Установка солнечных панелей: правила сборки, способы крепления и соединения

Основы и состав солнечных станций

Назначение гелиопанелей — сбор и концентрация (притягивание) на себе солнечного света (ультрафиолета), преобразование его через контроллеры, инвертор в электричество и подача его через аккумуляторные батареи или напрямую в сеть 220 В (или 380 В) дома.

Излишки электричества можно продавать. Одно из преимуществ системы — полная автономность, автоматичность. Недостаток — зависимость от погоды, климата, затенения.

Стандартная цель пользователя — подобрать элементы так, чтобы они окупились за наименьший срок. Поэтому очень важна правильная сборка — от нее зависит эффективность оснащения.

Как посчитать необходимую мощность коллектора

При расчете необходимой мощности солнечного коллектора очень часто ошибочно производят вычисления, исходя из поступающей солнечной энергии в самые холодные месяцы года.

Дело в том, что в остальные месяцы года вся система будет постоянно перегреваться. Температура теплоносителя летом на выходе из солнечного коллектора может достигать 200°С при нагреве пара или газа, 120°С антифриза, 150°С воды. Если теплоноситель закипит, он частично испариться. В результате его придется заменить.

Компании производители рекомендуют исходить из таких цифр:

• обеспечение горячего водоснабжения не более 70%;
• обеспечение отопительной системы не более 30%.

Остальное необходимое тепло должно вырабатывать стандартное отопительное оборудование. Тем не менее при таких показателях в год экономится в среднем около 40% на отоплении и горячем водоснабжении.

Мощность вырабатываемая одной трубкой вакуумной системы зависит от географического местоположения. Показатель солнечной энергии падающей в год на 1 м2 земли называется инсоляцией. Зная длину и диаметр трубки, можно высчитать апертуру – эффективную площадь поглощения. Остается применить коэффициенты абсорбции и эмиссии для вычисления мощности одной трубки в год.

Пример расчета:

Стандартная длина трубки составляет 1800 мм, эффективная — 1600 мм. Диаметр 58 мм. Апертура – затененный участок создаваемый трубкой. Таким образом площадь прямоугольника тени составит:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928м2

КПД средней трубки составляет 80%, солнечная инсоляция для Москвы составляет около 1170 кВт*ч/м2 в год. Таким образом одна трубка выработает в год:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86кВт*ч

Необходимо отметить, что это очень приблизительный расчет. Количество вырабатываемой энергии зависит от ориентирования установки, угла, среднегодовой температуры и т.д. опубликовано econet.ru 

Места для установки

При выборе места расположения солнечных батарей стоит учесть несколько важных критериев. Только потом можно определить, где лучше всего расположить модули на участке, чтобы она давали наилучший эффект. Основные рекомендации таковы:

1. Для северного полушария нужно ориентировать солнечные батареи в южную сторону, для южного – наоборот. Это идеальное положение, но если нет возможности расположить уклон строго на юг, подойдет юго-восток или юго-запад.
2. Наклон также нужно подбирать в зависимости от региона. Самый простой вариант, который советуют специалисты – угол наклона должен быть примерно равен широте, на которой расположен дом. Например, Москва находится на 55 широте, но до такого угла поднять модули получается не всегда, поэтому берется максимально возможное значение.
3. Ставить солнечные батареи можно только там, где нет тени. Если поверхность затененная, то эффективность работы будет низкой. Деревья и другие растения можно убрать, но если мешают строения, то решить проблему не получится.
4. Выбирать вариант, который удобен в обслуживании. Сами батареи не нуждаются в особом уходе, но несколько раз за сезон поверхность нужно мыть. От пыли и загрязнений эффективность снижается. Также надо обеспечить доступ ко всем соединениям и модулям, их тоже надо периодически проверять.
5. Учитывать допустимую нагрузку на крышу, если система будет располагаться там. Чаще всего проблем не возникает, так как батареи весят немного, но если стропильная система старая, а кровля не очень надежная, нужно или переделать ее, или укрепить.

Для установки выбирать скаты с южной стороны, которые не затеняются.

