Ставим солнечные батареи на крышу дома: тонкости выбора и монтажа

Кратко об основах: что такое солнечные панели, и как они работают

Солнечные батареи — это модули, которые состоят из нескольких десятков фотоэлектрических элементов, соединенных последовательно или параллельно. Как только на фотоэлектрический элемент попадает свет, он начинает вырабатывать электричество, причем чем интенсивнее освещение, тем больше электроэнергии можно получить. В средней полосе России летом качественные солнечные панели для дома могут вырабатывать около 150 Вт/м2 в пике и примерно 120 Вт/м2 в обычных условиях.

Принцип работы солнечных батарей

Свет — это поток фотонов, элементарных частиц с небольшой энергией. Когда свет попадает на солнечный элемент, материал, из которого он состоит, поглощает небольшое количество фотонов. Из-за этого высвобождаются электроны, и между контактными слоями возникает электрический ток. И хотя энергия каждого фотона невелика, их много, поэтому солнечные панели на крыше частного дома способны выдавать тысячи киловатт, а мощность крупных солнечных электростанций исчисляется мегаваттами.

Солнечный элемент состоит из семи основных слоев:

• антибликовое стекло;
• лицевой контакт;
• кремний n-типа;
• разделительный слой;
• кремний p-типа;
• задний контакт;
• подложка.

Верхний антибликовый слой защищает фотоэлектрические элементы от повреждения и попадания влаги, одновременно увеличивая светопоглощающую способность панелей. Именно из-за стекла многие солнечные батареи характерного синего цвета. Два вида кремния нужны для появления разницы потенциалов при выбивании электронов фотонами. Эту разницу потенциалов снимают с двух контактов — лицевого и заднего — в виде постоянного тока напряжением около 0,5 В. Подложка — основа для монтажа солнечных элементов, которая так же, как и стекло, защищает панель от попадания внутрь нее влаги.

Из-за такой простой конструкции у солнечных панелей большой срок службы — 35-40 лет. Причем деградация качественных батарей во многом связана не с разрушением кристаллов кремния, а с потемнением подкладочной EVA пленки, которую укладывают между фотоэлементами и стеклом.

Виды солнечных панелей

Солнечные панели делают из кремния (Si), но есть батареи из теллурида кадмия (Cd-Te) и селенида галлия-меди-индия (CIS или CIGS).

Независимо от материала, солнечные панели бывают трех видов:

1. Монокристаллические. Эти солнечные панели сделаны из одного кристалла чистого кремния. У них наибольший КПД — до 22% — при ярком солнце, а деградация структуры происходит медленнее, чем у батарей другого типа — производители дают не менее 25 лет гарантии на монокристаллические элементы.
2. Поликристаллические. Как видно из названия, эти панели сделаны не из одного, а из множества разнонаправленных кристаллов кремния. Это сказывается и на КПД — обычно он не превышает 18%, и на сроке службы — поликристаллические панели быстрее стареют. Тем не менее в России чаще всего устанавливают именно поликристаллические солнечные батареи на крышу частного дома, поскольку они существенно дешевле монокристаллических.
3. Тонкопленочные или аморфные. Этот вид солнечных панелей недорогой, поскольку для их производства нужно наименьшее количество кремния. КПД у тонкопленочных солнечных панелей последнего поколения составляет всего 8-12%, зато они лучше кристаллических элементов работают в условиях рассеянного света — в пасмурную погоду или в условиях затенения от близлежащего дерева аморфные солнечные панели выдают на 10-15% больше электроэнергии, чем монокристаллические модули.

Кроме «чистых» панелей, работа которых основана на одном типе материала, есть и гибридные гетероструктурные (HJT или HIT) солнечные батареи. В них используется одновременно и кристаллический, и аморфный кремний.

Как выбрать солнечные батареи

При выборе комплекта солнечных батарей следует учитывать такие характеристики:

1. Производитель. Это ключевой фактор. Желательно, чтобы производитель осуществлял полный цикл производства: от кремния до самих батарей.
2. Толеранс. Это разница между паспортной и реальной мощностью солнечной батареи. Если реальная мощность меньше паспортной, то толеранс негативный, если больше, то позитивный. Толеранс должен быть нулевым или позитивным, поскольку при негативном толерансе вы все равно платите полную стоимость, то есть оплачиваете несуществующие ватты. Допустим, у панелей негативный толеранс, но он не больше 2-3%. Это значит, что при номинальной мощности 100 кВт/м2 панель должна выдавать не меньше 97-98 кВт/м2.
3. Температурный коэффициент. При увеличении температуры мощность солнечной панели уменьшается. Температурный коэффициент отображает, насколько мощность упадет с ростом температуры, поэтому чем он меньше, тем лучше.
4. Значение PTC. Чтобы солнечные батареи разных производителей можно было сравнивать, они тестируются при стандартных условиях (STC). Эти условия далеки от реальных, поэтому был разработан независимый стандарт PTC, который лучше отражает условия эксплуатации панелей. Чем ближе отношение PTC/STC к единице, тем лучше солнечная батарея будет работать на крыше вашего дома.
5. КПД панелей. Здесь все просто: чем выше КПД, тем лучше панели преобразовывают солнечную энергию в электрическую. Допустимым считается КПД от 15%, но оптимальный показатель выше — 18-20%.
6. Срок гарантии. Мы уже говорили о гарантии на панели в 25 лет. Это минимальный срок и фактический стандарт отрасли. Поэтому, если вы хотите купить солнечную панель для дома, а не переносной солнечный модуль для кемпинга, обращайте внимание на срок гарантии и всегда внимательно изучайте условия.

