабжения, работающая от солнечных батарей, выглядит следующим образом.
Схема довольно проста, но для того, чтобы она эффективно работала, необходимо правильно рассчитать рабочие параметры всех задействованных в ней устройств.
Расчет фотоэлектрических панелей
Первое, что необходимо знать, собираясь рассчитывать конструкцию фотоэлектрических преобразователей (панелей ФЭП), это количество электроэнергии, которое будет потреблять оборудование, подключенное к солнечным батареям. Просуммировав номинальную мощность будущих потребителей солнечной энергии, которая измеряется в Ваттах (Вт или кВт), можно вывести среднемесячную норму потребления электроэнергии – Вт*ч (кВт*ч). А требуемая мощность солнечной батареи (Вт) будет определяться, исходя из полученного значения.
Вычисляя суммарную потребляемую мощность, следует учитывать не только номинал электроприборов, но и среднесуточное время работы каждого устройства.
Для примера рассмотрим перечень электрооборудования, которое сможет обеспечивать энергией небольшая солнечная электростанция мощностью 250 Вт.
Таблица взята с сайта одного из производителей солнечных панелей.
Налицо несоответствие между суточным потреблением электроэнергии – 950 Вт*ч (0,95 кВт*ч) и значением мощности солнечной батареи – 250 Вт, которая при непрерывной работе должна генерировать в сутки 6 кВт*ч электроэнергии (что намного больше обозначенных потребностей). Но раз уж мы говорим именно о солнечных панелях, то следует помнить, что свою паспортную мощность эти устройства способны развивать только в светлое время суток (примерно с 9-ти до 16-ти часов), да и то в ясный день. В пасмурную погоду выработка электроэнергии также заметно падает. А утром и вечером объем электроэнергии, вырабатываемой батареей, не превышает 20–30% от среднесуточных показателей. К тому же, номинальная мощность может быть получена с каждой ячейки только при наличии оптимальных для этого условий.
Почему номинал батареи 60 Вт, а она выдает 30? Значение 60 Вт производители ячеек фиксируют при инсоляции в 1000Вт/м² и температуре батареи – 25 градусов. Таких условий на земле, а тем более в средней полосе России, нет.
Все это учитывается, когда в конструкцию солнечных панелей закладывается определенный запас мощности.
Теперь поговорим о том, откуда взялся показатель мощности – 250 кВт. Указанный параметр учитывает все поправки на неравномерность солнечного излучения и представляет собой усредненные данные, основанные на практических экспериментах. А именно: измерение мощности при различных условиях эксплуатации батарей и вычисление ее среднесуточного значения.
Когда узнаете объем потребления, выбирайте фотоэлектрические элементы, исходя из требуемой мощности модулей: каждые 100Вт модулей вырабатывают 400-500 Вт*ч в сутки.
Идем дальше: зная среднесуточные потребности в электричестве, можно рассчитать требуемую мощность солнечных батарей и количество рабочих ячеек в одной фотоэлектрической панели.
Для более точного определения потребностей в электричестве необходимо учитывать не только мощность электроприборов, но и дополнительные потери электроэнергии: естественные потери на сопротивление проводников, а также потери на преобразование энергии в контроллере и инверторе, которые зависят от КПД этих устройств.
При осуществлении дальнейших расчетов будем ориентироваться на данные уже знакомой нам таблицы. Итак, предположим, что суммарная мощность потребления равна примерно 1 кВт*ч в сутки (0,95 кВт*ч). Как мы уже знаем, нам понадобится солнечная батарея, обладающая номинальной мощностью – не менее 250 Вт.
Предположим, что для сборки рабочих модулей вы планируете использовать фотоэлектрические ячейки с номинальной мощностью – 1,75 Вт (мощность каждой ячейки определяется произведением силы тока и напряжения, которые генерирует солнечный элемент). Мощность 144-х ячеек, объединенных в четыре стандартных модуля (по 36 ячеек в каждом), будет равна 252 Вт. В среднем с такой батареи мы получим 1 – 1,26 кВт*ч электроэнергии в сутки, или 30 – 38 кВт*ч в месяц. Но это в погожие летние дни, зимой даже эти значения можно получить далеко не всегда. При этом в северных широтах результат может быть несколько ниже, а в южных – выше.
Есть солнечные батареи – 3,45 кВт. Работают параллельно с сетью, поэтому КПД – максимально возможный: июнь 467кВт*ч. июль 480 кВт*ч. август 497 кВт*ч. сентябрь 329 кВт*ч. октябрь 305 кВт*ч. ноябрь 320 кВт*ч. декабрь 216 кВт*ч. январь 2014 пока 126 кВт*ч. Эти данные чуть выше средних значений, т. к. солнца было больше обычного. Если циклон затяжной будет, то выработка в зимний месяц может не превысить 100-150 кВт*ч.
Есть солнечные батареи – 3,45 кВт. Работают параллельно с сетью, поэтому КПД – максимально возможный:
- июнь 467кВт*ч.
- июль 480 кВт*ч.
- август 497 кВт*ч.
- сентябрь 329 кВт*ч.
- октябрь 305 кВт*ч.
- ноябрь 320 кВт*ч.
- декабрь 216 кВт*ч.
- январь 2014 пока 126 кВт*ч.
Эти данные чуть выше средних значений, т. к. солнца было больше обычного. Если циклон затяжной будет, то выработка в зимний месяц может не превысить 100-150 кВт*ч.
Представленные значения – это киловатты, которые можно получить непосредственно с солнечных батарей. Сколько же энергии дойдет до конечных потребителей – это зависит от характеристик дополнительного оборудования, встроенного в систему электроснабжения. О них мы поговорим позже.