Есть несколько вариантов монтажа панелей, каждый из них имеет свои особенности. Лучше заранее продумать этот момент и оценить сложность реализации выбранной технологии. Используйте тот способ, который требует меньше усилий и затрат. Основные методы таковы:

1. Установка солнечных панелей на скатной крыше дома или другой постройки. Самое распространенное решение, которое позволяет сэкономить место и снижает вероятность случайного повреждения. При этом электричество поступает сразу в здание, что повышает эффективность системы. Для всех видов кровли есть готовый крепеж, поэтому с монтажом проблем не возникнет.

2. Плоские крыши. Встречаются реже, но если нужно установить солнечные батареи на такой поверхности, чаще всего делается каркас, чтобы обеспечить хотя бы небольшой угол наклона. Это повысит эффективность системы и упростит ее обслуживание.
3. Установка на стене – вариант, который используют редко из-за сложности монтажа и большой площади элементов. В этом случае надо предварительно сделать несущую систему, а на нее крепить солнечные батареи.
4. При расположении модулей на земле обычно делается каркас с подходящим углом и они устанавливаются в несколько рядов. В таком случае можно сделать систему как неподвижной, так и поворотной, чтобы подстраиваться под солнце, это увеличит эффективность выработки электроэнергии.

Место для инвертора

Это оборудование преобразует постоянный ток от солнечных батарей в переменный, который используют все бытовые приборы. Подбирать его следует исходя их характеристик панелей. Все рассчитывается в проекте, поэтому надо купить вариант с нужными характеристиками. При выборе места стоит учесть следующее:

1. Чем ближе преобразователь к источнику тока, тем меньше теряется энергии при передаче и тем эффективнее работает система. Поэтому по возможности его следует располагать как можно ближе к точке подключения.
2. При установке панелей на крыше или стене дома без использования аккумуляторов лучше всего ставить инвертор на чердаке. Температура там подходит для оборудования, место лучше подготовить заранее, обеспечить хорошую вентиляцию, чтобы исключить перегрев летом.
3. Обеспечить удобство обслуживания преобразователя. Не ставить его в местах с ограниченным доступом, так как время от времени нужно чистить корпус от пыли и проверять соединения. Чтобы постоянно не контролировать показания, лучше выбирать модели с беспроводным модулем, чтобы данные передавались в интернет и можно было смотреть их через смартфон или компьютер.

Многие модели инверторов можно крепить на стене.

Главное – не ставить оборудование слишком далеко и защитить его от неблагоприятных воздействий. Соблюдать рекомендации производителя по установке, чтобы исключить любые проблемы.

Правильный монтаж

Схема подключения солнечных панелей намного сложнее, чем централизованный ввод городской сети. Домашняя электростанция состоит минимум из четырех элементов.

Мы не рассматриваем примитивные системы освещения садовых дорожек на 12 вольт. Речь пойдет о полноценном энергоснабжении 220 вольт.

Собственно фотоэлементы. Принцип работы и критерии выбора мы уже рассмотрели. Расчет мощности производится от базовой цифры 5 кВт на 1 дом. Это приблизительно 20–40 стандартных панелей площадью по 0.5 м². Блок управления (контроллер). Без него невозможно функционирование вашей электростанции. Как правильно выбрать контроллер заряда для солнечной батареи? Он должен поддерживать общую мощность системы энергоснабжения, обеспечивать заряд аккумуляторов и правильно распределять поток мощности при одновременном потреблении и заряде.Кроме того, на контроллере лежит ответственность за безопасность системы, в том числе и пожарная.Прибор может входить в комплект электростанции, либо приобретается отдельно. Функционал у всех моделей стандартный. При выборе вы определяете мощность, вольтаж (12 или 24) и главный критерий — срок службы (гарантия). При выходе из строя контроллера, ваше энергоснабжение определяется емкостью аккумуляторов (пока не разрядятся). Модуль аккумуляторных батарей

Пожалуй, второй по важности элемент в «электростанции». Он служит накопительным буфером энергосистемы. Фактически, отбор мощности происходит именно от батарей

