Дмитрий Елисеев Мастер

Гелиоэнергетика. Реально ли использование солнечных батарей в нашей стране?

До недавних пор при слове «солнечная электростанция» мне представлялись огромные сооружения, расположенные где-нибудь в жаркой пустыне Аризоны. Но недавно довелось побывать в Чехии и Германии, странах вовсе не южных и не пустынных, где сразу поразило огромное количество солнечных батарей.

Carlo Toffolo, Shutterstock.com

Они были совершенно разного размера — от небольших, на крышах ларьков в городе, до гигантских полей в сотни квадратных метров, издалека напоминающих синие озера. Стало интересно разобраться, насколько интересна и эффективна гелиоэнергетика применительно к нашим климатическим условиям.

Энергия Солнца

Идеальными считаются условия перпендикулярного падения солнечных лучей на поверхность, при этом их мощность весьма велика и равна киловатту на квадратный метр. Это весьма большая величина, но очевидно, что в реальности столько получить трудно — погода и климатические условия сильно различны. Чтобы узнать реальные величины, можно обратиться к статистическим таблицам месячных сумм солнечной радиации. Достаточно набрать в Гугле поисковый запрос «количество солнечной радиации кВт*ч/м2». Для квадратного метра площади получаются следующие данные:

Петрозаводск (январь) — 17кВт*ч, Петрозаводск (июнь) — 166кВт*ч
Москва (январь) — 20кВт*ч, Москва (июнь) — 160кВт*ч
Сочи (январь) — 60кВт*ч, Сочи (июнь) — 185кВт*ч.

Ну с Сочи все понятно, там все-таки юг, но даже для Москвы оказывается вполне реально иметь 20кВт*ч в месяц всего лишь с одной солнечной панели площадью в 1−2 квадратных метра (КПД, естественно, меньше 100%). Если же говорить, например, об энергоснабжении дачи, используемой в весенне-летнее время, с мая по сентябрь, то для той же Москвы ежемесячными значениями будет более 100кВт*ч в месяц. 100кВт*ч в месяц — это 3кВт*ч в день. Много это или мало?

Обычный компьютер (не топовый игровой) вместе с монитором потребляет около 300Вт, значит, 3кВт*ч хватило бы на 10 часов непрерывной работы. Даже если осветить все комнаты в доме энергосберегающими лампами (допустим, понадобится 10 штук), их суммарное потребление будет 130Ватт, т. е. запаса в 3кВт им хватит для горения в течение суток. Даже такой мощный прибор, как электрочайник, расходует 1кВт*час, т. е. за 5 минут нагрева воды он потребит всего лишь 85 Вт (с дрелью или болгаркой примерно аналогично, вряд ли кто-либо будет сверлить непрерывно более 5 минут подряд). Так что даже 3кВт*ч это не так и мало. И ведь заметим, речь шла о солнечной энергии, поглощаемой всего лишь одним квадратным метром площади преобразователя!

Получение солнечной энергии

Из приведенных выше расчетов видно, что теоретически все вполне осуществимо. Конечно, о «теплых полах» или горячей ванне речи не идет, но пользоваться основными благами цивилизации в виде освещения, компьютера, телевизора, водяного насоса или дрели вполне реально. Но как это реализуется на практике?

Во-первых, нужны солнечные батареи. Их цена в России, конечно, немалая, но и не столь запредельная. Для понимания примерного порядка цен: солнечная панель мощностью 100 Вт, с выходным напряжением 12 вольт, стоит порядка 5 тыс. р. Менее мощные стоят дешевле, например, 2500 р. за батарею мощностью 40 Вт. В принципе, вполне реальная цена, чтобы подзаряжать, например, ноутбук. Покупные батареи имеют разъемы, герметичную конструкцию, и прочие удобства для наружного размещения. Если же купить только ячейки (одна ячейка дает напряжение примерно 0.5 В) и собрать из них батарею самостоятельно, та же батарея на 40 Вт обойдется примерно в 800−900 р.

Рассмотрим теперь несколько основных видов солнечных электростанций. Эта классификация не является официальной, ее можно рассматривать лишь для примерной оценки.

