Солнечные батареи для частных домов

Тот, кто решил построить собственный дом, непременно захочет обустроить его таким образом, чтобы в нем были обеспечены максимально комфортные условия жизни. Безусловно, архитектура дома, дизайн внутренних помещений, внешнее оформление играют очень важную роль. Обустройство прилегающей территории также создает атмосферу уюта и комфорта. А чтобы не было проблем с энергоснабжением, для жизнеобеспечения дома очень желательно сделать его максимально независимым от внешних источников – водопровода, теплоцентрали, электросети.

Проблема водоснабжения легко решается с помощью артезианской скважины. А солнце принесет в дом и тепло, и электричество. Солнечные коллекторы обеспечат дом горячей водой в любое время года, а солнечные батареи – электричеством. Разумеется, все это потребует достаточно серьезных капиталовложений. Но дом строится не на один год и не на одно десятилетие, поэтому и оборудован он должен быть так, чтобы обеспечить своим обитателям максимальный жизненный комфорт.

Пожалуй, наиболее приоритетным является снабжение дома электричеством. Будет в доме электричество, значит, будет и вода, и тепло. Ведь для подачи воды в дом нужен насос, для циркуляции горячей воды нужны насосы, для вспомогательного подогрева воды в темное время суток нужен электронагреватель. А для работы всего этого нужно электричество. Причем в количестве, достаточном для работы не только этих насосов и нагревателей, но и для питания всех электроприборов в доме.

Частный дом с полным солнечным энергообеспечением

Тот, кто решил построить собственный дом, непременно захочет обустроить его таким образом, чтобы в нем были обеспечены максимально комфортные условия жизни. Безусловно, архитектура дома, дизайн внутренних помещений, внешнее оформление играют очень важную роль. Обустройство прилегающей территории также создает атмосферу уюта и комфорта. А чтобы не было проблем с энергоснабжением, для жизнеобеспечения дома очень желательно сделать его максимально независимым от внешних источников – водопровода, теплоцентрали, электросети.

Проблема водоснабжения легко решается с помощью артезианской скважины. А солнце принесет в дом и тепло, и электричество. Солнечные коллекторы обеспечат дом горячей водой в любое время года, а солнечные батареи – электричеством. Разумеется, все это потребует достаточно серьезных капиталовложений. Но дом строится не на один год и не на одно десятилетие, поэтому и оборудован он должен быть так, чтобы обеспечить своим обитателям максимальный жизненный комфорт.

Пожалуй, наиболее приоритетным является снабжение дома электричеством. Будет в доме электричество, значит, будет и вода, и тепло. Ведь для подачи воды в дом нужен насос, для циркуляции горячей воды нужны насосы, для вспомогательного подогрева воды в темное время суток нужен электронагреватель. А для работы всего этого нужно электричество. Причем в количестве, достаточном для работы не только этих насосов и нагревателей, но и для питания всех электроприборов в доме.

Частный дом с полным солнечным энергообеспечением

Множество фирм предлагают потенциальным покупателям солнечные батареи для частного дома. Эти батареи разнятся по мощности, размерам, конструктивному исполнению, по цене. Есть солнечные панели, которые предназначены для установки на крышу дома. Есть панели, которые монтируются на специальных мачтах или кронштейнах. Есть гелиевые панели с поворотным и следящим устройствами, которые следят за положением солнца и соответствующим образом меняют свое положение.

Перед тем, как выбирать элементную базу для системы электроснабжения дома, нужно произвести хотя бы приблизительный расчет той мощности, которую будет потреблять электрооборудование дома. В зависимости от этого и нужно будет выбирать и солнечные панели, и их конструкцию, и то оборудование, которое необходимо для домашней солнечной электростанции. Для выбора типа гелиевых панелей, их количества существенное значение имеет месторасположение дома, его ориентация по странам света, общая площадь крыши или наличие свободного, максимально освещаемого солнцем места рядом с домом, где можно было бы разместить гелиевые панели.

В настоящее время для снабжения частных домов электричеством от солнца предлагается несколько типов фотоэлектрических батарей, отличающихся друг от друга типом полупроводников, из которых изготовлены собственно фотопреобразователи, а также конструкцией, размерами, мощностью, эффективностью.

Типы солнечных батарей

Из всей линейки кремниевых фотоэлементов наиболее эффективными являются солнечные панели, выполненные на базе монокристаллического кремния. Более сложная технология получения монокристаллов кремния влечет за собой удорожание изделия. Но этот недостаток компенсируется за счет однородности структуры материала, и как следствие, более высокой эффективностью. Коэффициент полезного действия монокристаллических солнечных батарей может достигать 20%. Как правило, монокристаллические элементы имеют форму относительно небольших прямоугольников, из которых набираются панели солнечных батарей.

Монокристаллическая кремниевая гелиевая панель

Широкое распространение получили гелиевые батареи, выполненные на базе поликристаллического кремния. Более простая технология получения этих элементов позволила удешевить продукцию. Правда, за счет неоднородности структуры у этих фотоэлементов эффективность ниже, чем у монокристаллических панелей и не превышает 12% — 14%. Поэтому для достижения такой же выходной мощности, как у монокристаллических батарей, потребуется задействовать поликристаллические батареи большей площади.

