Использование энергии солнца – это альтернатива невосполняемым источникам энергии. Современные технологии позволяют использовать солнечные батареи для уличного освещения, отопления и освещения небольших домов. Сегодня уже не редкость солнечные батареи для дачи, которые позволяют в летний период обеспечить хозяйство электроэнергией.
Солнечные батареи
Устройство, которое представляет собой большое количество фотоэлектрических преобразователей, соединенных в единую систему, и есть солнечная батарея.
Для солнечной батареи важно наличие прямых солнечных лучей, энергия которых преобразуется в электрический ток.
Устанавливаются батареи в тех районах, где солнечные дни составляют большую часть года. Правда, на эффективность работы солнечных батарей влияет еще и географическая широта. Ведь чем дальше от полюса, тем мощнее солнечные лучи. Но даже в средней полосе России зимой солнечные батареи снижают потребление электроэнергии из общих сетей, а летом появляется возможность даже продавать ее излишки.
Солнечные батареи бывают монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные.
Направленные в разные стороны кристаллы в поликристаллических батареях позволяют снизить зависимость от прямых солнечных лучей. Такие батареи сегодня наиболее распространены, их используют для освещения общественных зданий и частных домов. Часто уже встречается и уличное освещение на солнечной батарее именно поликристаллического типа.
Солнечные батареи для дачи
Еще совсем недавно главным аргументом против установки солнечных батарей на даче была их стоимость. Сегодня эту продукцию начинает выпускать отечественная промышленность, цены на нее становятся ниже, выбор – шире, а сервисное обслуживание - доступнее.
Современные технологии вполне способны справиться с освещением участка и обеспечить работу бытовых приборов. Правда, при этом нужна аккумуляторная батарея для солнечной батареи, а еще контроллер заряда и инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный.
Сегодня можно приобрести готовый комплект солнечной миниэлектростанции для дачи или небольшого дома с автономностью работы в течение 24 часов. Мощность такой электростанции - 235 Вт при мощности аккумуляторной батареи 2,4 кВт*ч.
Аккумуляторы для солнечных батарей
Аккумуляторные батареи являются важной частью оборудования современной гелиосистемы.
В яркие солнечные дни солнечные батареи вырабатывают значительно больше электрической энергии, чем потребляют электроприборы, а ночью, когда особенно важно освещение, не работают вообще. Значит, необходимо накапливать и хранить электроэнергию для последующего ее использования.
Аккумуляторная батарея для солнечной батареи и предназначена для равномерного и бесперебойного электроснабжения.
Также аккумуляторные батареи (АКБ) перекрывают пиковые нагрузки, слишком большие для фотомодулей, используют накопленную энергию в темное время суток, компенсируют разницу выработанной и потребленной энергии в пасмурную погоду.
Способы подключения АКБ
Чаще всего одного аккумулятора не хватает для полноценной работы солнечной электростанции, и приходится использовать несколько однотипных батарей. Специалисты считают, что они вообще должны быть из одной партии.
Для повышения общей емкости системы используются три способа соединения (коммутации) АКБ.
При параллельном соединении складываются емкости всех батарей, а общее напряжение равно напряжению в одном устройстве.
Последовательное соединение, напротив, позволяет просуммировать все напряжения, а емкость остается равной емкости одной батареи в схеме.
Самым производительным является комбинированное последовательно-параллельное соединение, при котором суммируются как напряжения, так и емкости.
Правда, при таком соединении АКБ подвержены разбалансировке, то есть суммарное напряжение будет постоянным расчетным, а вот для каждого отдельного аккумулятора его показания будут меняться. Такое явление приводит к тому, что часть батарей недозаряжается, а часть заряжается выше нормы, и ресурс вырабатывается преждевременно.
Поэтому в комплект каждой гелиосистемы обязательно входит контроллер заряда солнечных батарей и перемычки, с помощью которых соединяют средние точки для самовыравнивания напряжения в АКБ.
Особенности аккумуляторных батарей для гелиосистем
Аккумуляторная батарея для солнечной батареи должна удовлетворять целому ряду требований. Она должна выдерживать большое количество циклов заряда/разряда. При этом саморазряд должен быть минимальным, а величина зарядного тока – большой, диапазон рабочих температур – широким.
Сегодня производители уже выпускают специальные аккумуляторные батареи, так называемые солнечные аккумуляторы, которые этим требованиям полностью отвечают.
Комплект солнечных батарей с такими устройствами и контроллером заряда позволяет накапливать энергию и хранить ее с максимальной эффективностью. А сетевой инвертор – преобразовать ее для подключения бытовых приборов и освещения.
Критерии выбора
Выбирать аккумулятор для солнечных батарей для дома нужно по нескольким параметрам.
Самый важный из них – это емкость. Исходя из необходимого энергопотребления рассчитывается расчетный показатель емкости, увеличивается на 35-50%, и уже по нему подбирается одно или несколько устройств для параллельного подключения. АКБ с достаточной емкостью держит энергию до 4 суток.
Длительность разрядки и зарядки. Из двух устройств с одинаковым номиналом емкости предпочтительнее то, для которого требуется меньший интервал времени для зарядки.
Емкость свинцового аккумулятора зависит от массы свинца в нем, поэтому чем больше масса АКБ, тем выше его реальная емкость. При выборе нужно обращать внимание на вес и габариты устройства.
Производители задают для своей продукции диапазон рабочих температур и периодичность обслуживания, на эти показатели тоже следует обращать внимание.
В сопроводительных документах всегда указывается срок использования АКБ, количество разрядочных циклов (чем больше этот показатель при прочих равных условиях, тем лучше) и величина саморазряда в месяц.
