Солнечная электростанция для дома: виды, главные параметры и особенности конструкции

Виды солнечных электростанций

Любая современная СЭС представляет собой инженерную систему, способную преобразовывать излучение Солнца в электрический ток. Существуют различные типы солнечных электростанций, отличающиеся набором основных элементов и предназначением. Наиболее распространены автономные, сетевые и гибридные разновидности. Иногда используются и комбинированные варианты станций, в которых солнечные панели работают с дополнительным источником электроснабжения.

Автономная солнечная электростанция

Как следует из названия, СЭС данного типа полностью автономны и независимы от внешних централизованных источников питания.

Небольшие по размеру мобильные комплексы очень популярны у автотуристов и любителей активного отдыха, практикующих многодневные пешие походы или плавание по рекам. Более крупные станции чаще всего устанавливаются на дачах и крышах частных домов, где подключение к центральной энергосети невозможно или нецелесообразно.

Что входит в комплект автономной солнечной электростанции

• набор фотоэлектрических панелей – трансформируют солнечное излучение в электричество;
• инвертор – преобразовывает постоянный ток в переменный с напряжением в 220 вольт;
• аккумуляторные батареи – накапливают и сохраняют излишки генерации для последующего питания устройств дома;
• контроллер заряда – регулирующий заряд/разряд АКБ;
• периферия – вспомогательные элементы системы, включая электронику, крепеж, переходники, кабели и т.д.

Виды автономных СЭС

Представляет собой небольшой по размеру и весу комплект, обладающий высокой мобильностью. Как правило, элементы размещаются в едином корпусе, исполняемом в виде раскладного пояса или чемоданчика. Возможен вариант изготовления отдельной панели с выходными кабелями – например, для зарядки автомобильных аккумуляторов. Мощность – порядка 20-100 Вт для носимых моделей и 200-900 Вт – для транспортируемых в автомобиле. 2

Является полноценной системой для выработки электроэнергии сравнительно небольшой мощности – чаще всего 1 – 10 кВт. На первый взгляд это немного. Но даже один киловатт мощности летом на даче сможет обеспечить на протяжении суток работу:

• холодильника – круглосуточно;
• десятка LED ламп, ноутбука и пяти зарядных устройств – 5 часов;
• телевизора – 3 часа;
• электроплиты – 1 час;
• чайника и микроволновки – по 15 минут.

Сетевая солнечная электростанция

Установка станции сетевого типа преследует цель совместить использование электроэнергии из централизованной сети и выработанной панелями. Для домохозяйств, где основное потребление э/э приходиться на светлое время суток это хороший вариант экономии и возможность заработать на солнце на «зеленом тарифе». Согласно принятым в России нормам, в определенных случаях часть выработанной энергии сетевыми СЭС мощностью до 15 кВт можно продавать государству. Наконец, установка такого типа является наиболее дешевой, поскольку дорогостоящие аккумуляторы и контроллер заряда для сетевой солнечной электростанции не используются.

• панели – могут соединяться параллельно, последовательно или комбинированно;
• сетевой инвертор – преобразовывает ток DC/AC, направляет электроэнергию на потребляющие устройства и/или во внешнюю сеть;
• двунаправленный счетчик – ведет учет полученной и отправленной в сеть энергии;
• периферия – в большинстве, аналогичная автономной станции.

Гибридная электростанция на солнечных батареях

Гибридный тип СЭС представляет собой комбинацию автономной и сетевой станций. Их цена на единицу генерирующей мощности максимальна, но окупается расширенными возможностями.

Наличие, кроме панелей и АКБ, гибридного инвертора – дает такой установке следующие преимущества:

• возможность максимально экономить потребление платной энергии;
• работать полностью автономно при отключении электроэнергии в централизованной сети;
• мгновенно и автоматически переключаться между режимами функционирования – автономным, сетевым или смешанным;
• при избыточной генерации – часть э/э можно сливать в центральную сеть и, таким образом, окупить часть инвестиций.

Единственным недостатком такой СЭС является сравнительно высокая стоимость – до 1 миллиона рублей за мощность солнечной электростанции в 10 кВт.

Сравнение различных типов СЭС

Наглядно сравнительную характеристик различных видов солнечных станций можно посмотреть виде таблице.

Во сколько обходится строительство солнечных электростанций?

Цена зависит от типа станции, климатических особенностей места строительства и технических параметров. Не рекомендуется приобретать б/у оборудования или китайские изделия неизвестных производителей.

Электростанции, построенные на монокристаллических mono-Si панелях, первоначально обходятся дороже, но при детальном рассмотрении срока службы, стойкости к деградации и эффективности, делает этот тип модулей выгоднее поликристаллических poly-Si модулей. Использование поли панелей хорошо применимо, когда необходимо минимизировать первоначальные вложения на солнечную электростанцию.

Совокупная мощность станции, а также емкость и тип аккумуляторов подбирается под конкретные задачи и финансовые возможности покупателя. В среднем солнечные электростанции в России обходятся в $0,8 – $1 за 1Вт установленной мощности с учетом сдачи объекта «под ключ». При самостоятельной установке небольших СЭС можно сэкономить до 20% стоимости затрат.

Нынешнее состояние и перспективы солнечной энергетики в России

С 2017 года строительство СЭС в стране значительно ускорилось. Благодаря быстрому падению цен на оборудование и политике государственной поддержки общая мощность действующих станций выросла с 25,5 МВт до 682 МВт – более чем в 26 раз. Небольшие частные объекты до 15кВт, а также промышленные до 25МВт при условии 70% локализации, стали более выгодным вложением инвестиций. На побережьях и в горных районах чаще появляются и комбинированные солнечно-ветровые электростанции.

Себестоимость электроэнергии без субсидирования пока выше традиционной. Однако, при сохранении нынешних тенденций развития технологий и эффективности, уже к 2030 году картина может стать обратной.

Какую электростанцию на солнечных модулях выбрать для частного дома: обзор от сетевых до автономных

Солнечные электростанции ( СЭС ) включают в себя фотоэлектрические модули ( ФЭМ ), которые преобразуют солнечную энергию в электрическую. В зависимости от комплектации СЭС могут быть с аккумуляторными батареями ( АКБ ), которые накапливают электроэнергию в светлое время суток и могут отдавать ее по мере необходимости в темное время суток или в случае перебоев в электроснабжении. Так же СЭС могут быть без аккумуляторных батарей, такие СЭС позволяют снизить расходы за электроснабжение вашего дома из центральной электросети.

Разберемся, какие комплекты СЭС бывают и как выбрать комплект с учетом ваших индивидуальных потребностей.

Сетевые солнечные электростанции

Не обладают аккумуляторными батареями за счет чего цена на них значительно ниже аналогов с АКБ . Электроэнергия выработанная устройством отправляется во внутреннюю сеть вашего дома, к используемым электроприборам, а если выхода к устройству-потребителю нет, то электроэнергия может отдаваться во внешнюю сеть для продажи вашему гарантирующему поставщику и последующего взаимозачёта. Когда солнечного света недостаточно, а также, когда мощности сетевой электростанции не хватает, система переключается на питание от центральной сети.

Схема подключения сетевой системы

Основное преимущество сетевых СЭС в уменьшении электропотребления из центральной сети и как следствие снижение расходов на электроэнергию.

Плюсы и минусы

Сетевые солнечные электростанции используются для снижения потребляемой электроэнергии от центральной сети общего пользования.

