Использование солнечного электричества

Мы можем использовать энергию солнца для разных целей.

Одна из них — это выработка электрической энергии. При использовании солнечных батарей, энергия солнца напрямую преобразуется в электрическую.

Этот процесс называется фотоэлектрический эффект (сокращенно ФЭ).

Использование солнечного электричества имеет много преимуществ.

Это — чистый, тихий и надёжный источник энергии. Впервые фотоэлектрические батареи были использованы в космосе на спутниках.

Сегодня солнечное электричество широко используется.

В удалённых районах, где нет централизованного электроснабжения, солнечные батареи используются для электроснабжения отдельных домов, для подъёма воды и охлаждения лекарств.

Эти системы зачастую используют аккумуляторные батареи для хранения выработанной днём электроэнергии.

Кроме того, калькуляторы, телекоммуникационные системы, буи и т.д. работают от солнечного электричества.

Другая область применения — это электроснабжение домов, офисов и других зданий, или генерация электричества для сетей централизованного электроснабжения.

Солнечные фотоэлектрические установки могут быть следующих основных типов:

Автономные, в случае если нет подключения к сети.

Солнечные модули генерируют электричество для целей освещения, питания телевизора, радио, насоса, холодильника или ручного инструмента.

Обычно, для хранения энергии используются аккумуляторные батареи.

Соединённые с сетью, если объект подключён к сети централизованного электроснабжения, солнечные батареи могут использоваться для генерации собственного электричества.

Избыток электрической энергии, обычно, продаётся электросетям.

Резервные системы, фотоэлектрическая системы подключается к сетям плохого качества.

В случае отключения сети или недостаточного качества сетевого напряжения, для покрытия нагрузки используется солнечная система

Фотоэлектрические модули

Солнечные панели состоят из солнечных элементов.

Так как один солнечный элемент не производит достаточного количества электроэнергии для большинства применений, солнечные элементы собираются в солнечных модулях для того, чтобы производить больше электричества.

Солнечные панели (также называемые фотоэлектрические или солнечные модули), производятся многих типов и размеров.

Наиболее типичные — это кремниевые фотоэлектрические модули мощностью 40-60 Wp (пиковый ватт, т.е., мощностью максимум в 40-60 Вт, при ярком солнце).

Такой солнечный модуль имеет размер от 0,4 до 0,6 м2.

Однако, широкий типоразмерный ряд солнечных модулей доступен в продаже.

Солнечные панели могут соединяться между собой для того, чтобы получить большую мощность (например, 2 модуля по 50 Wp, соединённых вместе, эквивалентны модулю мощностью 100 Wp).

КПД доступных в продаже модулей варьируется в пределах 5-15%.

Это значит, что 5-15% от количества энергии, падающей на солнечный элемент, будет трансформировано в электричество.

Исследовательские лаборатории во всем мире разрабатывают новые материалы для СЭ с более высоким КПД (до 30%).

Стоимость производства — также очень важна.

Некоторые новые технологии (такие как, например, тонкоплёночные), позволяют производить СЭ в больших масштабах, что значительно снизит стоимость элементов и модулей.

Солнечный свет проходит свой путь от Солнца до Земли по прямой линии. Когда он достигает атмосферы, часть света преломляется, а часть достигает земли по прямой линии.

Другая часть света поглощается атмосферой. Преломлённый свет — это то, что обычно называется диффузной радиацией, или рассеянным светом.

Та часть солнечного света, которая достигает поверхности земли без рассеяния или поглощения — это прямая радиация. Прямая радиация — наиболее интенсивная.

Солнечные модули производят электричество даже, когда нет прямого солнечного света.

Поэтому, даже при облачной погоде, фотоэлектрическая система будет производить электричество.

Однако, наилучшие условия для генерации электроэнергии будут, при ярком солнце и при ориентации панелей перпендикулярно солнечному свету.

Для местностей северного полушария панели должны быть ориентированы на юг, для стран южного полушария — на север.

На практике, солнечные панели должны быть ориентированы под определённым углом к горизонтальной поверхности.

Около экватора солнечные панели должны располагаться под очень маленьким углом (почти горизонтально), для того, чтобы дождь смывал пыль и грязь с фотоэлектрических модулей.