Солнечные элементы лишь восстанавливают отданный запас энергии (заряжают АКБ). Разумеется, могут быть периоды, когда часть нагрузки ложится на фотоэлементы (если вырабатываемая энергия существенно выше затрат на зарядку). Тогда можно сказать, что ваш телевизор или холодильник питается напрямую от солнца. Перед тем, как установить солнечные батареи, необходимо рассчитать емкость аккумуляторов. Делается это просто: при входной мощности 3 кВт, ток потребления не превышает 15 А (в сети 220 вольт). На выходе 12 вольтовых батарей ток будет уже 250 А (в соответствии с законом Ома). Разумеется, такая мощность отбирается не постоянно, но для примера в расчетах мы возьмем именно эти цифры. То есть, если вы установите 5 батарей емкостью по 100 А×ч каждая, то при такой нагрузке заряд закончится через 2 часа.Разумеется, это условные цифры: в реальности существует множество поправок в расчетах. Но базовый ток и мощность исчисляются именно по такому принципу.Существуют различные батареи: кислотные, щелочные, гелевые… По-большому счету, гоняться за самыми «продвинутыми» системами нет смысла. А сэкономить можно лишь на возможности обслуживания: батареи, за которыми требуется надзор, стоят дешевле. Преобразователь напряжения. Вы можете отбирать мощность напрямую у АКБ, если ваши потребители рассчитаны на 12 вольтовое питание. Однако большинство электроприборов рассчитаны на 220 вольт. Поэтому на выходе устанавливается преобразователь 12–220В. К нему подключается ваша внутренняя электросеть

Фактически, отбор мощности происходит именно от батарей. Солнечные элементы лишь восстанавливают отданный запас энергии (заряжают АКБ). Разумеется, могут быть периоды, когда часть нагрузки ложится на фотоэлементы (если вырабатываемая энергия существенно выше затрат на зарядку). Тогда можно сказать, что ваш телевизор или холодильник питается напрямую от солнца. Перед тем, как установить солнечные батареи, необходимо рассчитать емкость аккумуляторов. Делается это просто: при входной мощности 3 кВт, ток потребления не превышает 15 А (в сети 220 вольт). На выходе 12 вольтовых батарей ток будет уже 250 А (в соответствии с законом Ома). Разумеется, такая мощность отбирается не постоянно, но для примера в расчетах мы возьмем именно эти цифры. То есть, если вы установите 5 батарей емкостью по 100 А×ч каждая, то при такой нагрузке заряд закончится через 2 часа.Разумеется, это условные цифры: в реальности существует множество поправок в расчетах. Но базовый ток и мощность исчисляются именно по такому принципу.Существуют различные батареи: кислотные, щелочные, гелевые… По-большому счету, гоняться за самыми «продвинутыми» системами нет смысла. А сэкономить можно лишь на возможности обслуживания: батареи, за которыми требуется надзор, стоят дешевле. Преобразователь напряжения. Вы можете отбирать мощность напрямую у АКБ, если ваши потребители рассчитаны на 12 вольтовое питание. Однако большинство электроприборов рассчитаны на 220 вольт. Поэтому на выходе устанавливается преобразователь 12–220В. К нему подключается ваша внутренняя электросеть.

Подключение к энергосистеме дома

Что же касается интеграции собранного гелибатареи в энергосистему частного дома, то здесь есть несколько вариантов. Так, самой востребованной является схема с использованием контроллера заряда, батарейного инвертора и аккумуляторных батарей. Напряжение от гелиополя сначала направляется на заряд АКБ и лишь после этого передается на нагрузку.

Нагрузку, как правило, подразделяют на 2 категории: резервируемую (холодильники, газовые котлы, аварийное освещение и т.д.) и не резервируемую (обычное освещение, компьютер и пр.). Потребляемая мощность резервируемых приборов может быть любой, но длительность их автономной работы определяется емкостью АКБ.

Благодаря наличию особого батарейного инвертора становится возможной передача электричества на нагрузки в том случае, если напряжение на АКБ превышает заданное значение. При этом потребители могут запитываться от гелиоэнергии даже при наличии напряжения в центральной электросети. Таким образом, существенно уменьшается внешнее энергопотребление дома.

При отключении центральной сети инвертор запитает резервируемую нагрузку от АКБ. Если гелиополе в это время производит энергию, то инвертор использует и ее. Излишки солнечной энергии, не расходуемые на нагрузку, пойдут на зарядку АКБ. Данная схема отлично подходит для обеспечения автономного энергоснабжения, она работает и при отсутствии центрального напряжения питания. Но при этом не резервируемая нагрузка будет запитываться только от солнца (по остаточной технологии), приоритетными являются резервируемые потребители.

