Электричество от солнца! Автономное электричество и освещение на солнечных батареях: преимущества и особенности использования для дома.

Одной из главных проблем человечества сегодня является нехватка энергетических ресурсов.

Основным решением на данный момент является использование возобновляемых источников энергии, таких как ветер, вода и Солнце.

Наиболее доступными в этой области являются приспособления, направленные на получение электроэнергии от солнечного излучения.

Долина солнечных батарей во Франции – это фотоэлектрический генератор, который преобразует солнечное фотонное излучение в электричество.

(Фотон – элементарная частица электромагнитного излучения, например, солнечной радиации). Обычно батарею изготавливают в виде панелей.

Размеры могут быть самые разные, в зависимости от необходимых количества и мощности конечного продукта преобразования. Сегодня солнечные батареи используются даже для сувениров, имея размеры от нескольких см2.

Площади панелей могут достигать нескольких десятков м2, когда надо получать энергию мощностью в несколько десятков квт.

Началось конструирование солнечных батарей ещё в середине прошлого века, главным образом для нужд космонавтики. Первые спутники нуждались в автономном энергообеспечении, для этого наиболее всего подходил именно этот вид источника.

Устанавливались солнечные панели на луноходах и марсоходах, а также на других космических аппаратах. Актуально всё это и сегодня, так как поиски других, более подходящих, вырабатывающих бóльшие мощности источников пока ещё не увенчались успехом.

Крупнейший в мире корабль на солнечных батареях Planet Solar Türanor Не менее популярны солнечные батареи и на Земле. Здесь они имеют очень широкое применение, практически во всех сферах, где необходимо использование электричества.

Благодаря солнечным панелям обеспечиваются электроэнергией целые города, плавают суда и летают самолёты.

Автономное электроснабжение дома

Солнечные батареи на участке Большую тенденцию приобрело переселение людей за город к благам природы и отсутствию цивилизации. Это влечёт за собой большие затраты, особенно это касается снабжения дома электроэнергией.

Хорошо, если переезжать в поселение, тогда можно совместными усилиями решить эту проблему и подключиться к центральному, чаще всего дорогостоящему, электричеству, сложив общие средства.

Подключение возможно и в более уединённых местах, но стоить будет ещё дороже. Потому многие сегодня решаются на на территории своего участка, так как это в конечном итоге является наиболее выгодным предприятием с разных точек зрения.

Разумно это всё же для местностей, где достаточно солнечного света для постоянной выработки энергии. Можно, конечно, воспользоваться , но для этого потребуется больше места. К тому же и площадь солнечной батареи должна быть гораздо больше, чем в местности с большим освещением.

Разумеется, и стоить всё это будет дороже, и тогда следует уже подумать, стоит ли базировать автономное электроснабжение дома на солнечной энергии.
Стоит помнить и том, что солнечные батареи обладают хоть и доступной, но достаточно высокой стоимостью.

Совет специалистов: при покупке следует обращать внимание на страну производителя. Не стоит экономить, покупая у неизвестных китайских производителей, так как чаще всего они изготавливают товар сомнительного качества. Лучше обратить внимание на батареи западных компаний, пусть и произведены панели будут в Китае.

Солнечные панели на крыше дома Чаще всего солнечные батареи устанавливают на крыши домов, что, несомненно, экономит пространство.

Для этого склон крыши должен быть не менее 30⁰, лучше всего 45⁰. Стоит также позаботиться о том, чтобы удалить все объекты, создающие тени на установках.

Имейте в виду: необходимо помнить об укреплении кровли, потому как солнечные батареи имеют достаточно большой вес. Значительное давление оказывает и снег зимой.

Комплекты солнечных электростанций

Если созданы все условия для обустройства системы автономного электроснабжения, то можно выбрать один из следующих видов домашней электростанции:

1. Автономные контуры солнечных генераторов. Их устанавливают для обеспечения энергией насосного оборудования. Имеют небольшие размеры и стоят недорого.
2. Энергонезависимые установки с аккумуляторными батареями. Именно они чаще всего используются для автономного и полного энергоснабжения частных домов.
3. Разного рода комбинации солнечных модулей с другими источниками энергии. Это могут быть ветровые и дизельные генераторы, также с центральными электросетями.

