Солнечные электростанции для дома. Виды и устройство. Как выбрать

Альтернативные источники электрической энергии с каждым днем становятся все популярнее. Владельцев частных домов не привлекает высокая цена одного киловатта электричества. Одним из таких альтернативных источников являются солнечные электростанции для дома. Стоимость оборудования такой электростанции довольно высока, а сложность подбора и установки требует профессионального подхода.

Разобравшись с принципом работы, и подобрав подходящие составляющие элементы станции, можно самостоятельно установить все оборудование. Конечно, для этого необходимо обладать определенными навыками установки электрических устройств. При их отсутствии можно обратиться к профессионалам, но это обойдется дороже.

Общее устройство

Solnechnye elektrostantsii dlia doma ustroistvo

Рис-1

Структурно солнечные электростанции для дома состоят из следующих необходимых элементов:

Солнечные панели. Их число и размеры зависят от проектируемой мощности этой электростанции, а также от солнечной активности, характерной для данного географического региона. Такой солнечный модуль можно сделать самостоятельно, собрав его из кремниевых светочувствительных элементов.
Комплект аккумуляторных батарей требуется для обеспечения потребителей дома электрической энергией во время пасмурной погоды, в темное время суток, а также в аварийных случаях или при перегруженности системы и снижении напряжения ниже границы надежного функционирования бытовых электрических устройств.
Инвертор выполняет преобразование постоянного напряжения, поступающего от солнечных элементов, в переменное напряжение, необходимое для эксплуатации бытовых приборов и устройств.
Контроллер обеспечивает необходимый уровень заряда батарей.

Получение бесплатной электрической энергии от солнечной электростанции связано со значительными затратами на покупку составляющих ее элементов. При правильной установке и бережной эксплуатации солнечная электростанция быстро окупается. Об этом свидетельствуют многочисленные отзывы владельцев этого оборудования. В среднем срок эксплуатации солнечных панелей составляет 50 лет, батарей аккумуляторов не более 10 лет, в зависимости от марки и типа батарей, а также от режима работы.

Устанавливая солнечные электростанции для дома, необходимо наличие небольшого помещения для установки в нем батарей аккумуляторов, инвертора и распределительного щита с коммутационными и защитными устройствами.

Классификация

Солнечные электростанции делятся по принципу работы и конструктивным особенностям. Рассмотрим основные разновидности таких систем.

Башенные

Это название электростанция получила из-за центральной башни, находящейся в центре зеркал с большой площадью.

Bashennye stantsii

В светлое время суток система управления регулирует расположение зеркал к солнцу таким образом, чтобы угол отражения света соответствовал попаданию солнечных лучей на котел, закрепленный на верхней части башни. В яркий солнечный день температура внутри котла может достигать 700 градусов. Вода, играющая роль теплоносителя, при такой температуре переходит в парообразное состояние.

С помощью специальных насосов водяной пар подается на турбину, приводящую в действие генератор электрической энергии. Такая схема работы позволяет достичь КПД 20%. Она может использоваться для генерирования электрической энергии жилых домов и небольших промышленных объектов.

Тарельчатые

Принцип действия тарельчатых солнечных электростанций аналогичен башенным системам с небольшими отличиями. В них применяется модульная система, включающая модули из отдельно собранных отражателей в форме тарелки и приемника лучей солнца. Зеркало имеет диаметр, достигающий двух метров. Отдельные группы модулей могут быть объединены в одну электрическую сеть.

Solnechnye elektrostantsii dlia doma tarelchatye

Такие электростанции изготавливают в мобильном или стационарном исполнении. Мобильные станции удобны для использования их в поисковых экспедициях, проводящих работы в районах с большим числом солнечных дней.

Панельные солнечные электростанции для дома

Их устройство состоит из отдельных фотоэлектрических полупроводниковых преобразователей, выполненных на монтажных платах. При группировании их в одну сеть можно изготовить источник электрического тока мощностью в десятки мегаватт. Такие солнечные панели можно устанавливать в различных местах: на воде, на крыше автомобиля, на здании дома и даже в космосе.

Solnechnye elektrostantsii dlia doma panelnye

Они удобны для решения бытовых задач по полному обеспечению электрической энергией собственного дома. Солнечные панели преобразуют солнечные лучи в постоянный ток, поступающий в батареи аккумуляторов. Непосредственно от панелей, минуя аккумуляторы, могут работать только маломощные электрические устройства, например, калькулятор или часы.

