Солнечные батареи на крышу

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Установка солнечных батарей на крыше в частном доме

Чтобы бесплатно получать электричество от солнечной энергии в собственном доме, многие всё чаще стали использовать солнечные батареи. Чаще всего они размещаются на крыше. Далее проведём полный расчёт цены оборудования и примеры монтажа с пошаговыми фото.

Чтобы определить приблизительное количество солнечных модулей, предположим, что живет в доме семья из четырех человек. Она потребляет около 3000 кВт электроэнергии в год (это подтверждается средними данными). Исходя из этого, выбирается фотобатарея на 5 кВт.

Требуемое количество ячеек фотоэлементов

В односемейных домах наиболее часто используются поликристаллические панели мощностью 240-260 Вт (они характеризуются относительно высокой эффективностью на уровне 18%, а их цена не является высокой). Если вы выберете 250 Вт модули, понадобятся 20 солнечных панелей, которые занимают около 35 м2 площади крыши.

Внимание! Панели крыши должны располагаться так, чтобы они не затенялись дымоходом, высоким деревом, электровышкой или соседним зданием. Это может привести к перегреву и повреждению модуля.

Поэтому производители оборудуют свои панели шунтирующими диодами (от одного до четырех). При затенении одного ряда ячеек диод начинает работать, затем ток течет с помощью байпаса (англ. bypass — обход — резервный путь, запасной маршрут для обеспечения непрерывного функционирования системы).

Ценовые затраты на фотогальванические панели

Цены на материалы являются примерными, потому что на стоимость панелей, инвертора или конструкции крепления в значительной степени влияет тип выбранных устройств, марка и производитель. Поскольку большинство устройств ввозятся из-за рубежа, текущий курс доллара также важен.

Пример списка материалов для фотоэлектрической установки на 5 кВт:

• Фотоэлементная система, состоящая из 20-ти 250 Вт модулей — 200000 рублей;
• Крепление из алюминиевых профилей на наклонной крыше, покрытой плиткой — 50000 рублей;
• Инвертор, который позволяет управлять установкой — 50000 рублей;
• Разъемы и предохранители — 10000 рублей.
• Установка солнечных батарей занимает до 5 дней, за которые мы будем платить мастерам 100000 рублей;

Внимание! В этой спецификации не включена стоимость аккумуляторных батарей, поскольку в солнечной электростанции они являются дополнительным вариантом. Независимая установка для дома, из-за необходимости хранить электроэнергию, другого типа инвертора и несколько большего количества панелей, будет дороже на 40%.

Осенью и зимой, в пасмурные дни эффективность фотогальванической установки снижается примерно на 50%.

Сколько сэкономим на фотоэлектрической батарее

Учитывая значительные инвестиции в фотоэлектрическую установку, нас интересует насколько выиграем в цене от её внедрения. Предполагая, что 5-киловаттная мини-электростанция будет установлена в доме, расположенном в средней полосе России и будет генерировать 4500 кВт/ч электроэнергии в год. Это соответствует среднему спросу на электричество для семьи из четырех человек.

Поэтому, если мы платим 6 руб. за кВт/ч, то сэкономим около 20000 руб. Это дает возмещение расходов примерно через 12 лет.

Этот расчет применяется к текущим ценам (на начало 2019 года) и действующим правилам. Трудно предвидеть как всё изменится в ближайшем и отдаленном будущем.

Схема сборки подключения системы

Установка солнечных батарей на крыше

Фотоэлектрические панели на наклонной крыше укладываются на алюминиевые профили. Они прикреплены к конструкции крыши в зависимости от типа покрытия с соответствующими крепежными элементами. Далее покажем установку солнечных панелей на крыше, покрытой керамической плиткой. Этот тип материала является одним из наиболее часто выбранных инвесторами.

В дополнение к солнечным элементам и конструкции профиля другие компоненты солнечной установки находятся дома. Наиболее важным из них является инвертор и блок защиты.

Где ставить инвертор (преобразователь)

Хотя место сборки этого устройства не является критичным, рекомендуется поместить его как можно ближе к панелям (то есть на чердаке), что значительно уменьшит потерю тока во время его передачи. Инвертор обычно оснащен дисплеем, на котором можно считывать все параметры рабочей установки. Все чаще производители обеспечивают беспроводное подключение к Интернету, поэтому скорее всего будет возможность контролировать работу системы с помощью компьютера.

Выбор подходящей модели инвертора зависит от типа солнечных панелей и проводки, установленной в доме, — одни устройства используются в однофазных сетях, другие — в трехфазных.

