Тонкості установки сонячних батарей, Сонячна енергія, Теоретичні відомості
Сонячні батареї набули широкого поширення в ряді країн як екологічно чисте альтернативне джерело електричної енергії. Використання сонячних батарей не тільки є даниною «зеленим» настроям у суспільстві, але й здатне принести цілком конкретну економічну вигоду, адже необхідно витратити кошти лише на придбання та інсталяцію фотоелектричних елементів, після чого енергія від сонця генеруватиметься абсолютно безкоштовно.
Так чи інакше, установка сонячних міні електростанцій вигідна насамперед для споживача енергії, оскільки всі складові її елементи мають високу ефективність, надійність, довговічність і не вимагають спеціального обслуговування під час експлуатації. Купуючи фотоелектричні елементи або цілу батарею, споживач може не думати про їхній майбутній ремонт, додаткове вкладення коштів і ще багато неприємних речей протягом довгих років. Більше того, використання сонячних панелей має на увазі дбайливе ставлення до природи, що благотворно позначиться на внутрішній енергії користувача та його кармі, якщо, звичайно, для нього це має значення. Втім, у сучасному світі встановлені на даху приватного будинку сонячні батареї відіграють також і естетичну роль, виділяючи господаря будинку перед іншими як прогресивну людину. Дуже важливою перевагою батарей на фотоелектричних елементах є абсолютна безшумність, а також відсутність будь-яких відходів при експлуатації. Таким чином, сонячні батареї можуть стати не тільки фінансово ефективним, екологічно безпечним та безвідходним придбанням, але й дуже зручним.
Звичайно, сонячні панелі далекі від абсолютної досконалості і мають свої,нехай і не дуже значні, недоліки. До одного з таких недоліків відноситься їх відносно великий розмір. Правильне встановлення сонячних батарей передбачає використання досить значних площ, а також дотримання необхідної спрямованості фотоелектричних елементів, що необхідно для досягнення найкращої ефективності. Слід також відзначити, що потужність батареї, втім, як і її потенційна ефективність, безпосередньо залежить від кліматичних особливостей і річної освітленості конкретного регіону. При хорошому збігу обставин сонячні батареї можуть бути комфортно використані як основне джерело електричної енергії. Завдяки модульній конструкції батарей на фотоелектричних елементах регуляція напруги та потужності не складає труднощів.
Ефективність сонячних панелей, від якої залежить економічна доцільність у конкретних умовах, безпосередньо залежить від дотримання всіх чітких правил під час її встановлення. Найчастіше сонячні батареї орієнтують до півдня, оскільки ефективність перетворення падаючого на фотоелектричний елемент сонячного світла безпосередньо залежить від кута падіння. В ідеалі цей кут має становити дев'яносто градусів. Найчастіше для досягнення найкращої ефективності сонячні батареї оснащуються трекером – спеціальною системою, яка в залежності від положення сонця на небосхилі здійснює обертання сонячних панелей. Процес встановлення сонячних батарей, призначених для експлуатації в домашніх умовах, не вимагає великої кількості тимчасових витрат - для цього потрібно всього кілька днів. Найчастіше сонячні батареї можна помітити, що красуються на дахах будівель - цей спосіб їх встановлення найбільш простий, так як не вимагає створенняспеціального майданчика та економить вільний простір. Тим не менш, використовувати такий спосіб установки можна тільки відносно малопотужних батарей, ефективність яких буде невелика, через статичність конструкції. Вважається, що оптимальним кутом нахилу батареї фотоелектричних елементів є кут сорок п'ять градусів, проте дана величина може коливатися в залежності від географічної широти конкретного регіону. Також при плануванні майбутніх батарей слід враховуватись сторонні фактори, які можуть стати причиною ускладнення доступу кращої сонця до поверхні установки або бути джерелом будь-яких інших перешкод. Такими потенційно небезпечними для ефективності батареї об'єктами можуть бути дерева, будинки, високовольтні лінії електропередач. Рекомендується використовувати для встановлення сонячних панелей спеціальні конструкції, призначені для їхньої підтримки. Це дозволить точно відрегулювати необхідний рівень нахилу, а також забезпечить необхідну жорсткість та стійкість усієї конструкції. Придбання заводських конструкцій, що підтримують, особливо актуальне в умовах сильних вітрів.
Існує кілька варіацій інсталяції сонячних батарей, які підбираються в залежності від виду поверхні, що використовується. На похилих дахах з довільним кутом нахилу найчастіше використовується похила установка сонячних елементів. У той же час на плоский дах батареї найчастіше встановлюються горизонтально. Сонячна установка, обладнана опорною конструкцією, завдяки технічним особливостям може бути встановлена вільним способом залежно від конкретних умов. Для найкращого поєднання ефективності сонячних батарей та їх потайного розміщення здійснюється проектування будівлі з урахуванням наступної установкифотоелектричних елементів. Тобто місця розміщення батарей спочатку закладені у проекті будівлі, що забезпечують високу ефективність генерації електроенергії із сонячного світла не на шкоду зовнішньому вигляду будівлі. Більш того, такий підхід дозволяє найбільш раціонально розмістити фотоелектричні елементи, через що потенційна максимальна ефективність системи значно зростає по відношенню до звичайної установки.
Встановлення сонячних батарей
Ефективність фотоелектричної установки, як ви вже напевно здогадалися, залежить від кількості падаючого на неї світла. Проте є й інші чинники, здатні відчутно знизити ефективність виробництва. До таких факторів відноситься кут сонячних батарей по відношенню до горизонту, згаданий раніше, а також загальна орієнтація установки. Для визначення оптимальної орієнтації системи у конкретній місцевості використовують азимут.