Контроллер следит за процессом зарядки аккумуляторов, не позволяя им перезарядиться или полностью разрядиться. Такой контроллер можно заменить силовым диодом. Это значительно уменьшит стоимость конструкции. Но для этого хозяину дома нужно будет постоянно следить за процессом заряда батарей самостоятельно.

Аккумуляторные батареи предназначены для основного питания электричеством всего дома и бытовых устройств. Но основная часть бытовых потребителей электроэнергии способна функционировать от переменного напряжения 220 вольт. Для преобразования постоянного тока батарей аккумуляторов в переменный ток, служат инверторы. Они необходимы для подачи питания к мощным бытовым устройствам: пылесосам, стиральным машинам, холодильникам и т.д.

Напрямую от аккумуляторов можно подключать только устройства, снабженные блоками питания на низкое напряжение: 24 или 12 вольт. Такими потребителями могут быть зарядные устройства, радиоэлектронные устройства, компьютеры.

Виды солнечных панельных электростанций

Солнечные электростанции для дома наиболее удобны в панельном исполнении. Они делятся на виды по следующим признакам:

Автономные солнечные электростанции для дома (Рис-1). Их конструкция состоит из солнечных панелей и накопительных батарей аккумуляторов. Это дает возможность создания абсолютно независимых систем снабжения электрической энергией от внешних источников.Значительным недостатком автономных станций является высокая стоимость оборудования, так как основную часть стоимости составляют накопители (аккумуляторы) электроэнергии, стоимость которых высока.
Сетевые. Эти солнечные электростанции для дома не имеют в составе дорогих аккумуляторных батарей. Они используются для работы в стационарных электрических сетях. Накопленная солнечная энергия поступает для работы различных потребителей. При излишках электричества, часть его передается в общую сеть, а при нехватке – забирается из сети недостающая часть.При этом общая электрическая сеть играет роль накопителя электроэнергии. Недостатком такой системы является зависимость от работы стационарной сети и наличия в ней электроэнергии. Сетевые электростанции используют для питания небольших домов с мощностью потребления около 10 киловатт.

Solnechnye elektrostantsii dlia doma setevye

Гибридные. В таких электростанциях сочетаются две рассмотренные выше схемы. Это позволяет уменьшить полную стоимость станции и компенсировать аварийные ситуации, например, при повреждении стационарной сети или при больших токовых перегрузках.

Параболические концентраторы

Такие солнечные электростанции для дома изготавливаются в виде цилиндрического отражателя, изогнутого по параболе. Отражатель концентрирует солнечные лучи в определенном фокусе.

Parabolicheskie kontsentratory

Вдоль концентратора проложена труба с теплоносителем, который состоит из технического масла. Теплоноситель нагревается, тем самым нагревает воду, от чего вода превращается в пар. Далее энергия преобразовывается в парогенераторе.

Как выбирать солнечные электростанции для дома

Определить величину наибольшей расходуемой энергии бытовыми устройствами, работающими одновременно с учетом добавки на мощность запуска. По этому параметру подбирается тип солнечных панелей электрической станции
Рассчитать наибольшую суточную нагрузку расхода электроэнергии в киловаттах в час.
При подборе готовых комплектов электростанций необходимо учесть время работы оборудования: сезонно или круглый год.
Заблаговременно необходимо определить среднемесячную и среднегодовую активность солнца, получив консультацию в метеослужбе.
При подборе накопительных батарей следует обратить внимание на низшую границу саморазряда. Батареи должны сохранять заряд не менее четырех дней. Оптимальным вариантом являются аккумуляторы марки GEL. Они неприхотливы для тяжелых условий работы, не подвержены негативным факторам внешней среды, в отличие от других марок.
Подбор преобразователя энергии (инвертора) зависит от числа устройств с повышенным пусковым током. Если таких устройств много, то нужно выбрать синусоидальный преобразователь. Его мощность должна быть выше пусковой мощности подключаемого устройства. Если обычная мощность равна 600 ватт, то пусковая мощность будет около 2 киловатт. При этом следует выбрать инвертор с пусковой мощностью выше 2 киловатт.
Для качественного выбора контроллера следует разделить мощность солнечных панелей на напряжение батарей аккумуляторов. При этом мы определим наибольший показатель рабочего тока заряда, который способен выдержать контроллер.