Если же планируется использовать гелиополе лишь для снижения энергопотребления из внешней сети, то можно воспользоваться более простой и дешевой схемой. Она гораздо выгоднее при редких и кратковременных отключениях электричества. Днем гелиополе снабжает энергией потребителей, если этого недостаточно, то электричество забирается из внешней сети. Но при отключении централизованного питания инвертор выключится и солнечная энергия не будет использоваться. Резервируемая нагрузка будет питаться от АКБ.

Мой личный опыт использования солнечных панелей без подключения к РЭС

Энергия и элементы питания

В статье описывается самый обычный эксперимент с получением электрической энергии от солнца.

Схема электропитания дома от солнца

Система солнечного электроснабжения включает:

• Гелиопанели.
• Контроллер.
• Аккумуляторы.
• Инвертор (трансформатор).

Контроллер в этой схеме защищает как солнечные батареи, так и АКБ. С одной стороны он препятствует протеканию обратных токов по ночам и в пасмурную погоду, а с другой – защищает аккумуляторы от чрезмерного заряда/разряда.

Примерный комплект оборудования

Аккумуляторные батареи для гелиопанелей следует подбирать одинаковые по возрасту и емкости, иначе зарядка/разрядка будут происходить неравномерно, что приведет к резкому снижению срока их службы

Для трансформации постоянного тока на 12, 24 либо 48 Вольта в переменный 220-вольтовый нужен инвертор. Автомобильные аккумуляторы применять в такой схеме не рекомендуется из-за их неспособности выдерживать частые перезарядки. Лучше всего потратиться и приобрести специальные гелиевые AGM либо заливные OPzS АКБ.

Экономическая обоснованность

Сроки окупаемости солнечных панелей посчитать несложно. Умножьте суточное количество производимой энергии в сутки на количество суток в году и на срок эксплуатации панелей без снижения мощности — 30 лет. Рассмотренная выше электроустановка способна генерировать в среднем от 52 до 100 кВт·ч в сутки в зависимости от продолжительности светового дня. Среднее значение составляет около 64 кВт·ч. Таким образом, за 30 лет электростанция в теории должна выработать 700 тыс. кВт·ч. При одноставочном тарифе в 3,87 руб. и стоимости одной панели около 15 000 руб, затраты окупятся за 4–5 лет. Но реальность более прозаична.

Дело в том, что декабрьские значения солнечной радиации меньше среднегодовых примерно на порядок. Поэтому для полностью автономной работы электростанции зимой требуется в 7–8 раз больше панелей, чем летом. Это существенно увеличивает вложения, но уменьшает срок окупаемости. Перспектива введения «зеленого тарифа» выглядит вполне ободряюще, но даже на сегодняшний день можно заключить договор на поставку электроэнергии в сеть по оптовой цене, которая втрое ниже розничного тарифа. И даже этого достаточно, чтобы выгодно продавать 7–8 кратный излишек выработанной электроэнергии в летний период.

Уход за солнечными батареями

В зимний период, когда выпадает снег, выработка электроэнергии панелями сводится к нулю. Логично, что их необходимо очищать от осадков. Для очистки снега на батареях, которые установлены на опорах, Вам понадобится щетка с длинной ручкой или воздуходувка. Если же они размещены на здании, то еще на моменте монтажа стоит позаботиться о беспроблемном доступе к ним. Часто к стенам батареи крепятся под углом 90°. В таком случае, возможно, и вовсе не придется чистить снег – он будет пролетать мимо.

Выработке солнечной энергии мешает не только снег, а и птичий помет, чрезмерное количество пыли, грязи. Поэтому модули нуждаются в уходе не только зимой, а и в теплое время года. Чтобы избавиться от всего этого, поливайте панели водой из шланга приблизительно до четырех раз в год в зависимости от степени загрязнения.

Кроме того, время от времени нужно проверять, должным ли образом работают все источники альтернативной энергии на Вашем участке. Также всего лишь раз в 10 лет понадобится замена батареек.

Итак, самостоятельно установить систему солнечных батарей вполне возможно. К тому же, делая все своими руками, Вы заметно сэкономите

Но самое важное – правильно подобранные и установленные источники альтернативной энергии окупят себя уже за 3-4 года

Этапы установки оборудования

Схема монтажа панелей

К выполнению монтажных работ можно приступать сразу после приобретения комплекта, так как все необходимое для этого поставляется вместе с панелями.

