Артем Чуйков, представитель компании «Санвэйс»:
Батареи работают не от солнечных лучей, а от солнечного света в принципе. Электромагнитное излучение достигает земли в любое время года. Просто в пасмурную погоду энергии вырабатывается меньше. Например, мы устанавливали автономные фонари на солнечных батареях. Конечно, бывают небольшие промежутки, когда батареи не успевают полностью заряжаться. Но в целом за зиму это не так уж и часто происходит.
Интересно, что даже если на солнечную панель попадает снег, она все равно продолжает преобразовывать солнечную энергию. А за счет того, что фотоэлементы нагреваются, снег сам оттаивает. Принцип такой же, как подогрев стекла у машины.
Идеальная зимняя погода для солнечной батареи - морозный безоблачный день. Иногда в такие дни даже рекорды по генерации можно устраивать.
Олег Лежнев, генеральный директор компании «Солнечная Энергоимперия»:
Зимой эффективность солнечной батареи падает. В Москве и Подмосковье в среднем в месяц она вырабатывает в 8 раз меньше электроэнергии. Скажем, если летом для работы холодильника, компьютера и верхнего освещения дома нужен 1 кВт энергии (это 4 панели по 250 ватт), то зимой для надежности лучше запастись 2 кВт.
При этом на Дальнем Востоке продолжительность солнечного сияния (то есть времени, когда земная поверхность освещается прямыми лучами солнца, не закрытого от нас плотными облаками) больше, эффективность снижается всего в полтора-два раза. Ну и, конечно, чем южнее, тем меньше разница между зимним и летним периодом.
Так же важен угол наклона модулей. Можно выставить универсальный угол, на целый год. А можно каждый раз менять, в зависимости от сезона. Делают это не владельцы дома, а специалисты, которые выезжают на место.
У нас покупают панели вне зависимости от времени года. Обычная цена - 60 рублей за ватт. Плюс нужно докупить контролер заряда (25 000 рублей). Итого - не менее 100 000 рублей на дом.
Высокая солнечная активность в регионе, однозначно, является одним из главных критериев для .
Однако не менее важным для продуктивности применения потенциальной мощности солнечных лучей является качество оборудования – того самого, что отвечает за превращение энергии лучей в электрическую.
Чтобы солнечные батареи работали максимально долго и эффективно, стоит отнестись к их выбору со всей ответственностью. Отметим основные моменты, на которые следует обратить внимание при выборе преобразователей солнечной энергии.
Марк Астафьев , участник команды по установке фотоэлектрических систем:
«Рынок фотоэлектрической продукции наполнен недорогими китайскими модулями – но это далеко не всегда говорит о низком качестве. Субсидии, введенные китайским правительством , позволяют производителям снижать цены.
Чтобы не рисковать, стоит выбирать продукцию крупных известных компаний – как правило, для производственного процесса они используют качественное оборудование. К примеру, JA Solar и Yingli Solar занимаются изготовлением и кремниевых элементов, и самих модулей.
В случае выявления дефектов через несколько лет можно беспроблемно обменять бракованное изделие, так как серьезные компании ответственно относятся к гарантийным обязательствам.
Что касается долговечности солнечных батарей, которые, к примеру, установлены на крыше частного дома, – служить они будут около 40 лет. Из строя обычно выходит инвертор, контроллер и другие составляющие системы, а непосредственно модули долго сохраняют работоспособность.
В случае покупки в интернет-магазине можно о стабильности параметров приобретенных элементов.
Сергей Бондаренко , тестировщик на заводе по производству солнечных модулей:
«Мощность, и другие параметры эффективности работы солнечных батарей, их производительность в реальных, а не приближенных к идеальным условиям, выявляются в ходе тестирования. Подобные испытания проводят как на производстве, так и независимые лаборатории.
Рядовому потребителю сложно проверить качество пайки и защитной пленки, наличие защитных диодов, степень герметизации, выяснить подробные характеристики элементов. Все это можно узнать в описании, заключении, подготовленном специалистами в области гелиотехники.
Большинство выпускаемых на сегодня фотоэлементов изготовлены на основе кремния.
- монокристаллические;
- поликристаллические;
- аморфные.
