Практические советы по выбору и установке СЭС

Начнем данную статью с физических величин, что они означают и в чем измеряются. Мы рассмотрим ряд вопросов, которые, без сомнений, уже обсуждались в средней школе, тем не менее, бывает очень полезно повторить и закрепить полученные там знания.

Часто, ведя речь о солнечных системах, используют понятие мгновенной мощности. Мощность измеряется в Ваттах (Вт) или киловаттах (кВт) и равняется совершенной работе за единицу времени либо изменению энергии системы за единицу времени. Нетрудно понять, что мощность характеризует систему исключительно в определенный момент времени. Допустим, если мы включим в розетку чайник мощностью 2 кВт, то в какой-то момент времени из сети потребляется действительно 2кВт, но в следующий момент времени чайник может закипеть и отключиться, тогда потребляемая мощность будет равняться нулю.

В каких величинах измерять энергию солнечных электростанций (СЭС)?

Характеризовать систему, используя понятие мощности, конечно можно, и в случае с бытовой сетью это крайне удобно. Если к розетке можно подключать нагрузку в 2кВт, то это можно делать сколь угодно долго, электричество в розетке не кончится. Поэтому про нашу розетку можно смело утверждать: "система на 2 кВт". С солнечными и ветровыми электростанциями ситуация немного иная. В отличие от розетки, система может выдать ровно столько электроэнергии, сколько было собрано от солнца или ветра (АИЭ). В данном случае оперировать понятием мощности неудобно, потому что всегда нужно будет делать оговорки. Допустим, солнечная электростанция имеет фотоэлектрические панели мощностью 400Вт и инвертор мощностью 2кВт. Какой физический смысл имеют эти цифры? Если солнечные батареи освещены надлежащим образом 1000Вт/м2, то они вырабатывают 400Вт и это при условии, если энергия кем-то потребляется, аккумулятором или нагрузкой. К инвертору мы можем подключить нагрузку с максимальной мощностью 2кВт (чайник). Сможет ли чайник работать сколь угодно долго? Нет, не сможет, если мощность источника энергии значительно меньше - 400Вт. Рано или поздно разрядится аккумулятор и инвертор отключиться.

Ведя речь об АИЭ гораздо удобнее использовать понятие произведенной или потребленной энергии за какой-то большой промежуток времени, чаще всего за сутки. В энергетике принято измерять энергию в Ватт-часах (Втч) или киловатт-часах (кВтч). Данная величина получается при произведении мощности электроприбора на время его работы. Допустим, если наш чайник 2кВт каким-то образом работал 1час, то энергия, кот которую он "сжег", составляет 2кВтч, и электрический счетчик добавит 2кВтч к общим показаниям.

Говоря о выработке, обычно указываю энергию в кВтч*сутки, то есть количество "собранной" энергии в сутки. Вернемся к нашей СЭС с солнечными батареями 400Вт. Используя калькулятор получаем выработку например для Санкт - Петербурга в летний период 2кВтч*сутки. Это означает следующее: за день будет собрано такое количество энергии, которого хватит нашему чайнику 2кВт на 1 час работы. Конечно, крайне неразумно растратить ценную энергию на чайник, который отлично можно нагреть на газовой плите.

Таким образом, при описании системы с АИЭ дневная выработка является гораздо более информативной величиной, чем мощность инвертора или солнечной батареи (СБ). В нашем примере следует говорить "системы с выработкой 2кВтч в летний период".

О подборе солнечной электростанции для автономного электроснабжения

Обратите внимание, что на сайтах некоторых организаций, предлагающих продажу и установку солнечных электростанций, максимальное количество энергии, которое можно использовать для питания электроприборов, просто указано в виде произведения установленной мощности ФЭП на 6 или 8 часов в день. То есть, Вам обещают до 6-8 киловатт-часов электроэнергии в день с каждой 1000 Ватт установленных модулей, да ещё с ранней весны до поздней осени. Данное утверждение является неверным. Как производится правильный расчёт?

При подборе электростанции, количество ФЭП подбирается с учётом целого множества объективных факторов, влияющих на среднюю мощность энергоотдачи станций. Правильный расчёт позволяет добиться около 100% запаса по энергоотдаче станций в самом "солнечном" месяце в году относительно среднего ежедневного потребления выбранных в таблице приборов. Это необходимо для компенсации недостатка мощности станций в межсезонье, из-за снижения продолжительности солнечного сияния.

