«Альтернативные источники энергии» — еще недавно слыша это словосочетание, мы скептически вздыхали: да, существуют, но это дорого и малодоступно. И если лет двадцать назад солнечные батареи в наших домах можно было увидеть только на калькуляторах, то в последние годы ситуация изменилась в корне. Теперь солнечные батареи для дома широко используются в качестве дополнительного или автономного источника электрической энергии, более того, их можно не только приобрести в готовом виде, но и сделать самостоятельно (если есть некоторые навыки работы с паяльником и электрической сетью).

Солнечные батареи: помощь в экономии электроэнергии

Являясь практически неиссякаемым источником энергии, солнце уже давно испытывало умы народных изобретателей. И вот результат — солнечные батареи стали доступны не только для научных институтов и космических станций, но и внедряются в нашу повседневную жизнь, а также помогают экономить электроэнергию в наших домах. Согласитесь, в условиях постоянного роста цен на эти услуги, это весомый аргумент в пользу вложения средств в установку на крыше дома солнечных батарей.

Устройство солнечной батареи

Солнечные батареи — понятие многосоставное и включает в себя несколько фотоэлементов, спаянных воедино. Спайка нескольких фотоэлектрических модулей помогает добиться производства большего объема электроэнергии.

Единичный фотоэлемент — это «пирог», производимый из моно- или поликремниевых фотоэлектрических преобразователей и состоящий из таких слоев:

• герметик;
• стекло;
• герметизирующая пленка (используется EVA);
• солнечные элементы (предохраняются от перегревания четырьмя диодами);
• защитная пленка;
• корпус.

Наиболее распространены кремниевые солнечные модули с максимальной мощностью в 40—260 Вт.

Солнечные модули соединяются параллельно и последовательно, что при поломке одного элемента не приведет к порче всей батареи. Такая комбинация соединений помогает достичь наивысшей мощности и силы тока батареи.

Принцип действия системы автономного электрообеспечения

Фотоэлементы складываются из двух листов, покрытых кремнием и другими элементами. Верхний лист производится с переизбытком электронов, а нижний – с недостатком. Когда яркий солнечный свет попадает на фотоэлектрический преобразователь, возникает взаимодействие между кремниевыми пластинами, вызывающее движение электронов и преобразующее таким образом энергию солнца в электричество.

Солнечные элементы, составляющие батарею, преобразуют солнечную энергию, которую можно использовать для домашних электроприборов или накапливать в аккумуляторных устройствах. Самыми эффективными и долго служащими являются свинцовые и гелиевые батареи.

Процесс разрядки и подзарядки аккумулятора происходит под «присмотром» контроллера. Он включается в работу при заряде аккумуляторных батарей на 90%: при поступлении на него данных об их почти полной зарядке, контроллер уменьшает скорость заряда аккумулятора. Оптимальный показатель разряда батарей — 20%.

В ситуациях, когда аккумуляторы заряжены полностью, к системе солнечного электрообеспечения подключают резистор — для поглощения избытка мощности.

Батареи вырабатывают ток с постоянным напряжением, не подходящий для большинства электроприборов (кроме светодиодных ламп и портативных гаджетов). Чтобы преобразовать его в ток переменного напряжения в систему устанавливают инвертор.

Сферы применения

Экологически чистые системы снабжения электроэнергией — преобразованной энергии солнца, применяются повсюду: солнечные батареи можно встретить не только в качестве источников энергии дорожных знаков и видео- и фотокамер на трассах и улицах городов, но и на крышах домов. Солнечная батарея для дачи и загородного коттеджа — это отличный вариант, ведь потребность в электроэнергии в таком сезонном жилище совпадает с периодом максимально эффективной его выработки. Системы, устанавливаемые на крышах, способны обеспечить полностью все электроприемники жилища, а также послужить резервным вариантом электроснабжения.

Солнечные батареи применяют:

• в недоступных для электрификации местах планеты;
• в космосе;
• для экономии ресурсов в жилых домах;
• в технике и автомобилях;
• для накопления энергии и подзарядки портативных устройств;

Стоит отметить, что с каждым годом этот источник экологически чистого электричества дешевеет, благодаря успехам ученых, постоянно совершенствующих используемые материалы, удешевляющих их стоимость и увеличивающих срок их службы. Стоимость сетевой электроэнергии, наоборот, с каждым годом растет. Поэтому срок окупаемости солнечных батарей при использовании их в быту неуклонно уменьшается, что не может не радовать.

Разновидности солнечных элементов и их стоимость

1. Тонкопленочные фотоэлементы. Отличаются дешевизной, но не слишком производительны. Работают даже при пасмурной погоде и на них не влияет угол падения солнечных лучей. Занимают большую площадь, чем другие виды панелей и, несмотря на их легкость, редко применяются для бытовых нужд.
2. Мультикристаллические элементы. Чуть дороже предыдущих, но более эффективны. Подходят для неинтенсивной освещенности.
3. Монокристаллические фотоэлектрические компоненты. Наиболее распространены в домашнем использовании за счет своей производительности. Зависят от яркости солнечного освещения, но легкие и прочные. Самые дорогие.

