Как установить солнечные батареи. Учимся устанавливать солнечные батареи

Кроме того, смотрите не на цену всей батареи, а на стоимость одного ватта энергии. Это более значимый показатель, так как солнечные батареи одинакового размера, но разных производителей часто отличаются на десятки процентов.

Подключение и установка солнечных панелей

Несомненно, солнечная энергетика является перспективной отраслью, а установка и подключение солнечной батареи приносит владельцу бытовой техники множество преимуществ. Однако, чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами этой альтернативной формы энергии, необходимо знать, как правильно собрать, подключить и установить солнечные панели. От этого во многом зависит конечный результат, ведь установка солнечных панелей для дома или другого объекта стоит недешево, поэтому необходимо как можно точнее следовать инструкциям и все сделать правильно.

Как устроена схема электроснабжения с солнечными панелями

Сама солнечная панель состоит из ряда модулей (фотоэлектрических полупроводниковых элементов), которые вырабатывают энергию. В зависимости от потребности в количестве энергии, которая «выходит на выходе», солнечные модули соединяются вместе в солнечную электростанцию для увеличения выработки энергии. Сюда входит все оборудование, необходимое для преобразования солнечной энергии в электричество.

Для подключения солнечных панелей вам потребуются следующие комплектующие.

Непосредственно солнечные батареи . Их тип, количество и размер вы выбираете в зависимости от ваших задач, потребностей и бюджета.
Аккумуляторные батареи (АКБ). Химический источник тока. Именно здесь будет накапливаться генерируемая солнечными панелями энергия. Поэтому при выборе аккумулятора нужно ориентироваться на его емкость – чем больше емкость, тем больше запас энергии для нужд потребления. Автомобильные аккумуляторы использовать в таких схемах не рекомендуется, т.к. они неспособны выдержать частые перезарядки. Лучше приобретать AGM (срок службы 4–5 лет) или гелиевые аккумуляторы (срок службы 9–11 лет).
Контроллер заряда – важное устройство, которое выполняет несколько функций одновременно и позволяет продлить срок службы аккумулятора. Во-первых, он автоматически контролирует заряд АКБ: регулирует подачу энергии от солнечных панелей, чем предохраняет сам аккумулятор от полной разрядки, а при полном заряде отключает АКБ от системы. Во-вторых, контроллер защищает сами солнечные панели: отключает их при полной зарядке и включает на зарядку в момент, когда энергия начинает расходоваться. Контроллер также препятствует перетеканию обратных токов в пасмурную погоду и ночью. А еще помогает выбрать оптимальный режим зарядки, благодаря чему возрастает количество накапливаемой энергии и увеличивается срок службы аккумулятора. Современные контроллеры оборудованы специальной панелью с дисплеем, где видно напряжение батарей. А «продвинутые» контроллеры поддерживают эффективную зарядку при помощи специальных алгоритмов и программ.
Инвертор. С помощью этого прибора постоянное напряжение от аккумулятора преобразуется в переменное 220 В, которое используется конечным потребителем. Инверторы могут иметь разные технические характеристики – мощность, качество получаемого напряжения. Поэтому при подключении солнечных батарей в доме нужно обратить внимание и выбрать инвертор подходящей мощности – в зависимости от электроприборов, которые будет обслуживать гелиоустановка. Инверторы также могут выполнять функцию дополнительной защиты электросети.
Крепежные элементы и провода для коммуникации и соединения комплектующих солнечной установки. Могут также понадобиться предохранители (реле), которые ставятся между всеми элементами системы и защищают ее от короткого замыкания.

Это самая простая система для сборки и установки солнечного дома, состоящая всего из нескольких компонентов. Поскольку в ней почти нет движущихся частей (за исключением возможной замены батарей), такая система может прослужить десятилетия.

Подключенные по этой схеме солнечные батареи в квартире или доме могут даже быть автономными и питать бытовые приборы (холодильник, телевизор, систему освещения, погружной насос). Однако если вы хотите запустить приборы, требующие больше энергии, например, электрические котлы, вам понадобится более мощное и дорогое оборудование, и, скорее всего, вам потребуется консультация специалиста.

