Солнечные батареи для дома: как выбрать лучшие панели

Эксперт: Андрей Николаевич Кузнецов

*Обзор лучших по мнению редакции expertology.ru. О критериях отбора. Данный материал носит субъективный характер, не является рекламой и не служит руководством к покупке. Перед покупкой необходима консультация со специалистом.

Альтернативные способы получения электроэнергии все больше интересуют жителей нашей страны. Одним из наиболее перспективных направлений является превращение энергии солнца в электричество. Серьезного прогресса в этом плане удалось добиться ученым благодаря получению полупроводниковых пластин. Сегодня производителей солнечных модулей становится все больше, цены на их продукцию неизменно падают. Наряду с большими стационарными панелями покупателям предлагаются мобильные переносные батареи. Поэтому выбор становится сложнее, найти наиболее эффективный источник тока помогут рекомендации наших экспертов.

Принцип работы солнечной батареи

Любая солнечная батарея представляет собой фотоэлектрический преобразователь, использующий для получения электрической энергии световую. Практическую ценность в настоящее время имеет фотоэлектрический эффект в полупроводниковых материалах.

Эффект основан на появлении в неоднородных полупроводниковых структурах свободных носителей электрического заряда при воздействии фотонов света. Он наблюдается в различных полупроводниках — на основе кремния, арсенида галлия, теллурида кадмия, крупных молекул полимеров.

За счет появления свободных носителей, энергии которых недостаточно для преодоления запрещенной зоны образуется разница потенциалов (напряжение) между электродами элемента. При подключении внешних цепей между ними возникает электрический ток.

Схема работы солнечных батарей

Фотоэлементы на базе различных полупроводников преобразуют в электрическую энергию различные части солнечного спектра Так, кристаллические кремниевые модули захватывают до 80% излучения со смещением в красную сторону, пленочные элементы на основе аморфного кремния могут работать и в инфракрасном диапазоне, диоксид титана поглощает фиолетовые и ультрафиолетовые лучи.

Мнение эксперта

Гребнев Вадим Савельевич

Монтажник отопительных систем

Теоретически в часть поглощенного солнечного излучения может быть преобразована в электрическую энергию, однако на практике пока удалось добиться КПД преобразования порядка 15-25% для элементов серийного производства.

В некоторых лабораторных образцах исследователи вплотную подошли к 50%-й отметке. При получении таких же результатов в промышленном производстве стоимость генерации может снизиться более чем вдвое, по сравнению с современным уровнем.

Разновидности фотоэлементов

Солнечные батареи классифицируются по нескольким признакам:

• мощности;
• конструкции и структуре;
• материалу фотоэлектрического преобразователя.

Мощность солнечных элементов зависит от их площади и конструктивных особенностей. Промышленностью выпускается большое количество моделей: от миниатюрных (например, для портативной электроники) до крупногабаритных вариантов (для зданий, электростанций).

Конструктивно модули могут быть:

• гибкими;
• жесткими.

Использование тонкопленочных гибких моделей позволяет нивелировать некоторые неровности монтажной поверхности. В этом плане они универсальнее. Но гибкие панели дороже жестких аналогов.

По структуре панели бывают двухслойными и многослойными. КПД последних достигает 32 %, что на сегодняшний день делает их наиболее эффективным вариантом.

ФЭП по материалу фотоэлектрического слоя могут быть:

• кремниевыми;
• органическими;
• теллурий-кадмиевыми;
• арсенид-галлиевыми;
• полимерными.

Это далеко не полный перечень. Постоянно появляются новые материалы.

Виды солнечных батарей

Основной признак классификации солнечных модулей — используемые при изготовлении полупроводниковые материалы. Сегодня более 80% занимают солнечные панели на основе кремния. Именно эти типы получили максимально широкое коммерческое применение, их предлагает подавляющее большинство работающих в отрасли продавцов.

В свою очередь, кремниевые гелиопанели подразделяются на:

Виды кремниевых гелиопанелей

Критерии выбора

Единственным критерием при проектировании домашней электростанции и выборе оборудования для нее должна стать целесообразность.