Споры о том, которые из них лучше, продолжаются. Однако можно безошибочно констатировать, что некачественные монокристаллические уступают по работоспособности и долговечности поликристаллическим.
Верно и обратное утверждение, что поликристаллические элементы низкого качества работают хуже имеющих монокристаллическую структуру. Что касается КПД, то у солнечных элементов из монокристаллического кремния он наивысший, но отличие – в десятых долях процентов.
Вся на солнечных батареях включает несколько важных частей.
- панели с элементами, преобразующими энергию фотонов ;
- аккумуляторов с контроллером заряда;
- инвертора.
Характеристики каждой части важны для работы. Комплектация панелей разъемами и кабелями для монтажа избавит от необходимости тратить лишние деньги на приобретение. Хотя, стоит отметить, что даже надежные производители качественных фотоэлектрических элементов не всегда поставляют полный комплект».
Антон Васильев , гелиотехник, на протяжении последних нескольких лет занимается сопровождением проектов по организации производства солнечных батарей:
«Привлекающие своей мощностью и ценой модули могут быть с нестандартным напряжением.
Модуль со стандартным номинальным напряжением 24 В обойдется дороже, чем модуль 20 В. Но для такого оборудования потребуется и более дорогой MPPT контроллер, так что удешевить систему не получится.
Также при покупке нужно обращать внимание на качество крепежных элементов.
КПД солнечных элементов напрямую влияет на занимаемую площадь.
И батареи на крышу дома, то есть, нет ограничений по размерам, гораздо важнее оценить общий коэффициент полезного действия всей системы».
Невысокий КПД солнечных батарей – один из основных недостатков современных гелиосистем. На сегодняшний день один квадратный метр фотоэлемента способен вырабатывать около 15-20 % от мощности падающего на него излучения.
Такая выработка требует установку батарей больших размеров для полноценного электроснабжения. Более того, чтобы достичь необходимого выходного напряжения, соединяются между собой последовательно или параллельно. Их площадь при этом может достигать от нескольких квадратных метров.
КПД солнечных панелей зависит от целого ряда причин:
- материал фотоэлемента;
- плотность солнечного потока;
- время года;
- температура;
- и др.
Давайте подробнее поговорим о каждом факторе.
Материал фотоэлемента
Делятся на три вида, в зависимости от метода образования атома кремния:
- поликристаллические;
- монокристаллические;
- панели из аморфного кремния.
Поликристаллические панели изготовлены из чистого кремния и отличаются сравнительно высоким КПД – 14-17%.
Монокристаллические панели менее эффективны в преобразовании солнечной энергии. Их коэффициент полезного действия около 10-12 %. Но невысокие энергозатраты на изготовление таких преобразователей делает их более доступными.
Панели из аморфного кремния (или тонкопленочные) просты и недороги в производстве, как следствие, доступны по цене. Однако, эффективность их значительно ниже, чем у предыдущих двух видов – 5-6%. К тому же элементы тонкопленочных преобразователей из кремния со временем утрачивают свои свойства.
Тонкопленочные батареи также изготавливают с нанесением частиц меди, индия, галлия и селена. Это немного увеличивает их производительность.
Работа в любую погоду
График зависимости мощности от погодных условий Данный показатель зависит от географического расположения панели: чем ближе к экватору, тем выше плотность солнечного излучения.
Зимой производительность фотоэлементов может снизиться от 2 до 8 раз. Это объясняется, прежде всего, скоплением на них снега, сокращением продолжительности и количества солнечных дней.
Важно помнить: в зимнее время следить за наклоном панелей т. к. солнце находится ниже обычного.
Условия эффективной работы
Чтобы батарея работала эффективно, нужно учесть несколько нюансов:
- угол наклона батареи к солнцу;
- температуру;
- отсутствие тени.
Угол между рабочей поверхностью преобразователя и солнечными лучами должен быть близок к прямому. В таком случае эффективность фотоэлементов при прочих равных условиях будет максимальна. Чтобы увеличить КПД дополнительно к ним устанавливают систему слежения за солнцем, которая меняет наклон относительно положения светила. Но подобное встречается нечасто из-за дороговизны оборудования.
В процессе работы многие батареи нагреваются, что плохо сказывается на качестве преобразования энергии солнца в электрическую. Во избежание потерь необходимо оставлять пространство между устройством и опорной поверхностью. Это позволит потоку воздуха свободно проходить и охлаждать преобразователи.
