Стремясь к комфорту, мы окружаем себя большим количеством электроприборов. Однако сейчас любой современный дом в один миг превращается в холодную и неуютную коробку, когда внезапно отключается электроснабжение.
Одним из способов обеспечить надёжную подачу электроэнергии является установка солнечных батарей. Такая система может обеспечивать как резервное, так и основное электроснабжение. Однако здесь новичков подстерегают трудности. Как во всём разобраться, выясним в данной статье.
Монтируем солнечные панели на крыше своими руками
Допустим, мы успешно справились с задачей выбора солнечных панелей, но следующий шаг может напрочь перечеркнуть все старания. Ведь ошибки, допущенные на данном этапе, всё сведут на нет.
Разумеется, для работы такой батареи нужен свет, и чем его больше, тем лучше.
Правильное размещение солнечной электростанции – главное условие её максимально эффективной работы. Монтаж солнечных батарей на крыше, казалось бы, полностью удовлетворяет этому условию.
Однако это не всегда так. Разберём два варианта установки. Первый — здание расположено в тени, допустим, от высоких деревьев или от стоящего рядом высокого здания. Второй вариант — здание стоит в чистом поле.
Разумеется, при первом варианте, даже если вся крыша состоит из солнечных батарей, причём с высоким показателем КПД до 22%, выработка электроэнергии будет намного ниже, чем во втором. Наличие любой тени значительно снижает эффективность.
Другая причина, которая влияет на эффективность, – расположение здания относительно сторон света.
Наименьшая выработка будет, когда здание ориентировано строго на восток или на запад.
В таком случае намного выгоднее установить батареи не на крыше, а прямо на грунте или закрепить на стене. Для этого потребуется специальный каркас.
Оптимальный вариант – ориентация панелей на юг.
Немного меньшей производительностью отличаются юго-восточное и юго-западные направления.
Нужно учесть, что в Российской Федерации не все регионы оптимально подходят для установки солнечных панелей. В южных широтах больше солнечных дней, и наоборот, в северных широтах уровень инсоляции настолько мал, что не позволяет получать приемлемую эффективность.
Как крепить
Теперь перейдём к тому, как устанавливаются солнечные батареи. Для этого вначале убедимся, что крыша сможет выдержать дополнительную нагрузку. Сами панели весят от 15 до 18 кг/м2, и, как правило, это не вызывает проблем. Обычно такой вес солнечной батареи крыша вполне выдерживает.
Однако в холодное время года на крыше может скопиться большое количество снега, что значительно увеличит нагрузку. Особенно это актуально, если панели устанавливаются на крыше в частном доме.
Ситуация усложняется, если панели установлены на кровле, находящейся в изношенном состоянии. Проще говоря, если крыша потекла. Это может потребовать её ремонта. При этом всю электростанцию придётся сначала демонтировать, а затем опять устанавливать обратно.
Также очень важно, особенно при установке своими руками, не крепить панели вплотную к крыше, а обеспечить воздушный промежуток в несколько сантиметров. Это нужно, чтобы «крышу продувало», то есть чтобы под панелями не скапливался мусор или снег. Это особенно актуально для крыши с плоским покрытием, например, рубероидом.
Важный момент – выбор надёжного способа крепления панелей. Возможен крепёж фиксаторами прижимного типа или при помощи соединения деталей через сквозные отверстия.
Если производится установка солнечных панелей на пологой крыше, то может потребоваться установка дополнительных конструкций для обеспечения наклона панелей. Разумеется, такая конструкция должна быть устойчивой к коррозии, ведь срок службы солнечных батарей может составлять десятки лет.
Под каким углом
От того, как правильно выбран угол наклона, зависит дальнейшая эффективность работы любой солнечной электростанции. Неправильно рассуждать, что эта величина остаётся неизменной. Она меняется как в течение светового дня, так и в течение всего года.
Лучший вариант – установка элементов на платформах с изменяемым углом наклона. Однако по разным причинам иногда сделать это невозможно. Выход из такой ситуации – определение оптимального угла наклона с учётом широты местности.
| Угол наклона панелей, градусы | Широта, градусы |
|---|---|
| 15 | 0-15 |
| Равен широте | 15-25 |
| +5 градусов к широте | 25-30 |
| +10 градусов к широте | 30-35 |
| +15 градусов к широте | 35-40 |
| +20 градусов к широте | 40 и больше |
Таблица 1. Зависимость угла наклона панелей от широты местности
Для весеннего времени угол наклона принимают равным широте местности. Для определения оптимального значения в зимнее время к рекомендуемому углу прибавляют от 10 до 15 градусов, а для летнего времени, наоборот, отнимают 10-15 градусов.
Под каким углом ставить солнечные панели
Схема подключения
Эффективность солнечной электростанции напрямую зависит от схемы её подключения. При этом для сохранения полученной энергии потребуется установить ещё аккумулятор, контроллер заряда и инвертор.
Подключение компонентов выполняют по любому из трёх основных типов:
- Автономный тип.
- Резервное электроснабжение.
- Постоянное подключение.
