Электростанция на солнечных батареях своими руками

Предмет нашего сегодняшнего разговора — электростанция на солнечных батареях своими руками. Разберем, какое оборудование и в каком количестве понадобится, как собрать комплект самостоятельно.

Преимущества солнечных электростанций

Электростанции, работающие на солнечной энергии по сравнению с традиционными источниками обладают рядом плюсов:

• Современные установки усиливают свет при наличии большой концентрации туч, задействуют лучи, которые находятся в невидимом спектре частот, что обеспечивает им беспрерывную работу.
• Позволяют комбинировать виды энергии, получаемые из разных источников: в основном используются ветросолнечные батареи.
• Компактность. Переносные электростанции мобильного типа изготавливают небольшого размера, что помогает использовать их в качестве домашнего источника электроэнергии.
• Большой срок службы, в среднем составляющий от 30 до 50 лет. Подключая накопительные аккумуляторы, можно запасать энергию и использовать ее ночью.
• Экономия на оплате счетов, поскольку энергия солнца бесплатна.
• Дешевизна, долговечность и простота обслуживания.

Важно! Домашняя СЭС позволяет вести автономное существование, не зависимое от состояния электросетей, изменения тарифов и прочих решений владельцев ресурсных компаний.

Какие бывают электростанции

Существуют разные типы СЭС, их классифицируют по конструкции и принципу действия. Виды электростанций:

1. Солнечные электростанции башенного типа представляют собой высокую конструкцию, на вершине которой расположен резервуар. Эта емкость покрашена в черный цвет, чтобы поглощение солнечной энергии было максимальным, и наполнено водой. По мере воздействия солнечного света, вода испаряется и появляется конденсат. Он поставляется в паровой генератор. КПД этой СЭС – 20 %, это большой показатель для альтернативной добычи ресурсов, поэтому её часто используют промышленные объекты;
2. Тарельчатого или модульного типа. У неё практически такой же принцип работы, как и у башенной, но она состоит не из сплошного материала, а складывается из нескольких модулей. Монтаж осуществляется на возвышенностях, устанавливается приемник и отражатель. Приемник принимает солнечные лучи и передает их на отражатель, а отражатель преобразует концентрированные лучи в энергию. Этим достижением часто пользуется тепловая энергетика Нидерландов и США (Калифорния);
   

   

   Конструкция модульной СЭС

3. Солнечную электростанцию с фотобатареями можно легко сделать своими руками. Она состоит из целого ряда фотоэлементов с разными мощностями, размерами и другими показателями. Такие бытовые станции используют в загородных домах, на небольших промышленных объектах, для питания отдельных машин или механизмов. Можно подобрать нужные характеристики и собрать переносные или мобильные СЭС. При этом походная электростанция может представлять собой всего один модуль с подключенными аккумулятором;
   

   

   Панели бытовой солнечной электростанции

4. СЭС с концентраторами. Это электростанции, включающие в себя также инверторы. Такое оборудование используется там, где недостаточно солнечной энергии и требуется повышение КПД, чтобы достичь преобразования энергии в нужное количество электричества. Они представляют собой сетевые машины, которые подключены к турбогенератору, и при недостаточном КПД увеличивают концентрацию солнечного света за счет изменения угла приемника;
   

   

   Солнечная электростанция с концентраторами

5. Солнечные аэростатные или космические электростанции – это последнее слово науки. Это комплекты специальных модулей (приемников и отражателей), которые располагаются за земной орбитой, что позволяет принимать им большее количество солнечного света, чем наземным СЭС. Система очень эффективная, но дорогая;
6. Комбинированные электростанции. Это ветровые или водяные источники альтернативной энергии, работающие в тандеме с солнечными. Такие устройства легко можно сделать самому, при этом нужно только разработать проект, который будет сочетать в себе принципы всех применяемых систем. Домашняя альтернативная энергетика часто сочетает в себе возможности нескольких видов добычи электроэнергии. Это позволяет экономить время и деньги.
   

   

   Комбинированная электростанция

Плюсы и минусы

Портативная или стационарная солнечная электростанция – это устройство, которое преобразует энергию Солнца, при помощи фотовольтатики, в электрический ток. Иногда применяется технология косвенного применения солнечной энергии концентрированного типа в разных механизмах. Чаще всего, солнечные электростанции для дома – это косвенные приборы, зеркала или отражатели лучей. Их принцип работы основан на том, чтобы большую площадь света сконцентрировать в направленный луч, энергия с которого поступит в хранилище аккумуляторного типа.