Однако понятие это широкое, для его понимания потребуется учет многих факторов:

• Средней и максимальной потребляемой мощности.
• Производительности солнечных модулей.
• Наличия стационарной электросети и режима совместной с ней работы.

• Географического положения местности и климатических условий.
• Финансовых возможностей владельца дома.

Монокристаллические кремниевые солнечные элементы

Монокристаллические солнечные батареи представляют собой электрически соединенные элементы, изготовленные из тонких (240 мкм) пластин монокристалла кремния. Оптические оси ориентированы в одном направлении, используется материал высокой (более 99.99%) чистоты. Это обеспечивает максимальную эффективность преобразования. При теоретически возможном для кремниевого элемента КПД 30% у серийных образцов показатель достигает 18-24%.

Внешне монокристаллические батареи легко отличить – они имеют глубокий черный цвет, элементу в процессе порезки придается форма правильного квадрата (прямоугольника) со срезанными углами.

Технологий производства таких солнечных батарей – рекордсмен по стоимости среди кремниевых элементов. Высокая цена производства объясняется сложными процессами очистки сырья, выращивания монокристалла и его точной порезки.

В результате монокристаллические батареи имеют самую высокую цену – порядка 0.9-1.1 доллара на 1 Вт мощности.

Есть у таких элементов и другой серьезный недостаток – из-за точной ориентировки оптических осей кристаллов, оптимальную отдачу можно получить только при падении солнечных лучей перпендикулярно плоскости элемента. При существенном изменении угла освещения, а также в рассеянном свете наблюдается резкое снижение генерации.

Содержание

1. Принцип работы
2. Плюсы и минусы
3. Виды
4. Рейтинг ТОП 7 лучших производителей солнечных батарей E-Power 25Вт
5. SilaSolar 30Вт
6. E-Power 50Вт
7. TopRaySolar 65П
8. ТСМ-95 А
9. ФСМ-160П
10. Seraphim SRP-270-6PB

Поликристаллические кремниевые элементы

Поликристаллические кремниевые элементы

В поликристаллических батареях элемент включает множество кристаллов с хаотической ориентацией оптических осей. Для их производства не требуется сырье с высокой степенью очистки – могут использоваться вторичные источники (в частности, переработанные кремниевые батареи), отходы металлургического производства.

В результате стоимость изготовления значительно снижается. Однако при этом уменьшается и эффективность преобразования – лучшие образцы демонстрируют эффективность на уровне 15-18%.

Мнение эксперта

Гребнев Вадим Савельевич

Монтажник отопительных систем

Такие показатели позволили потеснить на рынке монокристаллические панели. В настоящее время на долю поликристаллов приходится более 53% продаж кремниевых батарей, против немногим более 30% у монокристаллических.

Внешне поликристаллические представляют собой правильной формы прямоугольные пластины насыщенного синего цвета. Стоимость генерации «синих» панелей составляет около 0.7-0.9: за 1 Вт. При этом они демонстрируют значительно меньшее снижение при рассеянном освещении и падении света под углами, отличными от 90 градусов.

Сравнение представленных моделей

Рассмотрим характеристики представленных моделей в таблице ниже.

Аморфные кремниевые батареи

Изготавливаются из аморфного (некристаллического) кремния a-Si, путем осаждения на гибкую подложку паров гидрида кремния. В результате образуется добиться стабильного фотоэлектрического эффекта получается уже при толщине пленки в несколько микрон.

Технологический процесс значительно удешевляется за счет минимального количества требующегося кремниевого сырья, сниженных требований к его чистоте, отсутствию сложных операций, таких как выращивание кристалла и его порезка.

Эффективность преобразования составляет порядка 8-11%, стоимость генерации лежит в пределах 0.5-0.7% за 1 Вт. Главный недостаток таких батарей – низкий КПД преобразования, что требует значительной площади для обеспечения необходимой мощности. Однако он с лихвой компенсируется возможностью установки на любые поверхности – гибкая подложка не требует ровных оснований и специальных конструкций для монтажа.

Кроме того, современные полиморфные модули могут работать с инфракрасным диапазоном, что существенно уменьшает потери эффективности при рассеянном освещении. В результате на долю аморфных элементов сегодня приходится порядка 10% мирового рынка.