В холодное время года, когда продолжительность светового дня снижается, средняя ежедневная энергоотдача станций должна соответствовать ежедневному энергопотреблению на расчётном уровне. Мы постарались выбрать наиболее разумный подход к выбору электростанций, чтобы улучшить их энергетические возможности осенью, зимой и весной. Тем не менее, зимой может потребоваться дополнительная энергия, источником которой может стать ветровой генератор или жидкотопливный генератор.

Также следует понимать, что даже наш прогноз ежедневного использования электроэнергии может быть несколько оптимистичным. То есть, далеко не всегда солнечная энергия может быть Вами востребована полностью. Объясняется это тем, что для хранения электроэнергии, вырабатываемой ФЭП, используются аккумуляторные батареи (АКБ) ограниченной ёмкости. Как правило, ёмкость АКБ в электростанции не позволяет накопить энергию, выработанную ФЭП на много дней вперёд. Срок полной автономии электростанции - если полностью отключить ФЭП - составит более 4 дней, но это когда АКБ почти новые. По истечению срока комфортного использования АКБ (по мере их старения), этот срок может снизиться вдвое. А солнечная энергия не поступает равными долями каждые 2-4 дня.

В пасмурную и дождливую погоду мощность работы ФЭП может снижаться в течение дня более чем в 10 раз по сравнению со значением их номинальной указанной мощности. А та энергия, что поступает от ФЭ модулей в ясные дни, восполняет собой недостаток энергии, недополученной в пасмурные дни - ФЭП выдают в течение ясного дня значительно больше энергии, относительно "средней" расчётной. Получается, что чем больше период автономии электростанции, тем лучше. Ведь пасмурная погода может установиться надолго, особенно в осенние месяцы. А перед этим могут идти ясные дни, причем, один за другим, когда желательно накопить как можно больше энергии в АКБ.

Но если оснастить станцию слишком большим количеством АКБ, то она получится значительно дороже. Следует учитывать и то, что АКБ изготавливают с применением большого количества свинца, а добыча и переработка свинцовой руды является вредным для экологии промышленным процессом. Вкладывать деньги в приобретение большего количества ФЭП куда приятнее и перспективнее, чем в покупку лишних дорогостоящих АКБ. Ведь ФЭП - это и есть источник энергии для Вашей солнечной станции!

При создании автономных солнечных электростанций, приходится выбирать определённое минимальное соотношение между ёмкостью АКБ и мощностью ФЭП, что мы и постарались реализовать, предлагая готовые решения на нашем сайте. При этом, количество солнечных ФЭП в каждой из предложенных станций может быть увеличено в будущем, для пропорционального увеличения энергоотдачи.

Зачастую, для максимального использования расчётной электроэнергии, многим владельцам солнечных электростанций приходится подстраиваться под погоду, увеличивая энергопотребление в ясные дни (пользуясь в эти дни наиболее мощными приборами). Об этом следует помнить.

В пасмурные дни, если они продолжаются более трёх дней подряд, можно отказаться от использования некоторых видов мощных приборов, либо пользоваться дополнительно жидкотопливным генератором. В некоторых случаях, питание мощных нагрузок можно осуществлять генератором напрямую, используя его отдельно от электростанции. Например, запустив генератор, можно отдельно от электростанции кратковременно включить мощный и энергозатратный насос водоснабжения, чтобы накачать воды в бак, не растрачивая энергию, накопленную в АКБ. В этом случае, использование генератора "напрямую" - для питания нагрузки высокой мощности - может быть экономически оправдано. Генератор достаточно эффективен только в том случае, если работает кратковременно, и на уровне мощности, близком к номинальному значению его мощности.

Для начальной подзарядки глубоко разряженных АКБ можно дополнительно использовать и сам генератор. В этом случае, можно сразу выбрать для солнечной электростанции инвертор со встроенным зарядным устройством, либо приобрести - в дальнейшем - зарядное устройство АКБ от источника напряжения 220 В (генератора).

Сам генератор может быть приобретён Вами дополнительно, если почувствуете, что эксплуатация солнечной станции недостаточно комфортна, когда пасмурная погода устанавливается на много дней подряд, и при этом нет возможности приспособиться и экономно расходовать энергию за счёт периодического отказа от использования мощных видов бытовых приборов.

Как уже было указано выше, спрос на солнечные батареи растет, вместе с ним растет предложение, и рынок наполняется некачественными солнечными модулями. Запомните: что бы вам не говорили продавцы, производства солнечных элементов в России нет. На территории Российской Федерации проходит только сборка из импортируемых, в основном из Китая, элементов. Сборкой занимаются только 3 предприятия:

  • Телеком-СТВ (город Зеленоград),
  • модули ТСМ РЗМКП (город Рязань),
  • модули RZMP НПП "Квант" (город Москва).