Как правильно установить солнечную батарею

Начните с выбора места для установки и подключения солнечной батареи. Во-первых, определитесь с местом — батареи могут быть громоздкими, и вам нужно убедиться, что места достаточно. Во-вторых, важно количество света в месте установки — чем больше, тем лучше, тогда солнечная система будет максимально эффективной. Хорошим выбором может быть крыша, стены, фасад отдельного дома, прилегающая территория или балкон многоквартирного дома.

При установке солнечных модулей необходимо соблюдать правильный угол к горизонту и ориентацию солнечной конструкции — передняя (или фасадная) часть модулей, которая поглощает свет, должна быть обращена на юг. Солнечная панель работает лучше всего, когда лучи света попадают на нее под углом 90º. Поэтому, в зависимости от региона и климатических условий, следует размещать солнечные модули так, чтобы угол падения света был оптимальным как можно дольше в течение дня. В зависимости от времени года или погодных условий, угол может потребоваться регулярно менять, чтобы обеспечить максимально эффективную работу солнечного модуля. Если вы устанавливаете солнечную систему на крыше дома, лучше всего, если угол составляет около 45º. При меньших углах солнечные панели устанавливаются в дополнительные специальные конструкции, которые обеспечивают правильный угол наклона, жесткость и устойчивость системы.

Для установки и монтажа солнечного коллектора используются специальные крепежные элементы, включая направляющие, к которым крепится сам коллектор. После сборки солнечный коллектор должен быть закреплен как минимум в четырех местах зажимами или винтами вдоль внешней длинной стороны алюминиевой рамы. Предпочтительно использовать специальные крепежные отверстия/дюбели, указанные на чертеже.

Если солнечные модули соединены последовательно, убедитесь, что они установлены в одной плоскости и под одним углом, чтобы они работали более эффективно. Если вы устанавливаете солнечные панели на участке земли, прилегающем к дому, убедитесь, что он открытый и максимально незатененный, без деревьев, кустарников и строений, которые могут отбрасывать тень. Также не забудьте о циркуляции воздуха между местом установки и землей — панели должны располагаться на высоте не менее полуметра над землей.

При правильной установке солнечные панели одинаково хорошо работают зимой и летом, но только в ясную и солнечную погоду (эффективность иногда даже выше зимой, так как не происходит перегрева). Солнечные модули предназначены для работы в различных климатических условиях и могут выдерживать температуры от +80ºC д о-35ºC.

Читайте ещё: Проходной выключатель. Сколько надо жил для двойного проходного выключателя.

Принцип работы солнечной батареи

Правильный термин — фотоэлектрический элемент (т.е. фотобатарея). Однако, поскольку источником света является солнце, термин «солнечная батарея» стал общепринятым.

Компонент представляет собой «сэндвич» из кремниевых пластин, разделенных стандартным соединением (для радиодеталей). Секрет в том, что кремниевые детали имеют разные типы.

Такие сборки используются практически во всех радиокомпонентах из кремния.

Это интересно: многие стандартные радиокомпоненты также могут вырабатывать электричество при облучении ярким светом. Но КПД настолько мизерный, что использовать их в качестве источника питания не имеет смысла.

Фосфор добавляется в слой кремния N-типа. В состоянии покоя такая смесь обеспечивает избыток электронов с естественным отрицательным зарядом.

Кремний P-типа «обогащается» бором, что приводит к дефициту отрицательных зарядов (так называемый электронно-дырочный эффект).

Поэтому отрицательный электрод подключается к N-слою (для снятия электрического тока), а положительный — к P-слою.

Из законов физики мы знаем, что на P/N-переходе существует электрическое поле. Когда отрицательная панель подвергается воздействию солнечных фотонов, в переходе происходит сильное разделение отрицательных и положительных частиц. Минусы» собираются в верхнем слое, а «плюсы» — в нижнем. В результате солнечный сэндвич превращается в обычный аккумулятор с накопленным зарядом. Когда к электродам подключается потребитель энергии, возникает электрический ток.