Привлекают такие СЭС низкой ценой, что вытекает из простоты конструкции. Они состоят из фотоэлектрических модулей, которые улавливают свет, и инвертора, который позволяет постоянный ток преобразовать в переменный, необходимый для работы приборов. Конструкция простая, неприхотливая и надежная.

Главный минус сетевых электростанций – невозможность автономной работы. Один из главных параметров при выборе – это надежность всех компонентов в составе солнечной электростанции. Помните, что расчетный срок службы, приобретаемой вами СЭС , 25-30 лет. В течение такого длительного срока без поломок, неожиданного выхода из строя и возникновения необходимости замены компонентов системы способно проработать только, действительно, качественное оборудование. Совет специалистов – не экономьте на качестве при выборе компонентов СЭС . Самое дешевое на рынке оборудование – обычно и самое ненадежное, или может иметь урезанный функционал. Особенно важно, выбрать качественные солнечные панели ( ФЭМ ) и надежный сетевой инвертор. Наиболее долговечными и производительными солнечными панелями считаются сейчас монокристаллические и гетероструктурные ФЭМ . КПД таких солнечных панелей составляет 17-23%, у них самые низкие показатели деградации (падения производительности со временем).

Гетероструктурные, к тому же, имеют самые лучшие показатели производительности при облачной или пасмурной погоде. Гетероструктурные модули входят в комплект «Базовый» от Мосэнергосбыт.

Фотоэлектрический модуль HVL 290, который предлагается в данном комплекте, изготовлен отечественным производителем «Хевел» с использованием гетероструктурных технологий. Эти модули отличаются низкими показателями деградации и длительной гарантией на сохранение мощности – 25 лет.

Автономные электростанции на солнечных модулях

Такие СЭС нужны для обеспечения электричеством домов, которые по каким-либо причинам не могут быть подключены к центральной сети. Они могут выступать как самостоятельные источники энергии, так и использоваться совместно с электрогенераторами.

Ток, вырабатываемый солнечной электростанцией в светлое время суток поступает на приборы и заряжает аккумуляторную батарею. В условиях недостаточной освещённости или в темное время суток расходуется заряд аккумулятора.

Схема подключения автономной системы

Наличие АКБ значительно повышает стоимость автономных солнечных электростанций, однако, при значительном удалении и отсутствии возможности подключения к центральной электросети установка такой станции может быть единственной возможностью для электрификации вашего дома.

Помимо постоянного снабжения электричеством домов, которые не подключены к общей сети, такие электростанции могут помочь сократить время работы генераторов (при их наличии), продлить амортизационный ресурс, увеличить сроки между обязательными техническими обслуживаниями ( ТО ) и снизить расход топлива.

Плюсы и минусы

Помимо высокой цены, недостатком является и необходимость периодической замены аккумуляторных батарей. Частота смены аккумулятора зависит от интенсивности использования и режима работы, соблюдения рекомендаций производителя по глубине предельного разряда и по температурным режимам в ходе эксплуатации. При выборе солнечных электростанций нужно обратить внимание на такие характеристики, как:

• тип батареи;
• ёмкость батареи;
• количество циклов заряда/разряда;
• рекомендованные температуры внешней среды, оптимальные для работы аккумуляторной батареи, и возможность их соблюдения владельцем на практике.

Сетевые солнечные электростанции

Автономные солнечные электростанции

Гибридные/универсальные солнечные электростанции

Резервное электроснабжение на базе АКБ с функцией ИБП

Свинцово-кислотные аккумуляторы – для тех, кто ищет баланс между ценой и качеством. Такие батареи больше всего подходят для работы в буферных режимах, как резервный источник электроэнергии, но могут эксплуатироваться и в цикличном режиме (ежедневный заряд и разряд). Частота замены таких аккумуляторов в системе автономной СЭС при использовании в буферном режиме – один раз в 6-10 лет, в цикличном – один раз в 2-2,5 года.

В автономной солнечной электростанции из комплекта «Расширенный» от Мосэнергосбыт используются аккумуляторные батареи со связанным в геле электролитом. Максимальный срок службы такой батареи 10 лет, оптимальная температура окружающей среды для эксплуатации +15-20 °C.

Стоит заметить, что гелевые АКБ являются необслуживаемыми и не выделяют в процессе своей работы никаких газов, что очень важно для безопасной эксплуатации аккумуляторов в жилых помещениях.

Гибридные СЭС

Они совмещают в себе преимущества сетевых и автономных солнечных электростанций. Работают и от сети (для экономии электричества) и, при отсутствии питания от центральной сети электроснабжения, могут продолжать работать от аккумуляторной батареи. К примеру, в неблагоприятных условиях (пиковая нагрузка или отключение электроэнергии) устройство работает автономно; ночью питается от электросети, а днём питает дом и заряжает аккумуляторную батарею. При использовании дифференцированного тарифа (многотарифного счетчика) удобно заряжать батарею от сети ночью по более низкому тарифу, а днём расходовать запас, не используя энергию более дорогостоящей дневной зоны.

Схема подключения гибридной системы

Плюсы и минусы

Гибридные системы совмещают в себе функционал двух предыдущих типов солнечных станций: сетевой и автономной СЭС . При наличии электричества в центральной сети гибридные СЭС в дневное время способны замещать потребление из центральной сети, питая электроприборы во внутренней сети вашего дома от солнечных панелей и заряжая аккумуляторные батареи. При авариях на линиях центральной сети или в ночное время гибридная СЭС способна продолжить электроснабжение вашего дома в автономном режиме от аккумуляторов.

Гибридные инверторы также повышают качество электроэнергии во внутренней сети вашего дома, устраняя скачки и перепады напряжения от центральной сети.

Наиболее продуктивными в вашем доме они будут при наличии следующих факторов:

• частые аварийные отключения сетевого электричества;
• нестабильное напряжение сети общего пользования;
• приверженность владельца СЭС тренду на экологичность.

Из-за расширенной функциональности и сложности инвертора, наличия аккумуляторов и необходимости их периодической замены гибридные солнечные электростанции по стоимости выше, чем сетевые СЭС .

Отличным примером гибридной СЭС является комплект «Базовый» от Мосэнергосбыт с номинальной мощностью по ФЭМ 2,9 кВт на базе многофункционального гибридного инвертора EasySolar-II 48/3000/35-32 МРРТ 250/70 GX со встроенным зарядным устройством для аккумуляторов.

Преимуществом данного комплекта является инвертор с дисплеем на котором отображаются параметры батареи, самого MPPT -инвертора и контроллера солнечного заряда. Эти параметры можно считать с помощью смартфона, или любого другого устройства с Wi-Fi. Помимо этого, с Wi-Fi устройства можно осуществлять управление настройками и изменять параметры работы системы.

Дополнительно можно подсоединить к системе более удобный и информативный цветной дисплей с расширенными функциями управления.

При покупке СЭС проконсультируйтесь с местной энергосбытовой компанией относительно возможности продажи излишков получаемой от СЭС энергии. Владелец солнечной электростанции с 2019 года имеет право на заключение договора и продажу электроэнергии гарантирующему поставщику, если его солнечная электростанция может быть классифицирована как объект микрогенерации.

Как подобрать солнечную электростанцию для дома и дачи: виды и типы СЭС, преимущества и недостатки популярных моделей

Сегодня на смену традиционным электрическим и бензиновым генераторам пришли универсальные источники энергии – солнечные батареи. Солнечный свет относится к неисчерпаемым ресурсам, что позволяет существенно снизить затраты на энергию.

Кроме того, производственные станции не вырабатывают токсичные отходы, и обладают абсолютной безопасностью для человека.