Следует внимательно учесть все факторы, влияющие на выбор того или иного вида .

Плюсы и минусы применения солнечных панелей

Положительные стороны:

1. Экологичность. Несомненно, использование солнечной энергии не вызывает загрязнения природы, а также заменяет способы получения энергии, негативно влияющие на окружающую среду.
2. Автономность. Возможность не зависеть от центрального энергоснабжения определённо является достоинством, особенно отдалённой местности.
3. Доступная цена. Возможность воспользоваться этим плюсом предоставляется в том случае, если велико солнечное освещение в течение года. Помогает и совместное использование с другими источниками электроэнергии. В иных ситуациях покупка батарей может оказаться дорогостоящим, хоть и чаще всего окупаемым мероприятием.
4. Долговечность. Качественные солнечные батареи имеют долгий срок годности (минимум 25 лет).
5. Не занимают много места при непосредственно на крышу дома.

Отрицательные стороны:

1. Непрактичны при малом освещении.
2. Несмотря на экологичность, солнечные батареи могут наносить вред окружающей флоре и фауне. Например, самая крупная солнечная электростанция в мире вызывает гибель птиц, пролетающих над ней. Но этот минус не относится к небольшим домашним электростанциям.

Смотрите видео, в котором в легкой и познавательной форме рассказывается об особенностях получения электричества от солнечных батарей:

Глобальное изменение климата Земли происходит не только из-за работы промышленных предприятий, выбрасывающих в атмосферу миллионы тонн различных вредных веществ. Все эти предприятия требуют в огромных количествах электрическую энергию, производство которой наращивается с каждым годом, причем не всегда это наращивание производится способами, безвредными для окружающей среды.

Строительство гидроэлектростанций нарушает водный баланс региона, появление новых водохранилищ приводит к возникновению непредсказуемых и необратимых последствий для геологического строения громадных площадей земной коры, нарушается природная экосистема.

Атомные электростанции – постоянный потенциальный источник опасного радиоактивного заражения окружающей среды. Достаточно вспомнить Чернобыльскую АЭС и Фукушиму. Приливные электростанции – это весьма дорогостоящие объекты, которые так же, как и гидроэлектростанции, нарушают природную экосистему и водный баланс региона. Ветровые электростанции своими ветросиловыми установками радикально изменяют направление воздушных потоков местности, в которой они установлены, что также ведет к необратимым изменениям экологической системы в этом регионе.

И только электростанции, использующие солнечную энергию, практически безупречны с точки зрения экологии. Не нарушая никаких глобальных параметров, эти электростанции успешно эксплуатируются в различных точках нашей планеты. Солнечные электростанции могут производить электричество различными способами.

Модульный принцип построения позволяет сооружать солнечные электростанции различной мощности. Есть гигантские, с генерируемой мощностью в сотни мегаватт, а есть индивидуальные энергетические установки с выходной мощностью в несколько десятков ватт. И если крупные электростанции обеспечивают энергоснабжение целых городов, крупных промышленных предприятий, то индивидуальные установки снабжают автономным электричеством небольшие дома, дачи, подсобные хозяйства.

Промышленные фотоэлектрические установки

Сооружение таких промышленных установок, которые преобразуют в электричество солнечную энергию, экономически оправдано в местностях, где солнце светит практически круглогодично. Одним из таких мест является Африка. В 2009 году был основан консорциум по реализации амбициозного проекта – Desertec Industrial Initiative. По этому проекту на территории Туниса в пустыне Сахара должна быть сооружена сеть солнечных электростанций суммарной мощностью 100 гигаватт. Энергия, вырабатываемая с помощью солнечных батарей должна передаваться в Европу через Средиземное море по кабелям сверхвысокого напряжения и обеспечить 15% потребностей Европы в электричестве.

Строительство в рамках проекта Desertec Industrial Initiative

В конце ноября 2014 года в Калифорнии была запущена на полную мощность крупнейшая в мире электростанция Topaz на фотоэлементах. В ее составе 9 миллионов солнечных батарей, которые расположены на площади почти 10 квадратных километров.

