Установка солнечных батарей на крыше в частном доме

Чтобы бесплатно получать электричество от солнечной энергии в собственном доме, многие всё чаще стали использовать солнечные батареи. Чаще всего они размещаются на крыше. Далее проведём полный расчёт цены оборудования и примеры монтажа с пошаговыми фото.
Чтобы определить приблизительное количество солнечных модулей, предположим, что живет в доме семья из четырех человек. Она потребляет около 3000 кВт электроэнергии в год (это подтверждается средними данными). Исходя из этого, выбирается фотобатарея на 5 кВт.

Требуемое количество ячеек фотоэлементов

В односемейных домах наиболее часто используются поликристаллические панели мощностью 240-260 Вт (они характеризуются относительно высокой эффективностью на уровне 18%, а их цена не является высокой). Если вы выберете 250 Вт модули, понадобятся 20 солнечных панелей, которые занимают около 35 м2 площади крыши.

Внимание! Панели крыши должны располагаться так, чтобы они не затенялись дымоходом, высоким деревом, электровышкой или соседним зданием. Это может привести к перегреву и повреждению модуля.

Поэтому производители оборудуют свои панели шунтирующими диодами (от одного до четырех). При затенении одного ряда ячеек диод начинает работать, затем ток течет с помощью байпаса (англ. bypass — обход — резервный путь, запасной маршрут для обеспечения непрерывного функционирования системы).

Подключение разнонаправленных элементов

Применяя последовательную схему монтажа солнечных батарей, чтобы не снизить эффективность работы устройств, все панели общей цепи следует размещать под одним углом и на одной плоскости.

Если же панели будут располагаться в различных плоскостях, это может привести к тому, что ближняя или более освещенная станет работать мощнее расположенных чуть дальше.

Это значит, что ближняя панель будет генерировать электричество, часть которого будет отходить для нагрева дальних панелей. И причина кроется в том, что ток течет по пути наименьшего сопротивления. Чтобы минимизировать потери, для каждой панели лучше задействовать отдельный контроллер.

Основные требования при задействовании контроллера – мощность подключаемых панелей свыше 1 кВт и удаленность между батареями на достаточно большое расстояние

Решить вопрос можно и путем установки отсекающих диодов. Их размещают внутри между пластинами. Благодаря этому, выдавая максимальный показатель мощности, пластины не перегреваются.

Немаловажное значение имеет и падение напряжения в соединениях, а также самих проводах низковольтной части системы.

Таблица несоответствия передаваемой мощности сечению провода, красным указывающая параметры, при которых возникает риск сильного пожароопасного нагрева

В качестве примера может служить тот факт, что на метровый отрезок кабеля сечением 4 мм2 при прохождении тока показателем 80А (напряжение 12 В) значения падают на 3,19%, что составляет 30,6 Вт. При задействовании скруток падение напряжения может варьироваться в пределах от 0,1 до 0,3 В.

Ценовые затраты на фотогальванические панели

Цены на материалы являются примерными, потому что на стоимость панелей, инвертора или конструкции крепления в значительной степени влияет тип выбранных устройств, марка и производитель. Поскольку большинство устройств ввозятся из-за рубежа, текущий курс доллара также важен.

Пример списка материалов для фотоэлектрической установки на 5 кВт:

Фотоэлементная система, состоящая из 20-ти 250 Вт модулей – 200000 рублей;
Крепление из алюминиевых профилей на наклонной крыше, покрытой плиткой – 50000 рублей;
Инвертор, который позволяет управлять установкой – 50000 рублей;
Разъемы и предохранители – 10000 рублей.
Установка солнечных батарей занимает до 5 дней, за которые мы будем платить мастерам 100000 рублей;

Внимание! В этой спецификации не включена стоимость аккумуляторных батарей, поскольку в солнечной электростанции они являются дополнительным вариантом. Независимая установка для дома, из-за необходимости хранить электроэнергию, другого типа инвертора и несколько большего количества панелей, будет дороже на 40%.

Осенью и зимой, в пасмурные дни эффективность фотогальванической установки снижается примерно на 50%.

Полезное: Замена электрической розетки в квартире своими руками

Кратко об основах: что такое солнечные панели, и как они работают

Солнечные батареи — это модули, которые состоят из нескольких десятков фотоэлектрических элементов, соединенных последовательно или параллельно. Как только на фотоэлектрический элемент попадает свет, он начинает вырабатывать электричество, причем чем интенсивнее освещение, тем больше электроэнергии можно получить. В средней полосе России летом качественные солнечные панели для дома могут вырабатывать около 150 Вт/м2 в пике и примерно 120 Вт/м2 в обычных условиях.