Как видим, количество солнечных элементов, необходимых для генерирования заданной мощности, можно рассчитать лишь приблизительно. Для более точных расчетов рекомендуется использовать специальные программы и онлайн калькуляторы солнечной энергии, которые помогут определить требуемую мощность батареи в зависимости от многих параметров (в том числе, и от географического положения вашего участка).
Каким бы ни получилось конечное значение рекомендуемой мощности, всегда необходимо иметь ее некоторый запас. Ведь со временем электротехнические характеристики солнечной батареи снижаются (батарея стареет). За 25 лет эксплуатации среднестатистическая потеря мощности солнечных панелей составляет 20%.
Если с первого раза произвести правильный расчет фотоэлектрических панелей не удалось (а непрофессионалы очень часто сталкиваются с подобной проблемой), это не беда. Недостающую мощность всегда можно будет восполнить, установив несколько дополнительных фотоэлементов.
Напряжение и сила тока на выходе из панелей должны соответствовать параметрам контроллера, который будет к ним подключен. Это необходимо предусмотреть на стадии расчета солнечной электростанции.
Разновидности фотоэлектрических элементов
С помощью настоящей главы постараемся развеять заблуждения, касающиеся преимуществ и недостатков наиболее распространенных фотоэлектрических элементов. Это упростит вам выбор подходящих устройств. Широкое распространение сегодня получили монокристаллические и поликристаллические кремниевые модули для солнечных батарей.
Так выглядит стандартный солнечный элемент (ячейка) монокристаллического модуля, который можно безошибочно отличить по скошенным углам.
Ниже представлено фото поликристаллической ячейки.
Какой модуль лучше? Пользователи FORUMHOUSE активно спорят по этому поводу. Кто-то считает, что поликристаллические модули работают более эффективно при пасмурной погоде, при этом монокристаллические панели демонстрируют превосходные показатели в солнечные дни.
У меня моно – 175 Вт дают на солнце под 230 Вт. Но я отказываюсь от них и перехожу на поликристаллы. Потому что, когда небо чистое, электричества хоть залейся с любого кристалла, а вот когда пасмурно – мои вообще не работают.
При этом всегда найдутся оппоненты, которые после проведения практических замеров полностью опровергают представленное утверждение.
У меня получается все наоборот: поликристаллы очень чувствительны к затемнению. Стоит маленькому облачку пройти по солнцу, как это сразу отражается на количестве вырабатываемого тока. Напряжение, кстати, практически не меняется. Монокристаллическая же панель ведет себя более стабильно. При хорошем освещении обе панели ведут себя очень хорошо: заявленная мощность обеих панелей – 50Вт, обе эти самые 50Вт выдают. Отсюда мы видим, как улетучивается миф о том, что монопанели дают больше мощности при хорошем освещении.
Второе утверждение касается срока службы фотоэлектрических элементов: поликристаллы стареют быстрее монокристаллических элементов. Рассмотрим данные официальной статистики: стандартный срок службы монокристаллических панелей составляет 30 лет (некоторые производители утверждают, что такие модули могут работать до 50 лет). При этом период эффективной эксплуатации поликристаллических панелей не превышает 20-ти лет.
Действительно, мощность солнечных батарей (даже с очень высоким качеством) с каждым годом эксплуатации уменьшается на определенные доли процента (0,67% – 0,71%). При этом в первый год эксплуатации их мощность может снизиться сразу на 2% и 3% (у монокристаллических и поликристаллических панелей – соответственно). Как видим, разница есть, но она незначительна. А если учесть, что представленные показатели во многом зависят от качества фотоэлектрических модулей, то разницу и вовсе можно не брать во внимание. Тем более, известны случаи, когда дешевые монокристаллические панели, изготовленные нерадивыми производителями, теряли до 20% своей мощности в первый же год эксплуатации. Вывод: чем надежнее производитель фотоэлектрических модулей, тем долговечнее его продукция.
Многие пользователи нашего портала утверждают, что монокристаллические модули всегда дороже поликристаллических. У большинства производителей разница в цене (в пересчете на один ватт генерируемой мощности) на самом деле ощутима, что делает покупку поликристаллических элементов более привлекательной. Поспорить с этим нельзя, но не поспоришь и с тем, что КПД монокристаллических панелей выше, чем у поликристаллов. Следовательно, при одинаковой мощности рабочих модулей поликристаллические батареи будут иметь большую площадь. Иными словами, выигрывая в цене, покупатель поликристаллических элементов может проиграть в площади, что при недостатке свободного пространства под установку СБ может лишить его так очевидной на первый взгляд выгоды.
У распространенных монокристаллов КПД, в среднем, равняется 17%-18%, у поли – около 15%. Разница – 2%-3%. Однако по площади эта разница составляет – 12%-17%. С аморфными панелями разница еще нагляднее: при их КПД – 8-10% монокристаллическая панель может быть по площади в два раза меньше аморфной.
Аморфные панели – это еще одна разновидность фотоэлектрических элементов, которые пока не успели стать достаточно востребованными, несмотря на свои очевидные преимущества: низкий коэффициент потери мощности при повышении температуры, способность генерировать электроэнергию даже при очень слабом освещении, относительная дешевизна одного производимого кВт энергии и так далее. А одна из причин низкой популярности кроется в их весьма ограниченном КПД. Аморфные модули еще называют гибкими модулями. Гибкая структура значительно облегчает их установку, демонтаж и хранение.
Не знаю, кто это аморфные рекламирует. КПД у них низкий, места почти в два раза больше занимают, при этом с возрастом КПД, так же, как и у кристаллических, снижается. Классические модули рассчитаны на 25 лет эксплуатации с потерей КПД в 20%. Плюс у аморфных пока только один: выглядят, как черное стекло (можно весь фасад такими покрыть).