Конечно, заряд в таком источнике сразу исчезает, но тут же восстанавливается солнечным светом. Таким образом, пока фотобатарея интенсивно бомбардируется фотонами, мы имеем вполне производительную мини-электростанцию.

Современные батареи могут работать даже без прямого солнечного света (например, когда на небе облачно). Конечно, интенсивность выработки электроэнергии в этом случае ниже. Но при отсутствии света (даже луна не способна «разбудить» батарею) процесс замирает. Поэтому рассматривать фотоэлектрические модули отдельно как источник электроэнергии нельзя. В схему солнечных модулей обязательно входит регулирующее устройство: накопитель энергии.

Кроме того, вырабатываемая электроэнергия нестабильна, поэтому для подачи энергии в систему требуется управляющее устройство. Конечно, если вы используете мобильный фотоаккумулятор для зарядки смартфона в походе, длящемся несколько дней, такая технология не нужна. А для создания собственной электростанции требуется ряд периферийных устройств.

Типы солнечных батарей

Генераторы чистой энергии классифицируются в зависимости от типа материала, из которого изготовлены компоненты:

Монокристаллические — самый массовый продукт на энергорынке. Для полноценного энергетического обеспечения объекта требуется значительная площадь монтажа. Приоритетная сфера использования — резервные или дублирующие энергосистемы при имеющемся подключении к сети.
Поликристаллические системы более производительны, и при меньшей площади элементов могут быть использованы в качестве автономной электростанции объекта без централизованного энергоснабжения. Единственный недостаток (он нивелируется в процессе использования), стоимость существенно выше.
Аморфный кремний — это прорыв в солнечной индустрии. Производительность высокая, продолжительный срок службы, элементы гибкие. Однако стоимость слишком высокая (по крайней мере, на нынешней стадии — пока производство не вышло на промышленный уровень).

Какие солнечные модули самые лучшие? Это чисто субъективное решение. Простые расчеты показывают, что первые два типа имеют наилучшее соотношение цены и качества.

Монокристаллы обычно покупают в довесок к действующей системе энергоснабжения, поэтому их стоимость окупается экономией на оплате за электроэнергию. С психологической точки зрения — такой способ подключения исключает страх остаться «без света» в случае поломки оборудования. Можно считать это предрассудком, поскольку надежность современных солнечных систем достаточно высокая. А поломка всей системы сразу мало вероятна. Элементы дублируются, можно производить ремонт без полного нарушения энергоснабжения.
Поликристаллические батареи дороже ровно настолько, насколько и производительнее. Электростанция на поликристаллах может быть полностью автономной, то есть без вводной линии центрального энергоснабжения. Опыт использования в отдаленных местах проживания показывает, что такие системы вполне жизнеспособны, и не нуждаются в резервировании. Разве что можно установить ветрогенератор (на случай природных катаклизмов вроде затяжного дождя с пасмурной погодой в течение нескольких дней). Окупаемость 100%, если вы построили новый дом без энергоснабжения. Стоимость технических условий и монтажных работ сопоставима с покупкой комплекта на солнечных батареях мощностью 4000 Вт. А дальше — экономия в чистом виде. Вы вообще не знаете, что такое оплата электроэнергии.
Аморфные батареи пока еще экзотика (с точки зрения стоимости). Однако технологии развиваются настолько стремительно, что через относительно короткий промежуток времени эти системы станут доступнее: вспомните ситуацию со светодиодными светильниками.

Преимущества и недостатки солнечной энергетики

Преимущества:

На стадии использования — экологичность (почему с оговоркой: производство и утилизация такие же «грязные», как и любая другая электроника).
После первичных вложений, полученная электроэнергия условно бесплатная (требуются некоторые средства на обслуживание по истечении срока эксплуатации).
Возможна полная автономия: вы можете организовать энергоснабжение в местах, где даже не планируется централизованная подача электроэнергии.
Вы не зависите от тарифной политики энергетических компаний.
При выполнении определенных нормативов, можно «продавать» избыток электроэнергии в городские сети.

Недостатки:

Относительная дороговизна оборудования (как видно на примерах использования, это не всегда является проблемой).
Зависимость от погодных условий (в регионах, где солнечных дней немного, использование затруднено).
Оборудование нуждается в периодическом обновлении — присутствует естественный износ.