Предохранители и разъемы

Предохранитель расположен в главном распределительном щите, то есть на электрической панели. Он защищает инвертор от повреждений.

Кроме того, в системе есть разъединитель, который предназначен для отключения домашней установки от внешней электросети, например когда он поврежден или выполняются некие работы по техническому обслуживанию.

Внимание! Установка с солнечными батареями должна быть подключена к сети уполномоченным на это действие электриком. Нельзя самовольно встраивать в электросеть такие приборы — могут быть штрафы, так что обязательно пригласите местного электрика.

Источники энергии, не наносящие вреда окружающей среде, в свете масштабных техногенных катастроф приобретают особое значение.

Комфорт нашей жизни обеспечивается огромным количеством всевозможных электроприборов, что влечет возрастающую зависимость от поставок электроэнергии, которые не всегда отличаются стабильностью.

Этот фактор также вносит свою лепту в увеличение количества мини-электростанций для обеспечения личных потребностей владельцев частных домов.

Чтобы это начинание не обернулось расходами, которые никогда не оправдают себя, перед установкой такой системы необходимо произвести тщательные расчеты.

Место установки – крыша

Фотоэлектрические системы монтируют на фасады зданий, устанавливаются на стенах, но, конечно же, наиболее подходящим местом для монтажа солнечных батарей является крыша – здесь обеспечивается максимальная освещенность элементов.

Зазор между кровельным покрытием и фотоэлектрическим модулем должен составлять не менее 5-10 см, так как в процессе работы происходит сильный нагрев элементов.

Для увеличения эффективности разработана специальная подвижная система слежения за Солнцем, автоматически выполняющая поворот солнечной батареи с тем, чтобы обеспечить наилучшую в этот момент ориентацию.

Огромное значение имеет также степень наклона поверхности фотоэлектрического модуля. Оптимальным считается наклонное размещение: под углом от 15 до 90 градусов, в зависимости от географической широты местности. Для европейской части России эти значения составляют от 30 до 60 градусов.

На практике расположение солнечной батареи в первую очередь зависит от конструкции крыши, при установке нужно выбирать ориентацию и угол наклона, максимально близкие к оптимальным расчетным.

Существует три основных типа модулей:

• наклонные – подходят для скатных крыш;
• горизонтальные – размещаются на плоских крышах;
• свободностоящие – монтируются с помощью отдельной конструкции.

В самостоятельный вид можно выделить новинки строительного рынка – это фотоэлектрические панели, интегрированные в архитектурные элементы конструкции здания.

Ярким примером служит фотогальваническая черепица «Тегосолар»: это кровельное покрытие, способное генерировать электричество.

Этот фактор имеет большое влияние на работу системы, и его нужно обязательно учитывать при монтаже.

Аккумулятор, инвертор, блок управления и другие необходимые элементы можно разместить в любом удобном месте – например, в подсобном помещении.

Крепежные элементы, стойки, рейки выполняются из металла.

Это может быть:

• сталь;
• алюминий;
• оцинкованное железо.

Особенности конструкции

Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что фотоэлектрический модуль

состоит из двух тонких пластин – полупроводника, посредством которого происходит преобразование солнечной энергии в электричество.

Вырабатывается постоянный ток, для превращения его в переменный используется инвертор.

Также в систему электроснабжения входят аккумуляторы – ведь интенсивность солнечного излучения неравномерна на протяжении суток, и контроллер.

Для системы небольшой мощности существенны потери напряжения в кабеле – его следует делать максимально коротким.

Какие данные нужны для расчетов

Начнем с того, что нужно определить коэффициент солнечной инсоляции. Интенсивность солнечного света для своего региона можно найти в метеорологических таблицах: там уровень солнечной радиации указывается для каждого города помесячно.

Второе, что необходимо узнать, – это мощность электроприемников. Можно запитать как весь дом полностью, так и несколько приборов и лампочек, для остальных потребителей подав питание от обычной электросети.

Данные показатели рассчитывается следующим образом: паспортная мощность потребителя умножается на количество часов работы в сутки.

Данные для всех потребителей, которые будут снабжаться энергией от солнечной батареи, суммируются.

Батарея площадью 1 кв. м сможет обеспечить электроэнергией устройство мощностью в 120 Вт – это среднее значение.

Солнечная батарея в качестве источника энергии может использоваться в доме, удаленном на большое расстояние от электрических сетей, когда подключение к стационарному электроснабжению не оправдано экономически.