Небольшие отклонения от этой ориентации не играют существенной роли, потому что, в течение дня, солнце двигается по небу с востока на запад.

Доля производства энергии фотоэлектрической системой, при наклоне 45 градусов, для широты местности 52 градуса северной широты.

Выработка максимальна (100%), когда панели расположены под углом 36 градусов и ориентированы на юг.

Как видно из таблицы, разница между направлениями на юг, юго-восток и юго-запад — незначительна.

Ориентация солнечных панелей — угол наклона

Солнце двигается по небу с востока на запад. Солнечные панели наиболее эффективно работают, когда они направлены на солнце и их поверхность перпендикулярна солнечным лучам.

Солнечные панели, обычно, располагаются на крыше или поддерживающей конструкции в фиксированном положении и не могут следить за положением солнца в течение дня.

Поэтому, обычно, солнечные панели не находятся под оптимальным углом (90 градусов) в течение всего дня.

Угол между горизонтальной плоскостью и солнечной панелью обычно называют углом наклона.

Вследствие движения Земли вокруг Солнца, имеют место также сезонные вариации.

Зимой солнце не достигает того же угла, как летом. В идеале, солнечные панели должны располагаться летом более горизонтально, чем зимой.

Поэтому, угол наклона для работы летом выбирается меньше, чем для работы зимой.

Если нет возможности менять угол наклона дважды в год, то панели должны располагаться под оптимальным углом, значение которого лежит где-то посередине между оптимальными углами для лета и зимы.

Для каждой широты есть свой оптимальный угол наклона панелей. Только для местностей около экватора солнечные панели должны располагаться горизонтально.

Обычно принимается для весны и осени оптимальный угол наклона, равным значению широты местности.

Для зимы, к этому значению прибавляется 10-15 градусов, а летом — от этого значения отнимается 10-15 градусов.

Поэтому, обычно рекомендуется менять дважды в год угол наклона с «летнего» на «зимний».

Если такой возможности нет, то угол наклона выбирается, примерно, равным широте местности.

Небольшие отклонения, до 5 градусов, от этого оптимума, оказывают незначительный эффект на производительность модулей.

Различие в погодных условиях более влияет на выработку электричества.

Для автономных систем оптимальный угол наклона зависит от месячного графика нагрузки, т.е., если в данном месяце потребляется больше энергии, то угол наклона нужно выбирать оптимальным именно для этого месяца.

Пример

Оптимальный угол наклона для широты 52 градуса (северной широты) для соединённых с сетью систем составляет 36 градусов. Однако, для автономной системы с примерно равной потребностью в энергии в течение года, оптимальный угол наклона будет составлять около 65-70 градусов.

Фотоэлектрические системы

Для того, чтобы фотоэлектрические модули были надёжным источником электроэнергии, необходимы дополнительные элементы в системе: кабели, поддерживающая структура и, в зависимости от типа системы (соединённая с сетью, автономная или резервная), ещё и электронный инвертор и контроллер заряда с аккумуляторной батареей.

Такая система, в целом, называется солнечной фотоэлектрической системой, или солнечной станцией. Есть три основных типа солнечных фотоэлектрических систем:

Автономные системы для отдельных домов.

Системы, соединённые с сетью.

Резервные системы.

Автономные фотоэлектрические системы (АФС)

Автономные фотоэлектрические системы используются там, где нет сетей централизованного электроснабжения.

Для обеспечения энергией в тёмное время суток или в периоды без яркого солнечного света, необходима аккумуляторная батарея (АБ).

АФС часто используются для электроснабжения отдельных домов. Малые системы позволяют питать базовую нагрузку (освещение и иногда, телевизор или радио).

Более мощные системы могут также питать водяной насос, радиостанцию, холодильник, электроинструмент и т.п.

Система состоит из солнечной панели, контроллера, аккумуляторной батареи, кабелей, электрической нагрузки и поддерживающей структуры.

На нашем сайте Solarhome.ru есть простая форма, которая может быть использована для расчёта автономной фотоэлектрической системы: для подсчёта количества необходимых модулей, ёмкости батареи и т.д.

Хотя, умелый человек и может сделать большую часть работы по установке системы сам, электрические соединения должны быть сделаны квалифицированным персоналом.