Варианты размещения

Существует несколько основных вариантов размещения комплектов солнечных батарей для дачи и дома, каждый из которых выбирается в зависимости от ряда обстоятельств.

1. На земле – при наличии личного или арендованного участка достаточной площади. Преимущества – оптимальное размещение большого количества батарей с потенциальной возможностью изменения их направления на солнце.
2. На крышах зданий – применяется в основном в условиях плотной застройки и отсутствия подходящего участка для удобного размещения. Главное достоинство – экономия места и минимальное количество кабельных линий.
3. На воде – используется при наличии доступных водных пространств. Основным плюсом следует назвать повышение среднего КПД установок за счет естественного охлаждения панелей.
4. Мобильное – для небольших комплектов, используемых для зарядки аккумуляторов транспортных средств, в длительных туристических походах и т.д. Преимущество – в отсутствии привязки к месту за счет малых габаритов и веса.

Если солнечные электростанции для дома размещаются на высоких крышах с большим углом наклона, стоимость комплекта немного увеличится за счет сложности выполнения работ на высоте.

Тонкопленочные CdTe батареи

Тонкопленочные CdTe батареи

Солнечные батареи на основе теллурида кадмия (CdTe) могут стать реальной альтернативой кремниевым элементам. В настоящее время они демонстрируют эффективность преобразования, в среднем, на 20% выше аналогичных аморфных кремниевых при стоимости на 20% ниже. Достигается это за счет уникальных характеристик полупроводника, обеспечивающую оптимальную ширину запрещенной зоны.

Изготавливаются такие панели путем нанесения слоя полупроводникового материала на тонкие пленки. Технология пока доступна ограниченному кругу производителей, однако серийный выпуск таких батарей уже налажен американской компанией First Solar.

Популярные производители

Чтобы система работала долго, а показатели из технической документации не отличались от реальных, стоит выбирать изделия проверенных изготовителей. Не стоит экономить на качестве, при покупке солнечных батарей это недопустимо. Лучшие варианты на сегодня такие:

1. LG Energy. Занимается разработкой панелей около 30 лет и производит их в промышленных масштабах 11 лет. Завод расположен в Южной Корее, батареи имеют гарантию в 25 лет и относятся к среднему и высокому ценовым сегментам. Продукция премиум-класса популярна в странах Северной Америки и Европы.
2. SunPower. Американская компания, выпускающая солнечные батареи с длительным сроком службы. За 25 лет емкость панелей уменьшается всего на 8%. Изделия дорогие, но считаются одними из самых долговечных на рынке.
3. REC Group. Норвежская фирма с производством в Сингапуре производит надежные панели, дает гарантию на 20 лет, причем емкость падает медленно, поэтому срок службы намного больше гарантийного. Есть варианты из средней и дорогой категорий.
4. Panasonic. Еще один известный бренд. Солнечные батареи этого производителя имеют гарантию 25 лет, качество высокое и срок службы длительный. Изделия хорошо подходят для использования в средних широтах и имеют эффективность 18-20%.
5. Jinko Solar. Китайская компания, которая продает продукцию во всем мире и считается одной из лучших в недорогом ценовом сегменте. Продукция имеет гарантию 25-30 лет, изделия качественные, несмотря на малую цену. Есть варианты как бюджетного, так и среднего класса.
6. Trina Solar. Еще один китайский бренд, который предлагает дешевые панели с неплохими рабочими показателями, но гарантия тут намного меньше – 10 лет, за этот период емкость падает примерно на 10%. Многие специалисты считают этот вариант оптимальным по соотношению цены и качества.
7. Longi Solar. Компания из Китая, которая недавно вышла на мировой рынок, но внутри страны продает недорогие солнечные батареи уже давно. При производстве используются монокристаллы, что обеспечивает хорошую работу даже при низких температурах и плохой освещенности. Эффективность составляет от 18 до 20%.

SunPower – одни из самых долговечных батарей.

Полимерные солнечные панели

В полимерных солнечных модулях фотоэффект обеспечивает слой «полимерного полупроводника» — больших молекул органических соединений. В настоящее время технология таких изделий близка к развертыванию крупномасштабного производства (некоторые европейские компании уже наладили коммерческий выпуск).