Содержимое обзора

Достоинства солнечных станций

На современном этапе получать энергию солнца можно с помощью установленных фотоэлементов, аэростатных станций, путем нагрева поверхности с поглощением преимущественно солнечного света.

К преимуществам солнечных электростанций относят:

1. Особенности конструкции подобных устройств позволяют получать достаточное количество энергии даже в пасмурную погоду.
2. Безостановочное получение энергии путем преобразования солнечного света.
3. Мобильность улавливающих установок, что позволяет периодически менять место расположения батарей.
4. Неприхотливость в практическом уходе.
5. Недорогое техническое обслуживание.

Кроме того, электрические конструкции подобного типа отличаются длительным сроком эксплуатации, иногда достигающим 50 лет.

Принцип действия солнечной электростанции

Для оптимального выбора установки во дворе понадобится хотя бы в общих чертах ознакомиться с принципом работы солнечной электростанции:

1. Основным моментом всей работы станции является преобразование солнечной энергии в серию электрических импульсов.
2. На каждой станции установлены оптические отражатели, которые направляют поток световых лучей на специальный накопитель.
3. Накопитель представляет собой ёмкость, наполненную маслом или водой определенного объема.
4. Жидкость нагревается под действием солнечных лучей, а выделяющийся пар повышает температуру теплоносителя.

Под действием воздушного потока включается генератор, вырабатывающий электроэнергию. Многие современные модели станций дополнительно оборудованы аккумуляторами, которые накапливают энергию для ночного использования.

Виды станций по типу конструкции

Компании производители устройств для преобразования энергии постоянно обновляют свой ассортимент, учитывая все недостатки и нюансы работы предыдущих моделей.

Сегодня выделяют 7 основных видов солнечных электростанций, в зависимости от конструктивных особенностей:

1. Башенные модели. Для подобной конструкции характерно расположение теплоприемника на опорной башне. Ряд вогнутых зеркал фокусирует поток солнечного света на теплоприемнике, а выделяющаяся энергия запускает турбину. Вращающаяся турбина преобразует световое излучение в электрическую энергию.
2. Следующие две модели имеют схожее строение и принцип работы. Теплоприемник и система отражающих элементов соединены в одном корпусе. Подобные разновидности солнечных станций имеют низкий уровень мощности, а потому применяются только в регионах с очень жарим климатом.
3. К наиболее известным и распространенным видам конструкций относятся фотоэлектрические модели, с устройством которых можно ознакомиться на фото солнечных электростанций. Основную часть конструкции занимают ячейки с полупроводниками, которые поглощают солнечные фотоны. Узнать данную разновидность станций можно по наборам батарей, которые располагают на крыше, вдоль стен или на огромных территориях (для промышленных объектов). Фотоэлектрические станции имеют ряд преимуществ перед остальными моделями благодаря достаточной мощности, высокому КПД, универсальности использования.
4. Комбинированные модели станций. Как правило, подобные установки имеют несколько конструкций с различным типом действия, что резко повышает их функциональную способность.
5. Ещё один вариант, применяемый только для промышленных объектов, это электростанции на аэростатах. Наиболее часто можно встретить аэростатную станцию на метеорологических объектах. Расположение улавливающих элементов на достаточной высоте обеспечивает конструкции бесперебойную работу даже в дождливую погоду.

Существуют также солнечные электростанции, имеющие в составе вакуумный компонент. Такие модели преображают энергию за счет разницы давлений.

Виды станций по назначению

Использование такого неисчерпаемого ресурса, как энергия солнца, приобретает всё большую популярность не только в промышленности ли на метеорологических станциях. В зависимости от области применения различают следующие виды солнечных электростанций:

1. Конструкции малой мощности. Все станции данной серии имеют компактные размеры, абсолютно автономны, и достаточно мобильны. Преобразователь энергии солнца подобного типа можно переносить в рюкзаке, перемещать на личном автомобиле. Мощность малых станций достигает 500 Ватт, но не более данного показателя. Максимальный вес конструкции составляет 20 кг, в развернутом состоянии площадь воспринимающих панелей достигает 2 квадратов.
2. Резервные модели станций. Такие конструкции также относятся к электростанциям с малой мощностью. Используют станции при внезапном отключении электричества в сети. В зависимости от выбранной модели, прибор способен обеспечить энергией приборы и инструментарий на несколько суток. Мощность станции достигает 3 киловатт, масса может превышать 140 кг, что следует учитывать при покупке. Воспринимающие панели в развернутом виде составляют 25 квадратов.
3. Автономные солнечные электростанции. Подобные конструкции способны полностью обеспечить все потребности семьи средней численности. В производственный комплект входят накопители энергии, что позволяет получать энергию даже в ночное время суток. Мощность прибора достигает 30 киловатт, развернутые панели могут достигать 220 квадратных метров.

Такие модели станций, как сетевая и гибридная установка, в домашних условиях редко используются. Подобные типы конструкции способны передавать энергию на внешние накопители, поэтому такие станции используют для больших промышленных объектов.

Параметры оптимального выбора

Ввиду большого разнообразия солнечных электростанций (по виду, мощности, стоимости), достаточно сложно сделать правильный выбор.

Критерии, на которые следует ориентироваться при покупке установки:

1. Площадь участка, нуждающегося в обеспечении энергией.
2. Климатические условия, и одновременно с этим, вид станции.
3. Качественный состав, размер, сложности монтажа кристаллических панелей.
4. Будущему владельцу необходимо оценить характеристики солнечных электростанций (мощность, время бесперебойной поставки энергии, срок эксплуатации).

Обязательно следует обратить внимание на наличие ряда дополнительных приспособлений (комплекты проводов, коннекторы, инверторы, зарядные контроллеры, сетевое устройство для зарядки).

Немаловажное значение имеет рейтинг компании производителя. Для домашнего пользования можно выбрать солнечную электростанцию модели «TV на даче», «Свет-Телевизор-Холодильник».

Как подобрать солнечную электростанцию: готовые решения, принцип работы, как выбрать и установить своими руками (фото + видео-инструкция)

Преимущества солнечных электростанций заключаются в экологической чистоте и возможности экономить электроэнергию в быту. А также данный источник не зависит от общего электроснабжения.

Для того, чтобы подобрать конструкцию для дома, нужно учесть функциональные параметры. Важен также размер площади, которую она займет.

Солнечная батарея включает фотоэлементы, которые преобразуют энергию лучей в электричество или тепло.

Рассмотрим, как подобрать такой источник.

Краткое содержимое статьи:

Что необходимо знать при подборе солнечной электростанции

• максимальная потребляемая мощность;
• пусковая мощность;
• сколько требуется энергии в сутки;
• площадь для размещения;
• периоды, когда установка будет работать на протяжении года.

• Батареи из пластин фотоэлементов, преобразующих энергию солнца.
• Контроллер, ускоряющий заряд, обеспечивающий долговечность аккумулятора, а также сигнализирующий по поводу состояния.
• Аккумуляторы, сохраняющие выработанную энергию для применения.
• Инвертор (или преобразователь), превращающий постоянный ток в переменный 50 Гц и 220 В для питания приборов.

Чтобы посчитать пусковую и потребляемую мощность, а также нужный расход, нужно произвести умножение мощности потребителя (прибора) на часы его работы в течение суток. Данные от всех устройств складываются.

Характеристики солнечных электростанций, обеспечивающих все нужды хозяйства, это величина порядка 1700Вт*ч ежесуточно.

Аккумуляторы

Автономная солнечная электростанция потребует аккумуляторную батарею.