У цьому випадку під кутом нахилу маються на увазі кут між батареєю та горизонталлю. Природно, що при встановленні сонячних батарей на похилий покрівлі слід враховувати її схил. Як було зазначено раніше, найбільша ефективність фотоелектричного елемента у перетворенні сонячного світла на електроенергію спостерігається у разі, якщо сонячні промені падають його поверхню під прямим кутом. Цей кут може коливатися у широкому діапазоні залежно від географічних координат розміщення сонячної установки, а також від поточної пори року. У таких умовах витримувати ідеальну спрямованість батареї до сонця вкрай проблематично, проте слід змінювати їх орієнтації час від часу для досягнення найкращої ефективності, що забезпечується спеціальними рухомими конструкціями. Примітно, що для нашої широти найкращий кут нахилубатареї до горизонту протягом року коливаються в межах 30-45 градусів.
Таким чином, найкращого коефіцієнта ефективності перетворення сонячного світла в електрику за допомогою сонячної батареї в Санкт-Петербурзі можна домогтися при встановленні фотоелектричних елементів під нахилом в тридцять-тридцять п'ять градусів до горизонту. Установка сонячних батарей при неточному дотриманні необхідної орієнтації та кутів нахилу також економічно доцільна, хоч і має помітно найгіршу ефективність.
Розрахунок фізичних розмірів сонячної батареї та її нахил до горизонту, так само як і спосіб її встановлення, визначаються з урахуванням всього спектра факторів, що так чи інакше мають здатність вплинути на працездатність та ефективність установки. До таких факторів відносяться розташовані неподалік лінії електропостачання, високі будівлі, дерева та інші. Ефективність сонячної установки можна підвищити за рахунок використання спеціальної рухомої підтримуючої конструкції, яка забезпечує необхідний кут нахилу та орієнтацію фотоелектричних елементів протягом дня, а також забезпечує загальну конструкцію необхідну міцність і жорсткість.
ВАРІАНТИ ПІДКЛЮЧЕННЯ СОНЯЧНОЇ БАТАРЕЇ
Електрична енергія, що виробляється сонячним генератором, не може бути безпосередньо використана в побутових приладах та інших пристроях, що використовуються людиною. Встановлення інвертора між фотоелектричною установкою та мережею користувача вкрай необхідна для отримання однофазного змінного струму напругою 230 Вольт, або будь-якого іншого, залежно від потреб.
Залежно від цілей, поставлених споживачем установкою фотоелектричної батареї, а також побічних факторів, таких як якість існуючої електричної мережі,виділяють три різні варіанти підключення:
Автономне
У районах, що розташовуються на значній відстані від центрів цивілізації – міст, найчастіше відсутнє централізоване електропостачання. Саме для будинків, що у таких районах, сонячна батарея буде найкращим вирішенням енергетичних проблем. Автономна електрична система такого будинку має на увазі наявність досить потужних акумуляторних батарей, які накопичують надмірну електричну енергію у світлий час доби і направляють її в мережу вночі, а також у похмурі дні, коли освітленість недостатня.
В автономних системах використовуються потужні фотоелектричні батареї, що утворюють установку великої площі, якої буде достатньо не тільки для покриття побутових потреб у денний час, але й для заряджання резервних акумуляторних батарей.
Автономна система включає до свого складу:
контролер заряду (призначений для забезпечення захисту акумуляторних батарей від надмірної зарядки від фотоелектричного генератора, а також від повної розрядки під час живлення робочої мережі, що може призвести до різкого зниження їх ємності, що негативно позначиться на тривалості ефективного терміну служби акумуляторів);
інвертор (призначений для перетворення постійного електричного струму, що генерується комплексом фотоелектричних елементів, змінний струм, що використовується в побуті, необхідний для роботи всіх побутових електричних приладів)
система акумуляції (у свою чергу включає до складу кілька акумуляторних батарей великої ємності, достатньої для забезпечення потреб енергії в періоди часу, коли генерація електрики із сонячного світла не є можливою.)
Резервне
Резервні сонячніустановки, як ви вже напевно здогадалися з назви, застосовується в будівлях, обладнаних централізованою мережею електропостачання, як додаткове джерело енергії, що реалізується потреби енергії за рахунок сонячного світла, коли основна система з якихось причин вийшла з ладу. Така система також може задіяти сонячні батареї для стабілізації електричного струму, що постачається по основній мережі, із заниженими характеристиками. Найчастіше невеликі сонячні батареї використовуються як резервне джерело живлення для окремих систем, таких як освітлення, зв'язок. Більші батареї можуть підтримувати працездатність специфічних приладів, таких як морозильні установки або комп'ютерні сервери, до включення нормального електропостачання.
Система має у своєму складі:
система акумуляторних батарей
Підключення до мережі
Дане підключення передбачає виробництво надлишкової електричної енергії за рахунок сонячного світла для подальшого продажу в електричну мережу. Такий тип підключення має сенс лише у країнах, які ухвалили закон EEG, таких як Німеччина.
Система включає до свого складу:
інвертор для підключення до мережі;
інтерфейс взаємодії з електричною мережею (призначений для нормалізації електричної напруги, що постачається в громадську мережу, у повній відповідності до технологічних стандартів.);
двонаправлений електролічильник (здійснює контроль споживаної електричної енергії у двох напрямках – до абонента та від абонента)