1. Питание маломощных потребителей

Если планируется использование солнечной энергии лишь для питания маломощных потребителей (небольшой телевизор, подзарядка ноутбука, сотового телефона), возможно их подключение с помощью DC-DC преобразователя непосредственно к солнечной батарее. Это самый дешевый и долговечный способ, однако батарею придется купить с некоторым запасом по мощности, ведь в пасмурное время ее отдача будет меньше. Также очевидно, что мощные потребители (например, дрель мощностью 250 Вт) напрямую от солнечной батареи (мощностью, например, 100 Вт) работать просто не будут.

2. Использование буферного аккумулятора

Этот способ наиболее универсален, но и более дорогостоящий. К выходу солнечной батареи подключается специальный контроллер, который заряжает свинцовый 12-вольтовый аккумулятор большой емкости. Система работает автоматически и не требует вмешательства человека. Очевидно, что плюсом такой системы является постоянное наличие электричества, а не только в ясное время суток.

Второй и самый важный плюс — возможность использования мощной бытовой техники, ведь мощность, отдаваемая аккумулятором, может быть весьма высока. Но и стоимость такой системы выше: контроллер заряда стоит от 1000 р., также следует учесть стоимость аккумулятора. При желании иметь напряжение 220 вольт, к выходу аккумулятора также может быть подключен повышающий инвертор. Хотя без него можно и обойтись, если подобрать технику, работающую от 12 вольт.

3. Использование сетевого инвертора

И наконец, 3-й способ, который вряд ли будет популярен у нас в ближайшее время. Если солнечных панелей в наличии много, «как гуталина на фабрике», возможна сборка системы с сетевым инвертором, который будет отдавать полученное напряжение обратно в электросеть. Существуют даже и счетчики, способные крутиться в обратную сторону, если отдача энергии больше ее потребления, это позволяет минимизировать расходы на электричество. Но с учетом наших цен на электроэнергию, вряд ли стоимость такой системы окупится.

Наконец, о цене вопроса в целом. Как говорилось выше, самая дешевая солнечная батарея мощностью в 40 Ватт обойдется примерно от 1 т.р. — за самодельный, до 3 т.р. — за покупной вариант. К ней может понадобиться стабилизатор напряжения стоимостью от 150 до 500 р., итого суммарные затраты выйдут в 2−4 тыс. р. Вполне небольшая сумма, чтобы «попробовать».

Если говорить о втором варианте, то дополнительно понадобится контроллер заряда, его цена колеблется от 500 р. за самые дешевые, до 5−6 т.р. за дорогие мощные модели, с ЖК-экраном, ведением логов, USB-выходом и пр. И конечно, понадобится аккумулятор, тут цена тоже может колебаться: от «нуля» — за бывший в употреблении автомобильный аккумулятор, до десятков тысяч — за мощные батареи емкостью в сотни ампер-часов. Приблизительно можно считать, что «электрификация» небольшой дачи может обойтись в 10 тыс.р., а для подключения коттеджа может не хватить и 100 тысяч, все зависит от суммарной мощности потребления.

Что касается 3-го способа, то один только сетевой инвертор стоит более 50 т.р., стоимость солнечных батарей желающие могут прикинуть самостоятельно.

Заключение

Как можно видеть, гелиоэнергетика — это не нечто запредельное, используемое только на МКС. Даже в наших широтах это вполне реально, особенно для тех мест, где электричество либо отсутствует (отдаленные дачи, туристические стоянки и пр), либо подается с перебоями, либо его подключение слишком дорого. Причем речь не обязательно может идти о дремучем лесе: как-то в новостях показывали обычную спортплощадку в центре Москвы, при освещении которой использовались альтернативные источники энергии, т.к. согласование и подключение к городской электросети стоило в разы дороже.

И наконец, субъективный фактор: приятно вложить силы и средства в экологически чистый источник энергии, который, во-первых, прослужит долго (заявленный срок службы батарей от 25 лет), во-вторых, не дает нагрузки на окружающую среду — мы и так настолько испортили природу, что пора подумать о ее очистке. По некоторым данным, Германия к 2050 году планирует на 80% перейти на возобновляемые источники энергии. Можно лишь пожелать им успеха в этом деле.

