ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ДОМА

Бостанов Р.Х

Научный руководитель д.т.н., проф. Соломин В.А.

Ростовский государственный университет путей сообщения

Общепризнано, что основным фактором развития цивилизации является использование источников энергии. Сегодня уже никто не оспаривает выдвинутый наукой тезис: углеродные ресурсы истощаются, и если поиск альтернативных источников энергии не увенчается успехом, то перспективы нашей цивилизации, мягко говоря, невелики. Из возможных "преемников", которые могут подхватить эстафету у традиционной энергетики, наиболее привлекательно среди альтернативных источников выглядит энергия Солнца, экологически чистая уже потому, что миллиарды лет поступает на Землю и все земные процессы с ней свыклись.

Настало время начинать задумываться об экономии электроэнергии путем использования различных энергосберегающих технологий. В последнее время применение энергии солнца в домашних условиях интересует практически всех рационально мыслящих людей, которые прекрасно понимают, что лучше один раз потратиться на установку солнечных батарей, а потом в течение многих лет иметь существенную экономию семейного бюджета. Тем более, с каждым днем цены на энергоносители, как в нашей стране, так и во всем мире неуклонно растут. На горизонте истощение природных ресурсов и обоснованность и необходимость применения альтернативных источников электроснабжения возрастает многократно.

Рис. 1 Схема автономной системы электроснабжения

Принцип действия солнечных батарей состоит в прямом преобразовании солнечного света в электрический ток. При этом генерируется постоянный ток. Энергия может использоваться как напрямую различными нагрузками постоянного тока, так и запасаться в аккумуляторных батареях для последующего использования при необходимости. Также, аккумуляторные батареи обеспечивают питание пиковой нагрузки, т.е. ток нагрузки обеспечивается суммой токов от солнечной батареи и от аккумулятора. Если необходимо получить 220В переменного тока, то необходимо использовать преобразователи постоянного тока в переменный ток - инверторы.

Если использовать солнечную электростанцию круглогодично, расчёт надо производить по месяцам с наихудшими параметрами по инсоляции (конечно, если предполагается использовать только солнечную энергию). КПД солнечных батарей для расчётов надо принимать не выше 14% (а лучше 12%), т.к., несмотря на КПД элементов 16 или даже 17 % (а чаще используются элементы с КПД 14-15%), часть излучения отразится от поверхности стекла закрывающего элементы (даже если используется антибликовое стекло), часть излучения погасится в толщине стекла, т.к. не вся поверхность солнечной батареи закрыта кремниевыми пластинами (между ними есть зазоры 2-3 мм). Кроме этого некоторые элементы имеют обрезанные углы, что также уменьшает полезную площадь. Некоторые изготовители приводят примерную выработку энергии в месяц при разных уровнях солнечного излучения.

Энергия, полученная от солнечных батарей, направляется на зарядку аккумуляторов. Это необходимо по двум причинам:

- сглаживание неравномерности поступления энергии, например, в облачную погоду;

- реализация потребности в электроэнергии тогда, когда нет солнечного излучения (ночью и в пасмурные дни).

К необходимым свойствам аккумуляторов, применяемых в солнечных электростанциях, добавим и низкий уровень саморазряда (иногда изготовители указывают эту отличительную черту). Обычный кислотный аккумулятор требует подзарядки не реже чем один раз в шесть месяцев, иначе выходит из строя. Через год после начала эксплуатации уровень саморазряда обычного кислотного аккумулятора достигает 1,5% в день от его номинальной ёмкости. Поэтому к аккумуляторам, применяемым в солнечных системах, предъявляются специфические требования.

Теперь перейдём к инверторам. Вообще, идеальной конструкцией солнечной электростанции следует считать ту, где разные группы нагрузок получают питание от разных инверторов, и количество и мощность инверторов соответствует количеству и мощности автоматических выключателей в распределительном щитке.

Но в целом качественный инвертор должен выдавать чистый синусоидальный сигнал с искажениями меньше 3 %, не менять значение амплитуды напряжения при подключении нагрузки более 10 %, осуществлять двойное преобразование (первое - постоянного тока, второе – переменного), иметь аналоговую часть вторичного преобразования с качественным трансформатором, иметь значительный запас по перегрузке и набор защитных функций от короткого замыкания в нагрузке, от неправильного подсоединения к аккумуляторам, от перегрузки, от неисправности аккумуляторов, не допускать глубокого разряда аккумуляторов. Все остальные функции могут быть, а могут и отсутствовать.

Проведем примерный расчет потребления электроэнергии в индивидуальном доме, где имеются 2 телевизора, компьютер, видеомагнитофон, компьютер, 2 холодильника, 10 шт. осветительных ламп, насос системы водоснабжения, стиральная машина, кратковременно используются мощные приборы типа утюга, чайника, электроинструмента. Энергопотребление такого дома составит около 400 кВт*ч в месяц. При расчете предполагается, что в доме используется автономные системы газового отопления и горячей воды. Это довольно роскошный дом по набору электроприборов. Для типичного среднего потребителя реальны цифры в 200-300 кВт*час и ниже. Кстати, среднестатистические данные по России указывают цифру суточного потребления электроэнергии в 3 кВт*ч, т.е. примерно 100 кВт*ч в месяц. Для энергопотребления дома в выше приведенном примере индивидуального дома, если потребление составляет 400кВт*ч в месяц, то источник должен быть 400000/(31*24) = 533Вт.

По различным данным из реального опыта тех, кто использует сегодня предлагаемое оборудование и продавцов данного оборудования, предлагающих как комплекты, так и элементы оборудования, стоимость всего комплекта для среднего сельского дома может варьироваться от 40000 рублей до 200000 рублей. Если просчитать все коммунальные платежи семьи в таком доме, который отапливается за счёт центрального отопления в нашем селе, то за месяц в среднем это обходится около 5 тысяч рублей. Таким образом, если посчитать на перспективу, то в течение 2-5 лет оборудование для автономного обеспечения индивидуального дома необходимым теплом и энергией окупится. А если проанализировать темпы развития солнечной энергетики и темпы снижения цен на данное оборудование, разнообразие предложений на современном рынке, то перспективы «солнечного» дома становятся всё более реальными и заманчивыми.

Библиографический список

1. http://www.stroitelstvosovety.ru/drugoe/solnechnye-batarei-svoimi-rukami

2. http://www.solarroof.ru/theory/28/105/

3. http://alternativenergy.ru/solnechnaya-energetika/

4. http://leon-av.narod.ru/p5aa1.html

Поиск по сайту: