Как правильно выбрать солнечные панели

На что обратить внимание

Прежде чем выбрать источник электрической энергии, каковым являются солнечные панели, необходимо определиться в каком качестве данные устройства будут работать в системе энергоснабжения.

Солнечные электростанции, основной частью которых и являются солнечные батареи, могут работать в качестве:

Источника аварийного электроснабжения потребителей – для обеспечения электрической энергий источников аварийного освещения и систем отопления работающих в постоянном цикле (циркуляционные насосы, электрические клапана и задвижки и подобные устройства);
Источника электроснабжения в полном цикле работы потребителей – когда все потребители подключены исключительно к системе солнечной электростанции;
Источника питания для части объектов потребления электрической энергии – когда работа солнечных батарей совмещена с функционированием централизованной сети электроснабжения.

При выборе солнечных батарей следует обратить внимание на тип батареи. Материал, из которого изготовлены фото ячейки, оказывает влияние на все параметры выбора устройства приведенные выше, это:

Батареи из монокристаллов

способны работать в системах основного электроснабжения в регионах со значительной солнечной активностью.

Положительные свойства батарей этого вида:

Высокий КПД – до 22%;
Незначительные габаритные размеры;
Продолжительный срок эксплуатации (до 25 лет).

Недостатками данного вида являются:

Высокая стоимость;
Подверженность влиянию факторов окружающей среды.
Батареи из поликристаллов.

Батареи из поликристаллов

Положительные свойства батарей этого вида:

Более низкая стоимость, чем у монокристаллических аналогов.

Недостатками данного вида являются:

Более низкий КПД, который составляет до 18%;
Большие габаритные размеры, для достижения аналогичных показателей как у монокристаллических аналогов;
Менее устойчивы к воздействию повышенных температур, чем монокристаллические аналоги.
Батареи с напылением кремния или гибкие панели.

Батареи с напылением кремния

Положительные свойства батарей этого вида:

Низкая стоимость устройств;
Удобство при монтаже и эксплуатации;
Способность работать при косвенном освещении.

Недостатками данного вида являются:

Более низкий КПД, который составляет до 13%;
Требуются большие площади для установки необходимого количества панелей, чтобы достигнуть аналогичных показателей по мощности как у аналогов;
Более сложные способы крепления и большие затраты на монтаж устройств;
Меньший срок службы чем у аналогов.
Батареи из микроморфного кремния –

Положительные свойства батарей этого вида:

Оптическое поглощение выше чем у аналогов;
Малая толщина, менее 1,0 мкм;
Способность работать при слабом освещении (пасмурная погода, затенение);
Повышенная гибкость устройств.

Недостатками данного вида являются:

Низкий КПД, который составляет до 6,0 %;
Сложные способы крепления.

Исходя из приведенной информации и в соответствии с возможностями следует воспользоваться следующими советами, как то:

В случае отсутствия достаточного количества площадей, на которых планируется разместить солнечные батареи, следует остановить свой выбор на монокристаллических устройствах.
Если стоимость батарей с монокристаллами высока, то следует установить батареи с фотоэлементами на основе поликристаллов.

При решении выбрать гибкие панели – не стоит забывать о стоимости их монтажа.

Стоимость комплекта и основные технические характеристики, срок окупаемости

Как правило, в документах на оборудование, указывается срок годности от 20 до 25 или даже 30 лет. Однако многие устройства продолжают функционировать и по прошествии указанного производителями периода. Например, первая в мире солнечная батарея работает уже свыше 60 лет, а за эти годы технология производства была существенно усовершенствована.

Цены на готовые комплекты в основном варьируются от 30 000 до 2 000 000 руб. Они зависят от составляющих их устройств (от вида батарей, количества приборов, производителя и характеристик). Можно встретить бюджетные варианты стоимостью от 10 500 руб. В эконом-набор входит панель, контроллер заряда, коннектор.

В стандартные комплекты включают:

энергетический модуль;
контроллер заряда;
аккумулятор;
инвертор;
стеллаж *;
кабель *;
клеммы*.

* Предусмотрены в расширенной комплектации.

Кремниевые панели

солнечные батареи

Этот материал используется в качестве основы для нанесения слоев вещества N и P, между которыми образуется электричество.

Полезно знать: около 90% всех солнечных батарей в мире являются кремниевыми.

Кремниевые панели, в свою очередь, можно разделить на три основных подвида:

Поликристаллические кремниевые панели.
Монокристаллические панели.
Аморфные модули.

Какой из них лучше, станет понятно после детального анализа каждого вида, который следует ниже.

Внешне поликристалл можно отличить по неоднородной окраске его поверхности. В ней присутствуют разные оттенки синего цвета, от темно-синего до голубого. КПД таких пластин составляет около 15%.

Внимание совет: если вам нужны недорогие фотоэлектрические элементы для дома и дачи, то лучшего решения, чем поликристалл, вам не найти. Стоят они дешевле, чем панели из монокристаллического кремния, и способны обеспечивать дом достаточным количеством электричества.. Расплавленный кремний, контактируя с затравкой, отвердевает, образуя чистейший материал

Изделию придается цилиндрическая форма, из которой потом нарезаются тончайшие пластины

Расплавленный кремний, контактируя с затравкой, отвердевает, образуя чистейший материал. Изделию придается цилиндрическая форма, из которой потом нарезаются тончайшие пластины.

Процесс изготовления пластин очень дорогостоящий, поэтому солнечные батареи стоят не мало. В подобных пластинах атомы кремния ориентированы таким образом, что их электронам легче покидать свои орбиты. Благодаря этому КПД батарей достигает 20%. Это отличный вариант, как для дачи, так и для жилого помещения.

Возьмите на заметку: если средства позволяют, то лучше монокристаллических батарей вам не найти. Они эффективно работают на протяжении 25 лет, постепенно снижая свой КПД не более чем на 20%.

Батареи, сделанные на основе аморфного кремния, справляются со своей задачей даже в пасмурную погоду. Для батарей этого типа нормальными являются следующие условия:

запыленный воздух;
дождь;
закат;
рассвет.

В основе элементов лежит кремневодород (SiH4). Кремний подвергают действию электрического разряда. Он испаряется и оседает на подложку тонким слоем, не превышающим 1 мкм.

Подложка может быть выполнена из таких недорогих материалов, как:

металл;
полимерная пленка;
керамика;
качественное стекло.

Виды солнечных батарей

Тем, кому уже приходилось сталкиваться с солнечными батареями, наверняка известно о том, что они бывают кремниевыми и пленочными. Кремниевые модули принято разделять на следующие категории:

монокристаллические;
поликристаллические;
аморфные.

Поликристаллические модули изготовлены из кристаллов среднего уровня чистоты. Вначале кремний расплавляют, а потом охлаждают в специальных условиях. Они подходят для применения в зонах низкой солнечной активности. Внешний вид элемента отличается неоднородностью окраски — от темно-синей до голубоватой. Коэффициент полезного действия поликристаллических элементов составляет 12-15%.

Если нужно выбрать систему для частного дома, который находится в умеренных широтах — можно остановиться именно на поликристаллах. Такой вариант будет хорош и для дачи. По стоимости поликристаллы дешевле монокристаллических панелей, но при правильной установке количества энергии, получаемого от них, будет вполне достаточно.

Модули, изготовленные из монокристаллов, имеют ровную темно-синюю или черную окраску. Они более востребованы среди покупателей. При производстве кремнию вначале придают форму цилиндра, а потом нарезают его тонкими пластинками. Этот процесс занимает много времени и считается очень дорогостоящим — отсюда и высокая цена на монокристаллы.

Коэффициент полезного действия таких элементов будет выше, чем у поликристаллов до 20%. Лучше использовать их в климатических зонах с высокой солнечной активностью. Если честно говорить о том, какие лучше выбирать модули — безусловно, монокристаллические. Однако их высокая стоимость часто является препятствием для покупки.

Кроме моно-и поликристаллических элементов существуют батареи, в основе которых находится аморфный кремний. Они примечательны тем, что могут эффективно работать даже в условиях постоянной пасмурной погоды и дождя. Кремний преобразуют с помощью электричества в кремневодород, благодаря чему происходит его оседание на подложку. Получается тонкий слой вещества с высокой степенью проницаемости.

Многие наверняка слышали о таком ноу-хау, как пленочные модули. Их выпускают в виде рулонов, которые можно в любое время свернуть или расстелить, где угодно. Пленочные элементы подходят для установки на большую площадь, а их основу составляет прочная пленка из полимерных материалов. Пока их трудно встретить в широкой продаже, но нет сомнений в том, что скоро они появятся везде.

Остальные элементы системы

Grade A — после ускоренного теста старения (PID test) снижение мощности элементов составляет не более 5%, т.е. элементы продолжают выдавать более 95% от своего номинала.
Grade B — после ускоренного теста старения (PID test) снижение мощности элементов составляет не более 30%, т.е. элементы продолжают выдавать более 70% от своего номинала.
Grade C — после ускоренного теста старения (PID test) снижение мощности элементов составляет более 30%, т.е. элементы продолжают выдавать менее 70% от своего номинала.

Подробнее о качестве элементов читайте тут, а здесь можно узнать, как определить качество по визуальным признакам.

Количество солнечных элементов определяет номинальное напряжение модуля. Каждый элемент, независимо от размера, по сути представляет собой кремниевый фотодиод с напряжением в точке максимальной мощности ~0.5 Вольта. Стандартный модуль с номинальным напряжением 12 Вольт состоит из 36 элементов независимо от мощности (на мощность влияют размеры каждого из 36 элементов: чем больше размеры, тем больше мощность).

36 последовательно соединенных элементов по 0.5 Вольта — это ~18 Вольт в точке максимальной мощности. Именно такое напряжение необходимо для заряда 12-и вольтового аккумулятора, т.к. для полной зарядки напряжение на нем должно достичь 14,1–14,8 В в зависимости от типа аккумулятора, но нужен еще и небольшой запас на потери в проводах, контроллере и при нагреве модуля.

Если в модуле 72 элемента, то, скорее всего, он рассчитан на номинальное напряжение 24 В. Но, также существуют модули из 72 элементов с номинальным напряжением 12 В (с последовательно-параллельным соединением). Такие модули имеют более низкую цену, так как они сделаны из отходов солнечных элементов (не из целых квадратных элементов, а из их частей) и имеют более низкую надежность из-за в два раза большего количества соединений и возможных микротрещин в элементах.

Если же в модуле не 36 и не 72 элемента, то это нестандартный модуль и чтобы использовать его на полную мощность, в большинстве случаев нужен только MPPT-контроллер, т.к. при использовании PWM-контроллера потери могут достигать 30-40% он номинала.

Таким образом, выбирая солнечный модуль, нужно отталкиваться от напряжения системы (12, 24 или 48 Вольт) и при планируемом использовании PWM-контроллера число элементов должно быть кратно 36.

Однако есть небольшой нюанс, связанный с эффективностью — это напряжение в точке максимальной мощности. Чем ниже это напряжение, тем более эффективным будет использование такой батареи с PWM контроллером, поскольку в случае использования PWM контроллера, мощность солнечной батареи используется не полностью и чем ближе напряжение в точке максимальной мощности к номинальному напряжению системы, тем большую мощность отдаст панель.

Если же Вы планируете использовать MPPT контроллер, то на эффективность можно не обращать внимания.

При выборе также стоит обратить внимание на наличие соединительных кабелей и специальных герметичных разъемов. Панели малой мощности (до 50 Вт) обычно ими не комплектуются

А вот панели мощностью 70 Вт и более бывают как с соединительными кабелями и разъемами, так и без них. Наличие разъемов упрощает монтаж и избавляет от дополнительных расходов на их покупку.

Итак, подведем итог.

Основные моменты, на которые необходимо обратить внимание при выборе солнечной батареи для дома:

репутация производителя
качество элементов (Grade A)
количество элементов (36 или 72)
напряжение в точке максимальной мощности
наличие защитных диодов
наличие соединительных кабелей и разъемов

Надеемся, приведенные выше советы помогут Вам сделать выбор!