Башенная солнечная электростанция

Современные готовые решения солнечных электростанций помогают преобразовать энергию Солнца в ток при помощи специальных фотоэлементов и фотоэлектрических процессов. Батареи работают при использовании систем слежения, которые как бы «улавливают» свет и направляют его в нужную точку.

Преимущества применения солнечных электростанций:

• Фотоэлектрические процессы происходят даже тогда, когда на небе тучи. Человеческий глаз не всегда улавливает лучи, пробивающиеся сквозь облака, в отличие от следящих приборов. Это обеспечивает практически беспрерывную работу;
• Возможность комбинации нескольких альтернативных источников энергии. Сейчас все чаще используются ветро-солнечные батареи, которые сочетают в себе возможности ветровых и солнечных электростанций. Такой тандем работает в любых условиях, независимо от внешних факторов;
• Даже небольшого устройства хватит для питания квартиры или даже загородного коттеджа;
• Автономная электростанция на солнечных батареях является бесконечно возобновляемым источником энергии, средний расчет продолжительности работы – 50 лет (модульная схема). Накопительные аккумуляторы могут хранить в себе энергию до тех пор, пока она не понадобится системе, в то время как Солнце каждый день излучает свет – это очень большая экономия ресурсов;
• Небольшие СЭС можно строить на частных участках, что является невозможным для ветряков;
• Если купить готовые солнечные электростанции для дачи, квартиры, дома, то можно не беспокоиться про их обслуживание – ремонт им не понадобится. Среди всех вариантов альтернативной энергетики, СЭС являются самыми надежными и долговечными.

Помимо этого, Вы сможете использовать в своем жилье столько электрической энергии, сколько Вам необходимо, не беспокоясь о налогах за превышение нормы.

Но, помимо преимуществ, у солнечных электростанций есть и недостатки:

• Геотермальные (тепловые) станции довольно дорогие, их сложно купить в отечественных магазинах, в большинстве случаев придется заказывать из-за границы;
• Нет возможности использования СЭС ночью. Поэтому нужно иметь большие батареи для хранения энергии;
• Главным недостатком систем является то, что даже СЭС с высокой мощностью могут преобразовать только 20 % всей солнечной энергии. Это означает, что Вы теряете до 80 % потенциального электричества. Обратите внимание, что приливные используют до 70 %, а ветряные – до 40.

Чтобы максимально использовать достоинства системы, но при этом обойти недостатки, многие производители предлагают своим клиентам стационарные гибридные системы.

Как сделать дома солнечную электростанцию

Для самостоятельного создания СЭС понадобится выполнить следующие действия:

• произвести тщательный подсчет необходимого суточного количества электроэнергии. Для этого надо сосчитать количество энергии, которое потребляет каждый прибор в доме и суммировать эти величины
• в соответствии с полученными значениями приобретается набор оборудования. Понадобится весь комплект, начиная с панелей и заканчивая инвертором и коммутацией. Аппаратура должна соответствовать по своим характеристикам потребностям дома, кроме того, все устройства должны быть согласованы между собой
• оборудование доставляется на участок и устанавливается должным образом. Все элементы системы присоединяются друг к другу
• все действия требуют точного понимания смысла производимых работ. Если знаний не хватает, лучше обратиться за помощью к специалистам, которые смогут исключить ошибок и потери дорогостоящего оборудования.

Сколько мощности требуется для семьи

В среднем одна семья из трех человек, с учетом полного набора техники и электрической плиты (а именно такие чаще всего стоят в домах, ведь проводить газ еще сложнее, чем тянуть линии электропередачи) потребляет 6-7 кВт в сутки. И это в квартире. В доме потребление будет еще выше, ведь нужно дополнительно греть воду, обеспечивать работу канализации и многое другое. Таким образом, можно сделать вывод, что солнечная электростанция для дома в 5 кВт все равно не сможет обеспечить работу всего необходимого. Но если урезать аппетит и активировать только то, что нужно на данный момент, можно и обойтись таким количеством. В конечном счете это все равно значительно лучше, чем полное отсутствие электроснабжения. Тот же холодильник сможет работать круглосуточно, как и остальные базовые устройства. Но вот телевизор, компьютер и другие подобные приборы придется включать лишь изредка, что в принципе не столь критично, как может показаться.

Реальная выработка солнечной электростанции для дома

Выработка зависит от мощности и угла наклона панелей, интенсивности солнца и продолжительности светового дня.

Между собой батареи отличаются площадью, что отражается на их мощности. Это может быть 10Вт, 100Вт, 150Вт, 260Вт и так далее. Однако реальная выработка панели обычно выше её номинальной мощности, так как необходимо учитывать коэффициент интенсивности солнца. В южных регионах солнце светит сильнее и дольше, а в северных слабее и меньше, поэтому одна и та же панель вырабатывает разное количество электроэнергии.