Выбирая рабочие элементы для строительства солнечных батарей, в первую очередь следует ориентироваться на репутацию их производителя. Ведь именно от качества зависят их реальные рабочие характеристики. Также нельзя упускать из вида условия, при которых будет производиться монтаж солнечных модулей: если площадь, отведенная под установку солнечных батарей, у вас ограничена, то целесообразно использовать монокристаллы. Если недостатка в свободном пространстве нет, то обратите внимание на поликристаллические или аморфные панели. Последние могут оказаться даже практичнее панелей кристаллических.
Еще одно преимущества аморфных панелей перед панелями кристаллическими состоит в том, что их элементы можно устанавливать непосредственно в оконные проемы (на месте обычных стекол) или даже использовать их для отделки фасадов.
Приобретая готовые панели от производителей, можно значительно упростить себе задачу по строительству солнечных батарей. Для тех же, кто предпочитает все создавать своими руками, процесс изготовления солнечных модулей будет описан в продолжении настоящей статьи. Также в ближайшее время мы планируем рассказать о том, по каким критериям следует выбирать аккумуляторы, контроллеры и инверторы – устройства, без которых ни одна солнечная батарея не сможет функционировать полноценно. Следите за обновлениями нашей статейной ленты.
На фото изображены 2 панели: самодельная монокристаллическая на 180Вт (слева) и поликристаллическая от производителя на 100 Вт (справа).
О самых популярных альтернативных источниках энергии вы сможете узнать в соответствующей теме, открытой для обсуждения на нашем портале. В разделе, посвященном строительству автономного дома, можно узнать много интересного об альтернативной энергетике и о солнечных батареях, в частности. А небольшой видеосюжет расскажет об основных элементах стандартной солнечной электростанции и об особенностях установки солнечных панелей.
lenta.co
Солнечные батареи панели модули | Калининград
Солнечная панель – это источник электрического тока в любой фотоэлектрической электростанции, позволяющий снабжать электроэнергией потребителей и заряжать аккумуляторы. Она представляет собой плоский модуль, состоящий из кремниевых элементов, которые преобразуют энергию фотонов солнечного света в постоянный ток.
В зависимости от типа и количества элементов, фотоэлектрические модули имеют различные характеристики. Они различаются мощностью, напряжением, а так же коэффициентом полезного действия (КПД), который зависит от типа кремниевых элементов – монокристаллические, поликристаллические и тонкоплёночные (аморфные). Наиболее широко применяются первые два типа.
Монокристаллические модули
Наиболее эффективными являются преобразующие солнечную энергию модули, если их КПД достигает 23%. Модуль данного типа имеет меньшие габаритные размеры на единицу мощности и более длительный срок службы (30 и более лет), чем поликристаллический. Цвет панелей – черный.
Поликристаллические модули
В свою очередь, поликристаллические модули продаются по цене, примерно на 15–20% ниже на единицу мощности по сравнению с монокристаллическими, однако они требуют больше места для установки. Их КПД составляет 16–18%. Срок службы поликристаллических модулей – 20 и более лет, цвет – синий.
Основные характеристики модулей
Номинальная мощность модулей оценивается значением пиковой мощности (Ватт) при тестовых условиях. В соответствии со стандартными тестовыми условиями – STC (standard test condition), освещенность должна составлять 1000 Вт/м2, а температура поверхности элемента 25 градусов Цельсия. Указание мощности по условиям STC является обязательным для всех производителей. Это позволяет сравнивать солнечные модули различных производителей и моделей. Однако в условиях реальной эксплуатации такие условия практически не создаются.
Более приближенным к реальным условиям эксплуатации считаются тесты PTC, в этом случае тестовые параметры примерно на 10-15% ниже, чем при STC. Потому, если есть возможность сравнивать солнечные модули, то целесообразно это делать именно по параметрам PTC.
Номинальная рабочая температура элемента (в зарубежных источника nominal operating cell temperature NOCT) позволяет оценить нагрев модуля в процессе эксплуатации. Данный параметр измеряется при освещенности 800 Вт/м2 и температуре окружающего воздуха 20 градусов. Чем ниже NOCT, тем выше напряжение и вырабатываемая мощность.
Гарантированный срок службы – время, в течение которого снижение мощности модуля не превысит 20%.
Установка солнечных панелей
Солнечные модули монтируются на крышу или стену строения. Так же модули могут быть установлены на отдельных конструкциях. Для качественной установки в нашем магазине представлены монтажные комплекты для различных типов крыш. Немаловажным является выбор угла наклона панелей относительно горизонта. Оптимальный угол меняется в зависимости от времени года. Для Калининградской области, в среднем, оптимальный угол составляет 43,5 градусов.
kdsolar.ru
Солнечные батареи своими руками. Расчет и выбор солнечных элементов
Разновидности солнечных батарей. На что обращать внимание, вычисляя рабочие параметры солнечной электростанции – опыт пользователей .
Солнечные батареи редко рассматриваются в качестве единственного источника электроэнергии, тем не менее, целесообразность в их установке есть. Так, в безоблачную погоду правильно рассчитанная автономная система сможет обеспечивать электроэнергией подключенные к ней электроприборы практически круглые сутки. Впрочем, грамотно скомплектованные солнечные панели, аккумуляторы и вспомогательные устройства даже в пасмурный зимний день позволят значительно снизить затраты на оплату электроэнергии по счетчику.
Использую солнечные панели из элементов уже 2-й год. Был вынужден, так как в кооперативе, где мой гараж, очень надолго отключили свет. Собрал 2 шт. по 60 Ватт, контроллер купил и инвертер на 1500 Вт. Полная независимость просто окрыляет. И свет есть, и работа ручным инструментом доставляет удовольствие.
Правильная организация автономных систем электроснабжения на основе солнечных батарей – это целая наука, но, опираясь на опыт пользователей нашего портала, мы можем рассмотреть общие принципы их создания.