Принцип работы солнечных батарей

Свет — это поток фотонов, элементарных частиц с небольшой энергией. Когда свет попадает на солнечный элемент, материал, из которого он состоит, поглощает небольшое количество фотонов. Из-за этого высвобождаются электроны, и между контактными слоями возникает электрический ток. И хотя энергия каждого фотона невелика, их много, поэтому солнечные панели на крыше частного дома способны выдавать тысячи киловатт, а мощность крупных солнечных электростанций исчисляется мегаваттами.

Солнечный элемент состоит из семи основных слоев:

антибликовое стекло;
лицевой контакт;
кремний n-типа;
разделительный слой;
кремний p-типа;
задний контакт;
подложка.

Верхний антибликовый слой защищает фотоэлектрические элементы от повреждения и попадания влаги, одновременно увеличивая светопоглощающую способность панелей. Именно из-за стекла многие солнечные батареи характерного синего цвета. Два вида кремния нужны для появления разницы потенциалов при выбивании электронов фотонами. Эту разницу потенциалов снимают с двух контактов — лицевого и заднего — в виде постоянного тока напряжением около 0,5 В. Подложка — основа для монтажа солнечных элементов, которая так же, как и стекло, защищает панель от попадания внутрь нее влаги.

Из-за такой простой конструкции у солнечных панелей большой срок службы — 35-40 лет. Причем деградация качественных батарей во многом связана не с разрушением кристаллов кремния, а с потемнением подкладочной EVA пленки, которую укладывают между фотоэлементами и стеклом.

Виды солнечных панелей

Подавляющее большинство солнечных панелей делают из кремния (Si), но есть перспективные батареи из теллурида кадмия (Cd-Te) и деселенида галлия-меди-индия (CIS или CIGS). Потенциально они значительно снизят стоимость домашней солнечной электростанции, но это только в перспективе. Пока некремниевые фотоэлементы производят всего несколько компаний в мире, и цена за один ватт мощности у них выше, поэтому такие солнечные батареи для дома в России почти не используют.

Независимо от материала, солнечные панели бывают трех видов:

Монокристаллические. Эти солнечные панели сделаны из одного кристалла чистого кремния. У них наибольший КПД — до 22% — при ярком солнце, а деградация структуры происходит медленнее, чем у батарей другого типа — производители дают не менее 25 лет гарантии на монокристаллические элементы.
Поликристаллические. Как видно из названия, эти панели сделаны не из одного, а из множества разнонаправленных кристаллов кремния. Это сказывается и на КПД — обычно он не превышает 18%, и на сроке службы — поликристаллические панели быстрее стареют. Тем не менее в России чаще всего устанавливают именно поликристаллические солнечные батареи на крышу частного дома, поскольку они существенно дешевле монокристаллических.
Тонкопленочные или аморфные. Этот вид солнечных панелей самый дешевый, поскольку для их производства нужно наименьшее количество кремния. КПД у тонкопленочных солнечных панелей последнего поколения составляет всего 8-12%, зато они лучше кристаллических элементов работают в условиях рассеянного света — в пасмурную погоду или в условиях затенения от близлежащего дерева аморфные солнечные панели выдают на 10-15% больше электроэнергии, чем монокристаллические модули.

Кроме «чистых» панелей, работа которых основана на одном типе материала, в последние несколько лет появились гибридные гетероструктурные (HJT или HIT) солнечные батареи. В них используется одновременно и кристаллический, и аморфный кремний, что повышает КПД панелей и улучает их работу в условиях рассеянного света и повышенных температур.

Как выбрать солнечные батареи

Большинство людей выбирает солнечные панели на крышу дома примерно по тому же принципу, что и кофеварку или пылесос. То есть ориентируются в основном на цену, рекламу и отзывы в интернете. Вот только такой подход в корне неверен: никто не ждет от пылесоса, что он прослужит не менее 25 лет, да еще и все это время работая на улице под палящими лучами солнца. При таком большом сроке службы отзывы людей, которые поставили солнечные батареи на крышу своего дома максимум год-два назад, просто не несут никакой ценности. Не говоря уже о том, что это немассовый товар, из-за чего отзывы реальных людей буквально тонут в массе заказных.