Полимерные солнечные панели

По оценкам эффективность преобразования таких устройств лежит в пределах 8-11%. За счет рекордно дешевого производства, использования гибких полимерных материалов, отсутствия проблем с утилизацией, в ближайшей перспективе полимерные гелиомодули смогут составить серьезную конкуренцию уже выпускающимся изделиям.

Производителями также ведутся активные разработки солнечных панелей на основе:

• арсенида галлия, селенидов меди-индия-галлия (CGIS);
• гибридных технологий, в которых несколько полупроводниковых элементов на разной основе работают в разных частях солнечного спектра;

• фотосенсибилизированных ячеек, с колбами Гретцеля в качестве рабочего элемента;
• наноантенн, в которых солнечный свет как электромагнитное излучение индуцирует ЭДС и др.

Мнение эксперта

Гребнев Вадим Савельевич

Монтажник отопительных систем

Многие из них демонстрируют КПД преобразования выше современных серийных панелей (например, полупроводники вплотную подошли к 50%-му рубежу, а эффективность наноантенн оценивается выше 80%), но пока эти варианты находятся на уровне лабораторных образцов и не могут заинтересовать реального пользователя.

Несколько слов об отечественных брендах

Мы назвали лишь 10 известных производителей, популярных в разных странах и регионах мира. Потребности отечественной гелиоэнергетики, в основном, покрываются за счет импорта. Но поскольку солнечная энергетика развивается повсеместно, появляются и местные производители. Предприятий, где производят солнечные панели в Украине, не так много. Этот процесс идет медленно, так как производство фотомодулей – наукоемкое и дорогостоящее, а конкурировать с мировыми брендами нелегко. Вот почему солнечные панели такие дорогие и собственных заводов в стране мало. Из наиболее известных компаний можно назвать киевские и старейшего в Украине производителя пластин из кремния , предприятие «Энхол» (Энергодар, Запорожская обл.), завод в Виннице (основанный KNESS Group), небольшое производство на базе предприятия «Промсвязь» (Одесса) и (г. Александрия, Кировоградская обл.) География регионов, где производят солнечные панели в Роcсии, следующая. Здесь можно выделить компанию «Телеком-СТВ» (г. Зеленоград), , Рязанский завод металлокерамических приборов, предприятие «Сатурн» в Краснодаре, научно-производственное предприятие «Квант» (Москва). А вот в соседней Беларуси, например, собственного производства панелей фактически нет. Правда, осенью 2019 года завод по производству панелей в этой стране запустила немецкая компания Recom, чтобы увеличить свои европейские производственные мощности.

Тип

Выбирают тип солнечной панели из условий инсоляции (количества солнечных дней, интенсивности излучения):

• Так, монокристаллические кремниевые батареи вполне подойдут для установки в южных регионах.
• В Средней полосе и на других российских территориях оптимальным вариантом будут поликристаллические панели, хорошо зарекомендовавшие себя в условиях рассеянного освещения.
• В северных широтах следует обратить более пристальное внимание на аморфные модули, которые позволяют создать значительную площадь батареи без дополнительных монтажных работ.

Внимания требует и категория качества. В маркировке батарей этот параметр указывается как Grade A, B или C. При прочих равных следует отдать предпочтение изделиям Grade A — они прослужат 20-30 лет при незначительной (не более 20%) деградации.

Более низкие категории качества присваиваются продукции по итогам заводских испытаний, которые выявляют отклонение от номинальных параметров не более 5% (Grade B) и 30% (Grade C) в процессе эксплуатации.

Мощность и количество

Определить, какое количество солнечных панелей необходимо, следует по средней и максимальной мощности потребления. Среднюю легко найти в счетах за электроэнергию – месячное потребление делится на количество дней в месяце. Максимальное находится суммированием мощностей всех имеющихся в доме электроприборов.

