Автономное электричество и освещение на солнечных батареях: преимущества и особенности использования для дома

4 Обзор лучших моделей

Рынок наполнен различными моделями солнечных батарей. Большинство из них произведено в странах Юго-Восточной Азии и имеют соответствующие технические возможности. Приобретение подобных устройств всегда сродни участию в лотерее — никогда не известно, чем все закончится на этот раз. Тем не менее, существуют вполне работоспособные и качественные солнечные панели для зарядки аккумулятора 12в.

Небольшой обзор которых поможет сориентировать потенциального пользователя:

• Sunsei SE-500. Детище компании ICP Solar. Представляет собой компактную и производительную солнечную батарею, размеры которой составляют 38×36х3 см. Мощность панели составляет 7,5 Вт, а сила тока — 0,6 А. Относительно небольшая мощность компенсируется возможностью соединения в единую систему нескольких устройств, что позволяет увеличить выходную мощность и ускорить зарядку аккумулятора. Модель комплектуется штангой (штативом) для установки панели в максимально удобное положение.
• SunForce. Известная канадская фирма, выпускающая солнечные батареи различного назначения. 17-ваттная модель имеет силу тока 1,5 А, размеры составляют 97×35х4 см. Рекомендуемое место размещения — крыша салона или кабины автомобиля. В комплекте имеется контроллер заряда, клеммы, вилка для подключения в прикуриватель. Отличием этой модели является высокая чувствительность фотоэлементов, позволяющая получать солнечную энергию даже в пасмурные дни.
• ТСМ-15F. Компактная гибкая панель размером 60×27х0.5 см имеет мощность 15 Вт, сила тока 1 А. Несмотря на гибкую форму корпуса, он надежно герметизирован и прочен. Батарея размещается на крыше салона, обеспечивает КПД в 22 % и вполне качественно выполняет свою задачу.

На рынке постоянно появляются новые модели, позволяющие получить большее количество энергии. Производители занимаются разработками более эффективных устройств, способных ускорить загрузку и получать энергию при неблагоприятной погодной ситуации. При покупке следует внимательно изучать технические характеристики и не стесняться требовать сертификаты соответствия, всегда имеющиеся у качественных образцов солнечных батарей.

4.1 Солнечная батарея «SunForce»

Компания «SunForce» — это производитель солнечных панелей из Канады. Они выпускают солнечные батареи различного назначения. В том числе, для зарядки автомобильных аккумуляторов. В их продуктовой линейке имеются достаточно мощные модели.

Габариты солнечной автомобильной панели «SunForce» составляют 97 на 35 на 4 сантиметра. Мощность составляет 17 ватт. В комплекте с устройством поставляется контроллер 7 ампер / 12 вольт. Также имеются крокодилы и переходник для прикуривателя. Эту гелиопанель можно без проблем разместить на таких транспортных средствах, как автомобиль, трактор, фура, катер. Производитель отмечает, что их устройство функционирует в туман и дождь.

4.2 Солнечная батарея «ТСМ-15F»

Эта гелиосистема для автомобиля выпускается в гибком корпусе.

Габариты ТСМ-15F составляют 60 на 27 на 0,5 см. Мощность устройства равна 15 ватт. Ток заряда 1 ампер. Устройство имеет компактные размеры и без проблем устанавливается на крыше автомобиля.

4.3 Sunsei Solar Power

У этого производителя для автомобилистов есть достаточно популярное устройство под названием Sunsei SE-500. Гелиопанель имеет габариты 37,5 на 36 на 2,6 см. Она производится в водонепроницаемом корпусе. Мощность составляет 7,5 ватт, а сила тока 0,5 ампер.

На автомобиле Sunsei SE-500 крепится с использованием штатива, который приобретается отдельно. Панель предназначена для поддержания аккумулятора в рабочем состоянии.

С его помощью можно спокойно использовать мультимедиа, пользоваться дополнительными приборами при заглушённом двигателе.

