Виды солнечных электростанций: что выбрать для дома и дачи

СЭС электростанция функционирует по-разному, в зависимости от задач. Основные виды определяются способом взаимодействия с энергосистемой и наличием накопителей. Главная цель – максимально продуктивно использовать выработанную энергию. Выделяют три основные группы:

• сетевые станции (on-grid);
• автономные станции (off-grid);
• гибридные системы (с ИБП или накопителями).

Сетевые станции (on-grid)

Солнечные энергокомплексы сетевого типа работают параллельно с централизованной сетью. Генерируемый постоянный ток поступает на сетевой инвертор, преобразующий его в переменный и синхронизирующий с сетью. Излишки энергии отдаются другим абонентам. Когда выработка ниже потребления (ночью, в пасмурные дни), энергия берется из сети. Аккумуляторы здесь не используются. Главные плюсы: простота, относительно низкая стоимость и возможность заработать, если действует «зеленый тариф». Такая станция не работает при отключении сети, если ее не дополнять аккумуляторами.

Автономные станции (off-grid)

Солнечные персональные станции для полной независимости – это автономные системы. Они не подключены к сети и рассчитаны на собственное обеспечение объекта. Обязательные элементы: 

• солнечные панели;
• контроллер заряда;
• аккумуляторные батареи;
• автономный инвертор. 

Энергия накапливается в АКБ днем и используется в любое время. Хороши для удаленных дач, домов без доступа к сети или объектов, где важна надежность питания. Требуют точного расчета мощности панелей и емкости аккумуляторов, учитывая потребление и возможные дни без солнца. Стоимость выше сетевых из-за наличия дорогих аккумуляторов.

Гибридные системы (с ИБП или накопителями)

Системы электроснабжения, совмещающие плюсы сетевых и автономных комплектов. Гибридный инвертор умеет работать и с сетью, и с аккумуляторами. Главный принцип заключается в приоритетном использовании солнечной энергии для питания дома и заряда АКБ. Излишки отдаются в сеть. При отсутствии централизованной коммуникации или ее отключении, питание автоматически берется из аккумуляторов. После восстановления сети АКБ подзаряжаются. Это хороший вариант для обеспечения бесперебойного питания дома и использования солнца, особенно актуальны в регионах с нестабильной сетью.

Типы солнечных электростанций для разных объектов имеют большие отличия, обусловленные масштабом, целями и финансированием. Промышленные СЭС – это крупные энергетические объекты (поля панелей большой производительности в мегаватты), часто подключенные напрямую к электросетям высокого напряжения. Домашние системы меньше, проще и ориентированы на покрытие конкретных потребностей домохозяйства.

Масштаб, мощность и схема подключения

Комплексы СЭС для промышленности имеют огромные масштабы (гектары панелей) и мощность в мегаватты, подключаются через трансформаторные подстанции напрямую к сетям высокого напряжения (6-35 кВ и выше). Их главная задача – коммерческая генерация электроэнергии. Для дома используются небольшие комплекты (десятки кВт), подключаемые через существующий ввод (220/380В) к внутренней электросети дома. Схема проще, часто включает гибридные инверторы для учета потребления и выработки. Монтаж домашних систем менее сложный, часто выполняется на крышу.

Наличие аккумуляторного хранения

Комплексы источников энергии СЭС промышленного масштаба редко включают дорогие аккумуляторные батареи большой емкости. Экономически продуктивнее отдавать энергию сразу в сеть. Хранение требуется только для специальных проектов (стабилизация сети и аварийное питание). Для дома наличие аккумуляторов – часто главный фактор комфорта и безопасности. Они обеспечивают резерв при отключении сети, позволяют использовать солнечную энергию ночью и в пасмурную погоду, превышая автономию. Качественные LiFePO4 АКБ (например, из комплектов VOLTS) – лучший выбор для домашних гибридных систем. 

Кроме электрических, также существуют солнечные тепловые электростанции. Эти устройства используют солнечные лучи для нагрева жидкости и пара. Представляют собой закрытый короб со стеклянной поверхностью, внутри которого находятся трубы из теплоемкого материла. Солнечный свет проникает сквозь стекло в короб, где концентрируется на трубах и нагревает их. Их делают из теплопроводящего металла (меди) и стекла со специальным напылением на внутренней стенке. 

Тепловые станции отличаются от фотоэлектрических (ФЭП) совершенно другим принципом работы. Для дома чаще выбирают именно ФЭП для получения электрической энергии. Для хранения тепла нужно иметь дополнительное помещение и специальные теплоаккумуляторы большого объема. Тип панелей влияет на эффективность, стоимость системы и требуемую площадь. Основные критерии выбора: КПД (количество энергии с 1 м²), стоимость 1 Вт мощности, устойчивость к температуре и затенению, габариты. Рассмотрим основные виды панелей:

• моно- и поликристаллические панели;
• тонкопленочные модули.