Основную массу продаваемых в России солнечных батарей составляют модули китайского производства, а также псевдоевропейские модули. Однако, сомнительное происхождение солнечных батарей не всегда означает их плохое качество. Так мы плавно переходим к вопросу о том, как разобраться, какие солнечные модули плохие, а какие - хорошие.

Уровни качества солнечных элементов

Таким образом, определяя степень качества того или иного солнечного модуля, следует смотреть на производителя (импортера - если модуль импортирован в страну) и на уровень используемых солнечных элементов. Некоторые производители используют свою собственную классификацию последних, однако существует и общепринятая. Выделяют 4 уровня (grade) качества солнечных элементов: A, B, C, D. Уровни различаются по микроструктуре элементов, что, в свою очередь, влияет на долгосрочность и бесперебойность службы купленных солнечных модулей. Так, солнечные элементы уровня A не имеют каких-либо видимых или не видимых невооруженным глазом дефектов (отсутствуют царапины, сколы), имеют абсолютно идентичный вид (форму, цвет, вес) и способствуют максимально эффективному преобразованию солнечного света в энергию. Солнечные элементы уровня B имеют визуальные дефекты, их цена ниже, а производительность хуже, чем у модулей, собранных из элементов Grade A, но незначительно. Солнечные элементы уровней D и C имеют как визуальные дефекты, так и различного рода микротрещины, существенно снижающие работоспособность и срок службы солнечных модулей. Такие модули можно применять только в системах с низким напряжением. Модули, собранные из элементов уровня D узнать очень легко - элементы в таких модулях не целые, а резанные. Но и цена у таких батарей существенно ниже, чем у представителей уровней А и Б. При выборе качественных солнечных батарей следует помнить, что высокая цена - не всегда залог качества Известные авторитетные производители обеспечивают срок службы и гарантию (до 25 лет).

Полный комплект ФЭП для дома

Стандартный набор комплектации для установки солнечных батарей в собственно доме должен включать:

  • Солнечные батареи (ФЭП),
  • Контроллер заряда,
  • Инвертор,
  • Аккумуляторы,
  • Автоматы постоянного тока
  • Комплект кабелей и разъемов,
  • Комплект деталей для крепежа ФЭП.

Комплектации могут отличаться по своей наполненности - так, если вам не нужны аккумуляторы, не приобретайте их.

Установка солнечных батарей - как монтировать?

    1. Солнечные батареи следует размещать в наиболее освещенном месте. Позаботьтесь о том, чтобы соседние здания или деревья их не затеняли. Наиболее оптимальными местами для установки являются крыши и стены зданий. Возможна установка солнечных панелей на специальных опорах непосредственно на земельном участке.
    2. Угол наклона, относительно горизонта, фотоэлектрических панелей должен быть постоянным и рассчитывается исходя из условий работы установки. Для системы, работающей круглый год, данный угол наклона, относительно горизонта, должен быть равен географической широте местности, где размещается установка, для работающей только в летний период (с апреля по октябрь) - широте местности минус 15º, а для работающей только в зимний период - широте местности плюс 15º. На месте установки солнечные модули размещаются так, чтобы их лицевая сторона была направлена на юг с максимально допустимым отклонением на восток менее 20º, а на запад - менее 30º. Увеличение данных отклонений приводит к понижению эффективности фотоэлектрических панелей.
    3. В зимний период, выпавший на поверхность солнечных батарей снег снизит выработку электроэнергии до нуля, поэтому крайне важно обеспечить доступ к панелям для их очистки, либо установить солнечные модули под углом, близким к 90º, например, на стене здания.
    4. При установке большого числа солнечных батарей на плоской поверхности при помощи наклонных консолей в несколько рядов необходимо соблюсти расстояние между рядами во избежание затенения солнечных модулей друг другом. Расстояние между рядами следует принимать не менее 1.7 высоты ряда.
    5. Устройство солнечной батареи позволяет осуществлять крепеж на любые поверхности и не требует покупки специализированных, дорогих крепежных элементов. Алюминиевый профиль каждого модуля имеет отверстия для крепления и не ограничивает варианты поверхностей для установки.
    6. Теперь посмотрим ситуацию с точки зрения максимального согласования источника энергии и нагрузки. В обычном жилом доме пик потребления приходится на утро и вечер, поэтому было бы интересно разделить солнечный массив на две группы и развернуть их на юго-запад и юго-восток. Конечно, суммарная выработка системы снизится, появится дополнительный контроллер заряда, однако режим эксплуатации аккумуляторов станет более благоприятным. Ввиду того, что аккумуляторы являются единственной расходной частью электростанции, в долгосрочной перспективе, затраты на эксплуатацию системы будут значительно меньше.
    7. Следует учесть "температурный коэффициент", который влияет на мощность фотоэлементов (ФЭ) панелей (температура ФЭП при расчётах принята равной +25°C). В зимнее время, например, мощность ФЭП может существенно возрасти из-за снижения температуры окружающего воздуха. При 0°C мощность может возрасти на 11%, при -40°C - на 30%. Оценить примерную степень увеличения мощности работы ФЭП зимой Вы сможете, изучив данные по среднемесячным температурам в Вашем регионе. Температурный коэффициент при расчётах можно принять равным -0.47% на каждый градус разницы между текущей температурой и номинальной температурой (+25°C). Если разница получается "отрицательная", то процент изменения мощности будет "положительным". То есть, при повышении температуры ФЭП, их мощность уменьшается. А при снижении температуры, мощность модулей увеличивается.