Заряд автомобильного аккумулятора выполняется при включённом или выключенном двигателе. Солнечная панель Sunsei SE-500 имеет в комплекте «крокодилы» и адаптер для подключения прикуривателю. Модель пригодится не только для легковых автомобилей, но и на катерах, тракторах и другом транспорте.

Среди минусов можно отметить небольшую мощность панели Sunsei SE-500. Но зато она позволяет соединять несколько этих панелей вместе. Ток можно собрать систему с необходимой мощностью. Эти панели компактны и могут быть установлены практически в любом месте.

Напоследок скажем, что солнечная батарея для зарядки автомобильного аккумулятора представляет собой полезное устройство для тех, кто часто слушает музыку и смотрит телевизор в машине. Хотя о полноценной замене автомобильной АКБ говорить нельзя.

Расчет энергоэффективности солнечных батарей

При расчете необходимой площади солнечных батарей необходимо учитывать, что один квадратный метр такого оборудования даст в вашу сеть около 120 ватт. А теперь пройдитесь по своему дому и прикиньте, какую мощность имеют имеющиеся у вас бытовые электрические приборы и оборудование. Разумно будет также прикинуть, какую экономию электричества может дать замена некоторых устройств на энергоэффективные. После этого вы можете приступать к расчетам необходимого количества и площади солнечных батарей, стараясь учитывать время солнечной активности в вашей местности.

 Отопление частного дома от солнечной энергии

Кроме добычи электроэнергии из солнечной энергии – наше светило вполне может и обогреть ваш дом. Конечно, можно воспользоваться самым простым способом и подключить электрическую систему отопления к солнечным батареям. Но скорее всего это будет довольно неэффективно, особенно учитывая не очень большое количество солнечных дней в году на наших широтах.

Лучше всего будет комбинировать систему добычи электричества с помощью солнечных батарей и систему автономного отопления, основанную на нагреве солнечным теплом жидкости, поступающей затем в радиаторы отопления вашего дома.

 Принцип работы отопления на солнечной энергии

Ключевым звеном такой автономной системы солнечного отопления будут являться нагревательные коллекторы. Это специализированные устройства, которые с минимальными потерями передают солнечную лучистую энергию на теплоноситель, в качестве которого может выступать вода или специальный антифриз.

схема солнечного нагревателя

Немаловажным преимуществом такого высокотехнологичного подхода является то, что такая система будет эффективно работать даже в самых суровых климатических условиях, ее коэффициент полезного действия не снижается даже при низких отрицательных температурах на улице.

Такие системы, называемые также солнечными коллекторами отлично зарекомендовали себя, например, в северных районах Китая – в местности с весьма суровым климатом. При этом в тех регионах они устанавливаются даже на многоквартирных домах.

После нагрева в коллекторе теплоноситель обычно попадает в аккумулирующих бак, оснащенный отличной теплоизоляцией. Температура жидкости в таком баке сохраняется довольно продолжительное время. В случае, если в качестве теплоносителя используется обычная водопроводная вода, то, помимо отопления – такую жидкость также можно использовать для бытовых целей, например, для умывания или мытья посуды.

Инструкция по изготовлению и сборке своими руками

Алгоритм действий:

• расчет параметров электрической системы питания;
• создание проекта;
• приобретение комплектующих деталей;
• изготовление несущей конструкции из фанеры, ДВП, деревянных реек;
• закрепление фотоэлементов, пайка проводников;
• установка защитной крышки из оргстекла;
• фиксация собранных панелей на опорной поверхности;
• подсоединение инвертора, АКБ, других функциональных блоков;
• проверка мощности генерации, иных параметров оборудования.

Рекомендуется изучить варианты подключения функциональных компонентов системы, чтобы обеспечивать выбор подходящей схемы.

Порядок расчета энергетических показателей

Вычисление рабочих параметров упрощают таблицей Excel. Результат рассчитывается автоматически после внесения исходных данных.