Поэтому, выбирая комплект солнечных батарей, советуем учитывать такие характеристики:

Производитель. Это ключевой фактор. Производитель солнечной батареи должен входить в рейтинг крупнейших и, желательно, чтобы у него был полный цикл производства: от кремния до самих батарей. Да, за брендовые панели придется переплатить, но сравнительно немного — 10-15%, тогда как при покупке noname панелей есть риск потерять всю сумму. При этом не стоит бояться китайских производителей, крупные компании вроде JA Solar, Suntech или Helios House выпускают солнечные панели высокого качества. Хотя, конечно, лучше выбирать европейские или североамериканские компании: First Solar, Canadian Solar, Solarworld, Viessmann Group. Отличные характеристики и у солнечных батарей родом из Японии и Южной Кореи: Hanwha Solar One, Sharp, Kyocera, Sanyo.
Толеранс. Это разница между паспортной и реальной мощностью солнечной батареи. Если реальная мощность меньше паспортной, то толеранс негативный, если больше, то позитивный. Толеранс должен быть нулевым или позитивным, поскольку при негативном толерансе вы все равно платите полную стоимость, то есть оплачиваете несуществующие ватты. У дешевых панелей допустим негативный толеранс, но только если он не больше 2-3%. Это значит, что при номинальной мощности 100 кВт/м2 панель должна выдавать не меньше 97-98 кВт/м2.
Температурный коэффициент. При увеличении температуры мощность солнечной панели уменьшается. Температурный коэффициент отображает, насколько мощность упадет с ростом температуры, поэтому чем он меньше, тем лучше.
Значение PTC. Чтобы солнечные батареи разных производителей можно было сравнивать, они тестируются при стандартных условиях (STC). Эти условия далеки реальных, поэтому был разработан независимый стандарт PTC, который лучше отражает условия эксплуатации панелей. Чем ближе отношение PTC/STC к единице, тем лучше солнечная батарея будет работать на крыше вашего дома.
КПД панелей. Здесь все просто: чем выше КПД, тем лучше панели преобразовывают солнечную энергию в электрическую. Допустимым считается КПД от 15%, но оптимальный показатель выше — 18-20%.
Срок гарантии. Мы уже говорили о гарантии на панели в 25 лет. Это минимальный срок и фактический стандарт отрасли. Поэтому, если вы хотите купить солнечную панель для дома, а не переносной солнечный модуль для кемпинга, обращайте внимание на срок гарантии и всегда внимательно изучайте условия.

Теперь о цене. Для большинства людей это главный параметр системы, но мы рекомендуем смотреть на него в последнюю очередь. На длинной дистанции в десятки лет брендовое и дорогое оборудование часто оказывается более выгодным, чем дешевое. Такие солнечные панели медленнее стареют, выдают большую мощность на единицу площади, часто имеют даже не нулевой, а позитивный толеранс. Все это суммарно компенсирует большую изначальную стоимость уже через 5-8 лет работы. Конечно, речь идет об оправдано дорогом оборудовании. Например, лучше купить солнечную батарею на крышу из монокристаллических элементов топового производителя, чем такую же панель, изготовленную мелкой компанией. Если же вы покупаете панели, которые сделаны по последней технологии или модные модули в виде черепицы и других кровельных материалов, то это сложно назвать рациональной покупкой.

Кроме того, смотрите не на цену всей батареи, а на стоимость 1 Вт энергии. Это более информативный показатель, поскольку мощность солнечных панелей одного размера, но разных производителей часто отличается на десятки процентов.

Что влияет на производительность солнечной электростанции

Максимальная производительность домашней солнечной электростанции ограничена производительностью солнечных панелей. А вот то, сколько электричества будет вырабатывать система в реальных условиях, зависит от целого ряда не всегда очевидных для покупателя вещей.

Качество оборудования

Кроме самой солнечной панели, в домашнюю СЭС входит как минимум еще два устройства: контроллер и инвертор. И обычно их подбирают по остаточному принципу. Из-за этого потери на них могут достигать 20-25%. То есть вы будете получать всего 75% от вырабатываемой солнечными панелями энергии только потому, что не уделили выбору инвертора и контроллера достаточно внимания. Для сравнения, по стандарту потери не должны превышать 5%.

Качественный инвертор — это, прежде всего, устройство с высоким КПД — от 95%. Причем это должен быть реальный КПД, а не просто числа на корпусе. Например, средние и мелкие китайские производители часто завышают показатели своих инверторов, в реальности же их КПД может быть 85% и даже 80%. Поэтому лучше выбирайте контроллеры и инверторы европейских, японских или американских производителей. Продукцию китайских заводов, за исключением очень крупных производителей, стоит покупать, только если есть возможность проверить соответствие реального КПД номинальному.