Что такое солнечная батарея
Солнечная батарея (СБ) представляет собой несколько фотоэлектрических модулей, объединенных в одно устройство с помощью электрических проводников.
И если батарея состоит из модулей (которые еще называют панелями), то каждый модуль сформирован из нескольких солнечных элементов (которые называют ячейками). Солнечная ячейка является ключевым элементом, который находится в основе батарей и целых гелиоустановок.
На фото представлены солнечные ячейки различных форматов.
А вот фотоэлектрическая панель в сборе.
На практике фотоэлектрические элементы используются в комплекте с дополнительным оборудованием, которое служит для преобразования тока, для его аккумуляции и последующего распределения между потребителями. В комплект домашней солнечной электростанции входят следующие устройства:
Схематично система электроснабжения, работающая от солнечных батарей, выглядит следующим образом.
Схема довольно проста, но для того, чтобы она эффективно работала, необходимо правильно рассчитать рабочие параметры всех задействованных в ней устройств.
Расчет фотоэлектрических панелей
Первое, что необходимо знать, собираясь рассчитывать конструкцию фотоэлектрических преобразователей (панелей ФЭП), это количество электроэнергии, которое будет потреблять оборудование, подключенное к солнечным батареям. Просуммировав номинальную мощность будущих потребителей солнечной энергии, которая измеряется в Ваттах (Вт или кВт), можно вывести среднемесячную норму потребления электроэнергии – Вт*ч (кВт*ч). А требуемая мощность солнечной батареи (Вт) будет определяться, исходя из полученного значения.
Вычисляя суммарную потребляемую мощность, следует учитывать не только номинал электроприборов, но и среднесуточное время работы каждого устройства.
Для примера рассмотрим перечень электрооборудования, которое сможет обеспечивать энергией небольшая солнечная электростанция мощностью 250 Вт.
Таблица взята с сайта одного из производителей солнечных панелей.
Налицо несоответствие между суточным потреблением электроэнергии – 950 Вт*ч (0,95 кВт*ч) и значением мощности солнечной батареи – 250 Вт, которая при непрерывной работе должна генерировать в сутки 6 кВт*ч электроэнергии (что намного больше обозначенных потребностей). Но раз уж мы говорим именно о солнечных панелях, то следует помнить, что свою паспортную мощность эти устройства способны развивать только в светлое время суток (примерно с 9-ти до 16-ти часов), да и то в ясный день. В пасмурную погоду выработка электроэнергии также заметно падает. А утром и вечером объем электроэнергии, вырабатываемой батареей, не превышает 20–30% от среднесуточных показателей. К тому же, номинальная мощность может быть получена с каждой ячейки только при наличии оптимальных для этого условий.
Почему номинал батареи 60 Вт, а она выдает 30? Значение 60 Вт производители ячеек фиксируют при инсоляции в 1000Вт/м² и температуре батареи – 25 градусов. Таких условий на земле, а тем более в средней полосе России, нет.
Все это учитывается, когда в конструкцию солнечных панелей закладывается определенный запас мощности.
Теперь поговорим о том, откуда взялся показатель мощности – 250 кВт. Указанный параметр учитывает все поправки на неравномерность солнечного излучения и представляет собой усредненные данные, основанные на практических экспериментах. А именно: измерение мощности при различных условиях эксплуатации батарей и вычисление ее среднесуточного значения.
Когда узнаете объем потребления, выбирайте фотоэлектрические элементы, исходя из требуемой мощности модулей: каждые 100Вт модулей вырабатывают 400-500 Вт*ч в сутки.
Идем дальше: зная среднесуточные потребности в электричестве, можно рассчитать требуемую мощность солнечных батарей и количество рабочих ячеек в одной фотоэлектрической панели.
Для более точного определения потребностей в электричестве необходимо учитывать не только мощность электроприборов, но и дополнительные потери электроэнергии: естественные потери на сопротивление проводников, а также потери на преобразование энергии в контроллере и инверторе, которые зависят от КПД этих устройств.
При осуществлении дальнейших расчетов будем ориентироваться на данные уже знакомой нам таблицы. Итак, предположим, что суммарная мощность потребления равна примерно 1 кВт*ч в сутки (0,95 кВт*ч). Как мы уже знаем, нам понадобится солнечная батарея, обладающая номинальной мощностью – не менее 250 Вт.
Предположим, что для сборки рабочих модулей вы планируете использовать фотоэлектрические ячейки с номинальной мощностью – 1,75 Вт (мощность каждой ячейки определяется произведением силы тока и напряжения, которые генерирует солнечный элемент). Мощность 144-х ячеек, объединенных в четыре стандартных модуля (по 36 ячеек в каждом), будет равна 252 Вт. В среднем с такой батареи мы получим 1 – 1,26 кВт*ч электроэнергии в сутки, или 30 – 38 кВт*ч в месяц. Но это в погожие летние дни, зимой даже эти значения можно получить далеко не всегда. При этом в северных широтах результат может быть несколько ниже, а в южных – выше.
Есть солнечные батареи – 3,45 кВт. Работают параллельно с сетью, поэтому КПД – максимально возможный:
- июнь 467кВт*ч.
- июль 480 кВт*ч.
- август 497 кВт*ч.
- сентябрь 329 кВт*ч.
- октябрь 305 кВт*ч.
- ноябрь 320 кВт*ч.
- декабрь 216 кВт*ч.
- январь 2014 пока 126 кВт*ч.
Эти данные чуть выше средних значений, т. к. солнца было больше обычного. Если циклон затяжной будет, то выработка в зимний месяц может не превысить 100-150 кВт*ч.
Представленные значения – это киловатты, которые можно получить непосредственно с солнечных батарей. Сколько же энергии дойдет до конечных потребителей – это зависит от характеристик дополнительного оборудования, встроенного в систему электроснабжения. О них мы поговорим позже.