Подготовительные мероприятия

Пример заполнения:

Столбцы	Значения
1	Порядковый номер
2	Наименование подключаемого прибора
3	Мощность по техническому паспорту
4-27	В ячейках часовых временных интервалов отмечают периоды включения оборудования, потребление электроэнергии
28, 29	Суммарные показатели

Составление спецификации потребителей

Применяют последовательную запись электрических параметров, начиная с цоколя здания. Обходят помещения по часовой стрелке. Вносят сведения об уличном освещении, подключенной технике. Время работы указывают в десятичном формате. Учитывают потребление электроэнергии блоком фотоэлектрических панелей.

Анализ и оптимизация полученных данных

Для применения фотоэлементов как резервного источника питания смещают самые мощные нагрузки в зону действия централизованного снабжения электрической энергией.

Критерии выбора прибора

В походе или на рыбалке часто возникает необходимость питания мобильных телефонов или планшетов. И если раньше решить эту задачу было практически невозможно, то сегодня это стало доступно благодаря появлению портативных устройств, преобразующих солнечную энергию в электрический ток. Но выбирая зарядку необходимо учитывать его выходной ток и напряжение, которые зависят от характеристик батареи.

Но есть и еще один аспект. Поскольку солнечные батареи способны работать только в светлое время суток, то зарядки в которых они применяются должны оснащаться аккумулятором. Именно он буден накапливать энергию днем и отдавать ее вашей мобильной технике в любое время суток. Однако учтите, что для стабильной зарядки телефона или планшета требуется чтобы на выходе зарядника было напряжение, соответствующее этому параметру у техники.

Смотрим видео о модели Solar Charger P1100F-2600:

Часто прибор имеет дополнительные функции, такие как зарядка АБ от сети с применением адаптера. В комплектацию также могут входить комплекты переходников для подключения аппаратов, отличающихся моделями и маркой производителя.

Обзор популярных моделей

Хотя на отечественном рынке зарядных устройств достаточно много, только некоторые из них пользуются спросом. Это объясняется самыми различными факторами. Одной из самых популярных считается модель Solar Charger P1100F-2600. Она предназначена для зарядки цифровых камер и телефонов, а также некоторых других приборов.

Устройство оснащено встроенным литий-ионным аккумулятором, емкость которого составляет 2600 мАч и контроллером заряда солнечной батареи.

Смотрим видео о заряднике большой емкости:

Зарядка имеет компактные размеры и небольшой вес и идеально подходит для походов и прогулок за городом. В комплект входят переходники для зарядки телефонов различных марок. Модельный ряд устройств этой марки представлен образцами с различными емкостями аккумуляторов, от которых в прямой зависимости находится и стоимость.

К более простым и дешевым моделям относятся приборы китайского производства. Они оснащаются батареями с напряжением до 5,5 В и АБ емкостью 600 мАч. Такие приборы рассчитаны на эксплуатацию с мобильными гаджетами.

Модель марки PETC S09

Есть на рынке и образцы с большой емкостью аккумулятора и размерами. Естественно, что они и стоят дороже. Хотя в конструктивном плане особых различий у них нет. Такие приборы могут применяться для зарядки ноутбуков, видео или фотокамеры, мобильного терминала.

Продукция китайских компаний представлена и моделями без аккумуляторов. К ним относятся устройства марки PETC S08-2,6. Но такие гаджеты неудобны тем, что могут использоваться лишь днем и не способны работать при температуре выше 60°C.

Заключение

Исходят из полученной информации можно сделать вывод, что купить зарядное на солнечных батареях – это идеальный вариант для путешественников. Они имеют компактные размеры, удобны в эксплуатации и платить за полученное электричество не придется.

Категории качества

Применяют следующую классификацию солнечных батарей:

Категория (Grade)	Эффективность, %	Дефекты
A	>19	Отсутствуют
B	15-19	Разные оттенки матриц, незначительное искривление поверхности
C	12-15	Видимые сколы, трещины, много паяных элементов
D	<12

Один наименее мощный фотоэлемент в блоке создает условия для локального перегрева. Высокая температура увеличивает скорость деградации полупроводника. Блоки категории C или D отличаются большим количеством компонентов по сравнению с преобразователем категории A аналогичной мощности.

Создает условия для локального перегрева всего лишь один наименее мощный фотоэлемент.

