Точные расчеты угла наклона
Понятие угла установки солнечных панелей складывается сразу из нескольких показателей с учетом двухмерного пространства. Это горизонтальный наклон по отношению к одной из сторон света и вертикальный поворот относительно направления падения лучей светила.
Угол наклона по отношению к сторонам горизонта
Из школьного курса известно, что наибольшее количество солнечного света наблюдается на географическом юге. Определить его можно с помощью компаса, не забыв, что в разных частях земного шара существует незначительная погрешность между магнитным и географическим направлением. Так, для юга России она составляет приблизительно 7-8 градусов.
При проведении монтажных работ на поверхности земли владельцу устройства будет несложно правильно выбрать угол наклона солнечных панелей, ориентируясь на показания компаса. Если же установка осуществляется на скатной крыше, соблюсти требование по ориентации на юг может быть затруднительным. Поэтому допускаются некоторые отклонения, не оказывающие существенного влияния на КПД автономной электростанции:
- батарея, сориентированная на юго-восток или юго-запад, потеряет всего 5% мощности;
- при повороте на запад или восток собственник недополучит около 20-23% энергии;
- ориентация на север снизит КПД батарей на 70%;
- поворот на северо-восток или северо-запад станет причиной снижения КПД на 40-50%.
Несложно подсчитать: отклонение угла наклона солнечного коллектора на 30% и более от рекомендованного южного положения считается нецелесообразным, т.к. расходы на приобретение батареи не окупятся бесплатной электроэнергией.
Угол наклона по отношению к солнцу
Угол установки солнечных батарей относительно солнца обусловлен разной высотой светила над горизонтом в течение суток, а также сменой его сезонного положения. Летом светило находится выше, чем в зимнее время года, утром и вечером – ниже, чем в полдень, когда оно достигает апогея на небесном своде. Вывод: панели должны постоянно поворачиваться, реагируя на малейшие изменения угла падения солнечного света. Осуществить столь смелое техническое решение на практике помогают специальные трекеры – поворотные системы для автономных электростанций. Но их приобретение эффективно только для батарей большой площади, рассчитанных на значительные объемы выработки электроэнергии. Для более мелких бытовых устройств их покупка нерентабельна. В последнем случае стоит выбрать один из вариантов:
- Для неподвижной группы батарей выбрать оптимальный угол установки солнечных панелей — 30-35 градусов;
- Для частично подвижной конструкции осуществлять смену положения на 10-15 градусов: летом – в сторону уменьшения, зимой – в сторону увеличения.
Если вы все же решили приобрести трекеры, их стоимость вместе с ценой установки не должна составлять больше 40% цены батарей. В противном случае расходы на покупку дорогостоящего устройства не оправдают себя, и увеличить панели до не удастся.
Обратите внимание: для повышения КПД солнечных батарей имеет значение наклон скатной крыши по отношению к горизонту. Если угол составляет больше 40 или меньше 30 градусов, имеет смысл устанавливать конструкцию панелей на кронштейны
Иных вариантов решения проблемы не существует, а монтаж батарей на крышу с недостаточным или избыточным уклоном резко сокращает КПД системы.
Что такое солнечная батарея?
Это комплекс фотоэлектрических преобразователей, объединенных в систему. Преобразователи превращают энергию Солнца в электричество. Самые новейшие солнечные батареи способны работать с 40 % — ой отдачей. Чтобы достичь такого показателя необходимо соблюдение определённых параметров.
Комплексы батарей выгоднее всего монтировать в тех точках планеты, где количество солнечных и ясных дней является преобладающим, в России это южные районы- Краснодарский край, Сочи и другие.
Следует принимать во внимание географическую широту, на которой находятся здания. Приближаясь к полюсам, солнечная энергия утрачивает часть мощности и эффективность солнечных батарей будет недостаточной
Если зимой там, где установлены комплексы батарей, достаточно безоблачных дней, они могут в значительной степени снизить нагрузку на коммунальные сети города и обеспечить часть зданий бесплатной энергией.
Виды солнечных батарей
Выбор солнечной батареи
В качестве источника электроэнергии сегодня популярны три типа солнечных батарей:
- С поликристаллическим модулем – отличаются стабильными показателями генерации, не зависимо от интенсивности солнечных лучей. Также солнечные батареи на основе поликристаллического кремния отличаются сравнительно небольшим КПД – от 9 до 18%, в зависимости от производителя. Со временем КПД не снижается, но к недостаткам поликристаллических элементов следует отнести сравнительно небольшой срок службы – порядка 10 лет.
