Отопление дома солнечными батареями: фантастика или реальность?

Расчет солнечных панелей

Необходимая мощность солнечных панелей рассчитывается в соответствии с погодой в данной местности и интенсивностью излучения в разное время года. Большое значение при расчетах имеют углы наклона по горизонтали и вертикали. Этот показатель особенно важен, если солнечная система будет эксплуатироваться круглый год. От этого будет зависеть и место размещения оборудования. Если угол наклона не требует регулировок, то панели могут размещаться непосредственно на крыше здания.

Наиболее ответственным мероприятием является расчет солнечных батарей, количества модулей и их эффективности. Данные берутся по самому лучшему и самому худшему месяцу с точки зрения энергоэффективности. Для расчетов стандартной инсоляции выбирается площадь в 1 м2, а для определения номинальной мощности требуется температура 25С, при стандартном световом потоке 1 кВт/м2.

Определение производительности солнечной батареи в течение месяца осуществляется по следующей формуле: Есб = Еинс х Рсб х η/Ринс. Ее переменные соответствуют таким показателям:

Есб – количество энергии, вырабатываемое батареей.
Еинс – результат месячной инсоляции 1 м2.
η – величина общего КПД при передаче тока по проводникам.
Рсб – номинальная мощность солнечной панели.
Ринс – наибольшая мощность инсоляции 1 м2 поверхности Земли.

При расчетах необходимо использовать единицы, одинаковые для всех показателей. Как правило, это джоули или киловатт-часы. Вычислив месячную инсоляцию, можно легко определить номинальную мощность солнечной панели, необходимую для выработки месячного объема электроэнергии: Рсб = Ринс х Есб / (Еинс х η).

Следует учесть, что напряжение на выходе солнечной панели будет на 15-40% выше напряжения аккумулятора. При использовании дешевых контроллеров эта разница неизменно уходит в потери. Более дорогие современные модели позволяют снизить этот показатель до 2-5%.

Солнечное излучение имеет разные показатели мощности, в зависимости от времени года и конкретного месяца. Номинальная мощность самой панели остается неизменной, поэтому большое значение приобретает правильный выбор места ее установки. Используя формулы, приведенные выше, можно определить лишь приблизительное количество модулей. Чтобы получить точное значение с необходимым запасом, берется двойное количество панелей с поправкой на ночное время, пасмурные дни, снегопады и другие факторы, снижающие эффективность системы.

Мощность солнечных батарей для частного дома и их производительность, во многом зависит от правильного выбора аккумуляторной батареи и инвертора.

Конструкция и принцип работы

Основным преимуществом тепловых насосов является то, что они позволяют не только полностью автоматически нагревать воду в бассейне, но и регулировать ее температурный уровень в желаемом диапазоне.

После получения обратной связи от владельцев, техническое обслуживание такой станции значительно упрощается. Он использует классическое тепло для нагрева воды в бассейне.

Принцип работы такой же и работает точно так же, как и для аналогичных устройств в системах отопления, когда потребитель получает тепло непосредственно от основного источника: Грунтовые воды, почва или воздух.

Благодаря постоянному нагреву грунтовых вод, независимо от времени года, насос может нагреваться круглый год. Основным элементом, за счет которого такой тепловой насос рассеивает тепло непосредственно от первичного источника, является коллектор.

Чем лучше теплообмен, тем эффективнее он работает. Он оснащен специальным веществом, таким как антифриз, что позволяет поглощать тепло с наименьшим перепадом температур.

Затем тепловой насос сжимает газообразные вещества, поступающие в компрессор, что приводит к резкому повышению температуры, а затем тепло передается по цепи. А затем передается на последний теплообменник, который является последним звеном цепи.

Можно рассмотреть основные преимущества таких насосов:

способность поддерживать температуру воды на уровне, установленном владельцем в бассейне;
Энергосбережение при преобразовании в тепловую энергию. Таким образом, такие устройства могут преобразовывать обычную электроэнергию в тепло в соотношении 1:5. Таким образом, из 1 кВт потребляемой электроэнергии вырабатывается около 4 кВт тепловой энергии;
Максимальная экологичность за счет исключения сжигания топлива и выбросов загрязняющих веществ на каждом объекте;
Надежность и долговечность. А в случае неисправности он автоматически выключается и сообщает о неисправности;
Простое управление за счет автоматизации всего процесса позволяет выбрать желаемую температуру без дополнительных манипуляций;
максимальный КПД среди всех других видов отопления, не только с точки зрения потребления электроэнергии, но и с точки зрения скорости нагрева.