Солнечные ФС, соединённые с сетью

Когда есть сеть централизованного электроснабжения, но есть желание иметь электроэнергию от чистого источника (солнца), солнечные панели могут быть соединены с этой сетью.

При условии подключения достаточного количества фотоэлектрических модулей, определённая часть нагрузки в доме может питаться от солнечного электричества.

Соединённые с сетью фотоэлектрические системы, обычно, состоят из одного или многих модулей, инвертора, кабелей, поддерживающей структуры и электрической нагрузки.

Инвертор используется для соединения фотоэлектрических панелей с сетью. Существуют также, так называемые, AC-модули, в которых инвертор встроен на задней части модуля.

Солнечные панели могут быть установлены на крыше здания под оптимальным углом наклона с помощью поддерживающей структуры или алюминиевой рамы.

Простые системы с AC-модулями и заводскими поддерживающими структурами выпускаются всё в более крупных масштабах.

Резервные системы

Резервные солнечные системы используются там, где есть соединение с сетью централизованного электроснабжения, но сеть — ненадёжна.

Резервные системы могут использоваться для электроснабжения в периоды, когда нет напряжения в сети.

Малые резервные солнечные системы электроснабжения наиболее важной нагрузки — освещение, компьютер и средства связи (телефон, радио, факс и т.п.).

Более крупные системы могут также снабжать энергией и холодильник во время отключения сети.

Чем больше мощность необходимая для питания ответственной нагрузки, и чем дольше периоды отключения сети, тем большая мощность фотоэлектрической системы необходима.

Система состоит из фотоэлектрических модулей, контроллера, аккумуляторной батареи, кабелей, инвертора, нагрузки и поддерживающей структуры.

Контроллеры заряда для фотоэлектрических систем

Контроллеры заряда используются в автономных фотоэлектрических системах для защиты аккумуляторных батарей (АБ) от глубокого разряда (когда есть перерасход энергии) или перезаряда (когда батарея заряжена, а солнечная панель вырабатывает избыток электричества).

Использование контроллеров заряда настоятельно рекомендуется.

Он отключает нагрузку, когда аккумулятор недопустимо разряжен.

Обычно, фотоэлектрические солнечные комплекты снабжаются контроллером заряда.

Наблюдайте за вашим контроллером заряда для определения степени заряженности АБ; обычно на контроллере есть красный индикатор, который загорается, когда АБ разряжена, и зелёный индикатор, который загорается, когда АБ заряжена.

Старайтесь, чтобы зелёный индикатор горел, как можно чаще. Это повысит срок службы аккумуляторной батареи.

Никогда на подключайте нагрузку напрямую к АБ, минуя контроллер заряда, для того, чтобы получить «последнюю порцию» энергии от батареи. Этим вы можете вывести вашу АБ из строя.

Поддерживающая конструкция

Важной частью солнечной фотоэлектрической системы является поддерживающая конструкция для солнечных панелей.

Поддерживающая конструкция обеспечивает правильный угол наклона панелей, а также, необходимую жёсткость конструкции.

Комбинация поддерживающей конструкции с солнечными модулями должна выдерживать порывы ветра и другие воздействия окружающей среды.

Имеется большое разнообразие конструкций — от самодельных до промышленно изготавливаемых для больших фотоэлектрических систем.

Поддерживающая конструкция может быть изготовлена из металла или синтетического материала.

Есть несколько типов поддерживающих конструкций, в зависимости от того, где устанавливается фотоэлектрическая система.

Для соединённых с сетью систем, это может быть плоская или с малым наклоном крышная конструкция, или конструкция для фасада здания.

Соединённые с сетью системы, также могут быть элементом конструкции здания (интегрированные солнечные системы). Для таких применений разрабатываются и изготавливаются специальные конструкции.

Интеграция со зданием стала важным аспектом для соединенных с сетью солнечных фотоэлектрических систем.

Для уменьшения стоимости системы, интеграция в здание может иметь большое значение.

Более того, интеграция в здание может быть отличным способом улучшить архитектуру здания и показать, что элементы конструкции здания также могут выполнять функцию генерации электричества/

Источник информации - сайт www.solarhome.ru/.