Кроме того, со временем инвертор и контроллер нужно будет поменять. И чем качественнее он будет, тем позже понадобится такая замена. Например, топовые устройства меняют через 15-16 лет, в то время как дешевые инверторы часто выходят из строя, не отслужив и 5 лет.

Расположение

Эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую зависит от угла, под которым лучи солнца падают на панель. В России этот угол максимальный, если панели направлены строго на юг. В этом случае домашняя СЭС будет выдавать наибольшую мощность. Юго-восточное и юго-западное направление чуть хуже, но это тоже хороший вариант — мощность будет ниже, но незначительно. Направлять панели на запад, восток и, тем более, север нежелательно из-за сильного снижения производительности домашней солнечной электростанции.

Если скаты дома направлены на запад или восток, то выгоднее ставить панели прямо на грунт. Такой монтаж солнечных батарей немного дороже из-за заливки фундамента и необходимости в мощном каркасе, но эти расходы окупаются большей производительностью панелей.

Уровень инсоляции

Далеко не все регионы России подходят для установки солнечных батарей. На севере страны, включая Санкт-Петербург, уровень инсоляции слишком мал, чтобы у солнечных панелей была приемлемая эффективность. Это, опять-таки, связано с углом падения солнечных лучей, только на этот раз не с горизонтальным, а с вертикальным. И чем ближе к югу, тем выше солнце над горизонтом и больше солнечных дней.

Кроме того, от географических координат зависит и угол наклона солнечных панелей. На севере их нужно ставить под большим углом, а по мере движения на юг этот угол уменьшается до тех пор, пока не становится почти нулевым на экваторе.

Независимо от уровня инсоляции, выработку солнечных панелей можно увеличить, если установить их на поворотные платформы и подключить к устройству слежения за солнцем. Устройство поворачивает солнечную батарею в течение дня так, чтобы она, как подсолнух, постоянно была направлена на солнце. Для этого панели крепят на держателе, который параллелен полярной оси. Именно такой способ монтажа описывает последняя строчка в таблице. Поворотные устройства очень эффективны, но при этом стоят они дорого, поэтому солнечные панели для дома оснащаются ими редко.

Затенение панелей

Вы построили дом прямо в лесу в тени высоких деревьев? Поздравляем — это красиво и экологично, но поставить солнечные батареи на крышу такого дома вряд ли получится. Точнее, установить их можно, вот только эффективность панелей в тени невелика. Тоже касается и любой другой тени, например, от близлежащего многоквартирного дома или большого коттеджа соседа. Если затенение есть, то нужно либо убрать препятствие, например, дерево, либо установить панели не на кровле, а на солнечной части приусадебного участка.

Сколько сэкономим на фотоэлектрической батарее

Учитывая значительные инвестиции в фотоэлектрическую установку, нас интересует насколько выиграем в цене от её внедрения. Предполагая, что 5-киловаттная мини-электростанция будет установлена в доме, расположенном в средней полосе России и будет генерировать 4500 кВт/ч электроэнергии в год. Это соответствует среднему спросу на электричество для семьи из четырех человек.

Поэтому, если мы платим 6 руб. за кВт/ч, то сэкономим около 20000 руб. Это дает возмещение расходов примерно через 12 лет.

Этот расчет применяется к текущим ценам (на начало 2022 года) и действующим правилам. Трудно предвидеть как всё изменится в ближайшем и отдаленном будущем.

Совмещение гелиоэнергии и стационарной сети

Планируя использовать электроэнергию от солнца параллельно с обустроенной централизованной стационарной сетью, схему подключения делают несколько иной. И основная причина такого решения в том, что у частного потребителя нет возможности «сбрасывать» оставшуюся энергию.

А это может спровоцировать перепады напряжения длительностью до одной секунды.

При совмещении солнечной электроэнергии со стационарной централизованной сетью руководствуются все тем же правилом: чем больше источников подключается, тем сложнее становится схема

Согласно выше приведенной схеме, напряжение от гелиополя первым делом направляется в сторону АКБ, а уже оттуда и передается на нагрузку.

Проектируя такой вариант монтажа в расчет стоит брать два вида нагрузки:

не резервируемая – свет в доме, бытовая техника и пр.;
резервируемая – аварийное освещение, холодильник, электрический котел.