Применимы свинцово-кислотные AGM с небольшой ценой, значительным сроком службы. А также GEL с хорошей переносимостью нагрузок, устойчивостью к отрицательным температурам, но с большей стоимостью.

• Хранение производится в заряженном виде. Особенно на морозе.
• Не нагревать более 30 градусов C.
• Заряжать на 15 %, а разряжать не ниже 50 %, как правило.

Предпочтительнее оказываются гелевые аккумуляторы. Их параметры: напряжение 24 В и емкость до 200 Ач (два, соединенных последовательно).

Определение солнечной активности

Москва (для примера) расположена на широте 55 градусов. Солнечная энергия имеет активность с марта до сентября. Это примерно 5 часов ежесуточно.

Нужное количество энергии делят на эту цифру. Получается мощность, необходимая для солнечной батареи. На случай паспортных дней применяют коэффициент 1,3, на который следует умножить полученную величину.

Для рассматриваемого случая это 1700Втч/5ч=340Вт. С коэффициентом — 442Вт. Таким образом, выбрав модуль по 230 Вт, приобретаем два таких.

Контроллер

Избранные модули имеют напряжение 29 В. Для них подходящим контроллером является MPPT. Он снабжен функцией отслеживания максимума мощности. А также может снижать напряжение. То есть, функционирует при различных параметрах напряжения на солнечных элементах и аккумуляторах.

Батарея фотоэлементов при максимальной мощности должна вдвое превышать этот параметр на комплекте батарей. Такое соотношение весьма желательно. Тогда КПД преобразования в контроллере выдаст максимум.

При выборе этой детали мощность солнечной батареи по паспорту делят на аккумуляторное напряжение. Получится ток зарядки по максимуму. Контроллер должен постоянно выдерживать это значение.

Есть модели с информационной индикацией или экраном, вторые — предпочтительнее. По расчету: 460Вт/24В=19А. То есть, приобретаем прибор от 20 А (максимальный рабочий ток).

Кабели

Фото и другие элементы солнечных электростанций нуждаются также в правильном подборе кабелей. Сечение должно быть достаточного диаметра, а изоляция — хорошего качества.

Есть специальные модели с двойной изоляцией для солнечных батарей. Он не реагирует на воздействие ультрафиолета и влаги. На крыше его можно укладывать безопасным образом.

Дополнительная комплектация

Рекомендуют включить в систему прибором, отключающим ее в защитных целях. Это УЗО (устройство защитного отключения). Также требуются автоматические выключатели для переменного и постоянного тока.

Рекомендуемые готовые системы

Фирма «ЭкоВольт» выпускает готовые электростанции, преобразующие энергию солнца. Всем параметрам, перечисленным выше, соответствует комплект «ЭкоПро+». Она может эксплуатироваться круглосуточно.

Специалисты фирм по производству комплексов помогают в сборке, монтаже, относительно правил установки и работы систем.

Как работает солнечная батарея

Принцип работы солнечных электростанций заключается в явлении фотоэффекта. Лучи падают на плоскость пластин с фотоэлементами.

Самый эффективный угол — 90 градусов. При этом кванты света способствуют высвобождению электронов из внешних оболочек атомов вещества, которым покрыта пластина.

Свободные элементарные частицы образуют ток. Электричество минует контроллер и накапливается в аккумуляторах. Затем используется для питания различных приборов.

Применение солнечных электростанций самое разнообразное по целям. Если не удастся обеспечить все нужды домашнего хозяйства, например, можно будет значительно сэкономить на расходе электроэнергии.

Фото советы как подобрать солнечную электростанцию

Солнечные электростанции для дома. Виды и устройство. Как выбрать

Альтернативные источники электрической энергии с каждым днем становятся все популярнее. Владельцев частных домов не привлекает высокая цена одного киловатта электричества. Одним из таких альтернативных источников являются солнечные электростанции для дома. Стоимость оборудования такой электростанции довольно высока, а сложность подбора и установки требует профессионального подхода.

Разобравшись с принципом работы, и подобрав подходящие составляющие элементы станции, можно самостоятельно установить все оборудование. Конечно, для этого необходимо обладать определенными навыками установки электрических устройств. При их отсутствии можно обратиться к профессионалам, но это обойдется дороже.

Общее устройство

Структурно солнечные электростанции для дома состоят из следующих необходимых элементов:

• Солнечные панели. Их число и размеры зависят от проектируемой мощности этой электростанции, а также от солнечной активности, характерной для данного географического региона. Такой солнечный модуль можно сделать самостоятельно, собрав его из кремниевых светочувствительных элементов.
• Комплект аккумуляторных батарей требуется для обеспечения потребителей дома электрической энергией во время пасмурной погоды, в темное время суток, а также в аварийных случаях или при перегруженности системы и снижении напряжения ниже границы надежного функционирования бытовых электрических устройств.
• Инвертор выполняет преобразование постоянного напряжения, поступающего от солнечных элементов, в переменное напряжение, необходимое для эксплуатации бытовых приборов и устройств.
• Контроллер обеспечивает необходимый уровень заряда батарей.

Получение бесплатной электрической энергии от солнечной электростанции связано со значительными затратами на покупку составляющих ее элементов. При правильной установке и бережной эксплуатации солнечная электростанция быстро окупается. Об этом свидетельствуют многочисленные отзывы владельцев этого оборудования. В среднем срок эксплуатации солнечных панелей составляет 50 лет, батарей аккумуляторов не более 10 лет, в зависимости от марки и типа батарей, а также от режима работы.

Устанавливая солнечные электростанции для дома, необходимо наличие небольшого помещения для установки в нем батарей аккумуляторов, инвертора и распределительного щита с коммутационными и защитными устройствами.

Классификация

Солнечные электростанции делятся по принципу работы и конструктивным особенностям. Рассмотрим основные разновидности таких систем.

Башенные

Это название электростанция получила из-за центральной башни, находящейся в центре зеркал с большой площадью.

В светлое время суток система управления регулирует расположение зеркал к солнцу таким образом, чтобы угол отражения света соответствовал попаданию солнечных лучей на котел, закрепленный на верхней части башни. В яркий солнечный день температура внутри котла может достигать 700 градусов. Вода, играющая роль теплоносителя, при такой температуре переходит в парообразное состояние.

С помощью специальных насосов водяной пар подается на турбину, приводящую в действие генератор электрической энергии. Такая схема работы позволяет достичь КПД 20%. Она может использоваться для генерирования электрической энергии жилых домов и небольших промышленных объектов.

Тарельчатые

Принцип действия тарельчатых солнечных электростанций аналогичен башенным системам с небольшими отличиями. В них применяется модульная система, включающая модули из отдельно собранных отражателей в форме тарелки и приемника лучей солнца. Зеркало имеет диаметр, достигающий двух метров. Отдельные группы модулей могут быть объединены в одну электрическую сеть.

Такие электростанции изготавливают в мобильном или стационарном исполнении. Мобильные станции удобны для использования их в поисковых экспедициях, проводящих работы в районах с большим числом солнечных дней.

Панельные солнечные электростанции для дома

Их устройство состоит из отдельных фотоэлектрических полупроводниковых преобразователей, выполненных на монтажных платах. При группировании их в одну сеть можно изготовить источник электрического тока мощностью в десятки мегаватт. Такие солнечные панели можно устанавливать в различных местах: на воде, на крыше автомобиля, на здании дома и даже в космосе.

Они удобны для решения бытовых задач по полному обеспечению электрической энергией собственного дома. Солнечные панели преобразуют солнечные лучи в постоянный ток, поступающий в батареи аккумуляторов. Непосредственно от панелей, минуя аккумуляторы, могут работать только маломощные электрические устройства, например, калькулятор или часы.