В каких регионах больше всего солнечных электростанций?

Большая часть производства солнечных батарей приходится на юг России. Ведущими регионами являются Оренбургская и Астраханская области, Калмыкия, Бурятия и Башкария.

Многие люди убеждены, что в России слишком мало солнца и что установка солнечных батарей в большинстве регионов бессмысленна. Однако, по данным Министерства энергетики РФ, в настоящее время все установленные системы окупаются, даже в регионах с относительно небольшим количеством солнечных дней. «Окупаемость больше зависит от стоимости электроэнергии, чем от количества солнечного света. Солнечная радиация или удельная мощность на кВт/ч в России колеблется от 800 кВт⋅ч в год в Мурманске до 1500 кВт⋅ч в год в Забайкальском крае», — ответили в министерстве на запрос ТАСС.

Читайте ещё: Счетчик электроэнергии однофазный. Как подключить счетчик электроэнергии однофазный и автоматы.

В каких зданиях чаще применяются солнечные батареи?

Большая часть этого объема приходится на крупные инфраструктурные объекты. Доля частного жилищного строительства не превышает 0,5% (~8-10 МВт) от общей мощности установленных солнечных электростанций.

Примеры масштабных проектов на период 2019-2022 гг:

«Полиметалл», солнечная электростанция на золоторудном месторождении Светлое (Хабаровский край), — 1 Мвт.
ПАО «Газпромнефть», Омский нефтеперерабатывающий завод — СЭС, — 1 Мвт.
Raven Russia (DHL), база логопарка «Дон» (Ростовская область), — 530 кВт.
Центр оздоровления «Сибур» (Анапа) — 471 кВт.
Завод «Такеда» (Ярославская область) — 50 кВт.
Магазин автозапчастей (Смоленская область) — 18,6 кВт.
Аэродром Крутицы (Рязанская область) — 146 кВт.
TastyCoffee, производство для сети кофеен и магазинов (Чебоксары), — 40 кВт.
Энергосбыт ПАО «Т плюс», офисное здание (Оренбург), — 27,6 кВт.
Ледовый дворец «Алмаз» (Воронеж) — 105 кВт.
Завод ОАО «Вода-сестрица» (Йошкар-Ола) — 25 кВт.

Все представленные установки являются подключенными к сети солнечными электростанциями. Многие из них могут быть подключены к сети в соответствии с законом о микроэлектростанциях (с мощностью до 15 кВт в общей сети).

Что за закон о микрогенерации?

В марте 2021 года в России вступил в силу закон о микроэлектрогенерации. Предприятия и частные домовладельцы теперь могут продавать излишки энергии в муниципальную сеть, если они есть. Например, днем, летом, когда производство электроэнергии значительно превышает потребление. Существует ограничение на производство электроэнергии — до 15 кВт.

По идее, это должно стимулировать домовладельцев, в том числе, устанавливать солнечные батареи. Но на данный момент активность частных лиц невелика. Самый яркий пример, когда частный домовладелец начал обеспечивать себя электроэнергией от солнечных батарей и подключил свою систему к муниципальной сети, произошел задолго до принятия закона. В 2014 году Сергей Рыжиков, генеральный директор компании «1С-Битрикс», построил солнечную систему для энергоснабжения дома в Калининграде и начал отдавать излишки городу. «Я связался с представителями городской электросети «ЯнтарьЭнерго», написал заявление, выполнил все технические требования и был подключен. Однако в то время наше законодательство не позволяло гражданам платить за подачу электроэнергии в сеть».

