Домашняя солнечная электростанция – это серьезный вклад в будущее. Это не та покупка, которая окупится через пару месяцев или даже пару лет. Вместе с тем устройство без сомнения сложное, о солнечных станциях есть много материалов – не знаешь, с чего начать. Начните с этой статьи. Мы собрали все базовые знания об устройстве солнечных панелях в одну большую статью. После прочтения вы будете ясно представлять себе, как все это работает и зачем нужен тот или иной прибор. 

Как работает солнечная электростанция 

Принцип работы солнечной электростанции, в целом, достаточно прост. Солнечная энергия, пройдя несколько этапов преобразования, превращается в привычную нам электрическую. 

Немного более подробная схема выглядит так. Солнечный свет попадает на солнечную панель. Кремниевые фотоэлектрические элементы преобразуют солнечную энергию в электрический ток. Ток по кабелю перемещается до инвертора, который преобразует его в переменный. Этим током питаются все наши домашние электроприборы.  

Помимо солнечных панелей и инвертора солнечная электростанция может включать в себя следующие компоненты:

• аккумуляторы

• контроллер заряда

• предохранители

• выключатели

• солнечный кабель

• электрический щит

• опорные элементы

Почему может? Потому что существует три типа солнечных электростанций. В зависимости от типа набор комплектующих может отличаться. 

Типы солнечной электростанции 

Возможно, вы никогда не задавались этим вопросом, но на самом деле есть три основных типа СЭС. Тип зависит от задачи, которую она будет выполнять. 

1. Автономная солнечная электростанция 

Это значит, что дом не подключен к основной сети. Да, такое все еще встречается. Впрочем, это может быть сознательное решение владельца, например, по постройке экологически чистого дома.

СЭС выполняет функцию генератора, но является более экологичным вариантом. Во-первых, станция не использует дизельное топливо. Следовательно, она не производит выхлопов, шума и вибрации. Во-вторых, ей не нужен постоянный уход и замена комплектующих. 

✅Примечание: не стоит, однако, полностью отказываться от топливного генератора. Он должен быть на случай повышенных нагрузок на сеть или пасмурных дней.

Автономная станция достаточно быстро окупается, поскольку владелец не платит за электричество из общей сети. 

2. Сетевая солнечная электростанция

Такая станция подключена к основной сети, аккумуляторы не предусмотрены. При недостатке энергии дом питается из основной сети. При избытке – неиспользуемая энергия отдается в есть. Впоследствии такое же количество энергии можно забрать из сети обратно, но уже бесплатно. Главный недостаток сетевой станции – зависимость от сети. Если она пропадет, то и станция работать не будет. 

3. Гибридная солнечная электростанция 

Этот тип подразумевает использование аккумуляторов. С ними спектр возможностей расширяется. Энергия может накапливаться в аккумуляторах и использоваться в ночное время или при отключениях электричества. Получается аналог ИБП, только с солнечными панелями. Если выработка энергии падает (например, зимой или в пасмурные дни), то есть два режима: подпитка от аккумуляторов или от основной сети. 

В плане комплектующих здесь тоже можно пойти двумя путями: либо установить больше акб для хранения энергии, либо установить больше панелей, чтобы увеличить выработку. 

✅Примечание: все типы солнечных электростанций можно модернизировать. Для начала можно установить модули для решения небольших задач, а затем докупить аккумуляторы и превратить сетевую СЭС в гибридную, например. Однако с модернизацией лучше не временить, потому что оборудование обновляется каждые 3-5 лет. И дорожает. 

Солнечные панели: мощность, типы, угол наклона 

Сегодня номинальная мощность солнечных панелей варьируется от 15 Вт до 670 Вт. Самые популярные номиналы: 50, 100, 200, 300 и 500 Вт. Нужно учитывать, что заявленные мощности – это максимальная мощность панели в идеальных условиях. 

Теперь перейдем к типам панелей и их особенностям. Мы обсудим два вида: монокристаллические и поликристаллические солнечные панели, так как они наиболее широко представлены на рынке и доступны для широкого потребителя.  

Монокристаллические кремниевые панели обладают высоким КПД 17-25%. Согласно документации некоторые модели могут прослужить до 30 лет. В среднем, дороже, чем поликристаллические, так как их эффективность выше.

Так выглядит монокристаллическая солнечная панель. Больше моделей можете посмотреть в нашем каталоге.