Как видим, количество солнечных элементов, необходимых для генерирования заданной мощности, можно рассчитать лишь приблизительно. Для более точных расчетов рекомендуется использовать специальные программы и онлайн калькуляторы солнечной энергии, которые помогут определить требуемую мощность батареи в зависимости от многих параметров (в том числе, и от географического положения вашего участка).
Каким бы ни получилось конечное значение рекомендуемой мощности, всегда необходимо иметь ее некоторый запас. Ведь со временем электротехнические характеристики солнечной батареи снижаются (батарея стареет). За 25 лет эксплуатации среднестатистическая потеря мощности солнечных панелей составляет 20%.
Если с первого раза произвести правильный расчет фотоэлектрических панелей не удалось (а непрофессионалы очень часто сталкиваются с подобной проблемой), это не беда. Недостающую мощность всегда можно будет восполнить, установив несколько дополнительных фотоэлементов.
Напряжение и сила тока на выходе из панелей должны соответствовать параметрам контроллера, который будет к ним подключен. Это необходимо предусмотреть на стадии расчета солнечной электростанции.
Разновидности фотоэлектрических элементов
С помощью настоящей главы постараемся развеять заблуждения, касающиеся преимуществ и недостатков наиболее распространенных фотоэлектрических элементов. Это упростит вам выбор подходящих устройств. Широкое распространение сегодня получили монокристаллические и поликристаллические кремниевые модули для солнечных батарей.
Так выглядит стандартный солнечный элемент (ячейка) монокристаллического модуля, который можно безошибочно отличить по скошенным углам.
Ниже представлено фото поликристаллической ячейки.
Какой модуль лучше? Пользователи активно спорят по этому поводу. Кто-то считает, что поликристаллические модули работают более эффективно при пасмурной погоде, при этом монокристаллические панели демонстрируют превосходные показатели в солнечные дни.
У меня моно – 175 Вт дают на солнце под 230 Вт. Но я отказываюсь от них и перехожу на поликристаллы. Потому что, когда небо чистое, электричества хоть залейся с любого кристалла, а вот когда пасмурно – мои вообще не работают.
При этом всегда найдутся оппоненты, которые после проведения практических замеров полностью опровергают представленное утверждение.
У меня получается все наоборот: поликристаллы очень чувствительны к затемнению. Стоит маленькому облачку пройти по солнцу, как это сразу отражается на количестве вырабатываемого тока. Напряжение, кстати, практически не меняется. Монокристаллическая же панель ведет себя более стабильно. При хорошем освещении обе панели ведут себя очень хорошо: заявленная мощность обеих панелей – 50Вт, обе эти самые 50Вт выдают. Отсюда мы видим, как улетучивается миф о том, что монопанели дают больше мощности при хорошем освещении.
Второе утверждение касается срока службы фотоэлектрических элементов: поликристаллы стареют быстрее монокристаллических элементов. Рассмотрим данные официальной статистики: стандартный срок службы монокристаллических панелей составляет 30 лет (некоторые производители утверждают, что такие модули могут работать до 50 лет). При этом период эффективной эксплуатации поликристаллических панелей не превышает 20-ти лет.
Действительно, мощность солнечных батарей (даже с очень высоким качеством) с каждым годом эксплуатации уменьшается на определенные доли процента (0,67% – 0,71%). При этом в первый год эксплуатации их мощность может снизиться сразу на 2% и 3% (у монокристаллических и поликристаллических панелей – соответственно). Как видим, разница есть, но она незначительна. А если учесть, что представленные показатели во многом зависят от качества фотоэлектрических модулей, то разницу и вовсе можно не брать во внимание. Тем более, известны случаи, когда дешевые монокристаллические панели, изготовленные нерадивыми производителями, теряли до 20% своей мощности в первый же год эксплуатации. Вывод: чем надежнее производитель фотоэлектрических модулей, тем долговечнее его продукция.
Многие пользователи нашего портала утверждают, что монокристаллические модули всегда дороже поликристаллических. У большинства производителей разница в цене (в пересчете на один ватт генерируемой мощности) на самом деле ощутима, что делает покупку поликристаллических элементов более привлекательной. Поспорить с этим нельзя, но не поспоришь и с тем, что КПД монокристаллических панелей выше, чем у поликристаллов. Следовательно, при одинаковой мощности рабочих модулей поликристаллические батареи будут иметь большую площадь. Иными словами, выигрывая в цене, покупатель поликристаллических элементов может проиграть в площади, что при недостатке свободного пространства под установку СБ может лишить его так очевидной на первый взгляд выгоды.
У распространенных монокристаллов КПД, в среднем, равняется 17%-18%, у поли – около 15%. Разница – 2%-3%. Однако по площади эта разница составляет – 12%-17%. С аморфными панелями разница еще нагляднее: при их КПД – 8-10% монокристаллическая панель может быть по площади в два раза меньше аморфной.
Аморфные панели – это еще одна разновидность фотоэлектрических элементов, которые пока не успели стать достаточно востребованными, несмотря на свои очевидные преимущества: низкий коэффициент потери мощности при повышении температуры, способность генерировать электроэнергию даже при очень слабом освещении, относительная дешевизна одного производимого кВт энергии и так далее. А одна из причин низкой популярности кроется в их весьма ограниченном КПД. Аморфные модули еще называют гибкими модулями. Гибкая структура значительно облегчает их установку, демонтаж и хранение.
Не знаю, кто это аморфные рекламирует. КПД у них низкий, места почти в два раза больше занимают, при этом с возрастом КПД, так же, как и у кристаллических, снижается. Классические модули рассчитаны на 25 лет эксплуатации с потерей КПД в 20%. Плюс у аморфных пока только один: выглядят, как черное стекло (можно весь фасад такими покрыть).