- С монокристаллическим модулем – такие панели неравномерно вырабатывают электричество в солнечную и пасмурную погоду, теряют мощность со временем эксплуатации. Но КПД автономного электроснабжения на основе монокристаллического кремния находится в пределах от 12 до 25%. А срок службы монокристаллических панелей составляет порядка 25 лет.
- С аморфными кристаллами – используются в гибких пластинах, отличаются довольно низким КПД – порядка 6%. Максимальная мощность, заявляемая производителем, значительно снижается со временем эксплуатации и может упасть на 20 – 40%. Срок службы довольно низкий – не более 5 лет.
Преимущества и недостатки солнечной энергетики
Плюсы:
- На стадии использования — экологичность (почему с оговоркой: производство и утилизация такие же «грязные», как и любая другая электроника).
- После первичных вложений, полученная электроэнергия условно бесплатная (требуются некоторые средства на обслуживание по истечении срока эксплуатации).
- Возможна полная автономия: вы можете организовать энергоснабжение в местах, где даже не планируется централизованная подача электроэнергии.
- Вы не зависите от тарифной политики энергетических компаний.
- При выполнении определенных нормативов, можно «продавать» избыток электроэнергии в городские сети.
Минусы:
- Относительная дороговизна оборудования (как видно на примерах использования, это не всегда является проблемой).
- Зависимость от погодных условий (в регионах, где солнечных дней немного, использование затруднено).
- Оборудование нуждается в периодическом обновлении — присутствует естественный износ.
Что нужно учесть
Правильно выбирайте место установки
Перед установкой нужно заранее просчитать несколько важных моментов, обеспечивающих комфортность и высокую производительность:
Если размещение всей системы предполагается на крыше дома, необходимо предусмотреть возможность доступа к батареям. Они нуждаются в периодическом обслуживании, поэтому спроектируйте площадку для безопасного перемещения. Место расположения солнечных панелей не должно закрываться высокими деревьями, а также другими объектами, например, зданиями, отбрасывающими тень
Это важно, так как батареи просто теряют производительность при уменьшении потока фотонов, а некоторые виды совсем перестают функционировать. Если этого избежать невозможно, то рассмотрите возможность монтажа на отдельных фермах или поворотных креплениях
Принципиально, чтобы все плоскости элементов смотрели строго на юг
Допускается отклонение на юго-запад или юго-восток максимум на 20º. Если скаты вашей крыши смотрят на запад и восток, тогда потребуется более громоздкая система или установка на отдельном участке. В зависимости от широты, в которой вы проживаете, также нужно подбирать угол наклона. Отклонения от рекомендуемого не должны превышать 15º.
Что следует учесть на этапе проектирования?
Перед тем как установить автономную электростанцию, важно выбрать наиболее подходящее место для установки солнечных панелей, их тип и назначение. В соответствии с этими критериями определите параметры солнечных батарей и комплектующего оборудования
Если вы собираетесь использовать домашнюю электростанцию для выработки электроэнергии номиналом в 220 В, то вам понадобятся такие элементы:
Рис. 1: устройство солнечной электростанции
- Фотоэлектрический преобразователь – позволяет генерировать электрическую энергию из солнечного излучения посредством химической реакции. Характеризуются мощностью на 1м2 площади, производительностью и типом. Общее количество выбирается в зависимости от нужд потребителя и планируемых объемов выработки.
- Аккумуляторная батарея – накапливает электрический заряд, получаемый от солнечной батареи для питания приборов в темное время суток. Поэтому емкость выбирается с запасом из расчета, что в пасмурную погоду заряд будет происходить значительно хуже.
- Контроллер заряда – осуществляет перераспределение электроэнергии от солнечных батарей к аккумулятору, а при достижении ним максимума, передает избыток во внешнюю сеть. При отсутствии такой системы, снижает электрическую мощность, поступающую на аккумулятор до минимума.
- Инвертор – предназначен для преобразования постоянного электрического напряжения, поступающего от фотоэлектрического элемента, в переменное, используемое в бытовых сетях. Они же позволяют владельцам солнечных батарей продавать избыток электричества от домашней электростанции. Рис. 2. Принцип реализации солнечной электроэнергии
- Соединительные провода – осуществляют передачу электроэнергии по всей электрической сети солнечной установки. В зависимости от места расположения, к ним предъявляются различные требования, к примеру, прокладываемые на улице должны быть устойчивыми к воздействию внешних факторов.
