Обратите внимание: если последовательность подключения будет прервана, контроллер может сломаться.

Как подключить солнечную панель, смотрите в следующем видео:

Солнечные батареи принцип работы, подключение для частного дома

Одним из преимуществ загородного коттеджа и дачного домика является возможность их последующей модификации, включая полную или частичную модернизацию централизованной сети электроснабжения. Для этого широко используются автономные системы, работающие на альтернативных источниках энергии. И больше всего привлекает людей солнечная энергия. Технология, которая изначально разрабатывалась для нужд космической промышленности, доступна сегодня и в гражданском строительстве.

Эксперты в области мировой энергетики сходятся во мнении, что применение в быту стационарных электростанций, функционирующих на солнечных батареях, — самый «безболезненный» для экологии способ добычи природных ресурсов. Единственной проблемой, с которой сталкиваются владельцы частных домов, является выбор оптимальной конструкции и модели гелиосистемы с учетом экономической выгоды и прироста показателей КПД.

В этой статье мы затронем принцип действия солнечных панелей, рассмотрим популярные способы монтажа гелиоустановок и расскажем о важных аспектах эксплуатации оборудования, которые помогут определиться с выбором конфигурации электростанции для бытового использования.

Принцип работы «домашней» гелиосистемы

Рабочими элементами солнечной батареи для частного дома выступают фотоэлектрические пластины. Они поглощают инфракрасное излучение от солнца и генерируют бесплатные природные экоресурсы в постоянный электрический ток.

Чтобы фотопанели работали исправно и обеспечивали необходимую мощность, их соединяют между собой, чередуя параллельный и последовательный методы подключения. Постоянный электрический ток, в зависимости от конструкции, поступает на инвертор, где преобразуется в переменный ток 220 V, или временно «оседает» в аккумулирующих емкостях.

Второй вариант более практичный, так как накопление электроэнергии «на запас» позволяет:

• исключить резкие перепады напряжения в домашней сети;
• рационально использовать полученные ресурсы;
• автоматически или вручную регулировать интенсивность работы электростанции.

При правильном монтаже КПД современных гелиосистем держится на уровне 35–40%. Модульные солнечные батареи для дома демонстрируют максимальные показатели эффективности в южных регионах России, где хорошая погода стоит больше 200 дней в году.

При установке солнечных батарей для частного дома крайне важно учитывать не только район, но и географическую широту, поскольку ближе к полюсам излучение солнца менее интенсивно. Но даже в северных и восточных регионах использование альтернативной энергии позволит вам сэкономить на потреблении традиционно «домашних» ресурсов.

Варианты фотоэлектрических элементов

Как было сказано ранее, генерация электрического тока происходит в момент соприкосновения лучей солнца с поверхностью фотоэлементов. Воздействие инфракрасного излучения смещает электроны с их «родных» орбит, в результате чего создается направленное движение заряженных ионов. При грамотном монтаже одна солнечная панель площадью 10 кв. м способна вырабатывать порядка 1 кВт энергии. На мощность бытовых гелиосистем оказывают влияние характеристики фотоэлемента.

1) Монокристаллический кремний

Такие солнечные батареи для дома отличаются достаточно легким весом, компактными размерами, а также продолжительным сроком эксплуатации. Их очень удобно монтировать, вот только монокристаллические фотоэлементы требовательны к интенсивности солнечного излучения и направленности лучей. Даже небольшая облачность критична для солнечной батареи, поскольку практически всегда приводит к прекращению генерации электричества от солнца.

Толщина панелей колеблется в пределах 200–300 мкм, а КПД при хорошей погоде и правильном расположении конструкции держится на уровне 17–19%. Недостаток — высокая стоимость для частных домов.

2) Поликристаллический кремний

В среднем срок эксплуатации составляет 15-20 лет, КПД – 14%. По электрическим характеристикам поликристаллические фотоэлементы уступают монокристаллу.

Но благодаря тому, что кристаллы кремния направлены в разные стороны, пластины на солнечных батареях хорошо улавливают рассеянные световые пучки, а потому намного меньше «страдают» при отсутствии солнца.

3) Тонкопленочные панели

В данном случае используется светопоглощающая пленка, которая «впитывает» энергию солнца даже при пасмурной погоде. Вот только КПД у них держится на уровне 8–10%, но этот недостаток с лихвой компенсируется низкой стоимостью.

Тонкопленочные фотоэлементы можно установить в любом удобном месте кровли или стены здания. Они не притягивают пыль и даже работают при неблагоприятных условиях окружающей среды, но при малой интенсивности солнечного излучения КПД снижается на 15%. Недостаток — требуется большая площадь для монтажа.