Обычно в комплектацию включены:

• Крюки;
• Крепления;
• Профили из алюминия.

Сам процесс установки солнечных панелей заключается в следующем. На поверхности крыши при помощи крюков крепятся панели.

Специалисты рекомендуют, если установка солнечных батарей предполагается на плоскую крышу, то между ней и панелью должен оставаться небольшой зазор. Это необходимо для того, чтобы избежать потери производительности системы из-за нагрева фотоэлементов.

Монтаж солнечных батарей выполняется следующим образом. Вначале собирают каркас, используя для этого болты диаметром 6 и 8 мм. Затем он фиксируется при помощи металлических угольников, придающих конструкции прочность и нужный угол наклона.

Смотрим видео, этапы монтажа:

Панель подвешивается к крыше посредством специальных шпилек. Но чтобы она не лопнула необходимо в процессе выполнения монтажа солнечных батарей следить за поверхностью каркаса. В ней не должно быть перекосов.

Рекомендации специалиста

Поскольку энергия, вырабатываемая батареей не может применяться напрямую, то между ней и сетью устанавливают инвертор. Есть несколько вариантов его подключения:

• Автономный;
• Резервный;
• С возможностью продажи излишков.

Первый способ монтажа используется в населенных пунктах, где нет электросетей. Для его реализации потребуются аккумуляторы большой мощности, которые будут накапливать энергию днем и отдавать ночью.

Резервный способ подключения подходит для объектов с централизованной сетью. В таком случае устанавливаемые солнечные батареи играют роль дополнительного источника питания, что позволяет снизить цену на электричество.

Также профессионалы не рекомендуют устанавливать солнечные батареи на крышу темного цвета, так как на ней они будут чрезмерно нагреваться. Идеальным вариантом является монтаже на светлое покрытие способное отражать лучи. Именно такой, рассеянный свет лучше всего воспринимается панелями.

Если планируется монтаж нескольких батарей, то расстояние между рядами не должно быть меньше 1,7 от их высоты, иначе элементы будут затенять друг друга.

Подключение солнечных панелей

Выбирая место для монтажа необходимо учитывать освещенность поверхности, поэтому идеально располагать панели с южной стороны здания. Большое влияние на выработку энергии играет и угол наклона. Он может быть 15-90 градусов и выбирается в зависимости от географической широты расположения населенного пункта.

Не должны затенять панели и соседние конструкции, деревья, антенны. Потому что даже небольшой участок на которые не попадают солнечные лучи, способен значительно снизить выработку энергии.

В процессе эксплуатации необходимо периодически очищать батареи от пыли и грязи, поскольку они также снижают производительность оборудования.

Заключение

В монтаже нет особых сложностей, и они могут быть установлены самостоятельно. Однако, прежде чем приступать к этому, нужно учесть определенные правила и особенности самого процесса. А кроме этого стоит учитывать, что такие системы не являются идеальными и имеют свои недостатки. Причем это не только значительная стоимость, но и недостаточная эффективность работы в холодное время года.

Сборка, угол наклона

Саму установку, как соединять солнечные панели опишем вкратце, так как крепления и прочие нюансы также отдельные темы. Монтаж состоит в закреплении панелей на каркасе, есть несколько типов фиксаторов, кронштейнов: на шифер, на металл, черепицу, скрытые на обрешетку крыши.

Опорные рейки, зажимы, прижимы (концевые и центральные) направляющие покупаются или есть в комплекте для выбранного варианта установки.

Соединяющие стыковые элементы создают из фиксирующих реек каркас. Применяют также клеммные элементы и держатели для жил — они объединяют алюминиевые рамки и заземляют их, фиксируют кабели.

Если монтаж производится на крышу с наклоном, то оптимальный угол для панелей 30… 40° в северных широтах больше, например, 45°. В общем, для самоочистки модулей дождем угол должен быть от 15°.

Указанные позиции создают опорными профилями, часто делают удобную сборно-разборную регулируемую, поворачивающуюся конструкцию.

При неравномерно освещении массива, панель на более светлом месте выдает больший ток, который частично расходуется на нагрев СБ нагруженных меньше. Чтобы исключить такое явление, используют отсекающие диоды, впаиваемые между плоскостями с внутренней стороны.