Но одних панелей недостаточно. Выработанная ими энергия должна быть правильно перераспределена. За это отвечает контроллер. Вся выработанная панелями энергия поступает на него.

Также следует отметить, что панели вырабатывают постоянный ток невысокого напряжения, как уже отмечено одна панель может обеспечить 18 или 24 В. А большинство домашних электроприборов работают от сети 220 В и с переменным током.

Поэтому, чтобы была возможность использовать выработанную панелями электроэнергию, потребуется инвертор, который и будет преобразовывать ее.

Такими накопителями являются аккумуляторы.

Опыт применения солнечных батарей: Видео

5.1. Коэффициент инсоляции

Коэффициент инсоляции характеризует продуктивность работы солнечной батареи за определенное время. Рассчитывается он при помощи статистических наблюдений, учитывая количество ясных солнечных и пасмурных дней, сезонную продолжительность светового дня, а также уменьшение продуктивности работы солнечных панелей на рассвете и закате. Данный показатель для определенной местности вы сможете найти на специальных метеорологических сайтах, либо в соответствующих изданиях.

5.2. Расчет необходимого количества панелей

Далее можно переходить к расчетам мощности солнечной электростанции, учитывая потребности. Для этого нужно будет решить легкую задачу, в которую входят несколько показателей.

Например, среднесуточная потребляемая мощность вашего дома составляет 5 кВт/час, а номинальная мощность солнечного модуля, который вы планируете использовать, составляет 160 Вт. Использоваться система будет в период с мая по октябрь, когда коэффициент солнечной инсоляции равен 5.

В первую очередь нужно определить выработку электричества одним модулем. Для этого мощность модуля 160 Вт умножается на инсоляцию (в нашем случае 5): 160*5=800 Вт/час. Это показатель того, сколько Ватт в час вырабатывает один солнечный модуль. Далее нужно высчитать требуемое количество модулей для удовлетворения потребности в 5 кВт. Для этого 5 кВт (или 5000 Ватт) нужно разделить на 800 (мощность одного модуля): 5000/800 = 6,25. Эту цифру можно округлить в пользу большего числа. То есть, для того, чтобы солнечная система электроснабжения удовлетворила потребность в 5 кВт, вам потребуется 7 модулей.

Стоит помнить, что в случае если вы планируете круглосуточно использовать солнечные батареи, то количество панелей устанавливается, отталкиваясь от худших погодных условий, то есть от сезона, в котором инсоляция наименьшая.

Основные критерии выбора

Прежде чем выбрать солнечную панель, необходимо четко знать о том, что она из себя представляет. Это накопитель тока постоянной величины, своего рода фотоэлектрический преобразователь на полупроводниковой основе. Его задача — преобразовывать энергию Солнца в электрическую. Таким образом, человек получает необходимое количество E, которая обеспечивает помещение светом, теплом и возможностью использовать бытовые электроприборы и технику.

Выбирая гелиосистему для частного дома или квартиры, нужно учитывать ряд обстоятельств. Первое — это условия климата. Если жилище находится в сухой и солнечной местности, это будет положительно влиять на производительность и рентабельность панелей. Чем дольше светит Солнце и чем длиннее день, тем выше окупаемость солнечных батарей с экономической точки зрения. Благодаря постоянному накоплению солнечной энергии всегда получится сэкономить на расходах за коммунальные услуги, не переплачивая за них государству. Для того чтобы определить, насколько местность, в которой вы проживаете, подходит для установки гелиосистемы, можно воспользоваться специальной картой освещенности.

Как выбрать солнечную батарею, учитывая процентный показатель потребности человека в тепле? Лучшие панели в данном случае — те, которые покрывают от 40 до 80% теплопотребности. Если система обладает меньшей производительностью — она будет очень дорого обходиться и не оправдает себя.