Различают также фотоэлементы из аморфного кремния, которые представляют собой эконом-вариант для дачных домиков (КПД 7–8%), и панели из теллуида кадмия, изготовленные по пленочной технологии, — КПД в районе 9–11%.

Схемы подключения солнечных батарей

Выделяют несколько основных категорий фотоэлектрических систем энергоснабжения частного дома (ФСЭ), которые различаются между собой по техническим параметрам и функциональным характеристикам.

К первой группе относят полностью автономные (закрытые) системы, которые не интегрированы в централизованную сеть электроснабжения. Солнечные генераторы функционируют в собственном контуре, а бытовые приборы подключены напрямую. Показатели КПД возрастают после установки аккумуляторных батарей и контроллера заряда.

Вторую группу представляет система солнечных батарей открытого типа. По умолчанию аккумулирующие емкости в ней не предусмотрены. ФСЭ подключены к централизованной сети электроснабжения через инвертор. При допустимом значении потребляемой мощности работают только фотопанели, которые генерируют ток напрямую. Если нагрузка возрастает, потребление электричества производится из традиционных источников. Такие гелиосистемы стоят недорого, но и не отличаются высокой эффективностью.

К третьей категории относят комбинированные ФСЭ, которые обладают характеристиками гелиосистем открытого и закрытого типа. Такие конструкции отличаются высокой стоимостью, поскольку их работа связана с использованием аккумуляторных батарей повышенной емкости и сетевых многофункциональных преобразователей.

Обогрев дома при помощи солнечных панелей

Для автономного отопления частного дома стандартные гелиосистемы применяют в основном на юге России, где тепловая энергия является первоосновным источником электричества. Владельцам дачных домов и небольших коттеджей целесообразнее приобретать для нагрева воды бытовой коллектор.

Выбор конкретной схемы подключения напрямую зависит от условий эксплуатации оборудования и личных потребностей. Как показывает практика, использование солнечных батарей в зимний период дает возможность сэкономить на традиционных энергоносителях до 25% всех затрат, в зависимости от температуры окружающей среды.

Стандартный комплект оборудования

Чтобы обеспечить частный дом электроэнергией по «зеленым» тарифам, одних только солнечных панелей недостаточно. Базовая комплектация, помимо фотоэлементов, в обязательном порядке подразумевает применение вспомогательного оборудования:

• аккумулирующие емкости;
• сетевой инвертор;
• контроллер заряда АКБ.

Если вы решили самостоятельно сделать электростанцию, работающую от солнечных батарей, не выбирайте для накопления электроэнергии автомобильные аккумуляторы — их срок службы при интенсивной нагрузке составляет всего 2-3 года, поэтому такие «батарейки» придется регулярно менять.

Гелиосистемы на основе вакуумного коллектора или солнечного модуля для нагрева воды дополнительно комплектуются насосом для постоянной циркуляции теплоносителя, водяным котлом емкостью до 1000 л и электрическими тэнами.

Таким образом, солнечные энергоресурсы можно использовать для электроснабжения, горячего водоснабжения или отопления, включая систему «теплый пол». Чтобы подобрать наиболее подходящий вариант для автономного дома, надо предварительно рассчитать суммарную мощность потребления бытовых приборов, а также обязательно учесть уровень инсоляции, месторасположение и угол наклона фотопанелей, среднее количество солнечных дней в году.

Способы монтажа бытовых гелиоустановок

В установке солнечных батарей нет ничего сложного. Самое главное — грамотно разместить модули. При монтаже важно придерживаться определенного угла наклона, который должен соответствовать географической широте местности. В процессе установки нужно также соблюдать азимут. Для северо-восточных он составляет 180 градусов.

Зимой КПД электростанции с солнечными батареями может упасть до минимальных значений, поскольку обильные снегопады будут препятствовать попаданию лучей солнца на наружную поверхность фотоэлектрических элементов. Поэтому при монтаже важно учесть, что на крыше потребуется свободное место для очистки конструкции от налипшего снега и грязи. Впрочем, этих хлопот можно избежать, если зафиксировать солнечные панели на поверхности южной стены под углом 60–80 градусов. На практике для коттеджей применяют разные варианты расположения фотоэлектрических модулей:

1. кровля — дополнительно потребуется установка надежной опорной конструкции из металлопрофилей или направляющих рельс;
2. стены — в данном случае на фасад здания монтируется рамная система для удержания фотопанелей «на весу»;
3. приусадебная территория — альтернативный вариант расположения батарей, когда кровля дома сильно затенена или не рассчитана на дополнительную нагрузку.