В расчетах нужно также учитывать потери на заряд-разряд аккумулятора, разницу между оптимальным расчетным и реальным наклоном и ориентацией панелей. Эти данные вводят в расчетные формулы с помощью поправочных коэффициентов.

Рекомендации по установке

• Перед монтажом правильность расчетов можно проверить с помощью специальных компьютерных программ.
• Солнечные батареи следует беречь от механических повреждений. В случае необходимости над элементом можно установить снегозадержатели или снегорассекатели.
• Аккумулятор должен быть надежно защищен от попадания влаги.
• Крепление панелей необходимо выполнять надежно – им придется выдерживать порывы ветра, снегопады и прочие погодные неурядицы.

Гарантии хорошей погоды не может дать никто, количество солнечных дней в году, указанное в справочнике – усредненный показатель, и на практике значения часто отличаются от среднестатистических. К тому же, занимая обширную площадь, солнечные батареи имеют невысокий КПД.

Однако желание обеспечить свой дом электроэнергией от независимого от общих сетей и к тому же экологичного источника в регионах с большим количеством солнечных дней в году экономически оправдано.

Регулярный рост цен на электроэнергию в разы сокращает срок окупаемости автономной системы. Ведь, оплатив покупку и установку оборудования однажды, долгие годы можно пользоваться бесплатным электричеством.

«Солнечная крыша» как вариант кровельного покрытия

Американцы разработали «невидимые» солнечные батареи, которые внешне ничем не отличаются от фальцевой кровли.

Многие из загородных жителей, особенно в южных регионах, не прочь поставить на крышу своего коттеджа солнечные батареяи. Традиционно солнечные батареи устанавливаются на крыше дома, но есть люди, которые считают, что фотоэлементы портят внешний вид дома, особенно, если в качестве кровельного покрытия использованы элитные материалы. Солнечная крыша — новое изобретение, которое решает эту проблему.

Как результат, даже домовладельцы, располагающие средствами для монтажа солнечных батарей, не ставят их на крышу или вынуждены отводить место на участке под установку фотоэлектрических панелей.

Решение проблемы предлагает изобретатель из Калифорнии Зак Тейлор. Он разработал систему, объединившую в себе высокоэффективные солнечные батареи и классическую фальцевую кровлю.

Однажды мне в голову пришла идея. Любому загородному дому нужна электрическая энергия и красивая крыша, надо объединить их вместе!

Система представляет собой многослойную систему (пирог изнутри наружу), состоящую из следующих компонентов:

• Скрытая система крепления.
• Оцинкованная металлическая подложка, имитирующая фальцевую кровлю (характерные рёбра).
• Солнечные батареи.
• Специальная оптическая плёнка.
• Сверхпрочное закалённое стекло.

Т.е. фотоэлементы работают, как обычные батареи. Лучи солнца беспрепятственно проходят сквозь стекло и пленку и попадают на фотоэлементы, но создаётся полная оптическая иллюзия, что крыша покрыта фальцевой кровлей.

Сверхпрочное стекло выполняет защитную функцию (в случае града и т.п.). Мы также предусмотрели воздушный зазор, который сделан между основанием крыши и фотоэлементами. Благодаря этому осуществляется вентиляция подкровельного пространства, а система не перегревается в жаркие дни.

По словам разработчиков «солнечной крыши», гарантия на систему составляет 40 лет. На выбор доступно 8 цветовых вариантов окрашивания панелей, это полностью готовый продукт. С монтажом солнечных панелей на крыше легко справится тот, кто разбирается в нюансах строительства крыш и укладки кровельных покрытий.

Кровля из солнечных батарей эстетично выглядит и отлично
смотрится на коттедже любого дизайна: от хай-тека до
классики. Домовладелец раз и навсегда избавлен от
«головной боли», как смонтировать солнечные панели
так, чтобы не испортить дорогое кровельное покрытие.
Вся крыша дома сделана из солнечных батарей!
Фотоэлементами покрыта вся ее площадь, за счёт чего
повышается КПД системы и количество вырабатываемой
ею электроэнергии.

На данном этапе устройство проходит финальные испытания. Запуск изделия в серийное производство и продажа намечены на 2018 год.

На FORUMHOUSE есть статья, где собран практический опыт пользователей портала по строительству автономного дома применительно к нашему суровому климату и условиям эксплуатации.

Также рекомендуем материалы, где описывается крыша с интегрированными солнечными коллекторами и внешне неотличимая от сланцевой кровли, и необычная отопительная система «тёплый потолок».