Несмотря на важность каждого элемента домашнего генератора свободной энергии, особое внимание следует уделить выбору фотоэлектрического модуля, так как от этого будет зависеть и продуктивность, и качество работы всей системы. Это интересно: Делитель напряжения — устройство, принцип работы, назначение
Это интересно: Делитель напряжения — устройство, принцип работы, назначение
Правильный монтаж
Схема подключения солнечных панелей намного сложнее, чем централизованный ввод городской сети. Домашняя электростанция состоит минимум из четырех элементов.
Собственно фотоэлементы. Принцип работы и критерии выбора мы уже рассмотрели. Расчет мощности производится от базовой цифры 5 кВт на 1 дом. Это приблизительно 20–40 стандартных панелей площадью по 0.5 м².
Блок управления (контроллер). Без него невозможно функционирование вашей электростанции. Как правильно выбрать контроллер заряда для солнечной батареи? Он должен поддерживать общую мощность системы энергоснабжения, обеспечивать заряд аккумуляторов и правильно распределять поток мощности при одновременном потреблении и заряде.Кроме того, на контроллере лежит ответственность за безопасность системы, в том числе и пожарная.Прибор может входить в комплект электростанции, либо приобретается отдельно. Функционал у всех моделей стандартный. При выборе вы определяете мощность, вольтаж (12 или 24) и главный критерий — срок службы (гарантия). При выходе из строя контроллера, ваше энергоснабжение определяется емкостью аккумуляторов (пока не разрядятся).
Модуль аккумуляторных батарей
Пожалуй, второй по важности элемент в «электростанции». Он служит накопительным буфером энергосистемы
Фактически, отбор мощности происходит именно от батарей. Солнечные элементы лишь восстанавливают отданный запас энергии (заряжают АКБ). Разумеется, могут быть периоды, когда часть нагрузки ложится на фотоэлементы (если вырабатываемая энергия существенно выше затрат на зарядку). Тогда можно сказать, что ваш телевизор или холодильник питается напрямую от солнца. Перед тем, как установить солнечные батареи, необходимо рассчитать емкость аккумуляторов. Делается это просто: при входной мощности 3 кВт, ток потребления не превышает 15 А (в сети 220 вольт). На выходе 12 вольтовых батарей ток будет уже 250 А (в соответствии с законом Ома). Разумеется, такая мощность отбирается не постоянно, но для примера в расчетах мы возьмем именно эти цифры. То есть, если вы установите 5 батарей емкостью по 100 А×ч каждая, то при такой нагрузке заряд закончится через 2 часа.Разумеется, это условные цифры: в реальности существует множество поправок в расчетах. Но базовый ток и мощность исчисляются именно по такому принципу.Существуют различные батареи: кислотные, щелочные, гелевые… По-большому счету, гоняться за самыми «продвинутыми» системами нет смысла. А сэкономить можно лишь на возможности обслуживания: батареи, за которыми требуется надзор, стоят дешевле.
Преобразователь напряжения. Вы можете отбирать мощность напрямую у АКБ, если ваши потребители рассчитаны на 12 вольтовое питание. Однако большинство электроприборов рассчитаны на 220 вольт. Поэтому на выходе устанавливается преобразователь 12–220В. К нему подключается ваша внутренняя электросеть.
Комментарии:
Мах
По моим подсчетам, у меня батареи окупились за 3 года. Но я их использую в собственной теплице для оросительной системы и освещения.
Петро
5 лет — средний срок окупаемости. Если батарея закрепляется стационарно. Если же вращать каждый день ее вслед за солнцем от рассвета до заката — можно сократить это время, но вот захочется ли вам каждые 3-4 часа поворачивать батарею каждый день?
Никита
Кто подскажет, какой толщины должно быть стекло над батареями, чтобы градом на крыше не побило?
Артем
Никита, я ставил 5мм — думаю достаточно. Под град попадали, снегом заметало. Все осталось сохранным.
Михаил
Либо я чего-то не понял, либо я чего-то не понял. Объясните на пальцах что за коэффициент 16 и откуда он берётся. И вообще почему именно 16, а не 25 или 42?
ScottZom
Спасибо за публикацию, очень правильно все написано!