Такие факторы, как

Используется как на открытом воздухе, так и в помещении.
Местом расположения самого устройства является степень доступности источников, из которых можно получить потенциальную энергию.
Если он в здании, то какая у него будет крыша?
Исходные значения температуры воды и их максимальные заданные значения.
Объем бассейна. Чем больше воды в нем содержится, тем больше производительность устройства.
Наличие дополнительных источников тепла и вентиляции, независимо от того, идет ли речь о отоплении или кондиционировании воздуха (для помещений).
Простое подключение не только к сети, но и к водопроводу, что значительно облегчает монтаж и техническое обслуживание.

Для внутренних бассейнов приятными параметрами воздуха являются от 22°C до 24°C, а для воды в бассейне — от 26°C до 27°C

Принимая во внимание эти конечные значения, стоит выбрать тепловые насосы, если не будут выполнены никакие особые пожелания

Шаг 4: Выбор контроллера заряда для солнечных батарей

Контроллер представляет собой устройство, которое помещается между солнечной панелью и аккумулятором. Он регулирует напряжение и ток, приходящий от солнечных панелей для поддержания надлежащего качества зарядки аккумуляторных батарей.

Чаще всего используют 12-вольтовые аккумуляторы, однако солнечные панели могут вырабатывать гораздо большее напряжение, чем требуется для зарядки аккумуляторов. Контроллер заряда фактически преобразует лишнее напряжение в ток, тем самым уменьшая время, необходимое для полной зарядки аккумуляторных батарей. Это позволяет солнечным батареям быть достаточно эффективными в любой момент дня.

Типы контроллеров заряда:

Вкл./Выкл. (ON/OFF);
ШИМ — широтно — импульсная модуляция (PWM — pulse-width modulation);
ТММ — слежение за точкой максимальной мощности (MPPT — Maximum power point tracker).

Рекомендуем Вам отказаться от контроллера заряда Вкл./Выкл. (ON/OFF), так как это наименее эффективный контроллер. ТММ (MPPT) контроллеры имеют самую высокую эффективность, но цена на них выше. Таким образом, мы рекомендуем Вам использовать либо ШИМ (PWM), либо ТММ (MPPT) контроллеры, в зависимости от того, какими финансами вы оперируете.

Параметры контроллера заряда:

Так как наша система рассчитана на 12В, контроллер заряда также должен поддерживать 12В;
Контроллер заряда выбирается по мощности солнечных батарей, для каждого контроллера в паспорте указывается максимальная мощность, которую к нему можно подключить. Для данной системы 12В на 130Вт прекрасно подойдет контроллер на 10А;
Если Вы хотите получать максимум энергии — выбирайте MPPT контроллер заряда, а если Вы хотите снизить стоимость системы, выбирайте ШИМ (PWM) контроллер заряда, но желательно проверенного производителя.

ТОП-1: Солнечный ДОМ Мощность 2.4кВт

Построена система с применением технологии использования возобновляемых источников энергии. В данном случае – солнечной. Применяется она на объектах, где полностью отсутствует поставка электроэнергии.

Использование

Она не является панацеей, но способна в разумных пределах обеспечить электричеством дачи, строительные вагончики, передвижные дома и пр.

Составляют ее:

Солнечные панели (модуль OneSun OS-150P) – 4 шт. Допускается использовать аналогичные панели 150 Вт.;
Гелевая батарея (необслуживаемая) – 6 шт.;
Инвертор напряжения — 2.4кВт, 24В (Stark Country 3000 INV-MPPT);
Стеллажи для крепления аккумуляторов;
Кабель 4 мм кв., устойчивый к солнечной радиации, с коннекторами – 10 м.

Питание приборов

Подключать к комплекту можно бытовые приборы, суммарная мощность которых не превышает 2 кВт:

До 10 ламп освещения;
Холодильник;
Насос водяной;
Утюг (до 1,7 кВт);
Пылесос;
Чайник (1,5 кВт);
Электроинструменты (непродолжительно);
Зарядные и мобильные устройства.