Важно знать: необходимо протирать панели 2-3 раза в год, очищая их от пыли и тем самым увеличивая проходимость лучей солнца.
КПД фотоэлементов непосредственно зависит от количества попадающего на них солнечного света. И очень важно предусмотреть с полным отсутствием теней, падающих на рабочую поверхность. В противном случае может пострадать эффективность всей системы в целом. Как правило, батареи устанавливаются с южной стороны.
Есть батареи с 40% кпд, о них смотрите в следующем видео:
Большинство владельцев солнечных батарей используют их лишь в летнее время, что вполне логично. Однако в некоторых ситуациях дополнительная энергия необходима круглый год. Это означает, что фотопанели должны генерировать электричество и в межсезонье, и в зимний период. Отсюда возникает вопрос, будет ли солнечная батарея зимой работать достаточно эффективно, и сможет ли она справиться с возложенной задачей.
По сути, да, сможет. Ведь зимой (в ясные дни) солнце светит также ярко, а в пасмурные фотопанели улавливают отраженный (рассеянный) солнечный свет. Хотя общая производительность гелиобатарей все равно снизится. Собственное падение производительности – первая проблема, которая подстерегает желающих круглый год пользоваться энергией солнца. Вторая проблема – налипание снега (также вызывающее снижение энерговыработки).
Падение производительности
Согласно практическим данным, выработка солнечных панелей при зимнем сокращении светового дня падает в среднем в 1,5-2 раза. Поэтому запас мощности батарей для круглогодичного энергоснабжения дома надо рассчитывать с соответствующим превышением. Либо же стоит запастись дополнительным источником энергии (например, ветряным, дизельным или бензиновым генератором).
Кроме того, зимняя производительность зависит и от угла установки фотопанелей. Объясняется это разницей в сезонном положении солнца относительно горизонта. Зимой оптимальный угол наклона солнечных батарей должен быть равен широте места установки, увеличенной на 10-15°.
Но, говоря о зимнем снижении производительности, стоит вспомнить, что фотопанели отражают не только прямой, но и рассеянный солнечный свет. Иными словами, свет, отраженный от выпавшего вокруг панели снега. Поэтому небольшие сугробы вокруг батареи могут оказаться очень полезными. Но образование таких сугробов напрямую связано с другой зимней проблемой – налипанием снега на рабочую поверхность.
Налипание снега
Очистка рабочей поверхности от налипшего снега – обязательное условие зимней эксплуатации. В противном случае автономное энергоснабжение от солнца просто прекратится. Конечно, в более южных широтах, где снега зимой очень мало, эта проблема не играет такой роли как в северных регионах. На территории же, к примеру, центральной России без этого не обойтись.
Зимняя очистка снега бывает пассивной и активной. Пассивная заключается в заранее обдуманном способе установки панелей вертикальным образом либо на стене здания, либо на отдельной раме-стойке. Желательно, чтобы пространство хорошо продувалось ветром, тогда снег вообще не будет накапливаться на поверхности. Активный же метод представляет собой очистку поверхности батарей при помощи обычной швабры с длинным ворсом.
Особенности работы «под снегом»
Несмотря на то, что снег зимой создает определенную проблему, он же и во многом облегчает использование солнечных батарей. Дело в том, что когда фотопанели работают, активно заряжая аккумуляторы энергосистемы, они довольно сильно нагреваются. Летом охлаждение батарей является серьезной задачей, поскольку перегрев их может вывести из строя всю сеть. Зимой же, снег, скапливаясь вокруг батарей, создает определенный охлаждающий эффект. Точно также охлаждает батареи и снег, таящий на рабочей поверхности. Таким образом, в небольших количествах он играет не отрицательную, а положительную роль в зимней работе фотопанелей.
Еще одно преимущество окружающего снега – его высокая отражающая способность. Особенно важно это для батарей на поликристаллах, которые превосходно улавливают отраженный и рассеянный свет, повышая тем самым свою производительность.
Сейчас вы узнаете то, о чем никогда не расскажут продавцы солнечных панелей.