Выбирая рабочие элементы для строительства солнечных батарей, в первую очередь следует ориентироваться на репутацию их производителя. Ведь именно от качества зависят их реальные рабочие характеристики. Также нельзя упускать из вида условия, при которых будет производиться монтаж солнечных модулей: если площадь, отведенная под установку солнечных батарей, у вас ограничена, то целесообразно использовать монокристаллы. Если недостатка в свободном пространстве нет, то обратите внимание на поликристаллические или аморфные панели. Последние могут оказаться даже практичнее панелей кристаллических.
Еще одно преимущества аморфных панелей перед панелями кристаллическими состоит в том, что их элементы можно устанавливать непосредственно в оконные проемы (на месте обычных стекол) или даже использовать их для отделки фасадов.
Приобретая готовые панели от производителей, можно значительно упростить себе задачу по строительству солнечных батарей. Для тех же, кто предпочитает все создавать своими руками, процесс изготовления солнечных модулей будет описан в продолжении настоящей статьи. Также в ближайшее время мы планируем рассказать о том, по каким критериям следует выбирать аккумуляторы, контроллеры и инверторы – устройства, без которых ни одна солнечная батарея не сможет функционировать полноценно. Следите за обновлениями нашей статейной ленты.
На фото изображены 2 панели: самодельная монокристаллическая на 180Вт (слева) и поликристаллическая от производителя на 100 Вт (справа).
О самых популярных альтернативных источниках энергии вы сможете узнать в соответствующей теме, открытой для обсуждения на нашем портале. В разделе, посвященном строительству автономного дома, можно узнать много интересного об альтернативной энергетике и о солнечных батареях, в частности. А небольшой видеосюжет расскажет об основных элементах стандартной солнечной электростанции и об особенностях установки солнечных панелей.
openfile.ru
Солнечные батареи своими руками: монтаж и применение
24 марта 2014
Просмотров: 4969
В настоящее время электрические установки на подобие солнечных батарей, созданных в производственных условиях, применяются для частичного либо полноценного тепло- и энергообеспечения здания. Их цена колеблется в районе 15-20 тысяч долларов, а гарантия работы составляет около 25 лет. Гелиосистемы можно условно разбить на энерго- и теплообеспечение. В первом случае осуществляется фотоэлектрический эффект, благодаря чему происходит выработка электричества внутри солнечных батарей. Во втором же случае применяют технологии по типу солнечного коллектора.
Стоимость солнечных батарей достаточно дорогая, но при этом они работают без перебоев в течение многих лет.
Данная статья расскажет о том, как сделать солнечную батарею, применяя максимально эффективную технологию ее ручной сборки.
Технологический аспект сборки такой конструкции, как солнечная батарея, достаточно легок в освоении и, соответственно, доступен совершенно каждому. Практически каждый человек может самостоятельно собрать солнечную батарею со сравнительно низкими затратами. Более того, это доступно, выгодно, экологично, а за последнее время и вовсе приобрело некую популярность в модном направлении.
Какие солнечные компоненты стоит выбрать для солнечной панели?
Солнечные батареи можно сделать своими руками, и на этом хорошенько сэкономить.
Еще на первом этапе создания солнечной батареи, когда вы только приступили к ее изготовлению, стоит обязательно учитывать, что совершенно не обязательно заниматься сборкой полнофункциональной солнечной электростанции, ведь в будущем подобную конструкцию можно дополнять вспомогательными элементами. Если же первая стадия сборки солнечной батареи своими руками увенчалась успехом, то рациональным будет повысить функционал электростанции.
Вы должны понимать, что представляет собой солнечная батарея. Прежде всего, это генератор, функционирующий на основе фотоэлектрического эффекта и преобразующий солнечную тепловую энергию в электрическую. Кванты света, вырабатывающиеся солнцем, попадают на пластину кремния и выбивают электрон с кремниевой атомной орбиты. Подобный эффект формирует приличное число свободных электронов, которые создают поток электрического тока.
Прежде чем приступать к сборке солнечных радиаторов, выберите определенный тип фотоэлектрического преобразователя. Последние условно разделяются на поликристаллические, аморфные и монокристаллические. Занимаясь ручной сборкой солнечных радиаторов, чаще всего предпочитают моно- и поликристаллические модули, которые общедоступны в продаже и обладают сравнительно невысокой стоимостью.
Справа солнечный элемент выполненный из поликристалла, а слева солнечный элемент выполненный из монокристаллического кремния.
Солнечные панели, созданные с применением поликристаллического кремния, обладают довольно низким КПД (от 7 до 9%). Тем не менее, данный изъян компенсируется тем, что панели поликристаллического типа почти что не понижают собственный КПД во время пасмурной и облачной погоды. При этом гарантия работоспособности поликристаллических компонентов составляет около 10 лет. Солнечные панели, созданные на основе компонентов монокристаллического кремния, обладают куда более высоким КПД (примерно 13%), а срок эксплуатации составляет в районе 25 лет. Однако компоненты монокристаллов в разы снижают мощность в том случае, если отсутствует прямой контакт с солнечными лучами.
КПД кремниевых кристаллов может значительно варьироваться зависимо от фирмы-производителя. Практика показывает, что в полевых условиях срок службы панелей из монокристаллов составляет более 30 лет, а модулей из поликристаллов — более 20 лет. При этом за все время использования потеря мощности у поликристаллических и монокристаллических модулей кремния составляет не более чем 10%, а у аморфных модулей тонкопленочного типа только лишь за первые 2 года мощность может понизиться на 10-40%.
Вернуться к оглавлению
Наклон тепловой панели в зависимости от текущего времени года
Угол наклона солнечной панели полностью зависит от времени года (высоты подъема солнца).