У Рыжикова трехэтажный дом на 320 квадратных метрах. Было уложено двадцать плит. «В Калининграде в среднем 100-110 солнечных дней в году. Это не так много. Но этого достаточно, чтобы солнечные батареи работали и обеспечивали дом энергией почти круглый год», — говорит он. Дом на 100% обеспечивается электроэнергией от солнечных панелей, за исключением четырех месяцев в году, с ноября по февраль. В этот период электроснабжение составляет 30-70 процентов. «Дом потребляет в среднем 8-10 кВт⋅ч в день — эта цифра рассчитывается путем деления среднего счета за несколько месяцев на 30, — продолжает Сергей Рыжиков, — зимой потребление немного выше, летом — немного ниже». Весь дом оборудован энергосберегающими приборами. Основное потребление связано с приготовлением пищи. Например, духовка, микроволновая печь, индукционная плита. Иногда также используется электрическая сауна. Скоро рядом с домом будет стоять электромобиль, который потребляет много энергии. Дома несколько человек работают на ноутбуках, а в локальной сети Wi-Fi у меня зарегистрировано 49 устройств «умного дома».

Весь проект обошелся Рыжикову в 10 000 евро. «За все это время не пришлось менять ни панели, ни преобразователи. Единственное, я немного изменил их ориентацию — теперь они направлены на восток. Раньше они были направлены на юг, юго-восток и восток», — поясняет он.

Сколько стоит установка домашней солнечной электростанции

Цена установки солнечных батарей на крыше зависит в основном от двух факторов: типа системы и ее мощности. И хотя с мощностью все понятно — чем она больше, тем дороже солнечная установка на доме, — давайте подробнее рассмотрим типы.

Существует три типа солнечных энергосистем на крыше:

Автономные — дорого, но без забот . В этом случае дом получает электроэнергию только от солнечных батарей и, возможно, бензинового или дизельного генератора. Для работы системы необходимы аккумуляторы и немало: их емкости должно быть достаточно, чтобы обеспечить бесперебойное электроснабжение в темное время суток.
Соединенные с сетью — бюджетно и просто . В такой системе недостаток энергии компенсируется от общей электросети, в нее же отдаются излишки в пиковое время выработки. В этом случае не нужны аккумуляторы, а на отданной энергии можно даже заработать. Но при перебоях в электроснабжении солнечные батареи работать также не будут.
Гибридные — оптимум для больших домов . Эти системы оснащают аккумуляторами, но после их полной зарядки в пиковое время не отключают панели, а передают электроэнергию с них в сеть. Также от сети можно компенсировать недостаток электроэнергии, в том числе и зарядить аккумуляторы.

Батареи стоят дорого и требуют замены каждые 3-8 лет, в зависимости от типа батареи и способа ее использования. Поэтому их наличие значительно увеличивает стоимость установки. Если взять средние показатели, то: «Батарея очень дорогая и непропорциональна своей стоимости»:

Автономная система на 1 кВт*ч/сутки будет стоить 120-140 тысяч рублей , а при мощности в 5 кВт*ч/сутки ее цена увеличится в два раза — до 280 тысяч рублей . На этом примере видно, что для оценки порядка цен неважно, сколько стоит солнечная батарея на крышу конкретного производителя. Нужна только информация о стандартной цене 1 Вт энергии, которая примерно равна 60-65 рублей . Тип солнечных батарей, их производитель, марка инвертора и контроллера, конечно, влияют на цену, но дают ее изменение на десятки процентов, а не в разы или на порядок.
Соединенная с сетью система на 1 кВт*ч/сутки будет стоить 30-35 тысяч рублей , а при мощности в 5 кВт*ч/сутки ее цена увеличится до 70-80 тысяч рублей .
Гибридная система стоит на 10-15% дороже автономной аналогичной мощности за счет большей сложности монтажа.

Читайте ещё: Зачем нужен проходной выключатель. Выключатель проходной что это такое.

При расчете стоимости установки солнечных батарей учитывайте цену 1 кВт полной системы с установкой и без нее. Так вы сможете быстро сравнить предложения разных компаний и выбрать самое дешевое.

Установка солнечных батарей в частном доме

Установка солнечных панелей на крыше — сложная задача, ведь вам нужно не только закрепить батареи на крыше, но и правильно их соединить и соединить вместе, чтобы получилась система. Поэтому установка должна выполняться профессионалами. Подготовительный этап является обязанностью домовладельца.

На этапе подготовки необходимо оценить состояние крыши. Поскольку установка солнечных батарей на доме делает ремонт крыши очень дорогим, вы должны быть уверены, что крыша прослужит еще как минимум 25 лет. Если вы сомневаетесь в этом, лучше заново покрыть крышу черепицей.