Ровно год назад, в октябре 2015 года, в качестве эксперимента я решил записаться в ряды «зеленых», спасающих нашу планету от преждевременной гибели, и приобрел солнечные панели максимальной мощностью 200 ватт и грид-инвертор рассчитанный максимум на 300 (500) ватт вырабатываемой мощности. На фотографии вы можете увидеть структуру поликристаллической 200-ваттной панели, но через пару дней после покупки стало ясно, что в одиночной конфигурации у неё слишком низкое напряжение, недостаточное для правильной работы моего грид-инвертора.
Поэтому мне пришлось её поменять на две 100-ваттных монокристаллических панели. Теоретически они должны быть немного эффективнее, по факту же они просто дороже. Это панели высокого качества, российского бренда Sunways. За две панели я заплатил 14 800 рублей.
Вторая статья расходов - грид-инвертор китайского производства. Производитель никак себя не обозначил, но устройство сделано качественно, а вскрытие показало, что внутренние компоненты рассчитаны на мощность до 500 ватт (вместо 300, написанных на корпусе). Стоит такой грид всего 5 000 рублей. Грид - это гениальное устройство. С одной стороны к нему подключается + и - от солнечных панелей, а с другой стороны он с помощью обычной электрической вилки подключается совершенно в любую электрическую розетку в вашем доме. В процессе работы грид подстраивается под частоту в сети и начинает "выкачивать" переменный ток (сконвертированный из постоянного) в вашу домашную сеть 220 вольт.
Грид работает только при наличии напряжения в сети и его нельзя рассматривать как резервный источник питания. Это его единственный минус. А колоссальным плюсом грид инвертора является то, что вам в принципе не нужны аккумуляторы. Ведь именно аккумуляторы являются самым слабым звеном в альтернативной энергетике. Если та же солнечная панель гарантированно отработает более 25 лет (то есть через 25 лет она потеряет примерно 20% своей производительности), то срок службы обыкновенного свинцового аккумулятора в аналогичных условиях составит 3-4 года. Гелевые и AGM аккумуляторы прослужат дольше, до 10 лет, но они и стоят в 5 раз дороже обычных аккумуляторов.
Поскольку у меня есть сетевое электричество, то мне никакие аккумуляторы не нужны. Если же делать систему автономной, то нужно добавить к бюджету еще 15-20 тысяч рублей на аккумулятор и контроллер к нему.
Теперь, что касается выработки электроэнергии. Вся энергия вырабатываемая солнечными панелями в реальном времени попадает в сеть. Если в доме есть потребители этой энергии, то она вся будет израсходована, а счетчик на вводе в дом «крутиться» не будет. Если же моментальная выработка электроэнергии превысит потребляемую в данный момент, то вся энергия будет передана обратно в сеть. То есть счетчик будет «крутиться» в обратную сторону. Но тут есть нюансы.
Во-первых, многие современные электронные счетчики считают проходящий через них ток без учета его направления (то есть вы будете платить за отдаваемую обратно в сеть электроэнергию). А во-вторых, российское законодательство не разрешает частным лицам продавать электроэнергию. Такое разрешено в Европе и именно поэтому там каждый второй дом обвешан солнечными панелями, что в совокупности с высокими сетевыми тарифами позволяет действительно экономить.
Что делать в России? Не ставить солнечные панели, которые могут выработать энергии больше, чем текущее дневное энергопотребление в доме. Именно по этой причине у меня всего две панели суммарной мощностью 200 ватт, которые с учетом потерь инвертора могут отдать в сеть примерно 160-170 ватт. А мой дом стабильно круглосуточно потребляет примерно 130-150 ватт в час. То есть вся выработанная солнечными панелями энергия будет гарантированно потреблена внутри дома.
Для контроля вырабатываемой и потребляемой энергии я пользуюсь Smappee. Я уже писал про него в прошлом году. У него два трансформатора тока, которые позволяют вести учет как сетевой, так и вырабатываемой солнечными панелями электроэнергии.
Начнём с теории, и перейдем к практике.
В интернете есть много калькуляторов солнечных электростанций. Из моих исходных данных согласно калькулятору следует, что среднегодовая выработка электроэнергии моих солнечных панелей составит 0,66 квтч/сутки, а суммарная выработка за год - 239,9 квтч.