Автономный тип подключения – лучший вариант при отсутствии технической возможности подключения к действующей сети электроснабжения.
Энергия, выработанная в светлое время суток, накапливается в аккумуляторной батарее. При необходимости её использования АКБ станет выдавать постоянный ток, который будет преобразовываться в переменный при помощи инвертора. Переменный ток поступает к потребителям.
Для обеспечения резервного электроснабжения к вышеописанному автономному типу добавляется обязательное подключение к действующей электросети через перекидной рубильник. Этот рубильник переводит питание потребителей от линии электропередачи напряжением 380 В на питание от АКБ через инвертор.
ВАЖНО отметить, что при покупке бензинового или любого другого источника электроэнергии установка перекидного рубильника обязательна. Это позволяет обеспечить электроэнергией только подключённых к этой системе потребителей.
В противном случае генератор или солнечная электростанция не только начнут питать всех подключённых к данной линии электропередач потребителей, что выведет СЭС из строя, но и могут стать причиной гибели персонала, прибывшего для поиска и устранения повреждения на линии. А за такое деяние предусмотрена уголовная ответственность!
Рассмотрим для примера данную схему. В нормальном режиме электроснабжение домов №№1 и 2 происходит от линии электропередач, которая на рисунке обозначена как Линия 2. Также имеется возможность запитать потребителей от резервных источников: солнечных батарей через сетевые инверторы или от АКБ, через автономные инверторы, совмещённые с зарядным устройством. Для зарядки АКБ предусмотрено подключение к автономным инверторам электрогенератора с двигателем внутреннего сгорания.
Для автоматического переключения электроснабжения служит щит АВР — автоматическое включение резерва. Он отключает питание от Линии 2 и переключает питание потребителей электроэнергии от резервных источников.
Третий способ подключения для российских владельцев объектов микрогенерации стал доступен после выхода Постановления Правительства РФ №299 от 2 марта 2021 г. Теперь согласно этому документу владельцы имеют законное право продавать выработанную электроэнергию.
Для этого нужно преодолеть некоторые бюрократические препоны, например, подать заявку в энергоснабжающую организацию, оплатить пошлину, заключить договор, выполнить все предусмотренные этим договором мероприятия, в том числе установку двунаправленного прибора учёта электроэнергии, и, наконец, получить акт о технологическом присоединении.
Если несмотря на все сложности удалось установить и ввести в работу солнечную электростанцию, можно компенсировать затраты на электроэнергию. Такая схема будет работать аналогично рассмотренной нами ранее.
Исключение будет составлять постоянное подключение к действующей сети электроснабжения, то есть её можно использовать как накопитель электроэнергии.
Днём вырабатываемая солнечными панелями электроэнергия станет поступать в сеть, а в тёмное время суток электричество будет поступать от электросети. При отключении основного электропитания также возможен переход на резервное питание от АКБ.
Данная процедура потребует существенных денежных затрат, а чтобы они окупились, нужно время. Поэтому такой вариант больше подходит, например, для небольших хозяйств.
Возможно ли и как бороться со снегом зимой
Падающий зимой снег поднимает некоторым настроение. Однако для владельцев солнечных электростанций это причина для беспокойства. Ведь кроме снижения выработки электроэнергии большое количество снега повреждает панели.
Если снега не очень много, а панели установлены с наклоном или вертикально, снежное покрытие начнёт таять и само сползёт вниз. Этому способствует и то обстоятельство, что панели обычно тёмного цвета, поэтому они немного нагреваются.
Когда панели заметает толстым слоем снега, приходится их очищать вручную. При этом есть риск повредить их или даже упасть с крыши. Конструкторы задумались над этой проблемой.
Кроме вышеописанного пассивного метода борьбы с обледенением могут применяться и активные способы. Одним из них является использование плёночных лучистых электрических нагревателей. Тепло передаётся при помощи инфракрасного излучения, а для улучшения характеристики с обратной стороны излучателя имеется термоизолятор.
Другим способом, который предлагают конструкторы, является установка ультразвуковых излучателей внутри модулей с фотоэлементами. Излучатели настроены на частоту, позволяющую эффективно разрушать ледяную корку. Источником питания для такой системы служит аккумуляторная батарея, получающая энергию от солнечных панелей.
На форумах данная тема активно обсуждается, и пользователи предлагают свои способы очистки панелей. Например, некоторые рекомендуют снимать наледь, поливая панели горячей водой, или путём создания кратковременного замыкания контактов батареи. Однако применять такие способы нельзя, так как риск повреждения панелей очень высокий. Выйдет себе дороже!
Заключение
В конце статьи подведём итог. Солнечные батареи из дорогого и экзотического способа получения электрической энергии постепенно становятся нормой. Всё больше людей начинают устанавливать их не потому, что они следуют моде и поддерживают «зелёную» энергетику, а потому что видят в них способ обеспечения надёжного и экономически выгодного электроснабжения.
От выбора каждого элемента солнечной электростанции зависит как эффективность, так и долговечность и надёжность всей системы. Ошибки, допущенные на этапе проектирования, при выборе элементов и при установке, приведут к дополнительным затратам.
Сейчас читают:
