Содержание

• Принцип действия солнечных панелей
• Разновидности солнечных модулей
• Потребительские свойства солнечных энергопанелей
• Подбор и использование фотоэлектрических батарей
• Важные моменты эксплуатации солнечных панелей
• Стоимость и окупаемость солнечных панелей
• Выводы

В отличие от мощной и затратной системы отопления, которой оснащается обычное жилье, энергоэффективный дом обходится без сжигания топлива и преобразования сетевой электроэнергии в тепло (кроме случаев критического понижения температуры). Такой дом цепко удерживает внутри себя – благодаря продуманной теплоизоляции, вентиляции с рекуперацией и оптимальному расположению строения – так называемое пассивное тепло. А в качестве источника этой пассивной энергии может использоваться все что угодно:

• прямые солнечные лучи, проникающие сквозь окна;

• тепло, выделяемое бытовой техникой, и даже – жильцами и домашними животными;

• и, конечно же, – устройствами, чьей главной функцией является поставка в дом солнечной энергии – солнечными панелями (батареями), о которых и пойдет речь.

Солнечные панели гармонично вписываются в состав пассивного дома, поскольку полностью соответствуют главному принципу его построения – использовать возобновляемую энергию из окружающей среды.

Принцип действия солнечных панелей и их взаимодействие с другими домовыми системами

• Работа солнечных батарей основана на преобразовании теплового излучения, воздействующего на кремниевые пластины, в электроэнергию;

• Солнечные панели позволяют использовать энергию Солнца для работы бытовых приборов, систем вентиляции и (частично) отопления;

• Если возможности солнечных батарей выше бытовых запросов, то энергетические излишки могут использоваться в системах аккумулирования и преобразования электроэнергии.

• При потребностях в электроэнергии, превышающих мощность панелей, недостающая ее часть может добираться из сети (вариант сетевой солнечной станции) или от жидкотопливного генератора (автономная солнечная станция).

Разновидности солнечных модулей

Классификация фотоэлектрических систем ведется по критериям используемых материалов и конструкций. Солнечные батареи бывают:

• В виде кремниевых панелей (самые распространенные, самые высокопроизводительные и самые дорогие), КПД – до 22%; Изготавливаются в трех подвидах: монокристаллическом (самом надежном), поликристаллическом и аморфном; в первых двух позициях используется чистый кремний, в третьей – кремниеводород, который наносят на подложку;

• Пленочные – изготавливаются с применением теллурида кадмия, селенида меди-индис и полимеров. Имеют меньшую цену, но и более низкую производительность (КПД 5-14%), поэтому для соответствия батареи «аппетитам» дома потребуется увеличение площади, воспринимающей излучение.

Потребительские свойства солнечных энергопанелей описываются следующими характеристиками:

• Мощность. Чем больше площадь солнечной панели, тем больше ее мощность; Для генерации летом энергии 1 кВт*ч/сутки потребуется около 1,5 м2 солнечных панелей. Максимально эффективно мощность проявляется при перпендикулярном падении лучей на поверхность батареи, что невозможно обеспечивать постоянно, поэтому изменение производительности панели в течение светового дня – естественный процесс. Для гарантированного получения требуемого количества энергии весной и осенью, к этой площади нужно добавить примерно 30%;

• КПД (коэффициент полезного действия) современных солнечных батарей — в среднем около 15-17%;

• Срок службы и падение мощности батарей со временем. Производители, как правило, дают гарантию на работу солнечных панелей в 25 лет, обещая снижение мощности за этот период не более чем на 20% от первоначальной (у некоторых производителей срок службы варьируется в пределах 10-25 лет при гарантии снижения мощности не более чем на 10%). Наиболее долговечны кристаллические модули, расчетный срок их службы – 30 лет. Первая в мире солнечная батарея работает уже более 60 лет. Само снижение выработки солнечных модулей происходит, в основном, из-за постепенного разрушения герметизирующей пленки и помутнения прослойки между стеклом и солнечными элементами – от влаги, ультрафиолета и перепада температур;

• Наличие в комплекте аккумулятора, обеспечивающего работу панели в ночное время суток, — хороший довесок к возможностям солнечного генератора.  Аккумулятор обычно служит меньше, чем сам солнечный модуль, в среднем 4-10 лет;

• Наличие дополнительных узлов – таких, как стабилизатор напряжения, контроллер заряда аккумулятора, инвертор (преобразователь постоянного тока в переменный 220 V бытового назначения) делает более удобным эксплуатацию устройства и его интегрирование в систему «Умный дом»;  

• Стоимость батареи – находится в прямой зависимости от ее площади: чем мощнее устройство, тем оно дороже. Причем, панели зарубежного производства пока что дешевле отечественных, поскольку солнечные батареи там более популярны, чем в России. Но при сравнении цен российских и импортных устройств нужно, прежде всего, соотносить друг с другом эффективность работы солнечных панелей – здесь отечественные производители достигают неплохих показателей в КПД — до 20% (продукция заводов «Телеком-СТВ», РЗМКП и др.).

Подбор и использование фотоэлектрических батарей

При подборе солнечных панелей для частного дома исходят, прежде всего, от нагрузки, которую им предстоит нести.  Кроме того, необходимо соотноситься с геометрией дома и планированием мероприятий по профилактическому обслуживанию, что в совокупности требует тщательно изучить следующие аспекты:

• Суточное энергопотребление приборов, которые намечено запитывать от энергии Солнца (комнатное освещение, бытовые электропотребители, устройства охраны и автоматики и т.п.). При этом нужно учесть, что на заряд-разряд аккумуляторов тоже тратится энергия (примерно 20%), свои потери будут и в дополнительном оборудовании (к примеру, в инверторе в среднем — 15-20%);

• Соотношение требуемых размеров рабочих панелей с соответствующими площадями кровли и ее геометрией;

• Возможность очистки рабочих поверхностей батарей от загрязнений, снега и других факторов, влияющих на работу фото-пребразователей.

Важные моменты эксплуатации солнечных панелей

• Не допускать физических повреждений панели (царапины и нарушение целостности защитной пленки могут привести к замыканию контактов и/или их коррозии);

• В суровых климатических условиях рекомендуется оснащать солнечные станции ветрозаграждающими конструкциями;

• Регулярные осмотры, чистка и профилактика являются обязательными мероприятиями.

Стоимость и окупаемость солнечных панелей

Для средней полосы  России каждый киловатт мощности солнечной панели генерирует следующее количество энергии:

• летом  — 5 кВт*ч/сутки (май-август);

• весной и осенью — 3-4 кВт*ч/сутки (март-апрель, сентябрь-октябрь);

• зимой — 1 кВт*ч/сутки.

При подсчете затрат на автономную солнечную станцию, кроме стоимости единицы мощности, вырабатываемой панелями (около 60 руб. за 1 Вт), нужно учесть и стоимость дополнительного оборудования: от креплений и проводки — до аккумуляторов, защитных устройств и инверторов (что составляет не менее 5% от общей стоимости, но цены на них могут отличаться в разы, в зависимости от производителей и мощности).

Согласно рекомендациям специалистов, оптимальные затраты для круглогодичной солнечной системы получаются при использовании схемы «летний вариант плюс резервный электрогенератор». Правда, весной и осенью генератор придется включать, не говоря уже о зиме (солнечные батареи никогда и не рассчитываются на полную загруженность в зимнее время года). При использовании в этом варианте инвертора отечественного производства от «МАП-Энергия» и жидкотопливного электрогенератора, получаются следующие цифры:

• стоимость автономной системы солнечного снабжения с солнечными батареями мощностью 1 кВт составляет 120-150 тыс. руб.

Существенно дешевле  оказывается вариант соединенной с сетью безаккумуляторной солнечной станции. Она включает в себя только батареи и фотоэлектрический инвертор:

• сетевая солнечная энергосистема мощностью 1 кВт стоит примерно 80 тыс. руб.

При подсчете срока окупаемости солнечной энергоустановки, ее выработка сравнивается  с параметром, который берется в качестве базового. В сетевой солнечной станции это — тарифы на электроэнергию, в случае же автономной солнечной энергосистемы — это стоимость энергии, произведенной жидкотопливным электрогенератором.  Окупаемость оценивается, исходя из того, что:

• Солнечная батарея мощностью 1 кВт за год произведет примерно 1000  кВт*ч энергии.

Если принять за среднюю цену 1 кВт*ч электроэнергии величину в 5 руб., то период окупаемости сетевой солнечной станции составит: 80 000 руб / 5 руб *1000 кВт*ч = 16 лет.

При гарантии в  30 лет у сетевой солнечной установки окупаемость (при тарифе 5 руб/ кВт*ч) наступит в течение 16 лет, а в последующие 14 лет электроэнергия будет поставляться бесплатно.

Что касается автономной солнечной энергосистемы, то, строго говоря, произведенное ею за год количество энергии будет меньше, чем обозначенные 1000 кВт*ч, которые она делит с электрогенератором. Но для прикидочных расчетов это число можно не уменьшать – чтобы примерно учесть увеличение удельного расхода топлива, которое возникает при частичной (то есть, периодической, а не постоянной) загруженности генератора. Тогда срок окупаемости автономной системы (исходя из стоимости производимой жидкотопливным генератором энергии — 25 руб. за 1 кВт*ч) выглядит так: 150 000 руб / 25 руб *1000 кВт*ч = 6 лет.

Кроме технических показателей, эффективность солнечных панелей, входящих в состав автономной солнечной энергоустановки, подтверждается и сроком их окупаемости, который составляет 6 лет.

Тарифы не уменьшаются

Но приведенные примеры солнечных энергоустановок подсказывают, что уже сейчас тарифы  можно индивидуально «заморозить» и начать экономить, воспользовавшись возможностями фотоэлектрических панелей. Только покупать их нужно у брендовых, проверенных рынком производителей — чтобы их параметры были нормально прогнозируемы и в проекте, и в эксплуатации.

И лучше всего — еще на стадии проектирования энергоэффективного дома разобраться с такими вопросами, как:

• обеспечение незатененности южного фасада;

• выбор угла наклона крыши и рабочих поверхностей панелей;

• правильная ориентация дома по сторонам света;

• недопущение затененности рабочих площадей солнечных панелей, их засорения листьями деревьев и т.п.

 В этом случае все параметры будут оптимально увязаны друг с другом и будет обеспечена максимально эффективная для конкретного сооружения работа солнечных панелей.