Кроме мощности потребителей необходимо учесть:

• Время работы солнечных батарей. Как правило, принимается равным 6 часам, соответственно, мощность генерации нужно кратно увеличить.
• Потери на преобразование при зарядке аккумуляторов и получении переменного напряжения на инверторе. С их учетом необходим запас по мощности не менее 30%.
• Пиковые токи. Например, при средней мощности стиральной машины 500 Вт при работе нагревателя может потребляться до 2 кВт. При пуске насосов или других двигателей, пусковые токи могут превосходить номинальные значения в 5-6 раз. Конечно, львиную долю примут на себя аккумуляторы, но запас модулей по току в 20-30% не помешает.
• Географию и погодные условия местности – коэффициент инсоляции. Найти его для зимнего и летнего времени можно в справочниках.

После расчета необходимой мощности генерации рассчитывается мощность, отдаваемая одной батареей:

P = Kc * Wn * Ki

Где:

• Кс – стандартный сезонный коэффициент, 0.5 для лета и 0.7 для зимы.
• Wn – мощность панели, заявленная производителем.
• Ki – коэффициент инсоляции, также берется для лета и зимы.

Рассчитанную необходимую мощность генерации делят на оба (летнее и зимнее) значения. Наибольшее из двух чисел будет минимальным количеством панелей, которые потребуются для электроснабжения дома.

Мнение эксперта

Торсунов Павел Максимович

Окончательно принимают ближайшее число кратное 2 для системы с выходным напряжением 24 В, 4 – для 36 В, 4 – для 48 В.

Монтаж солнечных батарей

К установке солнечных батарей не применяется жестких требований. Смонтировать гелиоприемник можно под наклоном, на вертикальной или горизонтальной поверхности. При этом жесткие панели (моно- и поликристаллические) устанавливают на жесткий каркас, фиксируют в местах крепления при помощи комплектного крепежа. Батареи на эластичной подложке допускают укладку на неровные поверхности (например, волнистую крышу).

Соединения между панелями осуществляют многожильными проводниками с оконцевателями. Сечение токоведущих элементов рассчитывают по величине номинального и максимального тока.

При выборе места и угла установки следует учитывать основное условие максимальной генерации – падение солнечных лучей перпендикулярно плоскости батареи.

Этого можно достичь:

• Ориентировкой модулей в южном направлении.
• Размещением их под углом, равным географической широте местности.

• Изменением угла наклона в пределах +/- 20% соответственно в зимний и летний период.

Кроме того, для монокристаллических панелей критически важно позаботиться об отсутствии затенения – при рассеянном свете их эффективность сильно падает.

Минимальный комплект для частного дома

Покупать лучше всего готовый комплект, чтобы не собирать все элементы отдельно и не разбираться в характеристиках каждого. В готовых наборах есть все нужные узлы, характеристика каждого подобраны так, чтобы система работала с максимальным эффектом. Изучить информацию намного проще, так как она собрана в одном месте и систематизирована.

Что касается комплектности, чаще всего в набор входит следующее:

1. Солнечные батареи. Основная часть, рассчитывать количество надо индивидуально в зависимости от потребления электричества. Заранее продумать расположение, от этого зависит эффективность работы.
2. Контроллер защищает систему, следит за уровнем заряда аккумуляторов и прекращает подачу напряжения, если они заряжены полностью. Ставится как можно ближе к панелям.
3. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный, который нужен для работы бытовых приборов. Подбирать его нужно по мощности и помнить, что номинальный и пиковый показатели различаются. Не надо покупать слишком производительный вариант, если нагрузки основную часть времени небольшие.
4. Аккумуляторные батареи. Накапливают энергию, чтобы отдавать ее в периоды, когда солнечные батареи ее не вырабатывают или вырабатывают в недостаточном объеме. Используется несколько аккумуляторов, соединенных перемычками в единый блок.
5. Кабель для соединения всех элементов сети, перемычки, плавкие предохранители, автоматы защиты и другие мелочи. Опять же, при покупке комплекта все необходимое уже будет в наборе и не придется разбираться, что надо приобрести дополнительно.

Готовый комплект – удобное решение.
Состав комплекта может меняться в зависимости от мощности, типа используемых солнечных батарей и особенностей монтажа . Многие продавцы добавляют стеллаж для установки аккумуляторных батарей и пластиковый бокс на несколько модулей.

