Солнце — это неиссякаемый источник энергии, которую человечество всё более активно пытается использовать в качестве альтернативы электричеству, вырабатываемому традиционным способом. Солнечные панели. Насколько эффективно их использование для энергообеспечения загородного дома?
Солнечная батарея — это устройство для прямого преобразования энергии Солнца в электроэнергию при помощи полупроводниковых фотоэлементов. Она состоит из нескольких фотоэлектрических солнечных элементов, соединённых друг с другом с помощью проводников и имеющих выходные клеммы для подключения внешнего потребителя.
Основным материалом, который используется для изготовления фотоэлектрических элементов, является кремний. Солнечные панели могут генерировать электричество в течение 20 и более лет. Правильно смонтированная солнечная батарея будет тихим, надёжным и экологически чистым источником энергии в течение многих лет.
Солнечные панели могут быть как основным источником энергии, так и резервным в случае, когда централизованная электросеть работает с перебоями или выдаёт нестабильное напряжение. Если использовать небольшие солнечные модули, то это обеспечит питание наиболее важной нагрузки (холодильник, телевизор, компьютер... — по выбору).
Как устанавливать?
Количество вырабатываемой солнечными модулями энергии зависит от ряда факторов, в числе которых угол их наклона и ориентация по сторонам света.
Возможные варианты монтажа:
- наклонный (на кровлю с любым углом наклона);
- горизонтальный (на плоскую кровлю);
- свободностоящий (находятся на независимой опорной конструкции);
- интегрированный (панели, соединённые с сетью системы, могут стать элементами конструкции здания).
Максимальное количество энергии воспринимается солнечным модулем при расположении его плоскости под прямым углом к направлению инсоляции (облучению поверхности солнечными лучами). Поскольку угол инсоляции напрямую зависит от времени суток и времени года, то в связи с тем, в какой сезон или в какое время суток необходимо получить максимум энергии, и проводят ориентацию плоскости батареи. Чаще всего для нашей широты используется угол наклона от 35 до 45 градусов. А отклонение плоскости солнечной батареи от направления на юг приемлемо в пределах 45 градусов на юго-восток или юго-запад. Естественно следует исключить затенение панелей соседними зданиями или деревьями.
Итак, можно ли небольшой стандартный дом в два этажа (примерно 100 кв. м), расположенный в Ленинградской области, обеспечить энергией только за счёт солнечных батарей, при условии постоянного проживания? Такой вопрос мы задали ведущему инженеру компании «Альянс-Нева» Кириллу Пруненко. Специалист считает, что полностью в течение года солнечные панели не смогут обеспечить потребности в энергии. В ноябре, декабре и январе понадобится дополнительный источник — резервный генератор.
Если хозяева проживают круглогодично, а не сезонно, то для обеспечения дома электричеством необходимо будет установить на южный склон кровли примерно 40–50 кв. м солнечных панелей (получается, что половина крыши должна быть ими покрыта), что не так уж и мало и потребует солидных финансовых вложений.
Батареи, аккумулятор, контроллер, инвертор
Электрическая сеть, источником энергии в которой являются солнечные батареи, состоит из: самих солнечных панелей, аккумулятора, контроллера заряда и инвертора.
Но поскольку электричество, вырабатываемое солнечными батареями, расходуется не постоянно в течение дня (мы спим, ходим на работу) или какие-то приборы не включаем, к автономным солнечным системам обязательно нужно подключать аккумуляторы. Они бывают разной ёмкости и разных типов. Как правило, используют кислотные аккумуляторы. Для средних размеров дома с постоянно проживающими жильцами достаточно аккумулятора на 4000 ампер/часов.
Все кислотные аккумуляторы обладают таким свойством, как саморазряд. Даже если аккумулятор стоит неподключённый, он саморазряжается. Хороший, правильно подключённый аккумулятор разряжаться будет порядка 3–4 месяцев. Но на срок службы, его способность разрядки и зарядки влияет ещё и температурный режим, в котором он эксплуатируется.
Солнечная батарея вырабатывает постоянный ток и может напрямую отправлять его потребителям, но без автоматики всё равно не обойтись — она будет распределять потоки. Обязательно нужно установить контроллер заряда аккумуляторных батарей — он защитит их от глубокого разряда (если они полностью разрядятся, то выйдут из строя). Есть батареи глубокого разряда, которые можно разряжать на 80% от их ёмкости, а обычный аккумулятор — всего на 50%.