В пасмурную погоду, когда активность солнца небольшая, к ней разрешается подключать генератор, позволяющий заряжать аккумуляторы.

Купить

Где купить	Стоимость в рублях
https://moskva.regmarkets.ru/product/0cc9c201ece4de4c5d34a52a0627aba3/	2400
http://50-hz.ru/autonomics/without_electricity/dachnik2_4premium.html	151688
http://50-hz.ru/autonomics/without_electricity/dachnik_pro.html	136000

Видео: Солнечная электростанция на даче

Частые вопросы

Можно ли обойтись в автономной системе без аккумуляторов?

Поскольку генерация идет с перерывами, накопитель в системе обязателен. Можно использовать не электрохимические, а другие варианты, например, гидроаккумулятор. Но, как правило, его создание обойдется значительно дороже и связано с трудностями исполнения.

Можно ли увеличить отдачу панелей с использованием поворотных систем слежения за солнцем?

Конечно, но они существенно усложняют и удорожают систему.

Можно ли установить в систему автомобильные обслуживаемые аккумуляторы?

Можно, но с ними те же проблемы, что и с тяговыми – требуется отдельное помещение и соответствующие правилам безопасности условия. Кроме того, они плохо переносят разряд малыми токами, что существенно снижает ресурс.

Как часто нужно мыть поверхности панелей?

Как правило, производители не устанавливают частоту такого обслуживания, утверждают, что природных осадков достаточно для чистоты поверхностей. Но 2-4 раза в год полить панели водой из шланга не помешает.

Какую из схем использовать выгоднее?

Наиболее эффективной считается гибридная система, которая позволяет обеспечить бесперебойное электроснабжение при минимуме оплаты поставщикам электроэнергии.

Стоит ли использовать солнечные панели для частного дома в Средней полосе?

По показателям инсоляции можно сделать вывод, что и в такой местности солнечные электростанции себя вполне оправдывают. Естественно, в общем она обойдется несколько дороже, но окупает создание всего за 3-5 лет эксплуатации.

Правила при выборе

Чтобы не имея опыта выбрать солнечную батарею, нужно учитывать несколько аспектов. Каждый их них важен, поэтому стоит разобраться, чтобы не упустить ни одного нюанса:

Производитель солнечных батарей. Вариантов много, надо выбирать те, которые давно представлены на рынке и хорошо зарекомендовали себя среди пользователей. Проще всего почитать отзывы на конкретные модели, тогда все станет понятно. Не стоит брать дешевые китайские панели от непонятных производителей, о которых нет информации.
Показатель PTC/STC. Их определяют независимые лаборатории Соединенных Штатов Америки, значение отражает эффективность работы в реальных условиях (производители обычно дают цифры для идеальных условий, которых вряд ли удастся добиться). Цифра должна быть около 90%, чем она выше – тем лучше.
Небольшой показатель отрицательного толеранса. Так называется отклонение фактических показателей солнечных батарей от их номинального значения, он не должен быть больше 3%. А еще лучше, если он будет положительным. При этом нужно покупать одинаковые панели, так как если вы поставите разные, то система будет работать по элементу с самой низкой мощностью и вы потеряете в эффективности.
Гарантийный срок службы. Средний показатель составляет 15 лет, информация должна быть указана на официальном сайте производителя и в технической документации. Если данных нет или гарантия намного меньше, нужно уточнять причину. Часто продавцы предлагают бракованные панели, которые на порядок дешевле, но и гарантийный срок меньше.
КПД контроллеров и инверторов должен быть не менее 95%. Иначе будут существенные потери энергии в системе. В продаже есть много вариантов с эффективностью до 85%, но по факту показатели еще ниже, не стоит экономить на качестве. Дешевые китайские изделия работаю нестабильно и потери энергии при их использовании будут намного больше, чем можно сэкономить при покупке.
Надежность элементов каркаса, на которых будут установлены панели. Многие продавцы, чтобы сэкономить, предлагают не самые качественные несущие элементы. Надежность крепления на них ниже и служат они недолго. Покупать лучше варианты из алюминия с покрытием от известных производителей. Иначе есть риск, что панели просто упадут и в итоге экономия обернется большими расходами.
КПД выбранных солнечных панелей

На этот показатель стоит обращать внимание только для того, чтобы рассчитать площадь модулей для нормального обеспечения энергией. Больше ни на что это параметр не влияет

Если есть место на крыше, лучше сэкономить и купить модули с КПД пониже, на работе системы это никак не отразится.