Контроллер следит за процессом зарядки аккумуляторов, не позволяя им перезарядиться или полностью разрядиться. Такой контроллер можно заменить силовым диодом. Это значительно уменьшит стоимость конструкции. Но для этого хозяину дома нужно будет постоянно следить за процессом заряда батарей самостоятельно.

Аккумуляторные батареи предназначены для основного питания электричеством всего дома и бытовых устройств. Но основная часть бытовых потребителей электроэнергии способна функционировать от переменного напряжения 220 вольт. Для преобразования постоянного тока батарей аккумуляторов в переменный ток, служат инверторы. Они необходимы для подачи питания к мощным бытовым устройствам: пылесосам, стиральным машинам, холодильникам и т.д.

Напрямую от аккумуляторов можно подключать только устройства, снабженные блоками питания на низкое напряжение: 24 или 12 вольт. Такими потребителями могут быть зарядные устройства, радиоэлектронные устройства, компьютеры.

Виды солнечных панельных электростанций

Солнечные электростанции для дома наиболее удобны в панельном исполнении. Они делятся на виды по следующим признакам:

• Автономные солнечные электростанции для дома (Рис-1). Их конструкция состоит из солнечных панелей и накопительных батарей аккумуляторов. Это дает возможность создания абсолютно независимых систем снабжения электрической энергией от внешних источников.Значительным недостатком автономных станций является высокая стоимость оборудования, так как основную часть стоимости составляют накопители (аккумуляторы) электроэнергии, стоимость которых высока.
• Сетевые . Эти солнечные электростанции для дома не имеют в составе дорогих аккумуляторных батарей. Они используются для работы в стационарных электрических сетях. Накопленная солнечная энергия поступает для работы различных потребителей. При излишках электричества, часть его передается в общую сеть, а при нехватке – забирается из сети недостающая часть.При этом общая электрическая сеть играет роль накопителя электроэнергии. Недостатком такой системы является зависимость от работы стационарной сети и наличия в ней электроэнергии. Сетевые электростанции используют для питания небольших домов с мощностью потребления около 10 киловатт.

• Гибридные . В таких электростанциях сочетаются две рассмотренные выше схемы. Это позволяет уменьшить полную стоимость станции и компенсировать аварийные ситуации, например, при повреждении стационарной сети или при больших токовых перегрузках.

Параболические концентраторы

Такие солнечные электростанции для дома изготавливаются в виде цилиндрического отражателя, изогнутого по параболе. Отражатель концентрирует солнечные лучи в определенном фокусе.

Вдоль концентратора проложена труба с теплоносителем, который состоит из технического масла. Теплоноситель нагревается, тем самым нагревает воду, от чего вода превращается в пар. Далее энергия преобразовывается в парогенераторе.

Солнечные электростанции: какие они бывают, как устроены и принцип их работы

Количество СЭС по всему миру увеличивается примерно на 20% в год. Еще быстрее растет их общая производительность и популярность среди бизнесменов и населения. Чтобы понять, почему солнечная электростанция становится серьезным конкурентом ископаемым видам топлива, необходимо начать с того, что это за комплекс, как он работает и насколько выгоден в эксплуатации. Наша статья посвящена подробному разбору этих вопросов.

Что такое солнечная электростанция

Любая СЭС представляет собой специализированный комплекс оборудования, способный улавливать электромагнитное излучение солнца и преобразовывать его в тепловую или электрическую энергию.

Для этого использовались разные технологии, которые с годами совершенствовались.

Наиболее ранний известный метод позволял получать энергию за счет перепада температур в герметичной прозрачной башне. Его использовали на французских фермах еще в 19 столетии.

Следующим технологическим решением стала система зеркал, размещаемых концентрическими кругами вокруг высокой центральной башни, на которой устанавливался бак с теплоносителем. Фокусировка лучей от каждого зеркала нагревала бак до температур от 500 до 700°C. Теплоноситель превращался в перегретый пар, передающийся на лопатки турбин. К сожалению, эффективные установки подобного рода требовали огромных площадей, а небольшие домашние солнечные электростанции смонтировать таким путем было невозможно.

Гораздо более прогрессивными и перспективными являются современные СЭС на базе фотоэлектрических солнечных панелей. Теоретическая эффективность таких установок может достигать 80%, а их размеры могут колебаться от миниатюрной батареи на поясе до огромных ферм, занимающих сотни квадратных километров.

В связи с этим далее мы будем рассматривать только станции, генерирующие энергию с помощью фотоэлектрических батарей.

Как устроена солнечная электростанция

Основными элементами СЭС являются:

Гелио модули (солнечные батареи)

Каждый из них представляет собой набор полупроводниковых ячеек, уложенных рядами на прочное основание. Сверху модуль закрывает особо прочное прозрачное стекло, а передача тока осуществляется через токопроводящие полоски.

В большинстве случаев торцы панели защищает алюминиевая рама, однако существуют модели, созданные по безрамной технологии. В крупных солнечных электростанциях модули могут объединяться в группы, соединяясь одним из трех способов:

• последовательным;
• параллельным;
• смешанным.

Благодаря такому решению можно получать на выходе любые, наперед заданные, силу тока и его напряжение.

Количество фотоэлектрических ячеек в одной панели солнечной электростанции для дома обычно составляет несколько десятков, хотя существуют варианты и с сотнями элементов. Сами ячейки создаются по различным технологиям, связанными с особенностями полупроводниковых материалов. Наиболее распространенными из них являются:

1. Монокристаллический кремний Mono-Si. Панели на его основе идеальны для южных скатов крыш и земельных участков, где есть возможность направить рабочие поверхности батарей строго на солнце. Максимальный КПД таких панелей 22-24%, но при отклонении условий освещения от идеала быстро снижается.

2. Поликристаллический кремний Poli-Si. Используется в местах с умеренным уровнем солнечной инсоляции. Его несколько меньшая эффективность, чем у монокристаллов (16-20%), компенсируется среднегодовым ростом производительности за счет не столь значительного падения КПД при воздействии неблагоприятных факторов.

3. Теллурид кадмия CdTe. Редкоземельный композит, позволяющий создавать гибкие тонкопленочные, а не жесткие батареи. Еще менее чувствителен к углам наклона, облачности, рассеянному свету и перепадам температур.

4. Дорогостоящие редкоземельные элементы – галлий, германий, индий. Применяются преимущественно в модулях, где вопрос, сколько энергии вырабатывает солнечная электростанция, более важен, чем ее стоимость. Основными покупателями панелей данного типа являются компании, работающие в аэрокосмической промышленности.

Инверторы

Второй по важности элемент любой солнечной электростанции – устройство, называемое инвертором. Его присутствие в схеме необходимо, поскольку батареи вырабатывают постоянный ток, а в электросетях используется переменный. Именно эту задачу и выполняет инверторный преобразователь.

В зависимости от того, как будет работать солнечная электростанция – автономно, в тандеме с сетью или смешанно, приобретается инвертор соответствующего типа. Подключение прибора осуществляется с точным соблюдением полярности между группой генерирующих ток модулей с одной стороны и всеми прочими элементами системы – с другой.

При выборе инвертора ориентируются на следующие важные характеристики:

величина входного напряжения;

• максимальная и номинальная мощность;
• потребление без нагрузки;
• форма тока на выходе (идеальной считается чистая синусоида);
• масса устройства;
• наличие вентилятора и его функциональность;
• набор механизмов защиты;
• КПД;
• наличие режима ожидания;
• рабочий диапазон температур.