Контроллер заряда несёт в себе функцию защиты аккумуляторных батарей. Кроме того, он может напрямую передавать энергию, если в данный момент происходит достаточная её выработка и есть потребитель постоянного тока, и параллельно заряжать аккумулятор. Если нет потребителя, то электроэнергия идёт непосредственно на зарядку аккумулятора.
При условии появления излишков энергии её можно направить на подогрев воды, если установить накопитель с тэнами, тогда электроэнергия будет преобразовываться в тепловую.
В доме, как правило, всё же больше потребителей переменного тока, ведь приборов, работающих на постоянном токе, не так много, и в России этот рынок ещё недостаточно развит, поэтому необходимо установить инвертор, способный преобразовывать постоянный ток в переменный. В принципе, современные инверторы могут сочетать в себе и все функции контроллера заряда батарей и ещё управлять автоматикой резервного генератора — при необходимости запускать его. Дорогие хорошие инверторы могут отключать определённых потребителей. Например, хозяин определит приоритетные розетки, к которым постоянно должен поступать ток, а все остальные потребители, при дефиците энергии, будут отключаться.
Цены
Солнечные батареи очень удобная система, использующая возобновляемый источник энергии, но пока это удовольствие достаточно дорогое, даже в сравнении с тем, что подключение к центральным электросетям нового потребителя в Ленинградской области стоит немалых денег.
Пиковый киловатт установленной мощности такого комплекса (когда активное и максимально эффективное солнце, и солнечные лучи падают на поверхность перпендикулярно — летом) обойдётся примерно в 4,5-7 тыс. евро. Соответственно, в остальное время года, в пасмурную погоду, утром или вечером, когда солнце находится под другим углом, эта мощность меньше. А для выработки киловатта пиковой мощности необходимо около 9 кв. метров солнечных панелей.
Специалисты считают, что использовать солнечные установки для частичного получения электроэнергии экономически невыгодно. Потому что срок их службы в пределах 20–25, и окупаемость в этом случае будет тоже лет 20.
Но учёные постоянно совершенствуют технологии выработки энергии из солнечного света. Так, в Массачусетском технологическом институте был найден способ повысить производительность недорогих солнечных батарей практически на треть. При их массовом производстве киловатт будет стоить чуть больше тысячи евро, впоследствии, после проведения ряда усовершенствований, можно ещё понизить цену.
В числе наиболее известных мировых производителей солнечных батарей: Sharp, Kyocera Siemens, Solarex, BP Solar, Shell... В России солнечные панели производят в Москве, Рязани и Краснодаре (известные как «Солнечный ветер»).
По прогнозам учёных, уже через десять лет мощности, сопоставимые с суммарной мощностью энергии, вырабатываемой сегодня всеми российскими электростанциями, будут производиться солнечными батареями.
А у наших соседей
Во многих странах мира правительства поддерживают развитие альтернативной энергетики.
— В Испании, например, государство приняло программу развития альтернативной энергетики и поощряет граждан, которые готовы устанавливать в своих жилищах солнечные панели и ветрогенераторы,— говорит Николай Плеханов, генеральный директор компании «Инверта».— Поощрение носит вполне меркантильный характер. Дело в том, что инверторы типа Xantrex XWимеют особенную функцию, при которой они могут отдавать энергию обратно в сеть. Таким образом, если за день собрали больше энергии, чем могли истратить, система будет возвращать ток в общую сеть, и счётчик в щитке домовладельца будет вращаться вспять. В конце каждого месяца хозяин ещё получит деньги за излишки электроэнергии, переданные другим потребителям. Поэтому в той же Испании системы альтернативной энергии на солнечных батареях стоимостью 20-30 тыс. евро окупаются за 5–7 лет и начинают приносить их владельцам чистую прибыль!
Конечно, в нашей стране нам ещё далеко до этого, да и климат не тот, однако есть энтузиасты, которые устанавливают солнечные панели на крышах своих дач и коттеджей. Окупает ли это затраты? На сегодняшний день — скорее нет. Имеет ли это смысл? Реальный опыт говорит, что — да, так как дополнительное автономное электричество можно получать в любом случае.
Текст: Марина Иванова
Консультанты: «Альянс-Нева», «Инверта»
«Загородное строительство» № 11–12 (51-52), ноябрь-декабрь 2009 г.
Похожие статьи:
- Мини-электростанции
- Да будет свет! Электроснабжение загородного дома
- Его величество – электричество. Бесперебойное питание дома
- Независимость – свобода от условностей. Выбор электрогенератора
- Автономия с генератором