Обновлено 7.07.2013
Статья размещена на сайте 5.07.2013

Комментарии (21):

Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Войти через социальные сети:

  • андрейка тукубаев Читатель 17 октября 2013 в 20:58 отредактирован 27 мая 2018 в 15:22

    знаете, сколько было у меня дрелей... две было, и меньше чем 600Вт не было. Болгарка и перфоратор по-моему не менее 1кВт. А инвентор компьютерный есть у большинства из нас. Единственная доработка - это вместо стандартных маленьких аккумуляторов подсоединить обычный автомобильный 55-60А/ч. Но любой UPS имеет ограничение. Маленький 600W потянет разве что лампочку энергосберегающую (многие энерг. сберег. лампы горят от UPS). А вот от UPS 1200W и автомобильного аккумулятора можно питать компьютер несколько часов. Всегда смотрите на силу тока солнечной панели. Ведь для зарядки аккумулятора нужен ток 6 Ампер! Если меньше - просто разрядится аккумулятор.

  • Германия к 2050 году планирует на 80% перейти на возобновляемые источники энергии.

    Россия не перейдет.

    Никто не допустит, чтобы перестал работать самый мощщный рычаг воздействия на электорат - а не будут брать отключим свет.

    Оценка статьи: 4

  • Сначала в статье рассказывают про батареи, а после, как дополнение, про аккумуляторы. Понятно, что одно без другого бесполезно приобретать. Считать нужно всё вместе.
    А переходить на солнечную энергию надо! С миру по нитке, с каждого по батарее, глядишь и угроза глобального потепления спадёт. Только вот слишком медленно идёт внедрение, по сравнению с усугублением климатической ситуации.

    • Артём Долгопятов, да, "Тенденция,однако", судя по потопам в Каспийске, в Москве, в Казани, в Европах и "где ещё,я не знаю".
      "Что-то с погодою нашею стало?", а мы продолжаем дремать в счастливом неведении.
      Если продолжить экспоненту, то мало не покажется.

  • "Но и стоимость такой системы выше: контроллер заряда стоит от 1000 р., также следует учесть стоимость аккумулятора. При желании иметь напряжение 220 вольт, к выходу аккумулятора также может быть подключен повышающий инвертор."
    Не проще ли взять ИБП (источник бесперебойного питания) в любом компьютерном магазине? Дело в том, что ИБП преобразуют 220В в 12В и подают на аккумуляторы для их зарядки. С аккум. 12В опять преобразуются в 220В и подаются на выходной разъём. Так вот, 12В с солнечной батареи подаём сразу на аккум. и в итоге получаем 220В на выходе. И никаких инверторов. ИБП бывают от 400Вт до 4кВт. В обычной квартире электрическая сеть (и электросчётчик) расчитана на потребление до 5 кВт. Т.. ставите мощнейший ИБП (а также необходимое кол-во солнечных элементов) и... хоть круглосуточно работайте перфоратором.

    • Игорь Чувашов, напряжение на выходе солнечных панелей меняется, и задача контроллера - как раз оптимально зарядить аккум в таком случае (КПД зарядки/разрядки зависит от "интеллектуальности" контроллеров, может использоваться и ШИМ, и подбор оптимальной точки отдачи батареи (MPPT-технология), и просто тупо отключение по уровню напряжения). Просто подключить аккумулятор к солнечной батарее можно, но есть риск перезаряда.

      А в целом да, систему можно собрать и из подручных средств, того же ИБП например, опять-таки это плюс в плане дешевизны. Но специально покупать ИБП под солнечные батареи я бы не стал, раз уж есть специальные решения, оптимизированные под это дело.

  • У автора явная двойка по физике. Всё время путает единицы мощности с единицами работы.

    • Марианна Власова Марианна Власова Бывший главный редактор 7 июля 2013 в 23:33

      Анатолий Григорьев, Вы не могли бы указать на ошибки, цитируя и предлагая правильный вариант?