Солнечные панели Tesla — все, что нужно знать о высокотехнологичной кровле

Генеральный директор компании Tesla Илон Маск во время презентации нового продукта — солнечных панелей для крыши, заявил о старте продаж инновационного детища ближе к середине 2017 года. Продукт известен под названием «солнечная крыша» (solar roof) и был разработан в SolarCity, совладельцем которого являлся господин Илон. В ноябре 2016 года Tesla motors приобрела компанию за $2,1 млрд, другими словами, solar roof сменила только юридического владельца, а не фактического. В преддверии долгожданного выхода продукта на рынок, расскажем, что известно о солнечной кровле сегодня.

Виды черепицы Tesla

Что представляет из себя солнечная крыша Тесла? Это всем известные солнечные батареи (преобразователи энергии солнца в другие виды энергии), но выполняющие одновременно функции защитной конструкции — кровельного материала. Согласно презентации, известно о четырех видах стеклянных панелей, рассчитанных для различных предпочтений застройщиков и архитекторов. Будут предлагаться керамическая черепица итальянского стиля, сланец, текстурированная или гладкая плитка. Вся коллекция представлена ниже:

Вероятно, ассортимент цветов и моделей будет пополняться с растущей популярностью кровельного материала.

Из чего состоят панели Tesla Solar roof?

Каждая черепица состоит из трех слоев:

1. Верхний слой — сверхпрочное и ударостойкое закаленное стекло;
2. Высокоэффективная солнечная батарея;
3. И наконец слой с цветной пленкой или текстурой, имитирующей популярные виды кровли: керамику, сланец или дранку.

В своем твиттере Тесла опубликовала видео механических испытаний своего продукта в сравнении с обычными материалами для крыши.

Скорее всего, такая прочность в период реальной эксплуатации не понадобится, но свойства стекла безусловно впечатляют.

В своем микроблоге Маск подчеркнул, что при необходимости можно включать нагревательные элементы на поверхности стеклянных панелей для очистки их от снега.

Он добавил, что такой процесс не будет энергоемким, но позволит сильно увеличить КПД солнечных батарей в зимний период.

Ориентировочная стоимость «солнечной» крыши

Буквально на днях Илан Маск сделал шокирующее для многих застройщиков заявление: солнечная крыша будет стоить дешевле традиционных материалов. Так ли это? Возможно, сами батареи и будут чуть ниже цены, например, керамической черепицы. Но не стоит забывать о дополнительном оборудовании, без которого продукция Tesla не будет функционировать должным образом, а именно генерировать солнечную энергию и преобразовывать ее в электрическую. Можно интерпретировать сказанное основателем компании как: стоимость новой технологии будет ниже обычного кровельного материала + солнечные батареи, что совершенно меняет картину.

Как минимум к стеклянной кровле нужно будет прикупить фирменный аккумулятор Powerwall 2-ого поколения. Его стоимость составляет порядка $5,5 тыс. Немного о его технических характеристиках:

• Габариты — 1150×755×155 мм;
• Вес — 122 кг;
• Диапазон температур для работы устройства — от −20°С до +50°С;
• Потребляемая мощность — 14 кВт.ч;
• Непрерывная мощность — 5 кВт, макс. — 7 кВт;
• Гарантийный срок — 10 лет.

В состав Powerwall 2 также входит инвертор напряжения.

Батарея Tesla Powerwall 2 благодаря рабочему диапазону температуры можно устанавливать как внутри помещения, так и снаружи. Например, его можно закрепить на фасаде здания.

Подключение панелей Тесла ничем не отличается от традиционной схемы солнечных батарей. Напряжение постоянного тока из крыши попадает в аккумулятор Powerwall, который передает его в инвертор для преобразования в переменный ток.

Общая схема подключения солнечных батарей для преобразования энергии солнца в электроэнергию

Попробуем рассчитать ориентировочную стоимость на оборудование Tesla для дома, площадь крыши которого — 200 м2. Если солнечная кровля будет дешевле обычного материала (например, керамической черепицы), тогда цена 1 м2 не должна превышать $35. Не забываем учесть затраты на батарею: 5500 / 200 = $27,5. Итого 35 + 27,5 = $62,5, умножим полученный результат на общую площадь: 62,5*200 = $12,5 тыс. Именно столько потребуется отдать за современные технологии для частного дома средних размеров. Разумеется, расчеты ориентировочны, но не стоит забывать о дополнительных затратах на монтаж и дополнительные элементы энергоэффективной системы.