Свободное размещение имеет множество преимуществ, но требует наличия достаточного пространства на приусадебном участке. Чтобы автоматизировать процесс наклона и движения фотоэлектрических панелей по ходу солнца, дополнительно рекомендуется использовать специальные шарнирные конструкции с электроприводом.

Окупаемость и срок эксплуатации

Применение солнечных батарей позволит сэкономить на освещении и отоплении, независимо от времени года. Самые большие показатели энгергоэффективности гелиосистемы демонстрируют в южных широтах, где количество солнечных дней преобладает. Это и неудивительно, так как обязательным условием высокопродуктивной работы электростанции является стабильное поступление инфракрасного излучения и видимого света на поверхность фотоэлектрических элементов.

По статистике, солнечные батареи для частного дома мощностью 4–5 кВт при постоянном использовании окупают себя за 8–10 лет, после чего работают впрок. При этом срок эксплуатации составляет в среднем 20-25 лет, а вот аккумуляторные батареи придется менять через каждые 5-6 лет. Многим такие сроки окупаемости покажутся большими, но в действительности оно того стоит, учитывая, что в скором времени ископаемых ресурсов на планете практически не останется, а стоимость одного киловатта электроэнергии возрастет в разы.

Как подключить солнечную батарею

Подключение солнечных панелей. Схема подключения солнечных батарей.

Солнечные батареи могут обеспечить электроэнергией в условиях, когда нет возможности подключения с сети электропитания.

В этой статье мы рассмотрим, как правильно подключить солнечную панель для питания бытовых электроприборов.

Как подключить солнечную батарею.

Самая простая схема подключения солнечной батареи состоит из элементов:

• Солнечной панели.
• Контроллера заряда аккумулятора.
• Аккумулятора.
• Инвертора.
• Соединительных проводов.

Солнечные батареи.

При покупке солнечной панели следует знать, что солнечные панели бывают двух видов:

• Поликристаллические.
• Монокристаллические.

В чём же их отличие? Панели отличаются между собой по технологии производства так называемых солнечных элементов, из которых, и состоит солнечная панель.

У поликристаллической панели активная поверхность синего цвета, а у монокристаллической панели черного, с характерными углами.

Какая панель лучше?

Поликристалл однозначно лучше, так как он работает эффективнее при пасмурной погоде и слабом солнечном свете. Монокристаллические панели имеют меньшую площадь при одинаковых мощностях с поликристаллической панелью, поэтому в пасмурную погоду монокристаллические панели работают менее эффективно.

Наиболее чаще применяются 12 вольтовые панели, которые удобней адаптировать с 12 вольтовыми аккумуляторами. Обычно под значением 12V панель подразумевается 17V — 18V, это нужно для того чтобы когда панель в пасмурную погоду производит меньшее энергии она смогла компенсировать падение напряжения.

Солнечные панели при изготовлении уже имеют подключённые диоды Шоттки, которые защищают солнечные элементы от выхода из строя в момент, когда панель перестаёт генерировать электроэнергию и становится сама потребителем электроэнергии от аккумулятора. Именно диод препятствует обратному протеканию электрического тока.

Контроллер заряда.

Контроллер заряда аккумулятора управляет процессом заряда и препятствует чрезмерному заряду и разряду аккумуляторной батареи.

Принцип работы контролера следующий. Когда панель генерирует электрический ток, аккумулятор заряжается. Когда напряжение на клеммах 12 V аккумулятора достигнет предельного значения 14 V, контроллер отключает зарядку.

Когда солнечная батарея не работает в ночное время, система работает от аккумулятора. Когда напряжение на клеммах аккумулятора достигнет нижней границы 11V, контроллер отключит его от системы, тем самым предотвратит его полный разряд. К контроллеру можно подключить потребителей постоянного тока 12V через соответствующие клеммы (обозначены рисунком лампочкой), например светодиоды для освещения помещения.

Аккумуляторная батарея.

В системе аккумуляторная батарея выполняет функцию аккумулятора электроэнергии, который подзаряжает солнечная панель. Для подключения в систему можно использовать любые свинцово-кислотные аккумуляторы, а также гелевые. В жилом помещении лучше использовать аккумуляторы закрытого типа. Обычно используются 12V автомобильные аккумуляторы.

Инвертор.

Инвертор — он же преобразователь напряжения, подключается к аккумулятору и получает на входе постоянное напряжение, обычно 12V, на выходе из инвертора мы уже получаем переменное напряжение синус 50гц, 220V, к которому можно подключать бытовые приборы, работающие от сети переменного тока 220V.