Моно- и поликристаллические панели

Больше распространенный тип для комплексов СЭС разного масштаба. Монокристаллические (mono-Si) имеют выше КПД (18-24%), занимают меньше площади на 1 кВт, лучше работают в условиях рассеянного света и высоких температур, но дороже. Поликристаллические (poly-Si) чуть дешевле, их КПД ниже (15-20%), требуют больше площади. Оба типа основаны на кремнии, прочны, отличаются долговечностью (25+ лет). Для дома моно часто предпочтительнее из-за высокой производительности на ограниченной площади крыши, поли выгодны при больших свободных площадях.

Тонкопленочные модули

Тонкопленочные (гибкие) электростанции построены на технологиях аморфного кремния (a-Si), теллурида кадмия (CdTe) или селенида галлия (CIGS). Их КПД ниже (8-14%), чем у кристаллических, требуют  больше площади. Главные плюсы: гибкость (можно монтировать на кривые поверхности), лучшая работа в условиях рассеянного света и высоких температур, низкая чувствительность к частичному затенению, простота монтажа, низкая цена в расчете на 1 м². К минусу относится малый срок службы из-за быстрой деградации. Чаще используются для специфических задач (фасады, транспорт, небольшие устройства) или при очень больших площадях.

Многие также выделяют отдельно кремниевые. На самом деле обе перечисленные содержат кремний в основе, но в этих применен несколько другая технология. Для производства панелей применяют аморфный кремний. В моно и поли лежит в основе кристаллический. Этот метод в разы удешевляет производство, из-за чего они лучше собирают фотоны, полученные из пучков рассеянного света, но у них ниже КПД, поэтому применимы в регионах с большими доступными территориями. Способны выдавать стабильное напряжение даже при наличии тонкой пылевой пленки. Их монтируют на зданиях любой конфигурации. Сохраняют работоспособность они в течение 20-25 лет.

СЭС электростанция гибридного типа с накопителями стала лучшим компромиссом для частного дома. Она объединяет функции сетевой системы (продажа излишков, снижение счетов) и автономной (независимость от сетевых проблем). Гибридный инвертор интеллектуально управляет потоками энергии: от солнца в дом / заряд АКБ, затем в сеть (при излишках) / АКБ и опять в дом (при нехватке солнца или отключении сети). 

Преимущества:

• совмещают плюсы сетевой и автономной схем;
• работают в связке с аккумуляторами и инверторами;
• хороший пример – наборы VOLTS с автоматикой.

Совмещают преимущества сетевой и автономной схемы

Автономный комплекс, дополненный возможностью работы с сетью, становится гибридным. Это дает пользователю больше выгоды: 

• энергетическая независимость и резерв при авариях в сети;
• снижение счетов за электричество (использование своего питания днем, продажа излишков);
• возможность заряжать АКБ дешевле ночью (при двухтарифном учете);
• максимальное использование солнечной энергии для собственных нужд. 

Гибрид обеспечивает высокий уровень комфорта и безопасности, рекомендован для регионов с нестабильной сетью или высокими тарифами.

Работают в связке с аккумуляторами и инверторами

Главный элемент такой системы – мощный инвертор-гибрид с встроенным контроллером заряда. Он интеллектуально управляет всеми потоками энергии системы. Сначала принимает постоянный ток от панелей, контролирует заряд/разряд аккумуляторов и преобразует постоянный ток в переменный для дома. Также синхронизируется с сетью, отдает излишки или берет недостающее. Качественные LiFePO4 аккумуляторы (например, из ассортимента VOLTS) необходимы для надежного хранения больших объемов энергии и тысяч циклов заряда-разряда. Для этого используются BMS-контроллеры. 

Пример - накопительные решения, как у VOLTS, с автоматическим переключением при отключении сети

Персональные электростанции СЭС от VOLTS – яркий пример продуктивных гибридных комплексов. Они включают высокопроизводительные солнечные панели, гибридный инвертор с MPPT-контроллером и надежные LiFePO4 накопители. Главное преимущество – автоматическое и бесперебойное питание. При отключении централизованной сети оборудование мгновенно (за миллисекунды) переключает питание дома на аккумуляторы, используя накопленную солнечную энергию. Когда сеть возвращается, происходит обратное переключение, а АКБ подзаряжаются. Пользователь даже не замечает перебоев. Такие системы выделяют автономию и повышают комфорт. 

Понимание, что такое СЭС в энергетике, и знание различий между типами помогает сделать осознанный выбор. Для дома и дачи главные критерии выбора состоят в наличии сети, желании продавать излишки, потребности в резервном питании, бюджете. При стабильной сети и целях экономии подойдет сетевая станция. Для полной независимости без сети – автономная. Взвешенный баланс производительности, экономии и надежности дают гибридные системы с накопителями (LiFePO4). Обязательно проведите расчет потребления, оцените возможности крыши или участка и обратитесь к специалистам для проектирования производительной СЭС под ваши нужды. Не рассматривайте СЭС в качестве экономической выгоды централизованной электросети. Чаще окупаемость так и не настает, потому что некоторые компоненты выходят из строя и требуют замены или ремонта. Она применима там, где нет электричества или с ним часто происходят сбои.