Что влияет на производительность солнечной электростанции

Максимальная производительность домашней солнечной электростанции ограничена производительностью солнечных панелей. А вот то, сколько электричества будет вырабатывать система в реальных условиях, зависит от целого ряда не всегда очевидных для покупателя вещей.

Качество оборудования

Кроме самой солнечной панели, в домашнюю СЭС входит как минимум еще два устройства: контроллер и инвертор. И обычно их подбирают по остаточному принципу. Из-за этого потери на них могут достигать 20-25%. То есть вы будете получать всего 75% от вырабатываемой солнечными панелями энергии только потому, что не уделили выбору инвертора и контроллера достаточно внимания. Для сравнения, по стандарту потери не должны превышать 5%.

Качественный инвертор — это, прежде всего, устройство с высоким КПД — от 95%. Причем это должен быть реальный КПД, а не просто числа на корпусе.

Расположение

Эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую зависит от угла, под которым лучи солнца падают на панель. Этот угол максимальный, если панели направлены строго на юг. В этом случае домашняя СЭС будет выдавать наибольшую мощность. Юго-восточное и юго-западное направление чуть хуже, но это тоже хороший вариант — мощность будет ниже, но незначительно. Направлять панели на запад, восток и тем более на север нежелательно из-за сильного снижения производительности домашней солнечной электростанции.

Если скаты дома направлены на запад или восток, то выгоднее ставить панели прямо на грунт. Такой монтаж солнечных батарей немного дороже из-за заливки фундамента и необходимости в мощном каркасе, но эти расходы окупаются большей производительностью панелей.

Уровень инсоляции

Далеко не все регионы подходят для установки солнечных батарей. Это опять-таки связано с углом падения солнечных лучей, только на этот раз не с горизонтальным, а с вертикальным. И чем ближе к югу, тем выше солнце над горизонтом и больше солнечных дней.

Кроме того, от географических координат зависит и угол наклона солнечных панелей. На севере их нужно ставить под большим углом, а по мере движения на юг этот угол уменьшается до тех пор, пока не становится почти нулевым на экваторе.

Независимо от уровня инсоляции, выработку солнечных панелей можно увеличить, если установить их на поворотные платформы и подключить к устройству слежения за солнцем. Устройство поворачивает солнечную батарею в течение дня так, чтобы она, как подсолнух, постоянно была направлена на солнце. Для этого панели крепят на держателе, который параллелен полярной оси. Именно такой способ монтажа описывает последняя строчка в таблице. Поворотные устройства очень эффективны, но при этом стоят они дорого, поэтому солнечные панели для дома оснащаются ими редко.

Затенение панелей

Поставить солнечные батареи на крышу дома, который расположен в лесу среди деревьев, вряд ли получится. Точнее, установить их можно, вот только эффективность панелей в тени невелика. Тоже касается и любой другой тени, например, от близлежащего многоквартирного дома или большого коттеджа соседа. Если затенение есть, то нужно либо убрать препятствие, например, дерево, либо установить панели не на кровле, а на солнечной части приусадебного участка.

5 причин поставить солнечные панели на крыше дома

Установка солнечных батарей на крыше дома в ряде случаев более чем оправдана из-за пяти причин:

1. Автономность. Для домов вдали от цивилизации солнечные батареи — настоящая находка. В отличие от генераторов, топливо для которых может закончиться, солнце будет светить всегда. Поэтому на базе солнечных панелей можно построить действительно автономное электроснабжение дома.
2. Экологичность. «Зеленые» активно спорят с экологичностью солнечных батарей, справедливо указывая, что на производство некоторых из них тратится больше энергии, чем можно получить за все время их эксплуатации. Вот только изготавливают панели в тысячах километров от вашего дома, а бензиновый генератор отравляет воздух на крыльце. Поэтому солнечные панели однозначно экологичнее.
3. Защита от перебоев электроэнергии. Для охранной и пожарной сигнализации, котла отопления и даже холодильника длительное отключение электроэнергии приводит к проблемам. Солнечные батареи даже небольшой мощности обеспечивают бесперебойное питание критическим потребителям в любых условиях.
4. Экономия электроэнергии. Монтаж солнечных батарей на крыше дома сильно снижает расходы на оплату электричества.