Мощность этой электростанции составила 550 мегаватт, что достаточно для обеспечения электричеством более 150 тысяч жилых домов. Но первенство свое эта электростанция удерживала недолго. В 2015 году на максимальную проектную мощность 580 мегаватт вышла электростанция Solar Star. В этом же году заработала на полную мощность – 550 мегаватт – еще одна электростанция Desert Sunlight. Все эти электростанции находятся в Калифорнии.

Topaz

Европейские масштабы поскромнее калифорнийских. Да и дней солнечных здесь поменьше. Тем не менее, энергетики стараются использовать любую возможность, чтобы поставить на службу даровую энергию солнца. В Швейцарии между кантонами Санкт-Галлен и Гларус расположено изумительное по красоте озеро Валензее. Некоторые склоны гор представляли собой голые скалы.

И вот один из таких склонов решили использовать под строительство гелиевой электростанции. Был даже проведен конкурс на лучший дизайн склона, который должен быть украшен узором из солнечных батарей. И вот горный склон берега Валензее украсился солнечными панелями. Конечно, мощность этой электростанции не велика, но, тем не менее, городок Везен, расположенный на берегу этого озера, стал потреблять значительно меньше электричества из общей сети.

Солнечная электростанция на озере Валензее (Швейцария)

В России в декабре 2014 года на Алтае, в селе Кош-Агач, запустили солнечную электростанцию мощностью в 5 мегаватт. Учитывая специфику этого региона, а так же то, что Алтайский край всегда был энергодефицитным, это событие стало знаковым. Тем более, что это была первая и достаточно мощная для Алтайского края установка. Проблемы электроснабжения для отдаленных районов Сибири и Дальнего Востока всегда были достаточно острыми.

Солнечная электростанция в Алтайском крае

И вот строительство таких, пусть не очень мощных, по мировым меркам, гелиевых установок в какой-то степени эти проблемы помогает решить. Так, в июне 2015 года в поселке Батагай, что в Якутии, запустили солнечную электростанцию. Суммарная мощность ее солнечных батарей составляет 1 мегаватт. Этого достаточно, чтобы обеспечивать поселок электричеством. В дальнейшем планируется увеличить ее мощность в 4 раза. И тогда энергию можно будет накапливать, что позволит круглогодично обеспечивать поселок электричеством.

Солнечная электростанция Батагай в Якутии

Индивидуальные фотоэлектрические установки

Для обеспечения дома, дачи, небольшого подсобного хозяйства большие мощности не требуются. Здесь вполне можно обойтись мощностью в несколько киловатт.

Стандартный набор такой установки – солнечная батарея, аккумулятор, инвертор, контроллер заряда. Фирма Bosch выпустила сейчас гибридное устройство ВРТ-S 5, которое объединяет в себе инвертор, контроллер заряда, вмещает в себя комплект из шести литий-ионных аккумуляторов общей емкостью 13.2 кВт/ч.

Кроме того, устройство управления регулирует потоки электроэнергии в зависимости от времени суток и нагрузок в сети. Такая установка обеспечивает электроснабжение коттеджа общей площадью до 200 квадратных метров, со всеми бытовыми электроприборами.

По мере накопления электроэнергии излишки ее могут отдаваться в общую электрическую сеть. В случае же недостатка собственных запасов недостающая энергия может браться из общей сети.

Утро. Получаемая энергия распределяется по дому и заряжает аккумуляторы

День. Аккумуляторы полностью заряжены. Избыток отдается в сеть

Вечер. Накопленная за день энергия расходуется для домашних нужд

Ночь. При нехватке накопленной энергии подключается общая сеть

В качестве солнечных батарей могут быть использованы как обычные кремниевые монокристаллические панели, так и панели, выполненные по технологии «Глаз мотылька», что значительно повышает их мощность.

Солнечная энергетика все больше входит в нашу жизнь. Включая свет, телевизор, утюг, мало кто задумывается над тем, откуда пришло в дом электричество. Но стоит иногда подумать о том, что огромные мощности сейчас вырабатываются экологически чистым способом от энергии солнца, позволяя уменьшить тот вред, который наносит человек природе.

Солнце - это неиссякаемый источник энергии, которую человечество всё более активно пытается использовать в качестве альтернативы электричеству, вырабатываемому традиционным способом. Солнечные панели. Насколько эффективно их использование для энергообеспечения загородного дома?

Солнечная батарея - это устройство для прямого преобразования энергии Солнца в электроэнергию при помощи полупроводниковых фотоэлементов. Она состоит из нескольких фотоэлектрических солнечных элементов, соединённых друг с другом с помощью проводников и имеющих выходные клеммы для подключения внешнего потребителя.

Основным материалом, который используется для изготовления фотоэлектрических элементов, является кремний. Солнечные панели могут генерировать электричество в течение 20 и более лет. Правильно смонтированная солнечная батарея будет тихим, надёжным и экологически чистым источником энергии в течение многих лет.

Солнечные панели могут быть как основным источником энергии, так и резервным в случае, когда централизованная электросеть работает с перебоями или выдаёт нестабильное напряжение. Если использовать небольшие солнечные модули, то это обеспечит питание наиболее важной нагрузки (холодильник, телевизор, компьютер... - по выбору).

Как устанавливать?

Количество вырабатываемой солнечными модулями энергии зависит от ряда факторов, в числе которых угол их наклона и ориентация по сторонам света.

Возможные варианты монтажа:

Наклонный (на кровлю с любым углом наклона);

Горизонтальный (на плоскую кровлю);

Свободностоящий (находятся на независимой опорной конструкции);

Интегрированный (панели, соединённые с сетью системы, могут стать элементами конструкции здания).

Максимальное количество энергии воспринимается солнечным модулем при расположении его плоскости под прямым углом к направлению инсоляции (облучению поверхности солнечными лучами). Поскольку угол инсоляции напрямую зависит от времени суток и времени года, то в связи с тем, в какой сезон или в какое время суток необходимо получить максимум энергии, и проводят ориентацию плоскости батареи. Чаще всего для нашей широты используется угол наклона от 35 до 45 градусов. А отклонение плоскости солнечной батареи от направления на юг приемлемо в пределах 45 градусов на юго-восток или юго-запад. Естественно следует исключить затенение панелей соседними зданиями или деревьями.

Итак, можно ли небольшой стандартный дом в два этажа (примерно 100 кв. м), расположенный в Ленинградской области, обеспечить энергией только за счёт солнечных батарей, при условии постоянного проживания? Такой вопрос мы задали ведущему инженеру компании «Альянс-Нева» Кириллу Пруненко. Специалист считает, что полностью в течение года солнечные панели не смогут обеспечить потребности в энергии. В ноябре, декабре и январе понадобится дополнительный источник - резервный генератор.

Если хозяева проживают круглогодично, а не сезонно, то для обеспечения дома электричеством необходимо будет установить на южный склон кровли примерно 40–50 кв. м солнечных панелей (получается, что половина крыши должна быть ими покрыта), что не так уж и мало и потребует солидных финансовых вложений.

Батареи, аккумулятор, контроллер, инвертор

Электрическая сеть, источником энергии в которой являются солнечные батареи, состоит из: самих солнечных панелей, аккумулятора, контроллера заряда и инвертора.

Но поскольку электричество, вырабатываемое солнечными батареями, расходуется не постоянно в течение дня (мы спим, ходим на работу) или какие-то приборы не включаем, к автономным солнечным системам обязательно нужно подключать аккумуляторы. Они бывают разной ёмкости и разных типов. Как правило, используют кислотные аккумуляторы. Для средних размеров дома с постоянно проживающими жильцами достаточно аккумулятора на 4000 ампер/часов.

Все кислотные аккумуляторы обладают таким свойством, как саморазряд. Даже если аккумулятор стоит неподключённый, он саморазряжается. Хороший, правильно подключённый аккумулятор разряжаться будет порядка 3–4 месяцев. Но на срок службы, его способность разрядки и зарядки влияет ещё и температурный режим, в котором он эксплуатируется.

Солнечная батарея вырабатывает постоянный ток и может напрямую отправлять его потребителям, но без автоматики всё равно не обойтись - она будет распределять потоки. Обязательно нужно установить контроллер заряда аккумуляторных батарей - он защитит их от глубокого разряда (если они полностью разрядятся, то выйдут из строя). Есть батареи глубокого разряда, которые можно разряжать на 80% от их ёмкости, а обычный аккумулятор - всего на 50%.

