Сонячні батареї для дачі та дому: принцип роботи та розрахунок потрібної кількості

Коли постає питання про автономній електрифікації, вибирають між вітровими турбінами і сонячними панелями. Перші працюють завжди, але займають багато місця і можуть бути небезпечні. Тому найчастіше для дачі та будинки віддають перевагу сонячним батареям: принцип роботи та розрахунок необхідної кількості панелей досить простий для самостійного вивчення.

Принцип дії

Сонячне світло – це набір електромагнітних хвиль, які поширюються від зірки у величезній кількості. На жаль, фотоелементи, які ловлять це випромінювання, недостатньо ефективні, і на даний момент на ринку поширені батареї з ККД від 10 до 20%.

Будь-яка сучасна геліоелектростанція, яку вирішили встановлювати на заміський будинок, працює на принципі P-N переходу. Панель складається з двох пластин напівпровідників, що стикаються між собою. Коли на верхню частину потрапляє сонячне світло, він передає електронам, що містяться в матеріалі, частину своєї енергії. Після цього вони починають подорож в інший шар, щоб врівноважити заряди.

Щоб створити повноцінну панель, два напівпровідника з’єднують між собою, наносячи на верхній тонкі смужки металу, які полегшують проходження електронів до акумулятора, а через нього відбувається електропостачання приладів. Скидаючи напруга в накопичувачі, частинки переміщуються на металеву пластину підстави, а після цього в нижній, темний шар, звідки проштовхуються знову до верхнього. Виходить замкнутий цикл, рушійною силою якого є сонячне світло.

Види пластин

Існує кілька напрямків сонячних панелей, які можна використовувати в приватному будинку. За матеріалами найпоширенішими є крем’яні пластини і полімерні плівки. У кожному способі присутні як свої переваги, так і недоліки, тому необхідно розглянути кожен вид окремо.

Пластини, що містять кремень, працюють найбільш ефективно, порівняно з іншими відомими людству фотоелементами. При попаданні сонячних променів на кремень, енергія, укладена в них, зміщує електрони з орбіт атомів, виробляючи постійний струм. Частинки, рухаючись до накопичувача, скидають заряд, повертаються до атомів, де знову піддаються бомбардування енергією. Але виробництво таких панелей досить витратна як за коштами, так і за викидами в навколишнє середовище. Тому зараз в лабораторіях йде пошук більш екологічних і ефективних способів добування енергії світла.

Дивіться також:  Життєві хитрощі, корисні в побуті

Характеристика кремнієвих панелей:

  • Монокристалічні батареї, мають високий ККД, що для типових моделей становить 20-22%. Всі фотоелементи, з яких складається панель, спрямовані в одну сторону, що потребує встановлення її під певним кутом до сонячного проміння. При зміщенні кута кількість вироблюваного струму значно знижується. Сутінки, затінене місце і неправильно падаюче світло слабо вловлюється осередками, з-за чого батарея не виробляє енергію. Тому такий модуль раціонально встановлювати при великій кількості прямих сонячних променів і ясних днів.
  • Полікристалічні батареї. Їх ККД в межах 17-18% із-за того, що частина кремнієвих пластинок направлені в різні сторони. Завдяки цьому збільшується час роботи, і можна використовувати в хмарну погоду або затемненому місці.
  • Аморфні панелі. ККД до 10%, що обумовлено занадто тонким шаром кремнію, напилюваного на підкладку з металу або пластику. Поступово ефективність знижується, і через 3-4 роки батарея може припинити роботу. Але завдяки випадковому напрямку кремнієвих лусочок, вловлюється весь можливий світло.
  • Гібридні панелі складаються з монокристалічних осередків, разом з якими використовують і аморфне нанесення. Це збільшує захоплення світлових променів і час роботи, що підвищує ККД.
  • Окремо виділяються полімерні сонячні батареї, які виробляються з допомогою друку декількох шарів на пластиковій підкладці. З-за того, що фоточутливий матеріал не вимагає жорсткого підстави, найчастіше такі панелі випускають гнучкими. Така особливість дає можливість використовувати їх на будь-якій поверхні. ККД досягає 6%, але виробництво досить дешеве із-за відмови від дорогого кремнію і втрат при транспортуванні. Але на жаль, технологія досить нова, і має менше поширення.