Убедитесь, что ваша стропильная система выдержит дополнительную нагрузку. Сами панели весят в среднем 15-18 кг/м2 , что не критично. Однако если крыша имеет уклон, то батареи должны быть наклонены с помощью укрепляющей конструкции. В этом случае снег скапливается не только на панелях, но и на скате крыши, и нагрузка может стать значительной. В этом случае усильте опорную систему с помощью подпорок и дополнительных упоров.

Наконец, всегда проверяйте, какие монтажные комплекты будут использовать производители. Избегайте самодельных монтажных комплектов — фирменные монтажные комплекты тщательно рассчитываются и, прежде всего, тестируются производителями. Это означает, что они могут без проблем выдержать порывы ветра и сильный снегопад, чего нельзя сказать о самодельных креплениях и обрешетке.

Кстати, следует доверять монтажной бригаде. При этом старайтесь следить за качеством работ на каждом этапе. В этом вам может помочь видео, демонстрирующее установку солнечных панелей на крышах из различных материалов:

Подведем итоги

Солнечные панели — это передовая «зеленая» технология, которая делает ваш дом самодостаточным и независимым от местного поставщика электроэнергии. Они также могут сэкономить ваши деньги на счетах за электричество и увеличить срок службы вашей крыши.

При выборе солнечных панелей обратите внимание на производителя, допуск, температурный коэффициент, эффективность, PTC и срок гарантии. Но даже самые лучшие солнечные панели будут работать плохо, если вы направите их на север, а не на юг, если вы установите их там, где есть тень, и если вы не позаботитесь о других компонентах системы: контроллере и инверторе.

Солнечные модули должны устанавливать профессионалы. Однако контроль качества работ и подготовительный этап обычно входит в обязанности домовладельца. Они должны проверить состояние крыши, убедиться, что она выдержит дополнительную нагрузку, и убедиться, что батареи установлены в фирменные монтажные комплекты.

Как солнечная энергия используется для получения тепла

Солнечные системы используются для обеспечения горячей водой и отопления дома. Они могут обогревать (по желанию владельца) даже тогда, когда отопительный период закончился, и бесплатно снабжать дом горячей водой. Простейшее устройство представляет собой металлические панели, установленные на крыше дома. Они накапливают энергию и нагревают воду, которая циркулирует по трубам под ними. Все солнечные тепловые системы работают по этому принципу, хотя конструктивно они могут отличаться друг от друга

Солнечные коллекторы состоят из:

бака-аккумулятора;
насосной станции;
контроллера;
трубопроводы;
фитингов.

Различают коллекторы с плоскими пластинами и вакуумные коллекторы. В первом случае дно покрыто изоляционным материалом, а жидкость циркулирует по стеклянным трубкам. Вакуумные коллекторы особенно эффективны, поскольку потери тепла сведены к минимуму. Этот тип коллекторов подходит не только для отопления частных домов, но и для подачи горячей воды и подогрева бассейнов.

Этапы монтажа батарей

Для установки панелей выбирается самое освещенное место – чаще всего это крыши и стены зданий. Чтобы устройство функционировало максимально эффективно, панели монтируются под определенным углом к горизонту. Учитывается также уровень затемненности территории: окружающие предметы, которые могут создавать тень (постройки, деревья и т. п.)
Устанавливаются панели при помощи специальных крепежных систем.
Затем модули соединяются с аккумулятором, контроллером и инвертором, и производится наладка всей системы.

Для эффективной работы оборудования и долгого срока службы обязательным условием является правильный монтаж, который под силу только опытным специалистам.

Несмотря на сложность подключения и калибровки, время установки невелико — при наличии необходимых инструментов грамотные монтажники могут выполнить работу примерно за полдня.

Для установки системы всегда разрабатывается персональный план, учитывающий все особенности ситуации: как осуществить монтаж солнечных батарей на крыше дома, цена и график. В зависимости от типа и объема работ, все проекты имеют индивидуальную цену. Заказчик принимает работу и получает гарантию.