Из-за существенного влияния температуры ФЭП на эффективность их работы, не рекомендуется устанавливать панели вплотную к плоской поверхности крыши или другой опорной плоскости. Рекомендуется оставлять вентиляционный зазор. Многие установщики пренебрегают данным правилом, в результате чего ФЭП сильно перегреваются под воздействием прямых солнечных лучей в жаркие летние дни. Это приводит не только к снижению мощности работы ФЭП, но и к сокращению срока их службы.

Рекомендации специалистов по обслуживанию солнечных электростанций

Как и любые другие системы энергоснабжения, солнечные электростанции должны с завидной периодичностью проходить техобслуживание, осмотр и диагностику. Проводить их должны, обязательно, специалисты, которые обладают опытом и могут выявить проблемы и слабые места задолго до поломки. Частоту диагностик, как правило, владелец определяет самостоятельно. Она может зависеть от многих факторов, в том числе от режима эксплуатации электростанции, её расположения и прочих. Заводы - изготовители оборудования рекомендуют проводить диагностику не реже одного раза в год, а в идеале - перед началом и по окончанию сезона эксплуатации.

Что включает современная диагностика оборудования и какие неисправности может выявить? В процессе внешнего осмотра и "прогона оборудования с максимальными нагрузками" специалист может определить:

  • ёмкость аккумуляторных батарей, входящих в систему, их равномерность или неисправность;
  • ошибки, связанные с превышением максимальных нагрузок. Чаще всего встречаются в системах, где первоначально установленный блок бесперебойного питания не рассчитанный на рост потребителей;
  • повреждение проводок и коммутаций, плохие контакты на массиве аккумуляторных батарей;
  • пыль и грязь внутри блока бесперебойного питания, контроллеров или других компонентов, которые могут вызвать выход прибора из строя;
  • нарушение целостности изоляций, ослабление точек коммутации и прочие.

Со стороны может показаться незначительным каждый из перечисленных пунктов, но на практике даже незначительное нарушение изоляции, сниженная ёмкость аккумуляторных батареи или систематическое превышение нагрузки могут привести к выходу из строя дорогостоящего оборудования.

Помимо обслуживания оборудования входящего в систему СЭ специалисты рекомендуют не реже двух раз в год производить очистку от пыли и грязи массива солнечных батарей. Как это делать правильно, мы расскажем ниже.

Нужно ли мыть солнечные батареи? И как часто это нужно делать?

Конечно, мыть солнечные батареи нужно. Вопрос как часто это нужно делать? Конструкция панелей выполнена таким образом, что снег, дождь и грязь не скапливаются на поверхности, а стекают по стеклу. Но со временем некоторое количество пыли и грязи все же пристаёт к поверхности и её нужно удалять.

Каких-то общих и универсальных рекомендаций по очистке солнечных панелей не существует. Для крупных систем, мощностью от МВт давно придумали роботов, катающихся по направляющим или свисающих на тросах. Домашние солнечные электростанции проще и дешевле вымыть вручную, используя мягкие чистящие средства и щетки, которые не повредят герметизирующий слой и алюминиевую раму, при попадании на них.


ООО "Энерготрейд МСК" © 2017 г.