Поликристаллическая кремниевая гелиевая панель

Самая дешевая электроэнергия вырабатывается солнечными батареями из аморфного кремния. Дешевизна изготовления этих батарей подразумевает и низкую их стоимость. Но это, пожалуй, единственное достоинство аморфных кремниевых фотоэлементов. Они имеют самую низкую эффективность – не более 6% — 8%. Следовательно, чтобы получить выходную мощность, необходимую для электроснабжения дома, потребуются солнечные панели, площадь которых вдвое превысит площадь панелей на поликристаллической основе.

Гелиевая панель на базе аморфного кремния

И, наконец, последний тип фотоэлементов на кремниевой основе – микроморфные модули. Они отличаются от аморфных модулей тем, что на одной подложке выращены два слоя полупроводников. В этом случае имеется наноструктурированный микроморфный слой кремния. Этот слой создает условия для преобразования в электричество не только прямого солнечного излучения. Он воспринимает и преобразовывает в электричество кроме видимой части солнечного спектра еще и ультрафиолетовое и инфракрасное излучение.

Таким образом, микроморфные модули способны вырабатывать электричество с момента восхода солнца и до заката, причем даже в условиях, когда солнце полностью скрыто за облаками, в пасмурную погоду. Это значительно повышает коэффициент полезного действия микроморфных солнечных батарей.

Структура и внешний вид микроморфного кремниевого модуля

Пленочная технология лежит в основе изготовления гелиевых элементов из теллурида кадмия (CdTe). При изготовлении таких панелей слой фотоэлементов наносится на подложку тончайшим покрытием. Толщина этого слоя равна нескольким сотням микрометров. Коэффициент полезного действия таких батарей не очень велик и не превышает 11%. Но если сравнивать по удельной стоимости, то цена одного ватта мощности этих батарей на 20% — 30% дешевле, чем у кремниевых.

Гелиевая панель на базе теллурида кадмия

И, наконец, последний тип солнечных батарей, выполненный на базе полупроводника, в состав которого входят медь, индий, галлий и селен. Солнечные панели этого типа также выполнены на основе тонкопленочной технологии, но при этом они обладают более высокими показателями эффективности. Этот показатель может достигать 15%.

Гелиевая панель СIGS

Стоимость солнечных батарей и сроки окупаемости

Вопрос стоимости гелиевых фотопреобразователей энергии солнца в электричество является весьма существенным при определении общей конфигурации домашней солнечной электростанции. Определяющим фактором является та мощность, которую в совокупности будут потреблять все электрические приборы и оборудование дома.

После того, как будет произведен расчет потребляемой мощности, следует оценить те площади, на которых будут размещаться солнечные панели. В сущности, необходимую мощность домашней электростанции могут выработать любые типы солнечных батарей, так как их эффективность никак не влияет на общее количество вырабатываемой энергии.

Домашняя электростанция может вырабатывать одну и ту же мощность, независимо от того, какие гелиевые фотоэлектрические преобразователи были использованы в первичном контуре – моно-, поликристаллические или аморфные кремниевые. Разница заключается в том, какова площадь, которую занимают при этом те или иные элементы. Фотопреобразователи с более высокой эффективностью занимают при прочих равных условиях значительно меньшую площадь, чем их менее эффективные аналоги.

К примеру, если взять в качестве эталона мощности один киловатт электричества, который будет вырабатываться гелиевыми элементами, то для выработки такого количества электроэнергии потребуется установить восемь квадратных метров батарей на базе монокристаллического кремния. Для выработки этого же количества электричества батареями на базе аморфного кремния потребуется площадь порядка двадцати квадратных метров.

Просматривая проспекты некоторых фирм, поставляющих на рынок солнечные панели, зачастую можно увидеть многообещающую информацию о минимальном сроке окупаемости этих изделий – от одного до двух лет. К этой информации нужно относиться очень осторожно. Нужно учитывать не только стоимость самих панелей, но еще и то, сколько времени они могут прослужить, как быстро теряют свою эффективность.

Стоимость самих изделий зависит от мощности, которую они могут вырабатывать. Например, монокристаллические панели мощностью в 20 ватт стоят около 4500 рублей, а мощные, до 270 ватт, – до 25000 рублей. Выполненные по специальной технологии, имеющие повышенный коэффициент полезного действия, подобные изделия стоят еще дороже – панель на 250 ватт стоит около 30000 рублей. Аналогичные поликристаллические кремниевые панели стоят поменьше. Двадцативаттная панель стоит около 4000 рублей, а панель на 250 ватт стоит 21500 рублей.

Если говорить об окупаемости только солнечных панелей, то здесь все просто. Стоимость всех солнечных панелей разделить на сумму, которую должен был бы владелец дома платить ежемесячно за электроэнергию, получаемую из общей сети. И получится срок, за который окупятся солнечные батареи. Но только они. Это может быть срок в три-четыре года в зависимости от стоимости одного киловатта электроэнергии в данном районе.

Но домашняя электростанция состоит не только из солнечных батарей. Это еще мощная аккумуляторная батарея, контроллер зарядки аккумуляторов, инвертор, преобразующий постоянный ток низкого напряжения в стандартное напряжение 220 вольт с частотой 50 герц, это электропроводка, арматура. А для поворотных солнечных батарей – дополнительные следящие и поворотные устройства. Их срок окупаемости общей установки намного больше. Но цель оправдывает средства. Потому и предпочитают сейчас строить полностью энергонезависимые дома.