Большая часть солнечных батарей, продаваемых сегодня, изготавливается в Китае.

Схема электропроводки от гелиопанелей

Чтобы понять, каким образом солнечная электроэнергия для дома попадает в электросеть и питает бытовые приборы, стоит рассмотреть схему работы солнечного оборудования. Несмотря на кажущуюся сложность, принцип действия схемы является достаточно простым и состоит из четырех этапов.

Солнечные панели являются первым компонентом электрической схемы. Они собираются из заданного количества пластин фотоэлементов в прямоугольные тонкие модули. Мощность фотопанелей может быть разной, однако она всегда делится на 12 вольт.

Для улавливания фотонов плоские панели размещают на открытых для солнечного света пространствах. Мощные солнечные батареи для дома получаются после объединения модульных блоков между собой. Такая батарея предназначена для преобразования солнечной энергии в постоянный ток.

Аккумуляторы служат для накопления электроэнергии, полученной от солнца. В данном случае, если бытовые приборы в доме были подключены к центральной электросети, то генерируемая солнечная энергия накапливается в аккумулирующих устройствах. Кроме того, они запасают излишнее количество электроэнергии, поступающей с гелиопанелей, которая не расходуется в полном объеме.

Задачей аккумулятора является подача необходимого количества электроэнергии и обеспечение стабильности напряжения, когда возрастает ее потребление. Ту же функцию аккумуляторные блоки выполняют в ночное время суток либо при недостатке солнечного света, когда фотопанели не работают.

Последний важный узел схемы электроснабжения от солнечных батарей – это инвертор. Он необходим для преобразования постоянного тока, который подается от солнечных модулей к аккумуляторам, в переменный с напряжением в 220 вольт. Как известно, такой уровень напряжения необходим для работы большинства современных бытовых приборов.

Площадь солнечной батареи и габариты отдельных ячеек

Гелио модуль представляет собой гибкую или жесткую конструкцию прямоугольной формы, основу которой составляют ряды полупроводниковых ячеек. Каждая из них генерирует напряжение около 0,5-0,6V и может иметь различные типоразмеры. Наиболее распространены следующие варианты габаритов (в миллиметрах):

52 × 19;
52 × 38;
52 × 150;
80 × 150;
26 × 156;
125 × 125;
156 × 156.

Например, модуль Sunways ФСМ-270П из 60 ячеек (по 10 в длину и 6 – ширину) размером 156 × 156 мм каждая имеет размеры, с учетом рамы, 1640 × 992 мм. Площадь такой солнечной панели составит чуть больше 1,6 м2.

При монтаже необходимо устанавливать модули таким образом, чтобы не допустить частичного затенения одним рядом батарей соседнего. В связи с этим на одну панель 250 – 400 ватт обычно выделяется 1,5 — 2 квадратного метра пространства.

Расчет мощности солнечных батарей

Мощность солнечных панелей для автономных систем выбирается исходя из необходимой вырабатываемой мощности, времени года и географического положения.

Необходимая вырабатываемая мощность определяется мощностью, требуемой потребителям электроэнергии, которые планируется использовать. При расчете стоит учитывать потери на преобразование постоянного напряжения в переменное, заряд-разряд аккумуляторов и потери в проводниках.

Солнечное излучение величина не постоянная и зависит от многих факторов – от времени года, времени суток, погодных условий и географического положения. Эти факторы также должны учитываться при расчете количества необходимой мощности солнечных панелей. Если планируется использование системы круглогодично, то расчет должен производиться с учетом самых неблагоприятных месяцев с точки зрения солнечного излучения.

При расчете для каждого конкретного региона необходимо проанализировать статистические данные о солнечной активности за несколько лет. На основании этих данных, определить усредненную действительную мощность солнечного потока на квадратный метр земной поверхности. Эти данные можно получить у местных или международных метеослужб. Статистические данные позволят с минимальной погрешностью спрогнозировать количество солнечной энергии для вашей системы, которая будет преобразована солнечными панелями в электроэнергию.

