Работа электростанции на солнечных батареях для дома и дачи

Содержание

Что такое электростанция на солнечных батареях?

Электростанция на солнечных батареях предназначена для использования в качестве резервного или основного источника электроэнергии как для всех энергопотребителей строения, так и отдельной группы приборов отвечающих за жизнеобеспечение строения.

Сюда относятся:

  • Сигнализации;
  • Системы видеонаблюдения;
  • Автоматика газового или твердотопливного котла, циркуляционных насосов системы отопления, электрических приводов ворот, внутреннего и наружного освещения, бытовых приборов и прочее.

Основные элементы системы электроснабжения на основе солнечных батарей для дома

1. Солнечные батареи – фотоэлектрические модули

Солнечные батареи представляют собой звено солнечной электростанции, обеспечивающее производство электрической энергии под действием солнечного света, поступающего при прямом или рассеянном излучении. Количество солнечных батарей и, соответственно, их уровень мощности напрямую зависят от требуемого объема электрической энергии в сутки для каждого конкретного строения. Соответственно, чем больше требуемый объем электроэнергии для дома или для дачи, тем больше должна быть производительность солнечных батарей в течение светового дня и тем больше их уровень общей мощности.Электростанция на солнечных батареях

Основным критерием определения общей мощности солнечных батарей является суточная потребность в электроснабжении каждого конкретного строения, измеряемая в кВтч/сут.

Исходным материалом для производства солнечных батарей служит кремний различного уровня качества:

  • Поликристаллический;
  • Монокристаллический;
  • Аморфный.

От уровня качества исходного материала, в данном случае от кремния, зависит в первую очередь рабочий ресурс солнечной батареи, ее уровень производительности и в конечном результате стоимость. Кроме того, стоимость и эффективность функционирования солнечной батарей во многом зависят от применяемых при ее производстве материалов: стекла и подложки, а также качества профиля, сборки короба и прочего.

2. Аккумуляторные батареи

Подзарядка блока аккумуляторных батарей осуществляется на протяжении светового дня от солнечных батарей, после чего аккумуляторные батареи могут обеспечивать запитку электроэнергией всех бытовых потребителей в любое время суток.

Электростанция на солнечных батареях обычно функционирует посредством необслуживаемых герметизированных аккумуляторных батарей, так как именно данный тип аккумуляторов не выделяет во время функционирования вредных для здоровья человека газов и не требует дополнительной заливки воды в электролит. Данные аккумуляторы производятся по технологии GEL или в альтернативном варианте AGM, в среднем обеспечивающих рабочий ресурс аккумуляторах в составе электростанции на солнечных батареях сроком от 3 до 10 лет. Эксплуатационный срок аккумуляторных батарей напрямую зависит от множества факторов, в первую очередь от качества изготовления, а также от глубины заряда, количества циклов заряда – разряда и прочего.

3. Контролер заряда аккумуляторной батареи

Основным предназначением контролера заряда является управление процессом заряда аккумуляторов от солнечных батарей. Применяемые в инновационных солнечных электростанциях контролеры заряда различаются по алгоритму заряда могущего быть:

  • on/off;
  • pwm;
  • mppt.

От применяемого в контролере алгоритма напрямую зависит то, насколько используется емкость аккумуляторной батареи, так как для алгоритма on/off это значение может достигать 90%, а также рабочий ресурс аккумулятора и объем используемой мощности солнечных батарей, так как алгоритм mppt обеспечивает съем электроэнергии с солнечных батарей на 10–30% больше.

4. Инвертор

Основным предназначением инвертора, применяемого в электростанциях для дачи на солнечных батареях, является обеспечение преобразования постоянного тока аккумуляторных батарей в переменный ток с параметрами AC 230В, AC 380В – 50ГЦ.

Домашняя электростанция на солнечных батареях все больше эволюционирует. В настоящее время существуют модификации инверторов, оснащенных расширенными функциями, в частности:

  • Запуск генератора;
  • Автоматический ввод резервного объема;
  • Встроенный контролер заряда или в альтернативном варианте интерфейс, обеспечивающий совместную работу с контролером заряда.

Главным критерием при выборе инвертора является уровень номинальной мощности нагрузки и уровень пусковых токов нагрузки. Уровень мощности инвертора напрямую зависит от суммарной мощности всех потребителей электроэнергии в доме с учетом запаса мощности пусковых токов в кВт или кВА, запитываемых от электростанции на солнечных батареях и, соответственно, от инвертора.