Еще немного цифр. Согласно данным сайта greentechmedia.com система Тесла будет генерировать порядка 9000 кВт.ч в год (экономию можно посчитать самостоятельно). Также портал ссылается на недостаточное количество профессиональных установщиков, что повлечет за собой высокие затраты на первоначальный монтаж и настройку оборудования. Учитывая все факторы, цена такой высокотехнологичной кровли будет находится в диапазоне от $ 33000 до $ 37000 за все те же 200 кв.м.

Фото домов с применением кровли Tesla

Солнечные панели будут производится на заводе в Буффало (штат Нью-Йорк). Вот как выглядит дом с только что установленными панелями Tuscan Glass Tile (Тосканская стеклянная плитка).

Панели со стороны двора или улицы будут выглядеть непрозрачными. Разглядеть стеклянное происхождения материала можно будет только в солнечное время, просматривая здание сверху-вниз. Изображения Slate Glass Tile:

Преимущества крыши из солнечных батарей

Крыша из солнечных батарей с каждым годом становится все популярней. Установка солнечных батарей на крышах наиболее масштабна в тех местах, где часто бывает солнечная погода.

Владелец частного дома, установивший устройства для получения энергии из лучей солнца, получает бесплатный и неиссякаемый источник энергии.

К тому же работа солнечных батарей не наносит вред окружающей среде.

Как устроены солнечные батареи?

Основу солнечной батареи составляет полупроводниковый фотогенератор, преобразующий энергию лучей солнца в постоянный электрический ток.

Далее постоянный электрический ток при помощи инвертора преобразуется в переменный. Именно на нем и работают вся бытовая техника.

Он будет накапливать электричество и отдавать его в сеть при отсутствии солнца на небе. Для организации нормальной работы аккумулятора применяется контроллер, который следит за степенью заряженности батареи.

Преимущества применения солнечных батарей на крыше здания:

• почти неиссякаемый и бесплатный источник энергии;

• не вредит окружающей среде;

• достаточно простое обслуживание;

• можно получать электроэнергию в местах, где нет централизованных электрических сетей;

• есть возможность комбинировать нескольких источников электропитания. Другими словами, в солнечную погоду можно использовать солнечные батареи, а в облачную применять обычный источник электроэнергии;

• оборудование быстро самоокупается.

Крыша из солнечных батарей имеет следующие недостатки:

• сравнительно высокая стоимость оборудования для получения энергии;

• коэффициент полезного действия небольшой;

Но с развитием технологий эти недостатки постоянно ликвидируются.Если на южный склон крыши установить солнечные батареи, то выработка электроэнергии способна достигать триста киловатт в месяц.

Использование солнечных батарей на крышах частных домов

Существует два способа монтажа солнечных батарей в домах:

• переделать кровлю;

• частично заменить кровельное покрытие на фотоэлементы, которые выглядят как обычная черепица для крыши.

Многие люди считают, что кровля из солнечных батарей – это громоздкая и сложная конструкцию, которую достаточно трудно установить.

Но на самом деле это не так. Существует вид кровли, который называется Dow Powerhouse. Он выглядит как обычная черепица для кровли.

Стоимость этих изделий почти вполовину меньше обычных солнечных панелей, устанавливаемых на крышу, и они эффективнее на десять процентов.Технология изготовления заключается в том, что фотоэлектрические элементы вставляют в специальную форму, после чего ламинируют.

Следует отметить, что монтаж такой кровли почти не отличается от выполнения обычных кровельных работ.

Преимущества этой технологии:

• экономия средств при монтаже составляет около пятидесяти процентов;

• внешний вид дома остается прежним.

Приобрести солнечную батарею можно в специализированных магазинах, которые торгуют только качественными изделиями.

Если необходима крыша на солнечных батареях, то лучше всего обратиться в надежную компанию. Здесь вам помогут выбрать изделие по приемлемой цене и полностью установить все необходимое оборудование.

Солнечные панели можно установить на крыше либо в другом доступном месте.Рекомендуется устанавливать их южной стороны кровли здания.Выполнить монтаж солнечных батарей не трудно. Важно отметить, что переделывать крышу дома при этом не нужно. Необходимо лишь усилить кровельную конструкцию, если она не слишком прочная.

Наилучший угол для получения солнечной энергии в центральных регионах нашей страны составляет 30 — 45 градусов.Не рекомендуется выполнять установку оборудования и панелей самостоятельно, если у вас нет необходимых навыков и знаний.