    Енергоспоживання будинку

    Якщо в будинку проживають постійно і досить давно, то кількість споживаної енергії можна подивитися в квитанціях. Але все одно це буде лише загальною картиною, не надає можливості зрозуміти, як споживання змінюється в залежності від дня тижня і часу доби. Для того щоб це дізнатися потрібно додатково розрахувати, яка частина із загальної маси електрики йде на підтримання роботи приладів у фоновому режимі, а що використовується усвідомлено.

    Дивіться також:  Ігор Володимирович Акінфєєв: біографія, карєра й особисте життя

    Порядок визначення споживання енергії:

  • Для початку слід обійти весь будинок, і записати все обладнання, яке споживає енергію безперервно. До таких відносяться холодильники, морозильні камери, бойлери, теплі підлоги, телефони та інше. Після цього слід звіритися з інструкцією, щоб дізнатися скільки КВт/год споживають ті або інші пристрої. На даному етапі часто відбувається відсікання не використовуваної техніки, що скорочує витрату коштів.
  • Коли став відомий постійний витрата енергії, починають розраховувати змінний. Малий піковий період припадає на ранкові години, коли всі збираються на роботу або в школу. А великий пік потреби в електриці настає після 17-18 годин, коли повертаються з роботи. Але все це залежить від звичок кожної сім’ї, і необхідно провести дослідження, коли саме і як довго використовуються освітлювальні прилади, а також інша техніка. Найбільшими споживачами є апарати для приготування їжі, телевізори і стаціонарні комп’ютери, тому особливо важливо точно порахувати час їх роботи.
  • Після того, як стало відомо споживання побутових приладів, починають стежити за частотою використання освітлювальних приладів. Важливо зрозуміти, що в зимовий період світає пізніше, а темніє раніше. У Московській області світловий день, при якому на вулиці добре видно предмети без додаткового освітлення, всього 8 годин. Час нормальної освітленості приміщення за допомогою сонячних променів ще менше, тому на лампи припадає значне навантаження, і їх обов’язково треба враховувати.
  • Коли всі параметри зафіксовано, кінцеве значення обов’язково множать на 10-20%, щоб створити резерв для непередбачених ситуацій. Це значення і потрібно використовувати для розрахунку додаткового обладнання і площі сонячних панелей.

    Схема розрахунку необхідної потужності

    В залежності від кількості сонячних днів і освітленості ділянки, вибирають тип панелі. Для того щоб повністю забезпечити приватний будинок, знадобиться енергетичний показник споживання вдома. Щоб полегшити розрахунок необхідно зробити наступне:

    • відняти із загальної суми роботу приладів, що відбувається у сонячні години;
    • залишився значення розділити на сонячний період.
    Дивіться також:  Що таке ДМС?

    Саме стільки електрики в годину має надходити та зберігатися в акумуляторі для нормального функціонування будинку. Але перш ніж купувати панелі, необхідно дізнатися рівень інсоляції (кількість променів, що потрапляють на поверхню) в даному регіоні. Якщо установка буде працювати в будинку з постійним проживанням, потрібно дивитися на саме мінімальне значення за рік. А якщо це будинок для літнього проживання, вибирають мінімальне значення для теплого часу року.

    Загальну суму поділяють на рівень інсоляції і продуктивність обраної панелі. В результаті отримують мінімальну кількість штук, які необхідні для функціонування будинку. При цьому важливо щоб десяті частки округлювалися в більшу сторону.

    Додаткове обладнання

    Самі панелі можна підключити до електромережі будинку. Для цього знадобиться ще кілька пристроїв.

    Комплектуючі:

  • Контролер, що запобігає перепади струму. Панель можна підключати тільки через нього.
  • Акумулятор необхідної ємності. Накопичує постійний струм, що надходить з панелі.
  • Інвертор — вузол, що перетворює постійний в змінний струм.
  • Всі ці механізми повинні підходити один до одного. Тому необхідний підбір сумісних пристроїв, що утримують певну потужність.

    Електрифікація будинку за допомогою сонячних панелей стає все популярнішим, і багато хто замислюється про те, щоб заощадити на цьому. На жаль, поки що виробництво такої енергії коштує дорожче, ніж від традиційної електростанції. Але за прогнозами протягом 10 років ситуація зміниться на протилежну, тому вкладення у власні панелі швидко окупиться.