Пример из практики

Это график выработки электроэнергии одной панелью мощностью 260Вт за июнь 2018 года. Суммарная выработка станции за месяц — 34,89 кВт. Из расчета, что номинальная месячная мощность батареи — 7,8кВт (260Вт Х 30 дней), её фактическая мощность оказалась в 4.5 раза выше (поправочный коэффициент). Летом он больше, зимой – меньше или вообще отсутствует.

Из графика видно, что выработка непостоянна и присутствуют резкие спады – это пасмурные дни, когда световой день короче, а солнечная активность очень слабая. Худшая производительность была зафиксирована 17.06 — около 0.4кВт, а максимальная 25.06 — около 1.4кВт.

А вот так выглядит выработка солнечной батареи по часам в течение дня:

Из этого можно сделать вывод, что целиком полагаться на солнечную электроэнергию сложно. Производительность станции сильно зависит от интенсивности солнца и даже летом она может быть непостоянна из-за пасмурной погоды.

Как подключить, если на участке есть электричество

Если участок подключен к сети, то установка солнечной электростанции сделает дом более энергонезависимым, позволит сократить затраты на электроэнергию и даже заработать на этом благодаря зеленому тарифу.

В этой схеме подключения отсутствует аккумулятор, так как не нужно накапливать электроэнергию (но если вы хотите иметь резервный источник питания на случай выключения света, то аккумулятор необходим).

Для подключения такой станции нужна только солнечная батарея (или несколько), которая через сетевой инвертор подключается в розетку. В таком виде станция уже готова к работе. Батарея вырабатывает электричество и вы сразу же его потребляете для внутренних нужд: работы холодильника, освещения, чайника и т.п.

Фото реального подключения электростанции

Например, выработка станции в сутки — 1кВт электроэнергии, а здание суммарно потребляет 5кВт. По факту из сети вы берёте лишь 4кВт. Но если станция вырабатывает в сутки 5кВт, а вы реально потребляете только 2кВт, то остаток (3кВт) сгорает. В этом случае можно подключить зеленый тариф и продавать разницу государству по более высокой цене, либо же поставить аккумулятор и накапливать избыток на него.

Сейчас существуют компании которые подключают зеленый тариф «под ключ». Начиная от подбора и установки станции, до заключения договора с ОБЛЭНЕРГО.

Автономная солнечная электростанция для дома своими руками

Собрать собственную гелиостанцию несложно, она содержит всего четыре составных элемента:

• солнечные панели;
• аккумулятор заряда;
• контроллер;
• инвертор.

Схема солнечной электростанции

Все их легко найти и заказать через интернет-магазины. А вот как сделать солнечную электростанцию своими руками, чтобы создать полноценную автономную систему энергоснабжения дома? Для начала необходимо собрать информацию о ваших потребностях, возможностях местности, где будет работать гелиостанция, и произвести все необходимые расчеты для подбора составных элементов.

Как рассчитать количество гелиопанелей

Выбор гелиостанции начинается с поиска информации по инсоляции в вашей местности — количеству солнечной энергии, которое попадает на земную поверхность (измеряется в ваттах на кв. метр). Эти данные можно найти в специальных метеосправочниках или интернете. Обычно инсоляцию указывают отдельно для каждого месяца, потому что уровень сильно зависит от сезона. Если вы планируете пользоваться гелиостанцией круглый год, то ориентироваться нужно по месяцам с самыми низкими показателями.

Далее нужно подсчитать ваши потребности в электроэнергии на каждый месяц. Помните, что для автономной системы электроснабжения роль играет не только эффективность накопления энергии, но и экономное ее использование. Меньшие потребности позволят значительно сэкономить при покупке гелиопанелей и создании бюджетной версии солнечной электростанции своими руками.

Сравните ваши потребности в электричестве с уровнем инсоляции в вашей местности и вы узнаете площадь гелиопанелей, которая необходима для вашей гелиостанции. Учтите, что КПД панелей составляет всего 12-14%. Всегда ориентируйтесь на самый низкий показатель.

Таким образом, если уровень инсоляции в самый неблагоприятный месяц в вашей местности равен 20 кВт-час/м², то при КПД равном 12% одна панель площадью 0.7м² будет вырабатывать 1.68 кВт-час. Ваша энергопотребность, например, составляет 80 кВт-час/месяц. Значит, в самый несолнечный месяц удовлетворить эту потребность смогут 48 панелей (80/1,68). Подробнее о том, как выбирать солнечные батареи, вы можете почитать в нашей предыдущей статье. А тут можно узнать, как сделать свечи в домашних условиях.