Учитывайте: чем больше емкость аккумулятора, тем больше проработают в автономном режиме резервируемые электроприборы.

Выбирая такой способ генерации энергии в сеть, будьте готовы к тому, что придется оформлять разрешение в местных энергосетях.

Несмотря на то, что инверторы для солнечных батарей вырабатывают напряжение, качество которого порой выше того, что в централизованной сети, местные энергосети не дают добро на то, чтобы электросчетчик вращался в обратную сторону.

По этой причине согласно схеме солнечные инверторы прекращают работу в момент пропадания напряжения в сети. А резервируемая нагрузка начинает «запитываться» от АКБ.

Установка солнечных батарей на крыше

Фотоэлектрические панели на наклонной крыше укладываются на алюминиевые профили. Они прикреплены к конструкции крыши в зависимости от типа покрытия с соответствующими крепежными элементами. Далее покажем установку солнечных панелей на крыше, покрытой керамической плиткой. Этот тип материала является одним из наиболее часто выбранных инвесторами.

В дополнение к солнечным элементам и конструкции профиля другие компоненты солнечной установки находятся дома. Наиболее важным из них является инвертор и блок защиты.

Оформление разрешительной документации

Процесс получения всех необходимых документов состоит из нескольких этапов.

Этап №1. «Легализация» крыши.

Является наиболее сложным, поскольку требует юридического перевода кровли в собственность жильцов здания. Для этого необходимо:

получить заключение о пригодности крыши для реконструкции в виде установки гелио оборудования (во многих старых зданиях сделать это может оказаться проблематично);
одобрить перевод в разряд эксплуатируемых на собрании собственников – причем протокол должен быть подписан всеми без исключения владельцами квартир;
многоэтажный дом, в котором будут установлены солнечные панели на крыше, перевести в требуемую категорию может только Росреестр, где будет осуществляться утверждение решения;
если таковое будет получено, понадобится провести второе собрание – теперь достаточно будет присутствия 2/3 владельцев – где должна быть зафиксирована цель использования кровли;
документ необходимо направить в институт жилищного проектирования, где будет создаваться инженерный проект;
готовый документ должен быть утвержден Стройнадзором, а затем муниципальными властями.

Важно! При нарушениях хотя бы в одном из перечисленных пунктов легализация может быть признана недействительной, а станцию заставят демонтировать, причем за счет владельцев.

Этап №2. Получение ТУ на подключение солнечных панелей в многоэтажном доме к электросети

Любая СЭС, согласно действующему законодательству, признается «нестандартной электроустановкой». Для получения разрешения владельцам понадобится:

подать заявление на подключение к сетям в соответствующее отделение РЭМ;
второе заявление на выделение дополнительной электромощности зданию;
всю утвержденную на первом этапе документацию.

Поскольку разрешительная организация здесь только одна, согласование обычно происходит без проблем.

Где ставить инвертор (преобразователь)

Хотя место сборки этого устройства не является критичным, рекомендуется поместить его как можно ближе к панелям (то есть на чердаке), что значительно уменьшит потерю тока во время его передачи. Инвертор обычно оснащен дисплеем, на котором можно считывать все параметры рабочей установки. Все чаще производители обеспечивают беспроводное подключение к Интернету, поэтому скорее всего будет возможность контролировать работу системы с помощью компьютера.

Выбор подходящей модели инвертора зависит от типа солнечных панелей и проводки, установленной в доме, – одни устройства используются в однофазных сетях, другие – в трехфазных.

Подведем итоги

Солнечные панели — прогрессивная «зеленая» технология, которая позволяет сделать дом автономным и независящим от местного поставщика электроэнергии. Кроме того, с ее помощью можно сэкономить на оплате счетов за электричество и увеличить срок службы крыши.

При выборе солнечных панелей нужно учитывать их производителя, толеранс, температурный коэффициент, КПД, PTC и сроки гарантии. Но даже лучшие солнечные батареи будут работать плохо, если направить их не на юг, а на север, установить в месте, на которое падает тень, и сэкономить на других элементах системы: контроллере и инверторе.

Монтажом солнечных панелей должны заниматься профессионалы. Но контроль за качеством работ, а также подготовительный этап обычно берет на себя владелец дома. Нужно проверить состояние кровли, убедиться, что она выдержит дополнительную нагрузку и проследить, чтобы батареи ставились на фирменные монтажные комплекты.

Предохранители и разъемы

Предохранитель расположен в главном распределительном щите, то есть на электрической панели. Он защищает инвертор от повреждений.

Кроме того, в системе есть разъединитель, который предназначен для отключения домашней установки от внешней электросети, например когда он поврежден или выполняются некие работы по техническому обслуживанию.

Внимание! Установка с солнечными батареями должна быть подключена к сети уполномоченным на это действие электриком. Нельзя самовольно встраивать в электросеть такие приборы – могут быть штрафы, так что обязательно пригласите местного электрика.

Возможные технические изменения и установка оборудования

Предположим, солнечные батареи в многоэтажном доме, которые устанавливаются с целью совместного пользования, имеют совокупную мощность 15 кВт. Тогда РЭМу необходимо выделить такую же дополнительную мощность. Если СЭС решил установить владелец только одной квартиры, показатель придется увеличить вдвое, до 30 кВт – 15 кВт отдельно на квартиру и столько же на здание в целом.

Обычно определенный запас мощности для дома предусмотрен. Но если его недостаточно, энергетикам придется модернизировать щитовую. Тогда жильцам придется оплатить:

изготовление ТУ на такую модернизацию;
проведение новых кабелей;
новый трехфазный счетчик;
ремонт крыши (если таковой необходим).

С чего начать?

Всегда есть минимум два пути для решения любой задачи: учиться самому или поручить решение задачи кому-то другому. Первый вариант предполагает изучение теоретических материалов, чтение форумов, общение с владельцами солнечных электростанций, борьбу с внутренне жабой и, наконец, покупку оборудования, а после — установку. Второй вариант: позвонить в специализированную фирму, где зададут много вопросов, подберут и продадут нужное оборудование, а могут и установить за отдельные деньги. Я решил совместить эти два способа. Отчасти потому что мне это интересно, а отчасти для того, чтобы не напороться на продавцов, которым надо просто заработать, продав не совсем то, что мне нужно. Теперь пришло время теории, чтобы понять, как я делал выбор.

На фото пример «освоения» денег на строительство солнечной электростанции. Обратите внимание, солнечные панели установлены ЗА деревом – таким образом, свет на них не попадает, и они просто не работают.

Область применения

Солнечные батареи, или как их еще иногда называют солнечные панели могут применяться для обеспечения электричеством коттеджных поселков, дачных кооперативов, промышленных предприятий.
Очень эффективны они для санаторных комплексов, гостиниц, больниц, зданий, находящихся вдали от основных линий электропередач.

Можно сказать, что они нужны там, где есть потребность еще в одном источнике энергии и там, где есть возможность их установить. На данный момент солнечными батареями оснащают крыши зданий, домов, устанавливают их в пустынях и на поездах. Существую даже полностью автономные дома на солнечных батареях.

Производство солнечных батарей идет гигантскими темпами и лидерами в этой отрасли являются КНР, США. Германия, страны Персидского Залива, Западной Европы и Скандинавии.

Принцип работы

На самом деле, правильное название — фотоэлемент (то есть, фотобатарея). Но поскольку источником света является солнце, прижилось наименование «солнечная батарея».

Элемент представляет собой «бутерброд» и пластинок кремния, разделенных стандартным (для радиодеталей) переходом. Секрет в том, что кремниевые части имеют различный тип:

N-слой;
P-слой.

Такие комплекты применяются практически во всех радиодеталях, изготовленных из кремния.

Это интересно: Многие из стандартных радиокомпонентов также могут вырабатывать электроэнергию при воздействии яркого света. Просто КПД настолько мизерный, что использовать их в качестве источника тока бессмысленно.

К слою кремния N-типа добавляется фосфор. В состоянии покоя такая смесь дает избыток электронов с естественным отрицательным зарядом.

P-тип «обогащен» бором, что создает дефицит отрицательных зарядов (так называемый эффект электроновых дыр).

Соответственно, к N-слою подключается отрицательный электрод (для снятия электротока), а к P-слою — положительный.

Из законов физики мы знаем, что в P/N переходе присутствует электрической поле. Под воздействием на отрицательную панель солнечных фотонов, в переходе происходит интенсивное разделение отрицательных и положительных частиц. «Минусы» накапливаются в верхнем слое, а «плюсы» в нижнем. В результате, солнечный бутерброд превращается в обычную батарейку с накопленным зарядом. Если к электродам подключить потребителя энергии — возникает электроток.