Для примера рассмотрим усредненную дневную инсоляцию по месяцам с одного из серверов метеослужб для г. Москвы. Данные указаны с учетом атмосферных явлений и являются усредненными за несколько лет.

Единица измерения инсоляции в таблице кВт*ч/м2/сутки.

Угол наклона плоскости, градусы по отношению к земле (0°- инсоляция на горизонтальную плоскость, 90 – инсоляция на вертикальную плоскость и т. п.), при этом плоскость ориентирована на Юг.

Янв.	Февр.	Март	Апр.	Май	Июнь	Июль	Авг.	Сент.	Окт.	Нояб.	Дек.	Среднегодовая инсоляция кВт*ч/м2/сутки
0°	0.75	1.56	2.81	3.87	5.13	5.27	5.14	4.30	2.63	1.49	0.81	0.50	2.86
40°	1.51	2.55	3.78	4.34	5.12	4.97	5.00	4.57	3.22	2.20	1.46	1.08	3.32
55°	1.66	2.70	3.82	4.16	4.70	4.51	4.53	4.31	3.17	2.27	1.58	1.20	3.22
70°	1.72	2.71	3.67	3.79	4.18	3.95	4.00	3.85	2.97	2.24	1.62	1.26	3.00
90°	1.65	2.50	3.19	3.07	3.21	2.99	3.05	3.08	2.51	2.02	1.53	1.22	2.50
Оптимальный угол	72.0	63.0	50.0	34.0	20.0	11.0	16.0	27.0	43.0	58.0	69.0	74.0	44.6

Как видно, самым неблагоприятным месяцем для данного региона является декабрь, дневная усредненная инсоляция на горизонтальную поверхность земли составляет 0,5 кВтч/м2/сутки, на вертикальную – 1,22 кВт*ч/м2/сутки. При угле наклона плоскости относительно земли 70 градусов инсоляция будет составлять 1,26 кВтч/м2/день, оптимальным углом для декабря является 74 градуса. Самым благоприятным месяцем является июнь и инсоляция на горизонтальную поверхность составит 5,27 кВтч/м2/сутки, оптимальный угол наклона для июня 11 градусов.

Угол наклона солнечной панели, при круглогодичном использовании в системе, которая потребляет в среднем одну и ту же мощность независимо от времени года, должен совпадать с оптимальным углом наклона самого неблагоприятного месяца по количеству солнечной радиации. Оптимальным углом наклона для декабря в г. Москва является 74 градус, таким образом и стоит устанавливать солнечную панель, так как в другие месяцы инсоляция заметно больше, и как следствие выработки электроэнергии будет более чем достаточно. Более того, в зимнее время при углах наклона 70-90 градусов, на солнечной панели не будут скапливаться осадки в виде снега. Если задачей является получение максимальной мощности от солнечных панелей, в течение всего года, то требуется постоянно ориентировать солнечную панель максимально перпендикулярно солнцу.

Формула расчета мощности солнечных панелей

Pсп=Eп*k* Pинс / Eинс, где:

Pсп — мощность солнечных панелей, Вт;

Еп — потребляемая энергия, Втч в сутки;

Eинс — среднемесячная инсоляция (из таблицы) кВтч/м2/день;

Pинс – мощность инсоляции на земной поверхности на одном квадратном метре (1000Вт/м2);

k – коэффициент потерь на заряд – разряд аккумуляторов, преобразование постоянного напряжения в переменное, обычно принимают равным 1,2-1,4.

Формула расчета вырабатываемой энергии солнечными батареями

Eв=Eинс*Pсп/Pинс*k, где:

Pсп — мощность солнечных панелей, Вт;

Ев — вырабатываемая энергия солнечными панелями, Втч в сутки;

Eинс — среднемесячная инсоляция (из таблицы) кВтч/м2/день;

Pинс – мощность инсоляции на земной поверхности на одном квадратном метре (1000Вт/м2);

k – коэффициент потерь на заряд – разряд аккумуляторов, преобразование постоянного напряжения в переменное, обычно принимают равным 1,2.

Схема электропроводки от гелиопанелей

Топ-10: JA-Solar JAP6-60 260W

Обзор

Мощность панели солнечной поликристаллической составляет 260 Вт. Производитель предоставляет десятилетнюю гарантию на то, что она не будет снижаться ниже 90%. В течение 25 лет она понизится незначительно – до 85%. Снижение КПД ниже оговоренных значений исключено, поскольку составляющие в обязательном порядке дважды проходят контроль качества.