Контроллеры заряда

Требуются только в промышленных или домашних солнечных электростанциях, использующих аккумуляторные батареи для накопления заряда. На рынке имеется широкий выбор контроллеров, значительно отличающихся функциональными возможностями, качеством и долговечностью.

• широтно-импульсныеPWM (Pulse-Width Modulation), достаточно качественно модулирующие ток и заряжающие АКБ на 100%;
• интеллектуальные MPPT (Maximum power point tracking for low power photovoltaic solar panels) – более дорогие, но окупающиеся на крупных станциях за счет на 30-35% большей эффективности;
• гибридные – в основном использующиеся на станциях, где в едином тандеме работает солнечная СЭМ и ветровая ВЭС.

Выбор контроллера зависит преимущественно от общей мощности, производительности и стоимости электростанции.

АКБ – аккумуляторные батареи

Любая солнечная электростанция для дома или дачи, работа которой планируется в круглосуточном режиме, имеет в своем составе аккумуляторные батареи. При наличии солнца в них накапливается избыток генерации. При его отсутствии сохраненная в АКБ энергия отдается обратно в сеть.

В зависимости от потребностей и финансовых возможностей владельца, для станции выбирается один из следующих типов аккумуляторов:

Кроме того, у литиевых АКБ в 5 раз ниже удельный вес на единицу плотности энергии

Периферия

Основные элементы солнечной электростанции не могут быть объединены в единую систему без периферии. На вопрос, что это такое, обычно называют соединительные кабели с разъемами MC4, а также крепежные конструкции для СЭС всех видов.

Общим требованием к периферийным материалам является их надежность, долговечность и устойчивость к неблагоприятным погодным условиям.

Иногда в эту же категорию записывают различные электронные блоки и платы – комплектующие к различному оборудованию солнечных электростанций, подлежащие замене при необходимости.

Как работает солнечная электростанция

Функционирование таких систем основано на принципе фотоэлектрического эффекта. Заключается он в следующем:

• поток фотонов падает на поверхности солнечных панелей;
• свет определенной длины волны – в основном видимое и отчасти УФ и ИК излучение – поглощается слоем кремния или редкоземельных материалов;
• в рабочем слое ячеек возникает так называемая p/n-проводимость, в результате которой фотоны выбивают из атомов полупроводника свободные электроны;
• их поток представляет собой постоянный электрический ток, который по токопроводящим дорожкам направляется в инвертор;
• оттуда к потребляющим устройствам и АКБ направляется переменный ток напряжением 220V, использующийся с различными целями.

В автономных солнечных электростанциях вся сгенерированная энергия остается в системе. Часть ее идет на потребление, питая разнообразные электроприборы, светильники и прочее электрическое оборудование. Другая часть накапливается в АКБ, чтобы поддерживать потребление на том же уровне в ночное время суток и при пасмурной погоде. Сколько будет стоить такая солнечная электростанция, зависит от потребностей владельцев. Для загородного дома оптимальной будет СЭС на 10-20 кВт. На временно посещаемой даче может оказаться достаточно и 3-5 кВт.

Задача сетевых вариантов СЭС несколько иная. Как работает сетевая солнечная электростанция? Она подключена к централизованным электросетям, а ее схема содержит мульти тарифный счетчик. Это позволяет как получать часть недостающей энергии из сети, так и продавать излишки генерации государству по зафиксированным законодательством «зеленым тарифам». Поскольку последние в Украине достаточно высоки, владельцы таких СЭС стремятся установить максимально возможные мощности, приносящие высокую прибыль. АКБ в подобных системах не предусмотрены.

Гибридный тип солнечных электростанций объединяет в себе возможности первого и второго класса СЭС. Такие установки могут работать автономно либо в режиме получения/отдачи электроэнергии из внешних сетей. Для них удельная цена киловатта мощности максимальна, поскольку конструкция должна включать все основные элементы, необходимые для первых и вторых разновидностей станций.

Сколько стоит солнечная электростанция

Основным фактором, влияющим на стоимость СЭС, является ее будущая совокупная мощность. С учетом расходов на установку, пуско-наладку и оформление документов она колеблется в пределах $0,8-1,0 за 1 кВт. Плавающий диапазон цен образуется за счет второстепенных факторов – «брендовости» и качества оборудования и сложности монтажных работ.

Наиболее дешевым вариантом считается покупка б/у обрудования из Европы. Недостаток такого приобретения очевиден, и связан с невозможностью объективной оценки реальной эффективности станции и оставшийся срок службы панелей.

Вторым по уровню затрат является приобретение бюджетных комплектующих от малоизвестных китайских фирм. Их оборудование на 20-30% дешевле батарей, инверторов, аккумуляторов и периферии от компаний из всемирно известного рейтинга TIER-1 Bloomberg, но уступает качеством и долговечностью.

Поэтому перед покупкой специалисты советуют рассматривать только третий вариант и строить расчет на том, сколько будет стоить солнечная электростанция для дома от проверенных производителей.

Приведем несколько наиболее востребованных примеров.

1. Сколько стоит солнечная электростанция на 5 кВт

Ориентировочно вам понадобится приобрести следующий комплект для наиболее дешевой сетевой СЭС:

Таблица ориентировочной стоимости СЭС на 5 кВТ

С учетом расходов на сдачу «под ключ», куда войдет оформление «зеленого тарифа» и мульти тарифный счетчик с АСКУЭ, общая сумма составит примерно $ 4800.

Автономная станция обойдется немного дороже, поскольку потребует включения в список качественных АКБ, но исключение из него счетчика и оформления разрешений на «зеленый тариф».

2. Сколько будет стоить солнечная электростанция на 10 кВт

Принцип расчета здесь почти аналогичен. Вам потребуется приобрести:

Таблица ориентировочной стоимости СЭС на 10 кВТ

3. Сколько стоит солнечная электростанция на 30 кВт

Никаких принципиальных изменений при определении общей стоимости такой, второе более мощной СЭС, делать не нужно. Однако необходимо принять во внимание следующее соображение.

Для такой станции потребуется более 100 батарей на 250-275 ватт, или около 200 кв. метров свободного пространства. Замена на более производительные 300-400 ваттные панели несколько сэкономит место, но южных скатов крыши даже большого дома может оказаться недостаточно. Поэтому необходимо будет рассмотреть вариант с установкой на земле. Но площадь свободного участка придется увеличить почти вдвое, чтобы не допустить падения тени от одних наклонно установленных модулей на другие, соседние.

Если это не проблема, понадобится выделить на покупку около $25-26 тыс., или почти 700 тыс. гривен.

Впрочем, окупаемость такой СЭС не превысит 5 лет, а далее начнет приносить постоянный доход более $4000 ежегодно.

Сколько вырабатывает солнечная электростанция

Для примера рассмотрим вариант СЭС мощностью 5 киловатт, а далее проведем простое умножение полученных результатов для станций на 10, 20 и 30 кВт соответственно.

5 кВт

Солнечная электростанция указанной мощности сможет выработать за год:

• в среднем 6-6,5 МВт*ч в год;
• минимум 160 кВт*ч зимними месяцами;
• максимум 750 кВт*ч в летний период.

С помощью специальных online-калькуляторов для СЭС легко подчитать, что за минусом потребления энергии самим оборудованием и согласно действующих «зеленых тарифов» срок окупаемости составит 8,5 года. Все последующие годы вы будете получать от 500 до 600 долларов чистой прибыли.