Конечно, эти преимущества нужно сопоставлять с эффективностью солнечных панелей в конкретных условиях, а также со стоимостью системы.

Сколько стоит установка домашней солнечной электростанции

Цена установки солнечных батарей на крыше в основном зависит от двух факторов: вида системы и её мощности. И если с мощностью все понятно — чем она больше, тем дороже домашняя солнечная электростанция, то о её видах расскажем подробнее.

Системы электроснабжения с солнечными панелями на крыше дома бывают трех видов:

1. Автономные. В этом случае дом получает электроэнергию только от солнечных батарей и, возможно, бензинового или дизельного генератора. Для работы системы необходимы аккумуляторы и немало: их емкости должно быть достаточно, чтобы обеспечить бесперебойное электроснабжение в темное время суток.
2. Соединенные с сетью. В такой системе недостаток энергии компенсируется от общей электросети, в нее же отдаются излишки в пиковое время выработки. В этом случае не нужны аккумуляторы, а на отданной энергии можно даже заработать. Но при перебоях в электроснабжении солнечные батареи работать также не будут.
3. Гибридные. Эти системы оснащают аккумуляторами, но после их полной зарядки в пиковое время не отключают панели, а передают электроэнергию с них в сеть. Также от сети можно компенсировать недостаток электроэнергии, в том числе и зарядить аккумуляторы.

Аккумуляторные батареи стоят дорого, к тому же их нужно менять раз в 3-8 лет в зависимости от типа аккумулятора и режима использования. Поэтому их наличие сильно удорожает систему. Если брать средние числа, то:

1. Автономная система на 1 кВт*ч/сутки в среднем будет стоить около 100-120 тысяч рублей, а при мощности в 5 кВт*ч/сутки её цена может увеличиться до 300 тысяч рублей. На этом примере видно, что для оценки порядка цен неважно, сколько стоит солнечная батарея на крышу конкретного производителя. Нужна только информация о стандартной цене 1 Вт энергии. Тип солнечных батарей, их производитель, марка инвертора и контроллера, конечно, влияют на цену, но дают её изменение на десятки процентов, а не в разы.
2. Соединенная с сетью система на 1 кВт*ч/сутки будет стоить около 85-100 тысяч рублей, а при мощности в 5 кВт*ч/сутки её цена увеличится до 250-270 тысяч рублей.
3. Гибридная система стоит на 10-15% дороже автономной аналогичной мощности за счет большей сложности монтажа.

При расчете стоимости установки солнечных батарей смотрите цену 1 кВт полностью готовой системы с установкой и без нее. Так вы сможете быстро сравнить предложения разных компаний между собой и выбрать самое выгодное.

Установка солнечных батарей в частном доме

Установка солнечных панелей на крыше — это сложная задача, поскольку нужно не просто закрепить батареи на крыше, но и правильно соединить их и собрать в одну систему. Поэтому монтажом должны заниматься специалисты. При этом подготовительный этап работ — ответственность владельца дома.

На подготовительном этапе вы должны оценить состояние кровли. Убедитесь, что стропильная система выдержит дополнительную нагрузку. В среднем сами панели весят 15-18 кг/м2, что обычно не критично. Но если крыша пологая, то батареи наклоняют с помощью подпорных конструкций. В этом случае снег будет скапливаться как на самом скате, так и на панелях, и тогда нагрузка может стать существенной. Если у вас такой случай, укрепите стропильную систему подпорками и дополнительными упорами.

Наконец, всегда проверяйте, какие монтажные комплекты будут использовать строители. В остальном придется довериться монтажной бригаде. При этом старайтесь контролировать качество работ на каждом этапе.

Подведем итоги

Солнечные батареи могут обеспечить полную энергетическую автономию дома.

При выборе солнечных панелей нужно учитывать их производителя, толеранс, температурный коэффициент, КПД, PTC и сроки гарантии. Солнечные батареи будут работать плохо, если направить их не на юг, а на север, установить в месте, на которое падает тень, и сэкономить на других элементах системы: контроллере и инверторе.

Монтажом солнечных панелей должны заниматься профессионалы. Но контроль за качеством работ, а также подготовительный этап обычно берет на себя владелец дома. Нужно проверить состояние кровли, убедиться, что она выдержит дополнительную нагрузку.

Данная информация носит исключительно информационный (ознакомительный) характер и не является рекомендацией.

Автор

Смирнова Яна

Копирайтер-редактор

Эксперт

Новиков Игорь

Строитель, блогер