Действующими нормативами установлены размеры сторон пластин 125 или 154 мм. Уменьшение параметра косвенно свидетельствует об изготовлении фотоэлемента из производственных отходов.

Как выбрать солнечную панель

Перед тем как выбирать солнечную панель, необходимо разобраться с местом ее установки, а также познакомиться с сезонными изменениями светимости Солнца для конкретной местности. Дешевые солнечные панели для частного дома редко гарантируют долговечность и при удовлетворительных стартовых показателях, начинают снижать производительность уже через год-два эксплуатации.

Применение слишком дорогих, как наиболее качественных панелей, также может оказаться неоправданным, поскольку при малом энергопотреблении и редком использовании окупаемость таких преобразователей растянется на десятилетия. К наиболее важным критериям выбора солнечных панелей относят назначение, тип, вырабатываемое напряжение и мощность.

Назначение

Выполняя единую функцию – преобразование света Солнца в электрическую энергию, солнечные панели отличаются условиями эксплуатации, при которых они предполагают наибольшую эффективность:

• Для туризма – легкие, портативные модели, не создающие проблем с транспортировкой;
• Для дачи, садового участка, временного жилища – мобильные модули, предусматривающие быструю установку и демонтаж;
• Для частного дома, магазина – монокристаллические или поликристаллические стационарные модули, выбор которых зависит от бюджета, площади и прочности крыши, потребляемой мощности и др.

При создании экономичного автономного уличного освещения целесообразно воспользоваться гибкими пленочными панелями.

Тип панели

Солнечные модули различают по материалу изготовления фотоэлементов. Каждому типу присущи недостатки. Однако наличие определенных преимуществ не позволяет производителям сосредоточить производство на каком-либо одном из них:

• Монокристаллические – сложная технология изготовления. Большой вес. КПД 18–22%. Высокая цена;
• Поликристаллические – набраны из обрезков монокристаллов. КПД 12–18%. В разы дешевле монокристаллов;
• Пленочные – легкие гибкие солнечные панели, выпускаемые в рулонах. Режутся, подгоняются под формат крыши. Самые дешевые, но малоэффективные. КПД до 10%;
• Аморфные – кремниево-водородная основа. КПД 13–17%. Эффективны при ослабленной освещенности.

При достаточной установочной площади дорогую поликристаллическую панель можно заменить двумя-тремя монокристаллическими, получив ту же производительность при меньших затратах.

Мощность и напряжение

Используемые в быту световые солнечные панели бывают 12-ти и 24-х вольтовыми. Первые легко согласовываются со стандартными инверторами, эффективны при потреблении электроэнергии, не превышающей 1 кВт.

При потребительских запросах свыше 1 кВт целесообразно купить панели с номинальным напряжением 24 В. Последовательное соединение двух модулей дает в результате 48 В, что соответствует параметрам большинства мощных инверторов.

Для зарядки аккумуляторов смартфонов и других гаджетов предусмотрены компактные преобразователи солнечной энергии, с выходным напряжением 5–6 В.

Достоинства освещения на солнечных батареях в России

Индивидуальные светильники с получением энергии от солнца обладают широким спектром достоинств.

1. Полностью автономны. 
2. Не требуют получения разрешений на монтаж и оформления договоров с областными энергосетями.
3. Могут устанавливаться в любой местности.
4. Уличное освещение на солнечных батареях допускает варьирование параметров системы в широком диапазоне.
5. У наиболее дорогостоящих элементов – фотоэлектрических панелей – срок службы настолько велик, что не требует их частной замены, в отличие от светильников, например. 
6. В некоторых случаях купить и установить освещение на солнечных батареях в России может оказаться еще более выгодным. Если светильники на энергии солнца будут частью общей домашней СЭС, существует возможность продавать излишки генерации государству по фиксированному тарифу.

Но максимально удобным и нужным автономное освещение любого участка на солнечных батареях становится там, где подключение к централизованной сети невозможно или чрезмерно дорого.

Пример монтажа однофазного инвертора

Сначала рассмотрим на практике однофазную систему, а потом перейдём к трехфазной.