Это данные для идеальных погодных условий и без учета потерь на конвертацию постоянного тока в переменный (вы же не собираетесь переделывать электроснабжение своего домохозяйства на постоянное напряжение?). В реальности полученную цифру можно смело делить на два.
Сравниваем с реальными данными по выработке за год:
2015 год - 5,84 квтч
Октябрь - 2,96 квтч (с 10 октября)
Ноябрь - 1,5 квтч
Декабрь - 1,38 квтч
2016 год - 111,7 квтч
Январь - 0,75 квтч
Февраль - 5,28 квтч
Март - 8,61 квтч
Апрель - 14 квтч
Май - 19,74 квтч
Июнь - 19,4 квтч
Июль - 17,1 квтч
Август - 17,53 квтч
Сентябрь - 7,52 квтч
Октябрь - 1,81 квтч (до 10 октября)
Всего: 117,5 квтч
Вот график выработки и потребления электроэнергии в загородном доме за последние 6 месяцев (апрель-октябрь 2016 года). Именно за апрель-август солнечными панелями была выработана львиная доля (более 70%) электрической энергии. В остальные месяцы года выработка была невозможна по большей части из-за облачности и снега. Ну и не забываем, что КПД грида по конвертации постоянного тока в переменный примерно 60-65%.
Солнечные панели установлены практически в идеальных условиях. Направление строго на юг, поблизости нет высоких домов отбрасывающих тень, угол установки относительно горизонта - ровно 45 градусов. Этот угол даст максимальную среднегодовую выработку электроэнергии. Конечно можно было купить поворотный механизм с электроприводом и функцией слежения за солнцем, но это бы увеличило бюджет всей установки практически в 2 раза, тем самым отодвинув срок её окупаемости в бесконечность.
По выработке солнечной энергии в солнечные дни у меня нет никаких вопросов. Она полностью соответствует расчетным. И даже снижение выработки зимой, когда солнце не поднимается высоко над горизонтом не было бы настолько критично, если бы не... облачность. Именно облачность является главным врагом фотовольтаики. Вот вам почасовая выработка за два дня: 5 и 6 октября 2016 года. Пятого октября светило солнце, а 6 октября небо затянули свинцовые тучи. Солнце, ау! Ты где спряталось?
Зимой есть еще одна небольшая проблема - снег. Решить её можно только одним способом, установить панели практически вертикально. Либо каждый день вручную очищать их от снега. Но снег это ерунда, главное чтобы светило солнце. Пусть даже низко над горизонтом.
Итак, подсчитаем расходы:
Грид инвертор (300-500 ватт) - 5 000 рублей
Монокристаллическая солнечная панель (Grade A - высшего качества) 2 шт по 100 ватт - 14 800 рублей
Провода для подключения солнечных панелей (сечением 6 мм2) - 700 рублей
Итого: 20 500 рублей.
За прошедший отчетный период было выработано 117,5 квтч, по текущему дневному тарифу (5,53 руб/квтч) это составит 650 рублей.
Если предположить, что стоимость сетевых тарифов не изменится (на самом деле они изменяются в большую сторону 2 раза в год), то свои вложения в альтернативную энергетику я смогу вернуть только через 32 года!
А уж если добавить аккумуляторы, то вся эта система никогда себя не окупит. Поэтому солнечная энергетика при наличии сетевого электричества может быть выгодна только в одном случае - когда у нас электроэнергия будет стоить как в Европе. Вот будет стоить 1 квтч сетевого электричества более 25 рублей, вот тогда солнечные панели будут очень выгодны.
Пока же использовать солнечные панели выгодно только там, где нет сетевого электричества, а его проведение стоит слишком дорого. Предположим, что у вас его загородный дом, расположенный в 3-5 км от ближайшей электрической линии. Причем она высоковольтная (то есть потребуется установка трансформатора), а у вас нет соседей (не с кем разделить расходы). То есть за подключение к сети вам придется заплатить условно 500 000 рублей, а после этого еще и платить по сетевым тарифам. Вот в этом случае вам будет выгоднее купить на эту сумму солнечные панели, контроллер и аккумуляторы - ведь после ввода системы в эксплуатацию вам уже больше платить не нужно будет.
А пока стоит рассматривать фотовольтаику исключительно, как хобби.