Контроллер заряда несёт в себе функцию защиты аккумуляторных батарей. Кроме того, он может напрямую передавать энергию, если в данный момент происходит достаточная её выработка и есть потребитель постоянного тока, и параллельно заряжать аккумулятор. Если нет потребителя, то электроэнергия идёт непосредственно на зарядку аккумулятора.

При условии появления излишков энергии её можно направить на подогрев воды, если установить накопитель с тэнами, тогда электроэнергия будет преобразовываться в тепловую.

В доме, как правило, всё же больше потребителей переменного тока, ведь приборов, работающих на постоянном токе, не так много, и в России этот рынок ещё недостаточно развит, поэтому необходимо установить инвертор, способный преобразовывать постоянный ток в переменный. В принципе, современные инверторы могут сочетать в себе и все функции контроллера заряда батарей и ещё управлять автоматикой резервного генератора - при необходимости запускать его. Дорогие хорошие инверторы могут отключать определённых потребителей. Например, хозяин определит приоритетные розетки, к которым постоянно должен поступать ток, а все остальные потребители, при дефиците энергии, будут отключаться.

Цены

Солнечные батареи очень удобная система, использующая возобновляемый источник энергии, но пока это удовольствие достаточно дорогое, даже в сравнении с тем, что подключение к центральным электросетям нового потребителя в Ленинградской области стоит немалых денег.

Пиковый киловатт установленной мощности такого комплекса (когда активное и максимально эффективное солнце, и солнечные лучи падают на поверхность перпендикулярно - летом) обойдётся примерно в 4,5-7 тыс. евро. Соответственно, в остальное время года, в пасмурную погоду, утром или вечером, когда солнце находится под другим углом, эта мощность меньше. А для выработки киловатта пиковой мощности необходимо около 9 кв. метров солнечных панелей.

Специалисты считают, что использовать солнечные установки для частичного получения электроэнергии экономически невыгодно. Потому что срок их службы в пределах 20–25, и окупаемость в этом случае будет тоже лет 20.

Но учёные постоянно совершенствуют технологии выработки энергии из солнечного света. Так, в Массачусетском технологическом институте был найден способ повысить производительность недорогих солнечных батарей практически на треть. При их массовом производстве киловатт будет стоить чуть больше тысячи евро, впоследствии, после проведения ряда усовершенствований, можно ещё понизить цену.

В числе наиболее известных мировых производителей солнечных батарей: Sharp, Kyocera Siemens, Solarex, BP Solar, Shell... В России солнечные панели производят в Москве, Рязани и Краснодаре (известные как «Солнечный ветер»).

По прогнозам учёных, уже через десять лет мощности, сопоставимые с суммарной мощностью энергии, вырабатываемой сегодня всеми российскими электростанциями, будут производиться солнечными батареями.

А у наших соседей

Во многих странах мира правительства поддерживают развитие альтернативной энергетики.

- В Испании, например, государство приняло программу развития альтернативной энергетики и поощряет граждан, которые готовы устанавливать в своих жилищах солнечные панели и ветрогенераторы,- говорит Николай Плеханов, генеральный директор компании «Инверта».- Поощрение носит вполне меркантильный характер. Дело в том, что инверторы типа Xantrex XWимеют особенную функцию, при которой они могут отдавать энергию обратно в сеть. Таким образом, если за день собрали больше энергии, чем могли истратить, система будет возвращать ток в общую сеть, и счётчик в щитке домовладельца будет вращаться вспять. В конце каждого месяца хозяин ещё получит деньги за излишки электроэнергии, переданные другим потребителям. Поэтому в той же Испании системы альтернативной энергии на солнечных батареях стоимостью 20-30 тыс. евро окупаются за 5–7 лет и начинают приносить их владельцам чистую прибыль!

Конечно, в нашей стране нам ещё далеко до этого, да и климат не тот, однако есть энтузиасты, которые устанавливают солнечные панели на крышах своих дач и коттеджей. Окупает ли это затраты? На сегодняшний день - скорее нет. Имеет ли это смысл? Реальный опыт говорит, что - да, так как дополнительное автономное электричество можно получать в любом случае.

Текст: Марина Иванова

Консультанты: «Альянс-Нева», «Инверта»

«Загородное строительство» № 11–12 (51-52), ноябрь-декабрь 2009 г.