Внешний вид смонтированного инвертора показан в начале статьи. Его мощность в данном случае – 5 кВА, есть модели и на другие мощности.

А вот, как устроен интерфейс инвертора со всеми входами, выходами и органами управления:

Солнечный однофазный аккумуляторный инвертор для дома. Клеммы для подключения

Подключение аккумуляторных батарей обязательно производится через автоматический выключатель:

Автоматический выключатель для подключения аккумулятора к инвертору

Через эти клеммы АКБ заряжается от солнца или от сети и отдает энергию на преобразование:

Клеммы для подключения аккумуляторов к инвертору

Подключение к электрощитку – через кабель ВВГ4х4, защитный проводник отдельно:

Подключение входа и выхода 220В к солнечному инвертору

Если длина кабельной линии более 10 метров, то лучше использовать кабель сечением 6мм², чтобы избежать лишних потерь в кабеле.

Ещё важное замечание! В отличие от стабилизаторов, входная и выходная нейтрали инвертора гальванически развязаны. И если их соединить, инвертор работать не будет!. В домашнем щитке я провода (черный СИП 2х16) с улицы открутил от вводного двухполюсного автомата, и подал уличное напряжение через клеммник на вход инвертора

А с выхода инвертора – на вход того самого автомата:

В домашнем щитке я провода (черный СИП 2х16) с улицы открутил от вводного двухполюсного автомата, и подал уличное напряжение через клеммник на вход инвертора. А с выхода инвертора – на вход того самого автомата:

Переделка домашнего электрощитка для подключения солнечного инвертора

В результате энергосистема, установленная под лестницей, выглядит вот так:

Монтаж энергосистемы для дома на солнечном инверторе Ecovolt

Используются 4 АКБ, каждая напряжением 12В и емкостью 200 А·ч.

После подключения необходимо настроить инвертор согласно инструкции.

Вот как выглядит экран инвертора при нормальной работе:

Работа солнечного инвертора Ecovolt. Нагрузка питается с улицы через байпас, одновременно идёт заряд батареи

При различных режимах работы и при настройках на экране информативная картинка, которая будет понятна неподготовленному пользователю.

А вот что будет на экране, если пропадает напряжение с улицы:

Работа инвертора с аккумуляторными батареями

В данном случае, как и при работе от солнечных батарей, солнечный инвертор выдает стабильное синусоидальное напряжение 230В, как и положено по стандарту.

Плюсы и минусы светильников

Поговорим о явных преимуществах и некоторых недостатках, которыми обладают светодиодные автономные светильники:

Преимущества

• привлекательный внешний вид, который способен создать романтическую атмосферу;
• в темное время суток вы и ваша семья убережется от неприятностей в виде падений из-за того, что в темноте можно не заметить ступеньки или оставленный предмет;
• экономия электроэнергии;
• также они автономны — вам не нужно проверять заряд аккумулятора;
• они бесшумны;
• максимально безопасны для окружающей среды;
• светильники на солнечных батареях очень долговечны — они прослужат вам около 25 лет;
• некоторые светильники имеют сенсоры движения;
• не нагреваются при работе;
• не требуют особого ухода или периодического профилактического ремонта;
• плафоны изготавливаются из материала, устойчивого к пыли и воде;
• не требует прокладки линии электропередач, вы сможете установить устройство даже месте, где электричество отсутствует вовсе;
• светильники на солнечных батареях стоят совсем недорого: цена растет в зависимости от мощности прибора;
• большой ассортимент при выборе светильника;
• вы не будете зависеть от перебоев с электричеством.

Некоторые недостатки

Имеют светодиодные светильники и недостатки:

• к сожалению, они не подлежат ремонту;
• зависят от погоды: в пасмурный день толку от них нет.
• вы будете ограничены в выборе места эксплуатации, так как прибору необходимо попадание прямых солнечных лучей;
• светильники имеют не очень большую мощность, потому для освещения большого участка придется купить не один светильник;
• зимой недорогие светильники могут плохо работать.