      • Марианна Власова, пожалуйста. Речь всё время идет о кВт*ч. Но мощность - это сила тока умноженная на напряжение (А*В). Далее идёт расчёт на лампочки и компьютер. Из этого можно сделать вывод, что солнечная батарея на выходе даёт 220В. Не уверен в этом. Далее идёт характеристика солнечной батареи - 12В на выходе. А сила тока? Тот же компьютер потребляет 1,4А при 220В (~300Вт). А при 12В потребление будет уже 25А. Панель солнечной батареи сможет обеспечить такую силу тока? Вряд ли. Придётся ставить несколько батарей параллельно.

        • Игорь Чувашов, про буферные аккумуляторы в тексте написано - при подключении мощных потребителей, они питаются естественно не от солнечных панелей напрямую. Насчет киловатт-часов в день, естественно это _примерный_ расчет. Если начать в тексте углубляться в КПД инверторов, ресурс и эффект памяти батарей и прочее, объема статьи не хватит.
          Да и цель была немного не та, лишь показать в общем возможность питания потребителей от солнечной энергии даже в наших широтах.

          • Дмитрий Елисеев, Если начать в тексте углубляться в КПД инверторов, ресурс и эффект памяти батарей и прочее, то станет очевидным, что при современных технологиях использовать солнечную энергию целесообразно только энтузиасту, которому себестоимость электроэнергии не критична.

            • Олег Антонов, какое элегантное, галантное замечание !

              Но "всем чертям назло" в Китае, Португалии и Германии наращивают мощности солнечно-ветряных ЭС.

              • Сергей Дмитриев, я так понимаю, что они там не 2 кв. м батарей с бытовым ИБП ставят

                • Олег Антонов, cудя по картинкам, так скорее 2 кв.км.
                  Чисто умозрительно использование СЭ, дождевой воды "в отдельно взятом доме" всегда будет заманчиво. Почему все девайсы для этого благого дела остаются такими дорогими?

                  • Сергей Дмитриев, да в общем не так и дорого, цена зависит от требуемой мощности.
                    Если смотреть по самому минимуму, чтобы запитать ноут и дрель например:
                    - набор из 25 ячеек на 100Вт: 50$ (спаять придется самостоятельно)
                    - контроллер заряда на 10А: 14$
                    - аккумулятор: купить у знакомых автовладельцев
                    Для дома конечно маловато будет, а в дачном домике, вполне.

                    Это правда по ценам магазинов Ебея, с бесплатной доставкой почтой, Paypal-ом вроде все уже пользоваться умеют. У наших продавцов если брать, цену надо умножить на 1.5-2.

                    • Дмитрий Елисеев,надо сделать так, чтобы использование СЭ даже в таких масштабах отдельного дома было неотразимо выгодно, поставщики комплектующих должны иметь навар за счёт количества продаж.

            • Олег Антонов, разумеется, речь в статье шла о "реальности" а не о "выгодности" При наших тарифах на электроэнергию выгоды нет действительно. Правда если электроснабжения нет вообще (как в ряде дачных поселков, например), расклад себестоимости уже получается совсем другой.

  • Сергей Дмитриев Сергей Дмитриев Мастер 7 июля 2013 в 03:25 отредактирован 7 июля 2013 в 03:26

    "Кошка на раскалённой крыше" - был когда-то такой спектакль.
    Больше чем год назад мы перекрывали пластинчатым руберойдом крышу и я "погрелся" по полной программе.
    Почему-то простая и дешёвая солнечная водогрейка широко не используется в южных широтах?
    В Кишинёве уже сейчас много встроенных в крыши солнечных панелей. Один завод выпускал (сейчас не знаю) такие панели, причём дешевле, чем в Израиле. Панели предлагались с установкой и наладкой по сходной цене.

    • Сергей Дмитриев, есть решения и для нагрева воды, называется "солнечный коллектор", содержит вакуумные тепловые трубки и бак для нагрева. Судя по описанию, работает даже при минусовых температурах, срок службы 10-15 лет, цена вопроса около 15тыс.р.
      Вживую правда не видел, так что опыт чисто теоретический.