Естественно, заряд в таком источнике моментально исчезает, но его тут же восстанавливает солнечный свет. Таким образом, пока фотобатарея интенсивно бомбардируется фотонами, мы имеем достаточно производительную мини электростанцию.

Современные батареи могут работать даже при отсутствии прямых солнечных лучей (например, при сплошной облачности). Естественно, интенсивность выработки электроэнергии при этом снижается. Но при отсутствии света (даже луна не способна «пробудить» батарею), процесс останавливается. Поэтому рассматривать фотопанели отдельно, как источник электроэнергии нельзя. Схема подключения солнечных батарей обязательно включает в себя буферное устройство: аккумулятор энергии.

Кроме того, вырабатываемый ток нестабилен, поэтому для организации энергоснабжения объекта требуется управляющий контроллер. Разумеется, если вы используете мобильную фотобатарею для подзарядки смартфона в многодневном походе, такие технологии не требуются. А для строительства индивидуальной электростанции требуется комплект периферийных устройств.

Как избежать распространенных ошибок?

При сборке и монтаже обратите внимание на следующие нюансы:

Не нужно осуществлять сборку на каркасе с задней стенкой из брусьев, так как дерево может разбухнуть и конструкция деформируется. Кроме того, брус очень утяжеляет её.
Нельзя использовать в качестве крышки оргстекло, так как оно перегревается и за счёт этого контакты между панелями приходят в негодность, а сама система может разгерметизироваться.
Соединительные клеммы – не лучший вариант объединения панелей друг с другом, так как в случае ремонта их невозможно будет разъединить — лучше пользоваться специально предназначенными для этого коннекторами.

Преимущества и недостатки

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.

Контроллер

Рассмотрим, по каким параметрам подбирают узел мониторинга заряда аккумуляторов.

Мощность массива панелей

Требуется соответствие напряжению: номинальному (рабочее, замкнутое на нагрузку) и открытому контуру (без нагрузки, холостой ход).

Изделие должно выдерживать наибольшую силу входного тока от СБ (это же величина при режиме КЗ) — данный пункт редко обозначается инструкцией. Чтобы вычислить значение, надо узнать номинал контроллерного предохранителя и исчислить ток КЗ панелей контура. Для гелиопанелей последний указывается, как правило, всегда и он выше такового максимального рабочего (номинального), который также надо учесть. Это ток подсоединенного контура фотоэлементов, вырабатываемый ими при нормальной эксплуатации, и он ниже указанного по ТД для контроллера (производители там прописывают максимальное значение).

Номинал по мощности. Это произведение рабочего напряжения на такой же ток фотогальванических модулей. Их мощность, объединенных с контроллером, должна сравниваться с этим номиналом или быть ниже, но не больше, иначе рассматриваемый узел, если он без предохранителя, перегорит. Но обычно такая защита есть, рассчитанная на перегруз в 10–20 % на протяжении 5–15 мин.

Напряжение солнечных модулей и АКБ

Стандартно есть модели на 12, 24 В и на два эти показатели с автопереключением. Например, пользователь может выбрать первую модель, если сделано соединение между собой нескольких панелей последовательно (в таком случае выдадут 12 В). Но, конечно же, лучше выбирать универсальное устройство.

Указанные цифры могут быть слишком малыми для мощных систем. Чтобы получить желаемую мощность, приходится ставить больше панелей и аккумуляторов, делая из них параллельные контуры. Сила тока значительно возрастает, что ведет к перегреву кабеля, электропотерям. При этом надо увеличивать сечение жил. Возникает потребность в чрезвычайно дорогих контроллерах под высокие токи.

Для исключения возрастания числа Ампер узлы мониторинга для мощных сборок выпускают под номинальное раб. напр. на 36, 48, 60 В, то есть кратно 12 В, чтобы гальванические модули можно было соединять последовательно. Такие контроллеры создают только для технологий зарядки ШИМ. У них вх. номин. напр. от панелей и номин. напр. контура АКБ должно сравниваться, например, 12 от СБ = 12 В к АКБ, 24 = 24 В, 48 = 48 В.

Контроллеры типа МРРТ работают с равным входным напряжением или в несколько раз большим, кратности 12 В нет. Обычно они рассчитаны на вход от панелей 50 В, сложные модели (мощные системы) могут быть до 250 В. Надо учитывать, что заводы указывают макс. вх. напр., и при подсоединении последовательно гальванических модулей надо складывать их макс. напр. (оно же «холостого хода»). Если проще сказать, то вх. макс. напр. любое от 50 до 250 В в зависимости от конкретного экземпляра. А номинал или миним. вх. напр. будет при этом 12, 24, 36, 48 В. При этом вых. напр. с АКБ у моделей МРРТ стандартное, может быть с автоопределением и поддержкой указанного выше диапазона вольтажа, а иногда и 60 или 96 В.