Кабель.

При монтаже стационарных солнечных панелей производители рекомендуют использовать специальный кабель, для подключения солнечных батарей, который имеет повышенную защиту изоляции от ультрафиолетовых лучей. Можно использовать обычный медный кабель с дополнительной защитой из гофры. Это касается только кабеля который идёт от панели к контроллеру, на всех остальных участках используется обычный медный кабель.

Схема подключения солнечных батарей.

Все комплектующие нужно подключать в строгой последовательности.

Сначала нужно с помощью медного кабеля подключить аккумулятор к контроллеру плюс – плюс, минус – минус. На контроллере есть нарисованный значок аккумулятора.

Затем подключаем солнечную батарею к контроллеру плюс – плюс, минус – минус. На контролере также нарисован значок солнечной батареи возле соответствующих контактов для подключения. Если нужно установить несколько панелей, то их подключают параллельно.

Следующий шаг – подключение инвертора к аккумулятору плюс – плюс, минус – минус.

При несоблюдении полярности при подключении контроллер может выйти из строя.

Схема работы солнечной батареи.

Солнечные панели монтируются на открытых не затенённых участках с направлением на юг, под углом 45° к горизонту. Можно установить панель на автоматическое поворотное устройство, которое постепенно поворачивается по направлению к солнцу в течение дня.

Солнечная батарея под воздействием солнечных лучей, вырабатывает напряжение, которое поступает на контроллер. В свою очередь контроллер даёт зарядку на аккумулятор, который подключён к инвертору.

На инвертор поступает постоянный ток, например 12V, на выходе инвертора мы получаем переменный ток 220V, на выход инвертора подключаются потребители электроэнергии – ноутбук, телевизор и пр.

Даже небольшая солнечная электростанция может обеспечить работу таких бытовых приборов как ноутбук, телевизор, зарядные устройства для телефонов, осветительных ламп, и прочих бытовых приборов с низкой мощностью.

Подключение солнечных батарей к общей электросети

Переход на солнечные батареи и возобновляемую энергию имеет большое значение как для вашего дома, так и для вашего кошелька и окружающей среды. Тем не менее между частными системами есть отличия, и важно понимать разницу между «включенными» или «отключенными» от сети установками.

Вот краткий обзор подключенных к сети солнечных систем и того, как они работают к дому.

Что такое система, связанная с сетью?

Солнечные системы, подключенные к центральной электросети, питают дом напрямую от счетчика, через который идет электричеством от коммунальной службы. В общем случае сеть будет давать вам электроэнергию, если солнечные батареи вырабатывают недостаточно.

В некоторых случаях сеть может забирать и пользоваться избыточной мощностью, которую вырабатывает ваша установка. Таким образом вместо задействования аккумуляторов для запасания энергии система будет производить и сохранять полученное электричество в сети. Последнее актуально по той причине, что коммунальная служба дает скидку за полученную от вас мощность. Однако в России такая практика на данный момент, к сожалению, распростронена крайне редко.

Зачем переходить на установки, подключенные к сети?

Это намного удобнее, когда система подключена к центральному электроснабжению, потому что коммунальная компания сохраняет ваши излишки и отслеживает, сколько электроэнергии вы используете (что иногда очень полезно). В более солнечные периоды солнечные батареи могут произвести больше энергии, чем вам нужно. Отдав в сеть эту мощность, вы получаете скидку на электричество, которой можно воспользоваться в любой момент.

Во время сильного шторма, перебоя в питании или некоторых других проблем безопасности солнечные фотоэлектрические системы могут быть отключены (что истино и в обратном случае для централизованной сети). Некоторые установки имеют резервные батареи, но они увеличивает стоимость всей системы. Другой вариант — инвестировать в генератор. Тем не менее, в зависимости от того, где вы живете, он требуется крайне редко. Если вы боитесь, что это может остаться без электричества, изучите альтернативные варианты использования батарей или резервного питания на случай чрезвычайной ситуации.

Сколько стоят грид-системы?

Общая стоимость проекта будет зависеть от многих факторов, таких как масштаб, способ подключения и других вопросов, связанных с установкой. Тем не менее инвестирование в солнечную систему, привязанную к центральной энергосистеме, является правильным капиталовложением. В любом случае вы увидите значительную экономию в долгосрочной перспективе. К тому же в России постепенно появляются случаи покупки избытков мощности коммунальными службами, а значит солнечные батареи окупятся еще быстрее!

Солнечная система вашего дома подключена к сети или нет?