зонтик
Привет автору раздела где приводится укрупненый расчет мощности геоустановки. ИНТЕРЕСНО, в школе когда проходили электричество, явление магнитной индукции и категории величин, связанные с этими явленими где находился автор? Наверно прогуливал (в зоопарке бегемота кормил). С каких пор электрическая да и любая энергия измеряется в кВт(киливатах), это равносильно тому что скорость потока измерять ведрами. Прошу исправить, ато как то сдыдно величену МОЩНОСТИ (кВт-киловат, л.с.-лошадиная сила) путают с величинами ЭНЕРГИИ (кВт*h — киловатчас, Дж — Джоуль)
Ампер Вольтович
Тест
Ампер Вольтович
Никита, панель уже имеет защитное стекло, специальное, закаленное 3мм. Выдерживает удар стального шарика весом 260гр. с высоты 1метр. Град никакой не стращен.
Ампер Вольтович
3.2мм толщина и антибликовое притом.
Ампер Вольтович
Сами с собой разговаривают, тужатся пыжатся, в взлететь не могут… Без Зеленого тарифа не выгодно нигде. Только убытки. Ставить панели, пр наличии сети, может только полный Ипанько, типа автора, который только что из по коровы, слышал звон… Это пля полный Пездос!
Ампер Вольтович
Зонтик, Браво! Вы забыли указать , что Дж=1Вт*сек. Ну, мало ли, может забыл автор, принял….
Андрей Витальевич
Владельцу сайта нужно иметь представление не только о ТОЭ, но и представление о ВИЭ, особенно в направлении подачи материала аудитории об окупаемости и расчёте параметров оборудования. Это долгий путь семинаров, самостоятельного изучения, гугления и практики. Совет- удалить всё и начать заново всё. Можно посмотреть ( не украсть) у коллег контент. Но и не забыть про семантику контента и релевантность запросам. Вы заблуждаетесь в окупаемости в 4-5 лет, с аккумуляторами солнечные генераторы не окупаются и за 15 лет!!! Только при наличии гос. поддержки микрогенерации и сетевом инверторе. С уважением Андрей Витальевич, директор компании.
C8E3EEF0FC
Неправильное применение, автором, единиц измерения навевает подозрения, касаемо того, что он понимает о чём пишет…
C8E3EEF0FC
В частности, физической величины с размерностью кВт/час не существует в природе. Мощность измеряется в ваттах (и кратных им единицах: млил-, кило-, мега- и т.п. ваттах), л.с. … Энергия — в Джоулях, кВт*часах, калориях и т.д. Т.е., по-просту говоря, мощность=энергия/время, соответственно: энергия=мощность*время. А мощность/время — это что?
C8E3EEF0FC
ВСралась оЧеПятка: «млил-» это имелось в виду «мили-«. Плохо, что нет возможности отредактировать уже отправленный коммент.
Зыгмунд
Правильно замечено, основной критерий экология.И о окупаемости не может быть и речи.
алекс
https://trinixy.ru/136213-vsya-pravda-ob-effektivnosti-solnechnyh-paneley-10-foto.htm Вот ссылка интересная на то как человек использовал более года систему.
Алекс
срок окупаимости 25 лет. расчет при самом высоком потреблении эл-ва стоимость квт 3,04руб до 150 квтч /месяц. 3,81руб от 150 до 800квт ч /мес. эти батареи не отобьете никогда с такими ценами. в Европе их ставят из-за высоких тарифов, у нас они пока низкие. покупка их нецелесообразна…
Дмитрий
Просто не хочется платить «дяде» — пусть ходит и скрипит зубами, что у тебя свет и тепло, я ему ты не платишь!
Оставить комментарий Отменить ответ
Выгодно ли покупать комплектом солнечные батареи для дачи
Бестопливный генератор — способ заработать на безграмотности
Power Bank с солнечной батареей — расчет на безграмотность
Принцип действия солнечных батарей.
Схема подключения солнечных батарей: к контроллеру, к аккумулятору и обслуживаемым системам
Автономные системы электроснабжения загородных объектов позволяют жить в комфорте даже вдалеке от централизованных коммуникаций. Нередко наряду с традиционными схемами используют альтернативные, основанные на использовании энергии солнца. Чтобы гелиосистема функционировала правильно, необходима грамотно составленная схема подключения солнечных батарей. Потребуется комплект качественного оборудования, способный справляться с возложенными обязанностями.
Мы расскажем, как грамотно спланировать размещение компонентов мини-электростанции. Вы узнаете, как выбрать технические устройства для сборки системы и как их правильно подключить. С учетом наших советов вы сможете соорудить эффективно действующую установку.