Проектировка солнечной электростанции во многом зависит от типа ее установки и монтажа. Например, солнечные батареи обязательно нужно устанавливать под конкретным наклоном, дабы обеспечить прямой контакт с ультрафиолетовыми лучами под перпендикулярным углом. КПД солнечной панели зависит еще и от насыщенности энергии света и угла поступления лучей солнца.
Производственные солнечные панели достаточно часто оборудуются специальными датчиками, гарантирующими продвижение панелей по направленности движения ультрафиолетовых лучей. Данный момент во многом повышает цену на солнечные панели. Однако здесь можно использовать и ручное механическое управление углом наклона панелей. В зимнюю пору подобные панели должны располагаться почти что вертикально, дабы полностью исключить образование на их плоскости снежного покрова.
Тепловые радиаторы стоит монтировать с хорошо освещаемой стороны вашего дома, дабы за один день солнечные лучи максимально осветили эти устройства. Зависимо от текущего географического расположения вашего дома, а также времени года, вычисляют рациональный угол наклона.
Вернуться к оглавлению
Выбор приемлемого статического угла наклона для кровельного комплекса солнечных монокристаллических радиаторов
Схема работы солнечных батарей.
В процессе оборудования солнечных панелей допустимо использовать наиболее различные материалы по массе и прочим особенностям. Однако, выбирая материалы, не следует забывать про допустимые температуры их нагрева, поскольку при работе солнечных модулей на полноценной мощности температура не должна достигать более чем 250°С.
При пиковой температуре солнечным модулям грозит потеря функции образования электрического тока. В готовых же гелиосистемах часто не предусматривают охлаждение солнечных модулей. Изготовление радиаторов своими руками может комбинировать в себе: контроль над углом наклона солнечных панелей для регуляции температуры модуля, охлаждение гелиосистемы и выбор прозрачного вещества, поглощающего ИК-излучение.
http:
Как показывают расчеты, в солнечный ясный день только 1 м солнечных панелей может дать 120 Вт мощности, однако этого не хватит даже для запуска компьютера. Солнечные панели размером 10 м и более производят уже более 1 кВт энергии, что даст возможность снабжать энергией телевизоры, компьютер и светильники. Обычная семья из 3-4 человек, как показывает статистика, нуждается как минимум в 300 кВт электроэнергии в месяц.
В солнечный день 1 м. солнечной батареи может дать 120 Вт.
Таким образом, размер солнечных панелей должен составлять хотя бы 20 м при том условии, что они будут оборудованы с наиболее солнечной стороны дома.
Стоит подметить, что для уменьшения месячного электропотребления советуют применять для освещения светодиодные лампочки вместо стандартных.
Для того чтобы изготовить солнечную батарею самостоятельно, вам понадобятся следующие инструменты:
- фотопластинки;
- проводники;
- специальный паяльный карандаш с кислотой;
- диоды Шоттки;
- шины.
Вернуться к оглавлению
Создание каркаса солнечной батареи
Для того чтобы сделать корпус в тепловом радиаторе, зачастую применяют уголки алюминия. Интернет магазины дадут вам возможность купить уже готовые корпуса для данных конструкций. Помимо этого, возможно выбрать прозрачное покрытие для корпуса теплового радиатора при желании. Набор рамы со стеклом для теплового радиатора имеет стоимость от 33 долларов.
В процессе выбора прозрачного вещества для батареи стоит руководствоваться следующими особенностями материалов:
Корпус для солнечной панели делается из алюминия. Корпус можно приобрести в уже готовом виде в специализированных магазинах.
- Если критерием выбора будет выступать показатель преломления ультрафиолетовых лучей, то минимальным коэффициентом будет обладать плексиглас (дорогой вариант обычного стекла). Менее подходящим материалом будет поликарбонат. Однако за последнее время рынок обзавелся поликарбонатом с антиконденсантым покрытием, что гарантирует достаточно качественный уровень термозащиты при низких тратах.
- Очень важно при создании солнечных панелей останавливать свой выбор на прозрачных материалах, не пропускающих ИК-спектр. Это снизит нагрев компонентов кремния.
- Защитное стекло силикатного образца с оксидом железа обеспечит вам наиболее эффективное и максимальное поглощение ИК-спектра. Такой спектр отлично поглощается любым минеральным стеклом. Последнее, в свою очередь, обладает высокой стойкостью к повреждениям, но является не самым дешевым.
- Более того, очень часто для солнечных панелей используют специализированные антибликовые стекла сверхпрозрачного типа, пропускающие до 98% спектра солнечных лучей, что делает солнечные батареи максимально эффективным источником электроэнергии.
Вернуться к оглавлению
Солнечная панель в специальном корпусе из оргстекла: установка корпуса теплового радиатора
Рассмотрим изготовление тепловой панели из 36 поликристаллических тепловых модулей размером 81х150 мм. Соответственно, вычисляем размеры будущей тепловой панели. Очень важно соблюдать небольшую дистанцию между модулями, которая может меняться вследствие различных атмосферных воздействий. Таким образом, оставляйте между модулями около 3-5 мм. В результате вы получите размер заготовки 835х690 мм при ширине уголка 35 мм.
http:
Тепловая батарея, созданная своими руками с применением профиля алюминия, имеет большое сходство с тепловой панелью фабричного производства. Более того, вы гарантируете себе высокий уровень прочности и герметичности конструкции. Для того чтобы сделать данную батарею, необходимо использовать уголок алюминия и выполнить заготовки рамки 835х690 мм. Чтобы провести крепление метизов, в раме необходимо сделать отверстия. Внутреннюю область уголка должна быть дважды обработана при помощи силиконового герметика.