Как выбрать солнечные панели

Устройство солнечной панели

На первый взгляд, все солнечные панели одинаковы: ячейки солнечных элементов соединены между собой шинками, а на задней стороне есть два провода: плюс и минус. Но есть в этом деле масса нюансов. Солнечные панели бывают из разных элементов: аморфных, поликристаллических, монокристаллических. Я не буду агитировать за тот или иной тип элементов. Скажу просто, что сам предпочитаю монокристаллические солнечные панели. Но и это не всё. Каждая солнечная батарея – это четырехслойный пирог: стекло, прозрачная EVA-пленка, солнечный элемент, герметизирующая пленка. И вот тут каждый этап крайне важен. Стекло подходит не любое, а со специальной фактурой, которое снижает отражение света и преломляет падающий под углом свет таким образом, чтобы элементы были максимально освещены, ведь от количества света зависит количество выработанной энергии. От прозрачности EVA-пленки зависит, сколько энергии попадет на элемент и сколько энергии выработает панель. Если пленка окажется бракованной и со временем помутнеет, то и выработка заметно упадет.

Далее идут сами элементы, и они распределяются по типам, в зависимости от качества: Grade A, B, C, D и далее. Конечно, лучше иметь элементы качества А и хорошую пайку, ведь при плохом контакте, элемент будет греться и быстрее выйдет из строя. Ну и финишная пленка должна также быть качественной и обеспечивать хорошую герметизацию. В случае разгерметизации панелей, очень быстро на элементы попадет влага, начнется коррозия и панель также выйдет из строя.

Как правильно выбрать солнечную панель? Основной производитель для нашей страны – это Китай, хотя на рынке присутствуют и Российские производители. Есть масса OEM-заводов, которые наклеят любой заказанный шильдик и отправят панели заказчику. А есть заводы, которые обеспечивают полный цикл производства и способны проконтролировать качество продукции на всех этапах производства.

Как узнать о таких заводах и брендах? Есть пара авторитетных лабораторий, которые проводят независимые испытания солнечных панелей и открыто публикуют результаты этих испытаний. Перед покупкой вы можете вбить название и модель солнечной панели и узнать, насколько солнечная панель соответствует заявленным характеристикам. Первая лаборатория – это Калифорнийская Энергетическая Комиссия, а вторая лаборатория Европейская – TUV. Если производителя панелей в этих списках нет, то стоит задуматься о качестве. Это не значит, что панель плохая. Просто бренд может быть OEM, а завод-производитель выпускает и другие панели. В любом случае, присутствие в списках этих лабораторий уже свидетельствует о том, что вы покупаете солнечные батареи не у производителя-однодневки.

Как установить гелиопанель

Для наилучшего КПД устанавливать гелиопанель нужно так, чтобы лучи солнца падали на нее под углом 90 градусов. Поскольку солнце постоянно перемещается по небу, то здесь есть два решения:

• Динамичная установка. Используйте сервопривод, чтобы гелиопанель поворачивалась по мере того, как солнце перемещается по небосводу. Сервопривод позволит собрать на 50% больше энергии, чем статичная установка.
• Стационарная установка. Чтобы извлечь максимальную пользу из неподвижного положения гелиопанели, необходимо найти тот угол установки, при котором панель соберет максимально возможное количество лучей солнца. Для круглогодичной работы этот угол рассчитывается по формуле +15 градусов к широте местности. Для летних месяцев это -15 градусов к широте местности.

Как подобрать контроллер заряда

Еще один способ, как самому собрать солнечную электростанцию, чтобы заставить ее работать эффективно, это использовать контроллер заряда, который позволяет отслеживать точки максимальной мощности (англ. MPPT). Такой контроллер может накапливать энергию даже во время низкой освещенности и продолжает подавать ее на аккумулятор в оптимальном режиме.

Как выбрать аккумулятор

Итак, от солнечных панелей энергия поступает на аккумулятор. Это позволяет накапливать энергию, чтобы использовать ее даже при отсутствии солнечного света. Кроме того, аккумуляторы сглаживают неравномерное поступление энергии, например, при сильном ветре или облачности.

Для установки гелиопанелей может понадобиться большой уклон крыши

Чтобы правильно выбрать и установить аккумулятор для домашней солнечной электростанции своими руками, необходимо учесть два параметра:

• Очень важно, чтобы ток зарядки (от панелей) не превышал 10% от уровня номинальной емкости для кислотных аккумуляторов и 30% — для щелочных устройств.
• Конструкция инвертора с напряжением на низкой стороне.