Отличия

Для солнечных модулей поликристаллических характерна высокая сопротивляемость механическим воздействиям, завидная эффективность даже пониженной освещенности, т.е. в короткие зимние дни и в ненастную погоду, отличная устойчивость химическим воздействиям, включая аммиак и соли.

Характеристики

Размеры панели солнечной -164х99,1х4 см;
Тип и эффективность модуля – поликристалл, 15,9 %;
Масса – 18,2 кг;
Элемент типа – Grade A++ ФЭП 15,6×15,6 см;
Эффективность ячейки – 18-18,4;
Напряжение при работе под нагрузкой (ток 9,04А) и холостого хода – 30, 63 и 37, 98 Вт;
Диодов – 3;
Рабочая температура – минус 40- плюс 85 граду по Цельсию.

Цена

Со стоимостью солнечных батарей можно ознакомиться в таблице:

Где купить	Цена
https://www.solarbreeze.ru/solar-panels/53-solnechnyj-modul-ja-solar-jap6-60-260w.html?_openstat=bWFya2V0LnlhbmRleC5ydTvQodC-0LvQvdC10YfQvdGL0Lkg0LzQvtC00YPQu9GMIEpBLVNvbGFyIEpBUDYtNjAgMjYwVzszRG5hRmNPeWNBR0otSEI1UG1FOF93Ow&frommarket=https%3A%2F%2Fmarket.yandex.ru%2Fapi%2Fsearch%3Fhid%3D7076558%26text%3D%D1%81&ymclid=299990127763482993100101	14479
https://www.solarbreeze.ru/solar-panels/53-solnechnyj-modul-ja-solar-jap6-60-260w.html	14442

Солнечная батарея LG 315 N1C-G4 NeON2

Уже из самого названия этого солнечного модуля южнокорейской компании LG следует, что заявленная мощность этого модуля составляет 315 ватт

Для компании LG очень важно выйти на рынок альтернативных источников энергии не просто в качестве одного из производителей, а в качестве одного из ведущих производителей систем фотовольтаики

Поэтому гарантия качества продукции является одним из главных приоритетов компании. Солнечные панели разработаны и производятся с использованием самых передовых технологических процессов.

И фотопреобразователи, из которых составлена эта солнечная батарея, выполнены с наивысшими показателями качества и эффективности.

Ячейки выполнены на базе монокристаллического кремния по специальной двусторонней технологии. Благодаря своим качествам эти ячейки способны пропускать солнечные лучи, которые, отражаясь от специального покрытия тыльной стороны ячейки, способствуют повышению генерации электрического тока. То есть каждая ячейка может вырабатывать электрический ток обеими своими сторонами, повышая тем самым мощность модуля.

Модуль LG 315 N1C-G4 NeON2. Лицевая сторона

Перед сборкой модуля каждая пластина проходит тщательнейший контроль на предмет строгого соответствия размерам (точность до микрометра) и обнаружения возможных механических повреждений. После проверки отобранные ячейки проходят очередную стадию подготовки. Для минимизации отражения солнечного света ячейки проходят стадию жидкостного травления щелочью. Ячейки с лицевой стороны ламинируются трехслойным покрытием EVA (этиленвинилацетат) и специальной отражающей пленкой с тыльной.

Модуль LG 315 N1C-G4 NeON2. Тыльная сторона

Затем собранный модуль инкапсулируется для защиты ячеек от проникновения влаги, после чего покрывается трехмиллиметровым антибликовым противоударным стеклом. Рама модуля выполнена из анодированного профильного алюминия. На тыльной стороне устанавливается многофункциональная распределительная коробка с байпасными диодами.

Многофункциональная распределительная коробка

Благодаря такой технологии изготовления модули LG NeON 2 имеют характерный черный цвет, что делает их привлекательными еще и с эстетической точки зрения.

Номинальная мощность 315 ватт.
Эффективность 19.2%
N-типа
Размеры (ДхШхТ) 1640х1000х40 миллиметров
Вес 17. 0 ± 0.5 кг
Тип разъемов МС-4
Класс защиты IP67
Стоимость модуля 30000 рублей