Модели МРРТ могут быть очень мощными с вх. напр. от гелиосистемы на 600–2000 В.

Максимальный входной ток и ток заряда АКБ

При ШИМ контроллере макс. вх. ток от фотоэлементов переходит в зарядный ток аккумуляторов, то есть узел не может заряжать большим значением ампер, чем производит соединенная с ним система. У МРРТ все по другому — вх. ток модулей и выходной для заряда батарей имеют разные характеристики, но они могут быть и равными, если номинал по напряжению модулей равен такому же номиналу АКБ, но тогда нет смысла в преобразовании МРРТ, эффективность падает. Первая характеристика должна превышать вторую в 2–3 раза. Если она ниже больше чем двухкратно, например, в полтора раза, то результативность критически падает, то же касается, когда превышает трехкратно. Ток на входе всегда будет равен или меньшим, чем таковой макс. вых. заряда аккумуляторов.

Из вышеуказанного следует, что МРРТ надо подбирать по максимальному заряду аккумуляторов. Но чтобы данный ток не превысить, в инструкции прописывается максимум мощности подсоединяемых модулей при номин. напр. контура АКБ. Пример для контроллера МРРТ на 60 А: 800 Вт при напр. АКБ 12 В, 1600 — 36 В, 2400 Вт — 48 В и так далее.

Максимум нагрузки, зарядной ток, количество АКБ

Максимальная нагрузка, она же зарядной ток для аккумуляторов — характеристика не второстепенная.

Максимум мощности на выходе контроллера учитывается как с его стороны, так и со стороны аккумуляторов. Например, есть комплект последних с большой емкостью, для зарядки в течение дня узел должен выдать нужное значение. И такая же характеристика и возможности у гальванических элементов, естественно, должны быть не меньшими. Если параметры и узла мониторинга, и панелей будут способными удовлетворить потребности блока АКБ, то он не успеет зарядиться на протяжении дня, что будет причинять при постоянной нагрузке еще большую разрядку, и так регулярно, что приведет к быстрому износу.

Ситуация, если АКБ с небольшой емкостью допустима. Возможности современных контроллеров нивелируют данный нюанс.

Но также рассмотрим проблемы, которые были у старых, или есть у низкокачественных, простых контроллеров. Их надо было подбирать с равной мощностью. При этом для АКБ макс. зарядной ток не должен был быть выше 30% от номинала емкости, то есть, если последняя 100 АЧ, то данный параметр не выше 30 А. При избыточной мощности системы контроллер заряжал бы аккумуляторы даже после их полного наполнения, без понижения зарядных Амперов, напряжения. Электролит при этом бы вскипал.

Современные образцы снабжены встроенной микросхемой, следящей за параметрами. В их микросхему прописывают программу заряда, управление осуществляется реле отключения. Такое изделие способно осуществлять настройку тока, напряжения заряда.

Тип аккумуляторов

Разные по химическому составу АКБ отличаются своим реагированием на ток, у них свои программы зарядки с несколькими алгоритмами. Контроллер настраивает процесс, напряжение, количество Ампер в соответствии с указанным, в выставленном диапазоне.

Чаще применяют стандартные контроллеры с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ или PWM). Есть также более качественные MPPT модели с технологией определения точки максимума по мощности от имеющегося массива панелей, надо сказать, что и они работают с ШИМ технологией: сначала такой узел отбирает максимальную величину, а далее, применяя ШИМ, осуществляет преобразование, зарядку АКБ по установленной программе.

Выбирают изделие именно с программой под имеющийся типа АКБ: щелочные, никелевые, литиевые (со своим блоком управления). Самые простые модели контроллеров имеют 1 или 2 программы для АКБ свинцово-кислотных, негерметичных, герметичных гелевых или AGM.

Опциональность

Наиболее затребованными являются такие функции (вырезка из характеристик товара интернет магазина):

Тип регулировки, трансформации напряжения

По данному параметру подбирают модели ШИМ или MPPT. Вкратце мы объяснили, как они функционируют. Если упростить, то для недорогих систем стандартных мощностей берут первые. Вторые — более качественные, для дорогих или мощных сборок.