Поликристаллические кремниевые модули обладают более скромным показателем КПД – 12-18%, зато за счет своей технологии не нуждаются в строгой ориентации на солнце. Стоят дешевле, чем монокристаллические и подойдут для генерации небольших объемов энергии. 

А вот так выглядит обычная поликристаллическая солнечная панель. Больше моделей в нашем каталоге.

Угол наклона солнечных панелей рассчитывается, исходя из задач и климатических условий. Допустим, вы бы хотели сфокусироваться на зимнем периоде. Тогда панели можно установить даже под углом 90 градусов (на фасад или стену), чтобы использовать энергию солнца в зимнее время по максимуму. 

Дополнительно можно установить солнечный трекер, специальное устройство, которое отслеживает положение солнца и автоматически регулирует угол наклона и направление солнечных модулей. В этом случае эффективность СЭС значительно возрастет. Однако потребуется специальная движущаяся конструкция, а ее можно установить не везде.

Аккумуляторы для солнечных панелей: типы, выгода, срок службы

Когда речь заходит об аккумуляторах для солнечных батарей, многие представляют себе обычный литиевый автомобильный аккумулятор. Однако такой акб не подойдет для солнечной станции. Он нужен прежде всего, чтобы давать мощный стартовый заряд для запуска двигателя. К тому же, автомобильные аккумуляторы плохо переносят разряд ниже 45-50%. В общем, это не по нашей теме. 

Для домашней СЭС подойдут две технологии аккумуляторов: AGM и GEL. Давайте посмотрим на особенности и сферы применения каждой технологии. 

AGM-аккумулятор предназначен для работы в буферном режиме. Помогут сохранить питание в доме, когда случаются перебои со светом.

GEL-аккумулятор предназначен для цикличного режима работы, т.е. ему необходима регулярная разрядка и зарядка. Как правило, днем гелевый аккумулятор запасается энергией, а ночью отдает эту энергию на электроприборы.  

Если использовать гелевые аккумуляторы для работы в  буферном режиме, они не смогут раскрыть свой потенциал. Гелевое вещество внутри аккумулятора подсыхает, что приводит к уменьшению срока службы. 

✅Примечание: GEL АКБ обычно стоят на 15-20% дороже, чем AGM аккумуляторы. Поэтому планируйте покупку, исходя из задачи, чтобы не переплачивать.

Помимо технологий GEL и AGM сравнительно недавно на рынке появилась новая технология: Carbon.

Карбоновый аккумулятор – это батарея с углеродными трубками. Углеродные трубки увеличивают общее количество зарядов и разрядов, срок службы, а также уменьшают время зарядки аккумулятора. Карбоновые аккумуляторы герметичны и не нуждаются в регулярном техобслуживании. Могут заряжаться при высоком токе без вреда для конструкции. Менее чувствительны к температурам по сравнению с моделями без карбона, из-за этого легче соблюдать условия эксплуатации.  

Существует две технологии карбоновых аккумуляторов: GEL Carbon и AGM Carbon. Немного о характеристиках.

AGM Carbon используется в системах ИБП. Рассчитан на 1800 циклов при глубине разряда на 70%. То есть, аккумулятор можно разрядить до 30% и опять зарядить до 100% –1800 раз. Срок службы – 15 лет.  

GEL Carbon предназначен для цикличной работы. Он подойдет там, где требуется постоянная разрядка и зарядка аккумулятора. Такая технология подойдет для солнечной электростанции, электрокаров, электрических погрузчиков. Одним словом, везде, где требуется регулярная зарядка. GEL Carbon рассчитан на 3760 циклов при глубине на 70%. Срок службы – 15 лет. 

✅Примечание: для увеличения срока службы акб лучше не допускать глубокого разряда аккумулятора. Старайтесь разряжать аккумулятор до 30%. 

В чем же преимущество карбоновых аккумуляторов перед обычными AGM и GEL? Все упирается в простые расчеты.  

Розничная стоимость аккумулятора GEL составляет 18446 р. GEL Carbon обойдется в 24686 р. Разница – 30%. При этом GEL Carbon обладает в 5-6 раз большим количеством циклов. То есть, срок эксплуатации увеличивается в 5 раз. 

Розничная стоимость аккумулятор AGM составляет 17300, AGM Carbon – 19121. Разница – 10%, но карбоновые аккумуляторы способны пережить в 2-3 раза большее количество циклов. Опять-таки, срок службы увеличивается в несколько раз. 