При расчете параметров аккумуляторной батареи нужно учитывать потери энергии при ее хранении и преобразовании. Эффективность современных устройств для гелиосистем составляет примерно 85%.
Виды аккумуляторов для солнечных батарей
Привычные автомобильные аккумуляторы не рассчитаны на большое количество циклов и отличаются значительным саморазрядом. Для гелиостанций используются совершенно другие устройства.
1. AGM-аккумуляторы, в конструкции которых между абсорбирующими стекломатами находится в связанном состоянии электролит. Такое устройство может эксплуатироваться в любом положении, при низкой цене и глубине заряда около 80% выдерживают до 500 циклов и отличаются высоким уровнем заряда.
Срок из эксплуатации не так велик – 5 лет, и диапазон рабочих температур ограничен 15-25 °С, но они быстро заряжаются - требуется меньше 8 часов на полное восстановление, могут транспортироваться в заряженном состоянии и эксплуатироваться в помещении с недостаточной вентиляцией.
AGM-аккумуляторы быстро выходят из строя из-за перезаряда, но недозаряд переносят вполне удовлетворительно.
2. Гелевая батарея для солнечной батареи тоже может работать в любом положении. Желеобразный гелевый электролит удерживается в порах силикагеля, который служит разделителем для пластин. Неоспоримое достоинство такой конструкции – электроды не осыпаются, потому что все свободное пространство заполнено гелем, а значит, исключена возможность короткого замыкания. Кроме того, они выдерживают полную разрядку и значительное число циклов, примерно в полтора раза больше, чем у аналогичных AGM-аккумуляторов. Но и цена их заметно выше.
Несмотря на цену, гелевые аккумуляторы экономичней, не нуждаются в обслуживании, могут в полностью разряженном состоянии без ущерба находиться несколько дней, потери энергии в них незначительны из-за малого саморазряда.
3. OPzS аккумуляторы, так называемые заливные устройства с жидким электролитом, не требующие обслуживания, разработаны специально для разрядки малыми токами. Они выдерживают очень большое количество глубоких циклов, используются, как правило, в мощных дорогих солнечных системах, и сами стоят достаточно дорого.
Контроллер заряда солнечных батарей
Электронные устройства предназначены для контроля и регулировки уровня заряда на аккумуляторе. Именно они предохраняют АКБ как от полной разрядки, так и от излишней зарядки.
Контроллеры заряда – очень важные элементы солнечных батарей. Они обеспечивают многостадийный заряд АКБ, автоматическое отключение при полном заряде батареи и при минимальном заряде – нагрузок, подключение фотомодулей, когда батарею нужно зарядить, и переподключение нагрузок после зарядки.
Самый дешевый и примитивный вид контроллеров типа On/Off отключает солнечные батареи от АКБ, когда напряжение достигает предельного значения, не давая аккумуляторам зарядиться полностью и тем самым сокращая их ресурс.
PWM-контроллеры, работающие по ШИМ (широтно-импульсная модуляция) - технологии, экономичны и эффективны в районах с высокой активностью солнца. Они прекращают заряд, позволяя аккумулятору при этом полностью зарядиться. Устанавливаются такие устройства в маломощных, до 2 кВт, системах с аккумулятором малой емкости.
МРРТ-контроллеры управляют максимальными энергетическими пиками. Они наиболее эффективны в гелиосистемах, но и значительно дороже устройств других моделей.
Производители аккумуляторов для солнечных батарей
На российском рынке не так много производителей этого вида продукции.
Компания CSB Battery Co., Ltd (Тайвань) предлагает свинцово-кислотные АКБ, изготовленные по технологии AGM, со сроком службы до 10 лет, рассчитанные на напряжение 12 В, емкостью от 26 до 100 А*ч по цене от 2,6 до 8,2 тыс. рублей.
Примерно такие же аккумуляторы выпускает Shandong Sacred Sun Power Sources Co., Ltd (Китай).
HAZE Battery Company Ltd (Великобритания) поставляет гелевые АКБ со сроком службы до 12 лет, рабочим напряжение 12 В, емкостью от 15 до 230 А*ч и диапазоном температур от -20 до +50 °С по ценам от 7 до 28 тыс. рублей.
SSKGroup (Россия-Бельгия) выпускает надежные гелевые аккумуляторные батареи для солнечных батарей с пламегасителем со сроком службы 15 лет, емкостью от 100 до 180 А*ч по ценам от 11 до 19 тыс.рублей.
Производители солнечных батарей
Основными производителями солнечных батарей долгое время были Япония, Германия, США и Китай. Российские солнечные батареи собираются из материалов, произведенных в этих странах. Самые популярные отечественные солнечные батареи с доступной ценой изготавливаются из поликристаллического кремния, произведенного в Германии и США.
Сегодня российские производители не только производят солнечные модули, но и разрабатывают новые, как, например, «Квант» в Москве.
Краснодарская компания «Солнечный ветер» производит не только модули, но и готовые домашние гелиостанции. Проектирует готовые гелиосистемы и «СоларИннТех» из Зеленограда.
На отечественном рынке все больше оборудования для гелиосистем, включая готовые типовые проекты. Но при некоторых инженерных навыках и усидчивости можно самостоятельно рассчитать систему для конкретных условий эксплуатации и подобрать необходимое оборудование: солнечные батареи, аккумуляторы, контроллеры разных производителей в широком ценовом диапазоне. При этом можно сэкономить на некоторых составляющих, собрав их самостоятельно из подручных материалов, например, контроллер.