Учитывайте показатели саморазряда аккумуляторов (не всегда указываются производителями). Например, кислотные устройства во избежание поломки подзаряжают каждые полгода.

Как выбрать инвертор

Описание параметров и обязательных функций идеального инвертора:

• сигнал синусоидальный с искажениями не выше трех процентов;
• при подключении нагрузки амплитуда напряжения изменяется не более чем на десять процентов;
• двойное преобразование тока — постоянного и переменного;
• аналоговая часть преобразования переменного тока с хорошим трансформатором;
• защита от короткого замыкания;
• запас по перегрузке.

При моделировании электросистемы вашего дома сгруппируйте нагрузки так, чтобы разные их виды получали питание от разных инверторов.

Сколько стоит солнечная электростанция

Основным фактором, влияющим на стоимость СЭС, является ее будущая совокупная мощность. С учетом расходов на установку, пуско-наладку и оформление документов она колеблется в пределах $0,8-1,0 за 1 кВт. Плавающий диапазон цен образуется за счет второстепенных факторов – «брендовости» и качества оборудования и сложности монтажных работ.

Наиболее дешевым вариантом считается покупка б/у обрудования из Европы. Недостаток такого приобретения очевиден, и связан с невозможностью объективной оценки реальной эффективности станции и оставшийся срок службы панелей.

Распределение расходов на СЭ

Вторым по уровню затрат является приобретение бюджетных комплектующих от малоизвестных китайских фирм. Их оборудование на 20-30% дешевле батарей, инверторов, аккумуляторов и периферии от компаний из всемирно известного рейтинга TIER-1 Bloomberg, но уступает качеством и долговечностью.

Поэтому перед покупкой специалисты советуют рассматривать только третий вариант и строить расчет на том, сколько будет стоить солнечная электростанция для дома от проверенных производителей.

Приведем несколько наиболее востребованных примеров.

Сколько стоит солнечная электростанция на 5 кВт

Ориентировочно вам понадобится приобрести следующий комплект для наиболее дешевой сетевой СЭС:

С учетом расходов на сдачу «под ключ», куда войдет оформление «зеленого тарифа» и мульти тарифный счетчик с АСКУЭ, общая сумма составит примерно $ 4800.

Автономная станция обойдется немного дороже, поскольку потребует включения в список качественных АКБ, но исключение из него счетчика и оформления разрешений на «зеленый тариф».

Сколько будет стоить солнечная электростанция на 10 кВт

Принцип расчета здесь почти аналогичен. Вам потребуется приобрести:

Сколько стоит солнечная электростанция на 30 кВт

Никаких принципиальных изменений при определении общей стоимости такой, второе более мощной СЭС, делать не нужно. Однако необходимо принять во внимание следующее соображение.

Для такой станции потребуется более 100 батарей на 250-275 ватт, или около 200 кв. метров свободного пространства. Замена на более производительные 300-400 ваттные панели несколько сэкономит место, но южных скатов крыши даже большого дома может оказаться недостаточно. Поэтому необходимо будет рассмотреть вариант с установкой на земле. Но площадь свободного участка придется увеличить почти вдвое, чтобы не допустить падения тени от одних наклонно установленных модулей на другие, соседние.

Если это не проблема, понадобится выделить на покупку около $25-26 тыс., или почти 700 тыс. гривен.

Впрочем, окупаемость такой СЭС не превысит 5 лет, а далее начнет приносить постоянный доход более $4000 ежегодно.

Замечено, что цена комплекта всегда примерно соответствует его мощности и составляет 1000 $ за 1 кВт.

Отзывы

Судя по существующим в интернете отзывам, достаточно большое количество людей положительно высказывается по поводу установки таких устройств. Солнечные электростанции для дома, отзывы о которых можно найти, обычно устанавливаются в отдаленных частях и не имеют аналогов с точки зрения удобства, комфорта и стоимости. Да, они действительно стоят пока слишком дорого для того, чтобы полноценно заменить собой централизованное снабжение. Но, во-первых, это только пока, а во-вторых, рано или поздно такая электростанция окупается и начинает экономить деньги. Как уже было сказано в самом начале, дешевые станции помогут выйти «в плюс» уже через 5-10 лет. Дорогостоящие и более мощные модели редко когда окупаются дольше 40 лет. У некоторых людей ипотека бывает дольше. Однократные серьезные затраты все равно будут компенсированы, а вот платить за центральное электричество придется до самых последних дней жизни.

Используемые источники:

solarpanel.today, term.od.ua, energo.house, www.syl.ru, altenergiya.ru, sovets24.ru, www.asutpp.ru, m.habr.com, motocarrello.ru