Важно! При расчете следует учитывать поправку на уровень солнечной инсоляции места установки для каждого региона Украины.

Таким образом, даже сравнительно маломощная 5-киловаттная домашняя солнечная электростанция вполне может использоваться как бизнес.

Для сетевых СЭС на 10, 20 или 30 киловатт все приведенные выше цифры понадобится просто умножить на 2, 4 и 6 соответственно.

Устанавливайте солнечные электростанции и пользуйтесь всеми преимуществами чистой энергии!

2 комментария к “Солнечные электростанции: какие они бывают, как устроены и принцип их работы”

Это расчет для Украины. А вот у нас в России «зеленого тарифа» нет. Любой желающий не сможет работать в общую сеть имея ООО. И тарифы на Украине гораздо выше поэтому выгодно.

Солнечная электростанция (СЭС)

Использование тепловых электрических станций разрушает окружающую среду, а источники энергии, на которых они работают, когда-нибудь полностью себя исчерпают. Гидроэлектростанции и АЭС также имеют собственные проблемы, связанные со сложностями строительства и дальнейшей эксплуатации. В связи с этим, во многих странах большое внимание уделяется разработками в области альтернативных источников электроэнергии. Одним из таких вариантов является солнечная электростанция, использующая в работе практически неисчерпаемую и доступную энергию Солнца.

Разновидности солнечных электростанций

Многие страны мира в течение длительного времени пользуются солнечными электростанциями, способными преобразовывать энергию солнца в электрический ток. Они представляют собой различные виды инженерных сооружений, конструктивно различающихся между собой и работающих по собственным принципам.

Наибольшее распространение получили установки, работающие на основе фотоэлектрических элементов. Их основными компонентами являются солнечные панели, нередко занимающие довольно значительные площади. Они используются не только в производственной сфере, но и в частном секторе, обеспечивая электричеством все домашнее хозяйство. Принцип работы этих устройств основан на прямом преобразовании солнечного света в электрический ток.

Наряду с ними используются и другие солнечные электростанции, имеющие свои плюсы и минусы, с помощью которых электричество может производиться в промышленных объемах. В отличие от фотоэлементов, процесс преобразования включает в себя несколько этапов. Вначале энергия Солнца превращается в тепловую и нагревает рабочую жидкость, используемую в качестве теплоносителя. Далее, эта жидкость превращается в пар, поступающий в парогенератор и обеспечивающий вращение вала. Таким образом, получается электроэнергия, вырабатываемая примерно по такой же схеме, как на тепловых или атомных электростанциях.

Принцип работы солнечной электростанции является одинаковым для всех типов данных устройств. Они различаются между собой лишь разновидностями теплоприемников, где концентрируется солнечная энергия. В результате концентрации возникает тепло с температурой 200-1000 градусов, в зависимости от конструкции. Далее в работу включается паровая или газовая турбина, вращающаяся под действием полученного пара. Излишки тепловой энергии применяются в других производственных процессах или используются в системах отопления.

Каждая солнечная электростанция оборудована следящей системой, обеспечивающей максимальную концентрацию солнечных лучей в течение всего светового дня. Конструктивно типы солнечных электростанций могут быть башенными, тарельчатыми, параболическими, солнечно-вакуумными и другими. Для того чтобы понять, как они функционируют, рассмотрим их более подробно.

Солнечные электростанции башенного типа

Все башенные электростанции работают на воде, превращающейся в пар под влиянием солнечных лучей. В центре установки располагается башня, на вершине которой установлена емкость с водой. Данный резервуар окрашивается черным цветом, усиливающим его способность к поглощению солнечных лучей. Подача воды в емкость осуществляется насосами. В результате нагрева, вода превращается в пар с температурой более 500 градусов, приводящий в действие турбогенератор, установленный неподалеку от башни.

Максимальная концентрация солнечной энергии в нужной точке достигается за счет гелиостатов в количестве нескольких сотен, расположенных вокруг башни. Каждый из них направляет отраженный солнечный луч в точном направлении к емкости с водой. Гелиостат по своей сути является зеркалом с различной площадью, в зависимости от общей конструкции установки. Все зеркала устанавливаются и закрепляются на опорах.

Точное направление луча обеспечивается автоматическими системами фокусировки, определяющими позицию гелиостатов в соответствии с положением солнца в конкретное время дня. В наиболее жаркие дни величина температуры пара может достигать 700 градусов, и турбина функционирует в стабильном рабочем режиме.

В башенных электростанциях может использоваться не только вода. В некоторых зарубежных установках используются жидкие теплоносители в виде соляного раствора, сохраняющие тепло даже с наступлением темноты. Вначале соль разогревается до 565 градусов, после чего она поступает в емкость с жидким теплоносителем. Жидкость нагревается, и вся дальнейшая работа происходит оп общей схеме.

Действие тарельчатых электростанций

Электростанции тарельчатого типа включают в себя различное количество модулей. Они образуют самостоятельные группы, способные выдавать повышенную мощность, от сотен киловатт до нескольких мегаватт.

Каждый модуль конструктивно включает в себя несколько основных компонентов:

• Опоры для крепления ферм. Они же используются как основание для других элементов.
• Отражатель, концентрирующий солнечные лучи. Конструктивно изготовлен в форме тарелки, что и послужило названием для всей системы. Настройка каждого отражателя осуществляется в индивидуальном порядке. Максимальный диаметр зеркала составляет 2 метра.
• Приемник. Располагается непосредственно под отражателем и принимает на себя сконцентрированные солнечные лучи. Чаще всего в качестве приемника используется парогенератор или двигатель Стирлинга.

В целом, солнечные тарельчатые установки являются своеобразной батареей, включающей в себя параболические зеркала, напоминающие своей формой спутниковую тарелку. Они располагаются таким образом, чтобы сфокусированные лучи могли нагревать теплоноситель в приемнике до 1000 градусов. Такая температура обеспечивает работу генератора и производство электроэнергии практически в любых условиях.

СЭС на параболических концентраторах

Основное предназначение солнечного параболического концентратора состоит в фокусировании солнечных лучей, попадающих на приемник излучателя. Он расположен на линии или в точке фокуса коллектора солнечной энергии.

Типовой параболический концентратор включает в себя следующие компоненты:

• Отражатели (линзы), непосредственно концентрирующие солнечные лучи.
• Основание для установки и крепления отражателей.
• Солнечный коллектор, воспринимающий тепловую энергию.
• Трубопроводы для подводки и отведения теплоносителя.
• Система слежения с механизмом привода. Состоит из датчика направления на солнце, электронного преобразователя сигналов и электродвигателя с редуктором для поворотов концентратора в нужное положение. Ориентация может производится в одной плоскости – с востока на запад, или в двух плоскостях, когда добавляется движение с севера на юг. В последнем случае ориентация относительно Солнца происходит в течение всего года.
• Различные конструкции могут быть дополнены регулирующим вентилем, термометром, циркуляционным насосом, контуром отопительной системы и другими деталями.

Как работает солнечная электростанция на параболических концентраторах, какая схема при этом используется? Чтобы добиться высокой температуры в концентраторе, необходимо обеспечить отражение солнечных лучей с большой поверхности на меньшую площадь приемника. Через этот приемник проходит жидкий теплоноситель, поглощающий максимальное количество тепла и передающий его потребителю.

Система концентраторов позволяет фокусировать лишь прямые солнечные лучи, поэтому они становятся менее эффективными при пасмурной погоде. Такие установки демонстрируют наивысший КПД в районах с высокой солнечной активностью, расположенных ближе к экватору.