Приобрести фотоэлементы можно как в наборах для самостоятельной сборки, так и готовые системы у частных фирм, которые также оказывают и услуги по их установке. Стоимость модуля солнечных батарей в зависимости от размеров, мощности и вида элементов начинается от 1800—2000 рублей за 30 Вт. Стоимость 1 Квт установленной мощности для поли- и монокристаллических элементов составляет 200-250 тыс. рублей. Модули, изготовленные с применением аморфного кремния, дешевле — 120—150 тыс. рублей за 1 Квт мощности. Цена, конечно, зависит еще и от производителя.

Как рассчитать мощность солнечных батарей

Если к процессу оборудования своего жилища солнечными батареями подходить основательно, то стоит определиться с общей мощностью всех приборов, потребляющих электроэнергию в нем. Произведите подсчет потребляемой энергии каждым потребителем за определенный период. Для этого составьте список каждого прибора, запишите, сколько часов он работает в сутки, и умножьте номинальную мощность на количество предполагаемых часов работы. Затем сложите все показатели и получите мощность всей системы. Чтобы узнать номинальную мощность — обратитесь к паспортам электроприборов.

Еще нужно продумать, какова будет емкость аккумуляторов. Для этого проанализируйте, какой период в часах на фотоэлектрические батареи не будут попадать солнечные лучи.

Мощность батарей напрямую зависит от количества солнечного света, поступающего на фотоэлементы, и их температуры (при повышении температуры фотоэлектрического элемента, выработка им энергии снижается в среднем на 0,45%).

При сборке солнечной батареи своими руками выбираются фотоэлементы в количестве, обеспечивающем в спайке общую мощность всех энергопотребителей.

Как самостоятельно сделать солнечную батарею

Итак, выбор солнечных элементов и их количества сделан, теперь можно приступить непосредственно к сборке солнечной батареи. Спаивать фотоэлементы рекомендуют очень осторожно, слишком сильно нажимать на паяльник не стоит — это чревато расколом элемента и выходом его из рабочего состояния.

В продаже есть фотоэлементы с припаянными проводниками — в этом случае пайки будет меньше. Если таковых не оказалось, то приготовьтесь к кропотливой и требующей максимальной аккуратности работе. Старайтесь не наносить на место спайки много олова, дабы не лопнул элемент. Сначала подготавливаем место, где будет проводник карандашом, наносим олово и прикрепляем проводник. Спаиваем все элементы между собой.

схема солнечной батареи

По окончании, спаянные элементы помещаются в каркас. Его делают из алюминиевых уголков, стекла или оргстекла, главное, чтобы защитный экран помогал в защите солнечных элементов от перегрева. Для каркаса используют и ДСП или фанеру. Фотоэлементы закрепляются на лицевой стороне каркаса, и крайние припаиваются к более широким проводникам. Припаиваем диоды — по одному на каждую ¼ часть фотоэлемента. Определяем «+» и «—» системы.

После сборки нужно герметизировать конструкцию, предварительно проверив ее работоспособность. Для этого можно использовать универсальный силиконовый герметик.

Монтаж солнечных батарей на крыше дома

Для размещения солнечных модулей можно использовать как саму крышу, так и специальные каркасные системы. В первом случае угол наклона батарей будет фиксированным, что вызовет трудности с их эксплуатацией в период с пониженной солнечной активностью или обусловит выбор вида фотоэлемента, не зависящего от интенсивности солнечных лучей. Во втором варианте для монтажа солнечных батарей используются конструкции с регуляцией угла наклона (от 15° до 60°) на разное количество модулей системы. Батареи можно устанавливать на любой кровле — от металлической крыши до мягкой черепицы.

Положительные моменты использования каркасных систем:

• Простота и быстрота установки;
• Небольшие трудозатраты;
• Длительный срок полезного использования (до 25 лет);
• Могут устанавливаться как на крыше, так и на земле;
• Высокое качество систем.

Плюсы и минусы солнечных батарей и систем на их основе

Что же хорошего даст вам использование солнечных батарей?

1. Разовое денежное вложение постепенно окупится, а ваше жилище будет обеспечено автономной либо резервной системой электроэнергии на долгие годы. Срок службы качественных батарей на полной мощности составляет 25 лет, по прошествии этого срока мощность упадет всего на 20%.
2. Отличное решение для дачных домов, используемых в летний период.
3. Независимость от общей сети и пиковых нагрузок и, связанных с этим перебоев в электроснабжении.
4. Экологическая чистота вырабатываемой энергии.
5. Обслуживание сводится к сезонному очищению модулей от пыли и грязи.
6. Доступность системы для усовершенствования (легко добавляются батареи и аккумуляторы).
7. Установка солнечных батарей может производиться на любую часть дома и даже на землю.

Минусы:

• Достаточно медленная окупаемость;
• Зависимость накопления энергии от солнечной погоды для некоторых видов фотоэлементов;
• Стоимость хотя с каждым годом и снижается, но продолжает оставаться высокой.