Этапы подключения панелей к оборудованию СЭС
Подключение солнечных панелей представляет собой поэтапный процесс, который может быть выполнен в разном порядке. Обычно производят соединение модулей между собой, затем собирают комплект оборудования и аккумуляторы, после чего панели подключают к приборам. Это удобный и безопасный вариант, позволяющий проверить правильность соединения всех элементов перед подачей напряжения. Рассмотрим эти этапы внимательнее:
К аккумулятору
Разберемся, как подключить солнечную батарею к аккумулятору.
Поэтому между фотоэлектрическими элементами и батареями обязательно устанавливают контроллер, обеспечивающий штатный режим зарядки и отдачи энергии. Кроме того, на выходе контроллера обычно устанавливают инвертор, чтобы иметь возможность преобразования накопленной энергии в стандартное напряжение 220 В 50 Гц. Это наиболее удачная и эффективная схема, которая позволяет батареям отдавать или получать заряд в оптимальном режиме и не превышать свои возможности.
Перед тем, как подключить солнечную панель к аккумулятору, необходимо проверить параметры всех компонентов системы и убедиться в их соответствии. В противном случае результатом может стать потеря одного или нескольких приборов.
Иногда используется упрощенная схема подключения модулей без контроллера. Этот вариант применяется в условиях, когда ток от панелей заведомо не сможет создать перезаряд аккумуляторов. Обычно такой способ применяют:
- в регионах с коротким световым днем
- низким положением солнца над горизонтом
- маломощными солнечными панелями, не способными обеспечить избыточный заряд АКБ
При использовании этого метода необходимо обезопасить комплекс, установив защитный диод. Он ставится как можно ближе к аккумуляторам и защищает их от короткого замыкания. Панелям оно не страшно, но для АКБ это весьма опасно. Кроме того, при расплавлении проводов сможет начаться пожар, что создает опасность для всего дома и людей. Поэтому обеспечить надежную защиту — первоочередная задача владельца, решение которой должно быть выполнено до ввода комплекта в эксплуатацию.
К контроллеру
Второй способ часто используется владельцами частных или загородных домов для создания низковольтной осветительной сети. Они приобретают недорогой контроллер и подключают к нему солнечные панели. Устройство компактное, по размерам соотносимо с книгой средних размеров. Оно оснащено тремя парами контактов на лицевой панели. К первой паре контактов подключают солнечные модули, к другой — присоединяют АКБ, а к третей — освещение или другие низковольтные приборы потребления.
Сначала на первую пару клемм подают напряжение 12 или 24 В от аккумуляторов. Это проверочный этап, он нужен для определения работоспособности контроллера. Если прибор верно определил величину заряда батарей, приступают к подключению.
К третьей паре контактов присоединяют низковольтные светильники или иные приборы потребления, питающиеся от 12 (24) В постоянного тока. Больше ни с чем соединять такой комплект нельзя. Если необходимо обеспечить питанием бытовую технику, надо собирать полнофункциональный комплект оборудования — частную СЭС.
К инвертору
Рассмотрим, как подключить солнечную панель к инвертору.
Сам процесс никакой сложности не составляет. В комплекте с инвертором идут два провода, обычно черного и красного цвета («-» и «+»). На одном конце каждого провода есть специальный штекер, на другом — зажим типа «крокодил» для присоединения к клеммам аккумулятора. Провода согласно цветовой индикации присоединяют к инвертору, затем подключают к аккумулятору.
Выводы
Солнце как альтернативный источник энергии становится доступным для частных домов многих жителей Украины. Стоимость оборудования и установки высока, однако окупается в течение нескольких лет. Выработанной электроэнергии хватает не только на нужды самих домохозяйств с такой электростанцией, но и для продажи государству.
Установка конструкций — не только затратное, но и кропотливое дело. Однако при должном внимании к деталям возможно создать каркас для панелей и подключить электрику собственными руками.
Для максимума энергоэффективности важны не только схемы подключения и создание должной изоляции и вентиляции, но и само расположение панелей, уровень солнечного излучения, вес панелей и возможность их качественно обслуживать.
Еще 50 лет назад, получение электроэнергии от Солнца относилось исключительно к космическим технологиям (как по сложности оборудования, таки и по его стоимости). Сегодня, установка солнечных батарей в индивидуальном порядке стала привычным делом. Панели можно встретить на крышах дачных домиков, на территории фермерских хозяйств, на опорах освещения.
Вопрос «пользоваться или не пользоваться», уже не рассматривается. Потенциальный владелец озабочен лишь расчетом стоимости, мощности и надежности оборудования. О том, какие бывают солнечные батареи, как их правильно выбрать, расскажем в нашем материале.