Подбирать систему нужно так, чтобы она оптимально вписалась в окружающее пространство и находилась в удобном месте — там, где к ней можно обеспечить доступ в любое время. Также понадобится произвести предварительный расчет мощности выбираемого комплекта. Это обеспечит бесперебойное снабжение помещения необходимым количеством энергии, даже в случае внезапного отключения электричества.

Какие солнечные батареи лучше? Безусловно, не стоит вестись на дешевые варианты, а заплатить определенную сумму и подобрать элементы высокого качества. Срок службы панелей, изготовленных из прочного кремния, может составлять до 25 лет, с минимальной потерей КПД и мощности.

Полное снабжение электроэнергией

Вначале стоит понять, сколько энергии необходимо для пользования приборами в доме. Чтобы определить данное число, нужно рассчитать пиковую одновременную нагрузку на систему и определить примерное, среднесуточное потребление электроэнергии.

Среднесуточное потребление электропитания от панелей определить сложнее, так как все оборудование в доме работает по-разному, но желательно. Для этого проведите замеры истраченного количества электроэнергии на протяжении 1-2 недель и выведите среднее число. Если вычислить это в силу незнания законов физики очень сложно, советуем воспользоваться специально подобранными режимами.

Смотрим видео, экономия или нет:

Данный режим предусматривает полное отсутствие прочего сетевого оборудования. Как показывает практика, среднее количество потребления электричества от солнечных батарей для частного дома в домике за городом колеблется в пределах 600-1500 кВт.

Под комфортным электроснабжением имеется в виду полное отключение таких приборов, как, обогреватели, электрочайники, электроплиты, конвекторы и т.д. мощность которых превышает 2 кВт. Среднее потребление энергии в месяц при таком снабжении будет около 200-500 кВт.

Типы

Каждый вид имеет свои характеристики и эксплуатационные особенности. Для применения в домашнем хозяйстве используются в основном кремниевые солнечные батареи.

Принцип работы кремниевых солнечных батарей:

на кремниевую (кремниево-водородную) панель попадает солнечный свет;
материал пластины изменяет направление орбит электронов, после чего преобразователи дают электрический ток.

Эти устройства можно условно поделить на четыре вида:

Монокристаллические пластины. Отличие этих преобразователей в том, что светочувствительные ячейки направлены только в одну сторону. Это дает возможность получать самый высокий КПД — до 23%. Но при этом панель должна все время быть направлена на источник света (солнце), иначе мощность отдачи существенно снижается.
Другими словами, такая панель хороша только в солнечную погоду. Вечером и в пасмурный день такой вид панелей дает немного энергии. Такая батарей станет оптимальной для южных районов нашей страны.
Поликристаллические солнечные панели. Пластины солнечных панелей содержат кристаллы кремния, которые направлены в разные стороны, что дает относительно низкий КПД (16-18%).
Однако главным преимуществом этого вида солнечных панелей — в отличной эффективности при плохом и рассеянном свете. Такая батарея все равно будет питать аккумуляторы в пасмурную погоду.
Аморфные панели. Аморфные пластины получают путем напыления кремния и примесей в вакууме. Слой кремния наносится на прочный слой специальной фольги. КПД подобных устройств достаточно низкий, не более 6-7%. Низкая «отдача» объясняется тем, что под действием солнечных лучей тонкий слоя кремния выгорает.
Практика показывает, что после двух-трех месяцев активной эксплуатации аморфной солнечной панели эффективность падает на 10-15%, в зависимости от производителя.

Срок службы таких панелей не более трех лет. Преимущество их в низкой стоимости и возможности преобразовывать энергию даже в дождливую погоду и туман.
Гибридные солнечные панели. Особенность таких блоков в том, что в них объединены аморфный кремний и монокристаллы. По параметрам панели похожи на поликристаллические аналоги. Особенность таких преобразователей в лучшем преобразовании солнечной энергии в условиях рассеянного света.

Преобразователи из полимерной пленки.

Особенность ее в том, что она легкая, удобно гнется, скручивается и не ломается. КПД такой батареи составляет всего 5-7%, однако низкая стоимость и удобное использование делает такой вид солнечной батареи очень популярной.