Очень важно позаботиться о том, чтобы на конструкции не было незаполненных участков. Помните: от качества обработки герметиком зависит будущая долговечность и герметичность батареи. После этого положите в раму прозрачный лист из предпочитаемого материала (плексигласа, оргстекла, антибликового стекла, поликарбоната). Обязательно выждите, пока силикон высохнет на открытом воздухе, в противном случае испарения образуют нежелательную пленку на компонентах конструкции. Аккуратно прижмите и зафиксируйте стекло.
http:
Для максимально надежного крепления защитного стекла необходимо применять метизы: закрепите 4 угла рамки и по всей плоскости разместите 2 метиза с длинной стороны рамки и по одному с ее короткой стороны. Метизы стоит фиксировать, используя шурупы.
После выполнения всех вышеописанных действий, каркас солнечной батареи должен быть готов.
Важно! Прежде чем крепить тепловые компоненты, необходимо сделать очистку стекла от всевозможной пыли.
Вернуться к оглавлению
Выбор и пайка тепловых компонентов
В настоящее время интернет магазины представляют внушительную номенклатуру изделий для изготовления тепловых радиаторов своими руками. Один такой набор может включать до 72 поликристаллических компонентов кремния, проводники для шин и элементов конструкции батареи, карандаш с кислотой для пайки и диоды Шотке.
В специализированных магазинах можно приобрести наборы, в которых есть уже все необходимое для изготовления солнечной батареи.
Ввиду того что тепловой радиатор, созданный самостоятельно, как минимум в 4 раза дешевле, нежели заводской готовый ему аналог, изготовление своими руками — это несомненная экономия денежных средств. Интернет-магазины дают возможность приобретать солнечные модули, дефектные компоненты, которые при этом не теряют своего функционала. Однако в конкретных случаях придется пойти на жертвы (внешний вид солнечной батареи).
Если создание тепловой батареи для вас ново, то лучше всего использовать наборы для изготовления тепловых панелей. Ассортимент магазинов включает тепловые компоненты с уже припаянными проводниками, ведь пайка контактов — это трудоемкий процесс, основная сложность которого заключается в хрупкости солнечных элементов.
Тем не менее, если вы уже приобрели элементы кремния без проводников, то сперва стоит провести 2-3 контакта. Нарежьте проводники при помощи картонной заготовки. Затем аккуратно положите проводник на фотоэлемент. Область припайки должна быть обязательно обработана при помощи специальной кислоты для паяния. Для удобства проводник можно зафиксировать с одной стороны тяжелым предметом.
В этом положении проводник тщательно припаивается к фотоэлементу. В процессе пайки ни в коем случае не нажимайте на кристалл, ввиду его хрупкости.
Пайка компонентов для тепловых панелей — это очень сложная работа. Если вы не можете сделать достойную пайку в первый раз и не получаете функционального соединения, то повторите работы. Серебряное напыление на проводнике может выдержать как минимум 3 цикла пайки при соблюдении допустимых тепловых режимов. Однако практический опыт показывает, что напылению свойственно быстро разрушаться из-за применения паяльников с нерегулируемой мощностью в 65 Вт. Избегайте последнего: уменьшите мощность, включив патрон с лампочкой в 100 Вт последовательно. Не забывайте о том, что номинальная мощность паяльника подобного типа является недопустимой для пайки кремниевых контактов.
http:
Даже в том случае, если припой на соединителе присутствует, лучше всего нанести его дополнительно для надежности. В процессе пайки будьте весьма аккуратны, ведь только лишь при минимальном усилии тепловые компоненты могут лопнуть. И не стоит складывать солнечные элементы пачкой, поскольку существует риск их поломки.
В процессе первой сборки теплового радиатора своими руками рационально использовать разметочную подложку, которая окажет вам помощь при расположении компонентов ровно на определенной дистанции друг от друга.
Вернуться к оглавлению
Использование разметочной подложки для компонентов теплового радиатора
Основу необходимо выполнять с применением листа фанеры с маркировкой уголков. После процесса пайки на каждый компонент с его обратной стороны крепится кусочек монтажной ленты. При этом стоит прижать заднюю панель к скотчу и каждый компонент перенесется.
Для подложки используется лист фанеры.
Монтажная лента используется для крепежа с обратной стороны теплового компонента. Данный тип крепления не предполагает дополнительную герметизацию самих элементов, их можно свободно расширять под воздействием температурных показателей, что не приводит к повреждению теплового радиатора и разрыву контактов и прочих компонентов конструкции. Только лишь соединительные части устройства восприимчивы для герметизации. Подобный тип крепления больше всего подходит для наиболее опытных образцов, однако долгосрочное использование в полевых условиях не гарантируется.
Этапы сборки батареи:
- Выложите компоненты на стеклянную плоскость. Между ними обязательно должна быть определенная дистанция, благодаря чему возможно свободно менять размеры, не нанося вреда общей конструкции. Компоненты прижимаются грузами.
- Прежде чем приступать к пайке нанесите припой и флюс, а после тщательно припаяйте серебряные контакты (данный принцип необходимо использовать для соединения абсолютно всех солнечных компонентов).
- Пайку необходимо сделать следующим образом: «плюсовые» токоведущие дорожки размещаются на лицевой стороне компонентов, в то время как «минусовые» — на их обратной стороне.
- Контакты крайних компонентов выводятся на шину («плюс» и «минус»). Для шины применяют более широкий проводник из серебра.
- Рациональным будет вывести «центральную» точку, с помощью которой ставят два вспомогательных шунтирующих диода.
- Клемму необходимо монтировать также с наружной стороны рамы.
http:
После пайки каждой из групп компонентов проводите тестирование. Обращая внимание на профессиональные фотографии на различных строительных сайтах, можно заметить, что некоторая область стола под солнечными компонентами вырезана. Это было сделано специально для того, чтобы определить функциональность электрической сети по завершению процесса пайки контактов.
Поделись статьей:
Оцените статью:
Загрузка... Похожие статьи
1postroike.ru
