Солнечные батареи для дома: принцип действия, разновидности, расчёт количества панелей

Частный дом потребляет больше электрической энергии, чем городская квартира. Дополнительная нагрузка приходится на освещение территории и хозяйственных построек, работу электрических обогревателей и водяных насосов. Использование энергии солнца позволяет уменьшить потребление и сэкономить на оплате услуг. Солнечная батарея для дома берёт на себя как минимум освещение помещений и участка, а при большой площади – вырабатывает электричество для функционирования других узлов. Фото показывают, как панели преображают облик жилого дома.

Принцип действия солнечной батареи

Солнечная батарея — это совокупность панелей, смонтированных на крыше дома. Устройство передаёт постоянный ток через контроллер на аккумуляторные батареи и, через инвертор – к потребителю уже в виде переменного тока в 220 Вольт.

Каждая панель состоит из фотоэлектрических элементов, полупроводником служит кремний. Энергия солнца заставляет электроны кремния перемещаться из верхнего слоя в нижний. Устройство фотоэлемента – это по сути два тонких слоя кремниевого напыления. Энергоресурс передаётся по проводникам, вырабатывается постоянный ток, а вследствие – электричество. Ток производится при параллельном подключении.

Контроллер, работающий по принципу реостата, передаёт энергию от солнечной батареи к аккумуляторной батарее, следя за эффективной зарядкой. Диоды соединяют элементы системы панели, предотвращая перегрев от избыточного напряжения и обеспечивая бесперебойную зарядку аккумуляторов. Аккумуляторные батареи используются не только для накопления, но и для стабилизации энергии.

Инвертор преобразует постоянный ток от солнечных батарей в переменный, позволяя сразу использовать его в быту. 12 Вольт постоянного тока из батареи превращаются в 220 Вольт переменного. Именно такое напряжение идёт на работу уличных фонарей и ламп для освещения дома. Монтаж всей готовой системы можно осуществить своими руками.

Схема батареи: основные блоки

Главными компонентами системы являются:

1. солнечная панель, принимающая излучение солнца;
2. контроллер, распределяющий электроэнергию системы и увеличивающий эффективность производства электричества;
3. аккумуляторы, основной и резервный, электроэнергия из которого идёт в сеть при падении напряжения;
4. инвертор для преобразования постоянного вида тока в переменный, используемый в быту.

Достоинства перевешивают недостатки

Достоинства солнечной батареи для частного дома неоспоримы и их много:

во время работы система не требует денежных затрат;
простота системы обеспечивает значительный срок службы;
использование солнечных лучей как неисчерпаемой энергии;
не нуждается в техническом обслуживании;
работа бесшумна и не создает никаких вибраций;
применение абсолютно не вредит окружающей среде.

Недостатки у системы тоже есть, но они не касаются технической части:

максимальная эффективность только в безоблачные дни с максимумом солнца;
большие затраты на покупку системы;
работы по установке требуют некоторого монтажного опыта.

Разновидности батарей по строению кристаллов кремния

При поликристаллическом нанесении электроны не могут двигаться прямолинейно, поэтому КПД по выработке электричества у них не выше 14%. Но такие панели дёшевы, срок эксплуатации до 20 лет.

Аморфное нанесение кремния на поверхность панелей позволяет получать гибкие поверхности. Производятся с использованием плёнки, КПД самый низкий: в среднем около 6%, обойдутся они дешевле всего. Соотношение затрат и КПД оптимальное: общая стоимость вырабатываемой электроэнергии покрывает затраты, и выходит дешевле, чем у поликристаллических панелей. Но для выработки того же количества энергии требуется большая поверхность.

1. Монокристаллические кремниевые батареи самые энергоэффективные. На самую современную линейку заявлена КПД в 22%. Из этого показателя и долгого срока годности и формируется высокая цена. Этот вид панелей занимает меньше места.
2. Поликристаллические кремниевые батареи дешевле монокристаллических из-за более простой технологии производства. Минимальный заявленный срок работы – 25 лет, а КПД достигает 15%.
3. Батареи на тонкой плёнке применяют в странах, где пасмурная погода преобладает, и солнечный свет преимущественно рассеяный. Для производства панельных систем в качестве светопоглощающего материала используют теллурид кадмия. При КПД в 11% устройства применяют успешно и зимой. Плёнка очень гибкая, и крепить её можно на любые поверхности – даже на одежду.

Области использования

Парадокс стоимости энергии, вырабатываемой солнечными панелями в том, что с каждым годом использования полученное электричество становится всё дешевле. Поэтому области применения всё более разнообразны.

Использование для освещения офисных зданий, жилых домов и даже маяков.
Применение для освещения улиц, дворов, автомагистралей и указателей.
Резервный источник питания для больниц.
Устройства для зарядки гаджетов в походных условиях.
«Солнечные» парковки для гибридных автомобилей.
Системы автополива в фермерских хозяйствах.
Обеспечение электроэнергией космических станций.

Эффективность использования: экономия и КПД

Используя энергию солнца в доме, можно не только сэкономить, но и перейти на полное самообеспечение. Так и происходит в солнечных регионах Средиземноморья и Калифорнии. Штат Аризона – самое солнечное место в мире – активно использует панели для получения энергии. Чем ближе расположение дома к экватору, тем постояннее показатели в течение года.

Зимой батареи с высоким КПД смогут процентов на 70% восполнить расходы на отопление. Для остальных 30% придётся воспользоваться городскими сетями или генератором для получения электроэнергии.

Принцип работы и количество пластин

Принцип работы состоит в движении электронов из одного слоя полупроводника в другой под действием солнца. Свободные электроны кремния порождают постоянный ток.

В быту на работу освещения, отопления и электроприборов расходуется много электроэнергии. Поэтому оправдано применение большого количества батарей. Одна панель состоит из пяти – шести десятков.

Система отопления при помощи солнца

Помощь солнечных батарей снижает нагрузку на сеть отдельного дома. Основные компоненты:

солнечная батарея;
контроллеры;
система водяных насосов;
бак на тонну.

Отдельная сфера применения – нагревание воды для «тёплого» пола. Солнечный ресурс повышает температуру и создаёт напор. Чтобы сделать правильный расчёт мощности, нужно помнить даже о маленьких приборах, вроде электрического будильника. Нюансы при установке панелей следующие.

Угол наклона крыши больше чем 32 градуса.
Располагают панели на южной или юго-западной стороне с максимумом солнца.
Для попадания солнца на панель в гористой местности направление нужно скорректировать.
В расчётах мощности учитывайте количество солнечных дней в вашем регионе.
Нагрузку на стропила нужно учесть на стадии проектирования конструкции крыши, обеспечить доступ для очистки от снега.

Преимущества отопления солнцем

Отсутствие выбросов в атмосферу.
Эффективность при рассеянном свете солнца.
Автономный источник энергии.
Контроль системы.
Работы включают в себя только монтаж и очистку от снега.

Выбор устройств для домашнего использования:

Батареи малой мощности берут на себя немного работы: фонари уличного освещения, лампы, стационарный телефон. Удобно использовать для работы системы автополива и отдельных бытовых приборов.
Универсальные панели используют как источник энергии на светильники и обогрев дома.
Большой мощности – для автономного хозяйства. Запасной источник электричества – генератор.