Солнечный инвертор: типы, модели, рекомендации 

Теперь перейдем к менее очевидным, но от того не менее важным компонентам солнечной электростанции. Поговорим об инверторе: зачем он нужен и какие инверторы существуют.

Инвертор нужен для того, чтобы преобразовывать постоянный ток в переменный. Солнечные панели преобразуют солнечные лучи в постоянный ток, а для работы домашних электроприборов нужен переменный ток с напряжением 220В. В аккумуляторных батареях тоже содержится постоянный ток, поэтому когда питание идет от акб, инвертор тоже работает.

Итак, типы инверторов, которые используются в солнечной энергетике.

Автономные инверторы подключаются к аккумулятору. Они преобразуют постоянное напряжение из АКБ в 220В, а также могут заряжать аккумулятор от основной сети. Автономные инверторы имеют мощность от 150 до 6000 Вт. Работают в паре с контроллером заряда. 

✅Примечание: контроллер заряда нужен, чтобы защитить аккумулятор от перепадов напряжения, глубокой разрядки (ниже 30%) и избыточного заряда. Подробнее о контроллерах в соответствующем разделе.

Гибридные инверторы сочетают в себе 3 устройства: инвертор, контроллер заряда и зарядное устройство для аккумуляторов. При этом заряжать аккумуляторы можно как от солнечных панелей, так и от сети. Гибридный инвертор можно настроить в зависимости от приоритета. Всего их три: 

• приоритет “солнце” – аккумуляторы заряжаются только от солнца;

• приоритет “сеть” – аккумуляторы заряжаются от сети или топливного генератора и от солнца, а переход на резервное питание от акб произойдет только после отключения основной сети (классический ИБП);

✅Примечание: подробнее об ибп можно почитать здесь.

• приоритет “солнце потом сеть” – сначала используется энергия солнца и аккумуляторов; если доступа к солнцу не будет, а аккумуляторы разрядятся, тогда питание пойдет из общей сети.

Гибридные инверторы имеют мощность от 1 до 30 кВт. 

Сетевые инверторы работают без аккумуляторов. Вся энергия, которую вырабатывают солнечные панели, преобразуется в 220 В и подается на электроприборы. Вырабатываемые излишки подаются обратно в сеть. 

Однако для того, чтобы правильно подобрать инвертор недостаточно знать только о его основных функциях и задач. Нужно учесть главное – нагрузку приборов.  

Мощность инвертора должна быть равной или больше, чем мощность всех приборов, подключенных одновременно.

Представим, что вы хотите подключить компьютер (150Вт), роутер (10Вт) и настольную лампу (10Вт) к инвертору. Складываем: 150+10+10=170 Вт – общая мощность приборов. При таких данных инвертор лучше выбрать с запасом. Хотя бы от 200 Вт. Возможно, в будущем вы захотите подключить дополнительные электроприборы. 

✅Примечание: бытовая техника (холодильник, стиральная машина, пылесос, фен и т.д.) обычно имеют начальную потребляемую мощность в несколько раз больше, чем их рабочая мощность. Это связано с наличием электрических двигателей или конденсаторов. Не забудьте принять это во внимание и до покупки загляните в документацию. 

Контроллер заряда: типы, модели 

Как уже было сказано выше, контроллер заряда – это устройство, которое регулирует напряжение и ток, приходящих от солнечных панелей, и тем самым поддерживает качество зарядки аккумулятора. Без него аккумулятор будет бесконтрольно получать напряжение и совсем скоро просто-напросто вскипит. Это полный капут.

Обычно в солнечных электростанциях используются аккумуляторы на 12В. В то же время солнечные панели могут вырабатывать гораздо большее напряжение, чем необходимое для зарядки аккумулятора. В этом случае контроллер заряда отключает подачу лишнего напряжения. Если же аккумулятор разряжен, тогда контроллер автоматически ограничивает его использование в системе. 

Контроллеры заряда бывают трех основных видов. Разбираемся.

1. Контроллер “On-Off” – самые простые и бюджетные приборы. Прекращают подачу тока и защищают аккумуляторы от перегрева при полной зарядке.

2. Контроллеры PWM (pulse-width modulation) – это уже более совершенные модели по сравнению с “On-Off”. Благодаря ШИМ-функции при достижении максимального показателя напряжения устройство может не просто отключить подачу тока, а снизить его силу. Это позволяет зарядить акб до 100%. 

3. МРРТ-контроллер – это наиболее продвинутый тип. Он определяет точное значение максимального напряжения для конкретной модели аккумулятора. Кроме того, он непрерывно контролирует ток и напряжение в системе. В среднем, такие контроллеры на 20-30% более эффективные, чем другие модели. 

Таким образом, если вы хотите продлить срок службы ваших аккумуляторов, контроллер заряда – незаменимая вещь в солнечной электростанции.

Дополнительное оборудование для солнечной электростанции

В этом разделе мы поговорим о дополнительных компонентах, которые нужно принимать во внимание еще на этапе планирования. Без этих компонентов никак не обойтись, и соответственно они добавятся к общей стоимости вашей СЭС. 

Предохранители и выключатели

Обычно инвертор и контроллер заряда уже оснащены предохранителями, но для дополнительной защиты можно установить выключатели и предохранители в следующих местах:

• в разрыве между солнечной панелью и контроллером заряда;

• в разрыве между контроллером заряда и аккумуляторами;

• в разрыве между аккумуляторами и инвертором.

Не пренебрегайте дополнительной защитой. Лучше потратить немного больше, но обеспечить бесперебойную работу домашней солнечной электростанции на десятки лет вперед.

Солнечный кабель

Солнечный кабель – это специальный кабель для наружной прокладки. Изнутри он сделан из медных жил, а изоляция надежно защищает начинку от дождя, снега, ультрафиолетового излучения, перепадов температуры и т.д. 

Электрический щит

Электрический щит принимает поступающий от сетевой СЭС или из внешней сети электроэнергию и распределяет её между электроприборами. Щиты укомплектованы предохранителями и автоматическими выключателями. На них также устанавливают все необходимые индикаторы, панели управления и другие компоненты, необходимые для эффективного использования электроэнергии.

Опорные элементы

Как правило, солнечные панели устанавливаются на специальные конструкции. Каждая конструкция уникальна и сооружается, исходя из места установки (на крыше, на земле, на фасаде и т.д.), количеству панелей, углу наклона, типу кровли и многого другого. 

Общие советы

Несколько слов о выборе качественных солнечных панелей и параметрах установки домашней солнечной электростанции. 

Проверка качества солнечных панелей

По уровню качества солнечные батареи делятся на 4 категории: A B C D, где А – самый лучший, D – наихудший. Проблема в том, что без физического осмотра панели определить ее качество не получится. Поэтому прежде чем приобрести панели, лучше всегда потратить немного времени и внимательно осмотреть их. 

Обращайте внимание на следующие признаки: 

1. однородность кремния – квадраты, на которые поделена панель одного цвета;

2. токопроводящие шины присутствуют в количестве от 5 штук; 

3. все контакты качественно пропаяны; 

4. ламинированная поверхность нигде не отходит;

5. рама панели прочно соединена с кремниевой поверхностью, ничего не шатается и не отстает;

6. шов, где рама прикреплена к панели загерметизирован;

7. стекло без царапин и помутнений нет;

8. под стеклом нет мусора; 

9. каждая панель в индивидуальной картонной упаковке.

Если панель имеет хотя бы один из вышеперечисленных недостатков, скорее всего, вам пытаются продать б\у панель, либо панель более низкого класса, чем указанный на упаковке.

Монтаж солнечных панелей

При установке домашней солнечной электростанции необходимо учитывать ряд параметров. Эту информацию вам необходимо предоставить подрядчику. На ее основе создается проект и рассчитывается стоимость, поэтому будет не лишним знать это заранее. 

Параметры установки: 

• потребление; 

• расположение объекта относительно солнца; 

• угол – значение широты в градусах; 

• устройства защиты (автоматы, предохранители и т.п.);

• месторасположение панелей: на земле, на крыше, на стене;

• сезон эксплуатации: в какие месяцы будет использоваться станция; 

• график потребления энергии: пики и спады потребления энергии;

• наличие сетевого подключения и возможности забирать/возвращать электроэнергию;

Надеемся, что теперь у вас сложилось хорошее представление о домашних солнечных электростанциях. Но прочитать – это одно, увидеть своими глазами и потрогать – совсем другое. Приезжайте к нам на базу, мы проведем экскурсию, покажем и расскажем все о солнечных панелях.