При выборе учитывайте не только показатели оборудования, но и производителя. Лучше всего почитать отзывы на специализированных ресурсах или тематических формах. Мнение тех, кто пользуется системой, позволит понять, соответствуют ли указанные данные фактическим и нет ли проблем при эксплуатации выбранного комплекта.

Видео “расскажет” про опыт использования солнечных панелей.

Часто спрашивают

Солнечные батареи во время эксплуатации деградируют. На какой промежуток времени они рассчитаны?

Батареи класса качества А (GradeA), как правило, получают гарантию на 15-25 лет. За это время снижение показателей от номинальных не превышает 20%.

Как можно добиться стабильной отдачи от монокристаллических панелей в Средней полосе?

Инсоляция в этих регионах не способствует эффективной работе монокристаллических батарей. Несколько улучшить положение можно за счет поворотных устройств слежения за светилом, но их реализация существенно удорожает установку в целом.

Обязательно ли чистить/мыть панели?

Не обязательно, большинство производителей говорят, что для нормальной работы достаточно природных осадков, смывающих пыль. Однако несколько раз в сезон обдать водой из шланга будет не лишним. Конечно же, обязательно убирать снег зимой после снегопадов.

Возможно ли использовать в российских условиях солнечные батареи как единственный источник энергии, или следует дублировать его сетью?

При правильном расчете количества панелей и дополнительного оборудования (аккумуляторов, инвертора) солнечная электростанция вполне справится с электроснабжением дома без дублирующих источников.

На рынке сегодня множество предложений разных компаний. Чьи солнечные батареи покупать?

Большинство мелких производителей используют модули компаний, входящих в ТОП 10. Репутацию же производителя легко проверить на сайте Калифорнийской (https://gosolarcalifornia.org/equipment/pv_modules.php) или Европейской TUV (https://www.tuev-sued.de/industry_and_consumer_products/certificates) лабораторий.

Расчеты перед покупкой

Чтобы подобрать комплект с подходящими показателями, нужно в первую очередь рассчитать мощность. Она зависит от энергонагрузки, чем этот показатель выше, тем производительнее потребуются батареи. Для частных домов лучше всего подойдут панели мощностью от 150 до 250 Вт, в то время как для дачного дома достаточно вариантов на 50 Вт.

В первую очередь следует рассчитать базовое потребление энергии, для этого нужно учесть каждый используемый прибор и среднее время его работы в течение суток. Далее надо просто сложить все показатели и получится расчетная нагрузка в киловатт-часах.

Это минимальный показатель, на который нужно ориентироваться. При этом требуется делать определенный запас и учитывать потери энергии, которые происходят в сети, а также что заряд аккумуляторов постепенно падает. Обычно делается запас порядка 30%, но лучше сделать его больше.

Пример системы с восемью аккумуляторами.

Чтобы существенно понизить расход электричества и не приобретать мощное оборудование, которое намного дороже, стоит перевести часть потребителей энергии на напряжение 12 В. Можно поставить светодиодные лампы и приобрести часть бытовой техники под такие характеристики. Это существенно снизит энергопотребление и позволит сэкономить на солнечных батареях.

Обязательно учесть инсоляцию — показатель, отражающий количество солнечной энергии, приходящейся на определенную площадь. Используйте схему с готовыми данными, чтобы рассчитать количество панелей для своего региона. Учитывайте что максимум приходится на лето, а минимум на зиму, не стоит упускать этот момент.

Инсоляция зависит от региона.

Когда на руках есть все данные, можно провести расчеты, за основу брать месяцы с минимальной инсоляцией и ориентироваться на них. В эти периоды система будет работать почти на полную мощность, в остальное время с запасом, что позволит исключить перегрузки и быстрый износ из-за повышенных нагрузок.

АКБ

Что касается аккумуляторов, то самыми доступными сейчас являются кислотные. Основным параметром при подборе является емкость, чем она больше у АКБ, тем лучше.

Есть определенные формулы расчета емкости АКБ, по которым определяется, какой она должна быть, чтобы запитать все необходимые электроприборы.

Если данная система не будет использоваться автономно, без накопления энергии и направлена только на экономию, то установка контроллера и аккумуляторов не нужна.

В такой системе выработанная энергия поступает сразу на инвертор, и далее уже расходуется потребителями.