Автономные солнечные электростанции для дома

Повышение стоимости электричества, а также сложности с подключением и обслуживанием энергосетей заставляют потребителей искать альтернативные решения. Дешевый способ обеспечения энергонезависимости — установка бензиновых и дизельных генераторов, но для их работы нужно недешевое топливо. Дорогое решение — солнечные электростанции. Они стоят немало, но энергию дают дармовую.

Принцип работы

Солнечные станции для дома состоят из фотоэлементов, способных преобразовывать лучи светила в электроэнергию. Видов ФЭП очень много, но по-настоящему эффективными считаются лишь несколько из них. Остальные находятся на начальных стадиях разработки и их перспективы туманны.

Сегодня наиболее распространены панели на основе кремния. В них фотоэлементы состоят из двух слоев этого материала. Каждый из них имеет свои физические свойства. Когда на ФЭП попадают фотоны, между слоями кремния возникает разность потенциалов, заставляющая двигаться электроны. Так появляется электрический ток.

Кремниевые фотоэлементы могут быть монокристаллическими и поликристаллическими. Первые дают больше энергии, но при этом стоят дороже.

Отличить разные типы ФЭП друг от друга можно по внешнему виду. Монокристаллические панели имеют вид прямоугольников с обрезанными углами. Форма у поликристаллических элементов квадратная.

Повышенная производительность первого типа ФЭП объясняется чистотой кристаллов кремния. КПД таких панелей достигает 22%. Выработанная энергия собирается в аккумуляторах. Она расходуется в ночное время и пасмурные дни. Накопительные батареи могут быть различной емкости. Их защиту от перезаряда обеспечивает контроллер, в котором имеются выходы, позволяющие подключать приборы, потребляющие постоянный ток.

Еще один важный элемент системы — инвертор. Этот прибор переводит постоянный ток в переменный, необходимый для работы электроприборов в домашней сети. Также имеется распределительный щиток. С его помощью владелец автономной солнечной электростанции для дома может перераспределять мощность на различные приборы и менять напряжение.

Типы солнечных электростанций

Существует несколько разновидностей солнечных электростанций. Большинство из них предназначены для получения энергии в промышленных масштабах. Наиболее распространены следующие виды:

• Башенная. В основе ее работы лежит принцип испарения воды при нагреве солнечной энергией. Вокруг башни находятся отражатели, концентрирующие свет на ее вершине, где расположен резервуар с жидкостью, окрашенный в темный цвет. Они крепятся на опорах с автоматической регулировкой ориентации относительно солнца. Работают солнечные электростанции такого типа следующим образом: полученный от нагрева пар направляется в турбогенератор, находящийся в основании центральной конструкции, и там происходит выработка энергии.
• Тарельчатые. Принцип работы таких станций похож на башенные, но конструктивно они сильно различаются. Здесь каждый модуль имеет собственный приемник и отражатель, направленный на него. Последний состоит из сборки зеркал. Основа системы — двигатель Стерлинга, соединенный с турбиной. Особенность тарельчатых станций в том, что здесь каждый модуль самостоятельно производит электричество.
• Параболоцилиндрические. В них также происходит нагрев теплоносителя за счет света солнца. Только отражатели здесь имеют форму параболического цилиндра длиной до 50 метров. Перед ними на штангах закреплена труба с жидкостью. Нагретый теплоноситель через теплообменник превращает воду в пар, вращающий турбину генератора.
• Фотоэлектрические. Это без преувеличения самые популярные станции. Их используют как в промышленности, так в частных домах. В их основе кремниевые элементы, обладающие достаточной производительностью для снабжения электроэнергией небольших объектов. Такие батареи часто устанавливают на крышах домов.

В конце 30-х годов прошлого века во Франции была запатентована идея солнечно-вакуумной электростанции. Ее реализовали лишь в 1982 году в Испании. В основе системы лежит движение воздуха, возникающее из-за разницы температур. Широкое распространение она не получила из-за небольшой производительности.

Особенности бытовых батарей

В нашей стране такие решения для организации автономного энергоснабжения имеет смысл использовать в южных регионах. Только там есть достаточное количество солнечного света. В северных районах необходимое освещение получить сложно или вовсе невозможно.

Конечно, существуют энергостанции, способные работать в любых условиях. У них неплохой КПД, вот только стоят они очень дорого. Учитывая их цену, дешевле использовать бензиновые генераторы.

Бытовые солнечные электростанции, как правило, почти не используются для обеспечения током всей энергосистемы дома. Их устанавливают, чтобы питать основные бытовые приборы: холодильник, стиральную машину, телевизор.

Электростанции на солнечных батареях для дома делятся на 2 категории: постоянные и временные. Первые аккумулируют энергию постоянно, чем обеспечивают бесперебойную работу всех приборов в здании. Вторые дают временную автономность в случае необходимости. То есть, постоянной подпитки электросети дома от них нет.

По мощности бытовые солнечные батареи делятся на 3 типа:

• Слабые. К ним относятся все станции, вырабатывающие меньше 5 кВт в сутки. Такие системы используются как резервные источники питания. Они способны обеспечить током лишь небольшое количество приборов. Для полноценного электроснабжения их недостаточно.
• Средние. Это батареи, способные генерировать более 5кВт энергии. В теории этого должно хватать для полного обеспечения семьи из 3 человек. Однако, на практике такой производительности все еще недостаточно.
• Мощные. Такие устройства генерируют более 10 кВт. Их достаточно для обеспечения комфортной жизни в частном доме. На самом деле постоянно будут использоваться около 7 кВт. Остальная энергия будет в запасе. Если владелец дома решил обеспечить энергонезависимость дома, то ему нужно выбирать солнечные батареи именно такой мощности.

Существуют и более производительные станции. Но использовать их для энергоснабжения частных домов нецелесообразно. Домашние солнечные батареи и так стоят недешево, а производительные будут очень дорогими. При этом бо́льшая часть генерируемого электричества использоваться не будет.

Сроки службы

Солнечные батареи нужно регулярно обслуживать. Речь идет о замене выходящих из строя компонентов. У хорошей станции срок службы отдельных элементов составляет:

• Солнечная панель — 40 лет.
• Крепежные элементы батареи не имеют срока службы. Они могут быть повреждены только во время стихийного бедствия.
• Инвертор. В зависимости от качества устройства оно может прослужить от 3 до 20 лет. Китайские и российские модели работают всего 3−4 года.
• Контроллер заряда. Хороший образец функционирует без поломок в течение 15 лет.
• Фотоэлектрический инвертор должен проработать десятилетие. Дешевые аналоги из Китая имеют срок службы в 3 раза меньше.
• Аккумуляторы. Гелевые модели в среднем работают 4 года. Автомобильные батареи — не больше 2 лет.

Стоимость солнечных панелей пусть медленно, но постоянно снижается. Электронные компоненты для построения домашних станций становятся надежнее. Возможно, что через десятилетие батареи на ФЭП будут вполне доступными по цене и их обслуживания будет обходиться гораздо дешевле.