При промышленном использовании параболических установок, зеркальные концентраторы фокусируют солнечное излучение более чем в 100 раз превосходящее первоначальное значение. Это дает возможность разогревать жидкость до 400 градусов, после чего она проходит через теплообменники и производит пар, вращающий турбины парогенераторов. Во избежание тепловых потерь, приемная труба заключается в прозрачную стеклянную оболочку на протяжении всей фокусной линии.

Особенности аэростатных электростанций

Важнейший фактор, сдерживающий развитие данного направления, заключается в проблеме наиболее оптимального места, где можно разместить солнечную электростанцию.

Солнечное излучение, попадающее на земную поверхность, выдает мощность примерно 1 кВт на 1 м 2 при условии ясной безоблачной погоды. Следовательно, для солнечных электростанций с их довольно низким КПД, потребуются огромные площади в несколько десятков квадратных километров. Кроме того, такие площадки должны иметь ровную поверхность, быть свободными от хозяйственной деятельности, обеспечивать свободный доступ для ремонта и обслуживание систем.

В настоящее время найти такую площадку практически невозможно. Теоретически для этих целей подходят моря и океаны, однако сами конструкции солнечных электростанций совершенно не годятся для размещения на морских водных поверхностях.

Данная проблема получила удачное разрешение после того как была создана аэростатная солнечная электростанция. Эти установки, оборудованные паровыми турбинами, действуют следующим образом. Поверхность аэростатного баллона поглощает солнечные лучи, которые разогревают водяной пар, находящийся внутри. Вся площадь аэростата покрывается современными селективными материалами с высокой степенью поглощения. Даже неконцентрированные солнечные лучи способны произвести нагрев до температуры 200 градусов и выше.

Оболочка аэростатного баллона изготовлена из двух слоев. Внешняя сделана из прозрачного материала и способна пропускать солнечные лучи. Внутреннюю оболочку покрывает поглощающий селективный слой, разогреваемый солнечными лучами до 160-180 градусов. Воздушная прослойка между оболочками выполняет функцию изолятора, снижающего тепловые потери.

Внутри баллона пар разогревается до 120-150 градусов, а внутреннее давление соответствует атмосферному. Нагретый пар подается в гибкий трубопровод и далее попадает внутрь паровой турбины. Пройдя через нее, он собирается в конденсаторе, откуда в виде воды с помощью насоса вновь закачивается в баллон. Здесь вода вступает в контакт с паром, и сама превращается в пар.

Основное преимущество аэростатных установок заключается в обеспечении работы паровой турбины в ночное время за счет запасов пара внутри аэростата. Работа ночью приводит к снижению подъемной силы аэростата примерно на 15%, что не нарушает его общего положения в воздухе и не влияет на последующую производительность. Недостаток пара восполняется днем за счет его генерации под действием солнечного излучения.

Фотоэлектрические электростанции

Более широкую известность, в том числе и среди хозяев частного сектора, получили фотоэлектрические электростанции. Основным конструктивным элементом этих установок являются солнечные панели на основе кремния или других полупроводниковых материалов. Их физические свойства позволяют получать электрический ток путем преобразования солнечной энергии. В настоящее время средняя производительность батарей составляет примерно 120 ватт с 1 квадратного метра солнечного элемента.

Стабильная работа фотоэлектрических преобразователей заявляется многими производителями, а срок службы, при соблюдении правил эксплуатации, ничем не ограничивается. В своей работе они используют энергию не только прямых, но и рассеянных солнечных лучей. Конструкции модульного типа дают возможность создать электроустановку с требуемой мощностью для конкретного объекта. Существенным недостатком таких устройств считается их довольно низкий КПД, составляющий в среднем 15%, и высокая стоимость комплектующих изделий.

Солнечные батареи могут быть дополнены следящим или фиксированным фотоприемником, с концентратором солнечных лучей или без него. Эти дополнительные устройства имеют свои конструктивные особенности, технические характеристики и обладают различной эффективностью. С целью повышения производительности установок рекомендуется использование концентраторов, увеличивающих плотность радиационного потока.

Эффективность фотоэлектрических станций повышается за счет систем слежения за движением солнца. Их применение позволяет сократить площадь фотоэлементов в 1,7 раза, сохраняя при этом первоначальную мощность.

В последнее время солнечные батареи становятся все более привлекательными для владельцев частного сектора. Их установка делает хозяев дач и загородных домов полностью независимыми от централизованного электроснабжения. Конструкция таких электростанций несложная и вполне может быть собрана самостоятельно.

Она состоит из следующих элементов:

• Солнечные панели – фотоэлектрические преобразователи. Их основой служит моно- или поликристаллический кремний. В первом случае КПД составляет 17-18%, во втором – не более 15%. Важнейшей характеристикой является полезная мощность, определяемая выходным током и напряжением. На эти параметры влияет интенсивность светового потока, улавливаемого батареей. Для увеличения выходных параметров применяются соединения модулей по параллельной и последовательной схеме. В первом случае возрастает выходной ток, во втором – выходное напряжение. Каждый элемент батареи шунтируется диодами, защищающими от выхода из строя в случае затемнения одного из них.
• Аккумулятор для солнечной электростанции, в котором изначально накапливается вся полученная энергия. Заряд батареи возможен лишь тогда, когда приложенный потенциал превышает напряжение аккумулятора. Величина нагрузочного тока АКБ должна обеспечивать необходимый зарядный ток. С наступлением темноты или уменьшением солнечного света днем, заряд начинает поступать к потребителям. То есть аккумулятор постоянно работает в режиме зарядки и разрядки.
• Контроллер обеспечивает управление циклическими процессами заряда-разряда. Он отключает батарею при полной зарядке и включает ее в случае сильного разряда.
• Инвертор для солнечной электростанции преобразует постоянное напряжение АКБ в переменный ток, обеспечивая работу потребителей, используемых в быту. Без инвертора питание подается лишь к приемникам, работающим от постоянного напряжения. Это мелкие портативные устройства, светодиодные лампы и т.д.

Плюсы и минусы солнечных электростанций

После рассмотрения различных типов установок, можно выделить общие преимущества солнечных электростанций:

• Работают на возобновляемых источниках энергии.
• Большинство СЭС могут действовать во многих местах земного шара с доступом к солнечному свету.
• Практически не наносят время окружающей среде.
• В СЭС отсутствуют движущиеся механизмы и узлы, используемые в большом количестве. Исключение составляют лишь приводы, регулирующие положение установки.
• Солнечные установки сохраняют свои достоинства и параметры не менее 25 лет. После этого отдельные показатели могут снизиться, но станция все равно будет работать.
• Существенные плюсы солнечных электростанций заключаются в возможности их использования в труднодоступных местах без централизованного электроснабжения.
• При необходимости может использоваться гибридная солнечная электростанция, сочетающая в себе детали, компоненты, параметры и технические характеристики нескольких типов электроустановок.

Рассматривая минусы солнечных электростанций следует остановится на некоторых недостатках:

• Сильная зависимость от погодных условий и времени суток.
• Необходимость в периодическом техническом обслуживании. Поверхности гелиопанелей должны своевременно очищаться от пыли и других загрязнений. Некоторым системам может потребоваться вентиляция или принудительное охлаждение.
• Недостатки солнечных электростанций заключаются в отрицательном влиянии на экосистему. Например, птицы, пролетающие над установкой, погибают мгновенно.
• Недостаточный КПД гелиопанелей, их сравнительно высокая стоимость, необходимость в дорогостоящем дополнительном оборудовании.