В оптимальном варианте уровень мощности инвертора должен быть немного больше чем суммированный уровень мощности всех энергопотребителей, так как всегда существует возможность дооснащения дома дополнительными потребителями или замены существующих на более энергоемкие аналоги. Особенно это актуально для потребителей с высокими пусковыми токами. Но это уже автономные электростанции на солнечных батареях – их отличает более высокая мощность и, конечно же, цена.

5. Блок автоматического ввода резерва или реле напряжения

В силу того, что объем поступающей на солнечную батарею солнечной энергии нестабильный и зависит от погодных условий или времени года, а также может зависеть от технических нюансов, когда солнечные батареи покрыты инеем или снегом, рекомендуется иметь в качестве резервного источника электроэнергии сеть, или в альтернативном варианте газовый или жидкотопливный генератор.

В ситуации, когда уровень напряжения на блоке аккумуляторных батарей снижается до критических значений блок АВР или реле напряжения осуществляют переключение электрической энергии на сеть или генератор с его автоматическим подключением. Если же уровень напряжения упал ниже критических значений, блок АВР или реле напряжения подключают либо электрическую сеть, либо автоматически запускают генератор на подзарядку блока аккумуляторных батарей.

6. Устройства слежения за солнцем

Солнце электроснабжение

Электростанция на солнечных батареях предусматривает наличие устройств слежения за солнцем – фотоэлектрических модулей, максимально эффективная производительность которых обеспечивается тогда, когда фотоэлементы располагаются перпендикулярно потоку солнечного света. В отличие от неподвижно закрепленных фотоэлектрических модулей, их аналоги, установленные на подвижную платформу, обеспечивают слежение за Солнцем и увеличивают производство электроэнергии минимум на 10% в зимнее время года и более чем на 40% – в летние месяцы.

Однако прежде чем устанавливать систему слежения за Солнцем, следует оценить и сопоставить преимущества лишней электроэнергии, полученной за счет системы слежения со стоимостью ее установки и последующего технического обслуживания. И уже после этого решать вопрос целесообразности установки данного устройства. Объясняется это тем, что стоимость устройства слежения за Солнцем никак не является демократичной, и в большинстве стран мира не имеет экономической целесообразности при использовании для менее чем восьми солнечных панелей. Тогда как при использовании восьми солнечных панелей можно получить больше электроэнергии, если потратить средства на приобретение дополнительных элементов, а не на установку системы слежения за Солнцем.

Рентабельность системы слежения за Солнцем обеспечивается только в случае использования восьми и более солнечных панелей, хотя бывают и исключения, когда электростанция на солнечных батареях используется в качестве источника электроэнергии для запитки глубинного водяного насоса без применения аккумулятора. В данном случае система слежения за Солнцем экономически выгодна для двух и более фотоэлектрических модулей, что обусловливается техническими характеристиками данного оборудования с высокими пусковыми токами и максимальным уровнем напряжения.

7. Кабели

Оптимальным вариантом избежания потерь электроэнергии является применение и правильное подключение к приборам соответствующих электрических кабелей. Во-первых, электрический кабель должен быть максимально коротким. Во-вторых, кабели, применяемые для соединения различных приборов, должны соответствовать площади поперечного сечения не менее 4–6мм2. Для того чтобы избежать падения напряжения более чем на 3%, электрический кабель, соединяющий солнечный модуль и блок аккумуляторных батарей, должен соответствовать площади поперечного сечения в 0,35мм2 (для 12 вольтной системы) или 0,17мм2 (для 24 вольтной системы) на 1 метр на 1 модуль.

В результате имеем то, что применяемый для 2 модулей электрический кабель длинной в 10 метров должен быть не тоньше:

10 х 2 х 0,352 = 7мм2

В силу того, что работать с кабелем толщиной поперечного сечения более 10мм2 очень сложно, придется смириться с достаточно высоким уровнем потерь электроэнергии. Следует учитывать, что если часть электрического кабеля прокладывается на улице, тогда он должен обладать высоким уровнем устойчивости к атмосферным воздействиям, а также к ультрафиолетовому излучению.

Фотоэлектрические системы с резервными генераторами

Совместная работа фотоэлектрических элементов и других генераторов электроэнергии способна обеспечить не только более разнообразный спрос на электрическую энергию, но и сделать это более удобно и экономически выгодно, чем их применение по отдельности.

Например, в случае, когда электроэнергия необходима постоянно или когда ее нужно значительно больше, чем может обеспечить только электростанция на солнечных батареях, генератор эффективно дополнит недостающий объем. Кроме того, дополнительный генератор необходим для обеспечения электроэнергией дома в тех случаях, когда полностью разряжается блок аккумуляторный батарей солнечной электростанции.