Совет специалистов: покупайте оборудование только на проверенных ресурсах и в специализированных магазинах. Это сэкономит время, нервы и деньги.

Количество элементов в модуле

Grade A — после ускоренного теста старения (PID test) снижение мощности элементов составляет не более 5%, т.е. элементы продолжают выдавать более 95% от своего номинала.
Grade B — после ускоренного теста старения (PID test) снижение мощности элементов составляет не более 30%, т.е. элементы продолжают выдавать более 70% от своего номинала.
Grade C — после ускоренного теста старения (PID test) снижение мощности элементов составляет более 30%, т.е. элементы продолжают выдавать менее 70% от своего номинала.

Характеристики солнечных батарей

Все устройства, которые питают или питаются электроэнергией, имеют собственные характеристики и документацию по использованию. Каждая новая модель устройства имеет небольшое расхождение в использовании или дополнительные возможности. То же касается солнечных батарей.

Смотрим видео, принцип работы:

К примеру, возьмем комплект панелей площадью 20 сантиметров квадратных. Ее мощность будет равна 10 ваттам. При критической нагрузке напряжение будет колебаться в пределах 25 вольт. Коэффициент полезного действия данного модуля будет равен 15% и прослужит она минимум 20 лет. Вес такой плиты будет примерно 2 килограмма

Этапы монтажа панелей

Кто не хочет вызывать мастера для установки солнечных батарей, сэкономив немалую сумму денег, советуем следовать дальнейшим инструкциям.

Размещать батареи следует по направлению наибольшей освещаемости на протяжении всего дня. Убедитесь, что соседние сооружения и здания не будут затенять панели. Самое оптимальное решение – установка солнечных батарей на крыше здания
Если это невозможно, придется потратиться на специальные опоры для установки на участке.
Чтобы получить максимальную выработку энергии, стоит принять во внимание требуемый азимут и наклон. Если вы находитесь на северном полушарии, оптимально устанавливать плиты в южном направлении
Вертикальный и горизонтальный угол наклона устанавливается исходя из географических координат и времени года. Для этого стоит воспользоваться специальными онлайн-калькуляторами расчета угла.
Необходимо учитывать и погодные условия. Дождь и снег могут уменьшить выработку энергии в несколько раз, или вовсе приравнять к нулю

Следовательно, очень важно обеспечить свободный доступ к панелям для очистки.
Если вы устанавливаете огромное количество батарей в несколько рядов, тогда расстояние должно быть не меньше чем 1.7 от высоты ряда.
При монтаже солнечной станции для дома не используются никакие особые крепежи. Все крепления можно приобрести в магазине, где будете покупать плиты

Каждый модуль оснащен специальными отверстиями для крепления.

Разбираем эффективность панелей

Коэффициент полезного действия бытовых солнечных панелей для дома очень низкий, однако, это один из наиболее эффективных и выгодных источников получения энергии среди множества автономных конструкций.

Смотрим видео, этапы монтажа:

Но из-за непостоянного солнечного свечения, такой вид выработки энергии чаще приравнивают к дополнительному, а не к основному. Причиной этому является высокая стоимость плит и низкий КПД. В солнечный день без туч при работе 1 квадратного метра солнечной батареи вырабатываемой энергии не хватает даже для активного провождения времени за компьютером.

Для полноценного потребления энергии без необходимости использовать дополнительные источники питания (в условиях ежедневного активного солнечного свечения) 30-40 квадратов солнечных панелей будет достаточно. Но вот на финансовом плане такая покупка отразится очень сильно. Стоимость панелей размером в 40 метров обойдется минимум в 10000 долларов.

Солнечные батареи для загородного дома — это:

Полностью независимый от дополнительных финансовых трат источник питания
Очень долгий срок службы (не менее 25 лет)
Независимость работы панелей (при выходе нескольких панелей из строя вас дом по-прежнему будут питать работающие)

Также недавно наш рынок посетили солнечные обогреватели для дома, которые способны поддерживать необходимую температуру в доме зимой. Разработка не инновационная, однако, лишь редкие пользователи пока еще доверяет такому способу отопления дома.