Установить солнечные батареи на балконе

Обновлено: 05.05.2024

Эта статья является продолжением экспериментов с солнечными панелями в городской квартире, первые опыты делались три года назад, но затем из-за переезда все пришлось свернуть и распродать. Однако опыт, как известно, не пропьешь, и было решено с учетом полученной практики начать сначала.

Я покажу все компоненты системы и весь процесс, от настройки и сборки до передачи электроэнергии в электросеть. Также я покажу, как запрограммировать «умную розетку» для сбора статистики сгенерированной электроэнергии.

Для тех, кому интересно, как это работает, продолжение под катом.

Зачем это нужно?

Уверен, что вопрос «зачем» будет самым первым в комментариях, поэтому отвечу на него сразу. С экономической точки зрения солнечная батарея на балконе — невыгодна, масштабы генерации увы, не те, в идеале, нужна крыша собственного дома. Но с технической и инженерной точки зрения это достаточно интересно в плане изучения новых и современных технологий. Плюс не стоит забывать, что современные квартиры потребляют все больше энергии, особенно с учетом растущей популярности различных «смарт»-устройств, подключенных постоянно роутеров, умных лампочек, умных розеток, умных котокормушек и прочего. Компенсировать эти затраты солнечной энергией, в принципе, не так уж плохо и вполне экологично. Ну, и наконец, посмотреть на электросчетчик и увидеть на экране «текущее потребление -100Вт» просто приятно.

Общая информация

Как известно, существуют два основных принципа работы домашних солнечных электростанций.

Накапливание энергии в аккумуляторах.
Отдача энергии в электросеть.

Второй способ, и он же наиболее эффективный — это напрямую отдавать электроэнергию от солнечных панелей в электросеть. В этом случае панели подключаются к специальному grid-tie инвертору, который не только преобразует постоянный ток от панелей в 220В, но и синхронизирует фазу с электросетью. Отданная «в розетку» электроэнергия потребляется внутри квартиры/дома, избытки уходят в городскую сеть, таким образом мы не только добываем электроэнергию себе, но и помогаем соседям/городу немного разгрузить общие электросети. В случае современного законодательства и наличия электросчетчика, умеющего считать «импорт» и «экспорт», мы даже можем получить немного денег, но не во всех странах это пока работает.

В моем случае «автономка» была неактуальна, загромождать квартиру аккумуляторами резона не было, так что выбор был очевиден. Кстати, минус у grid-tie инвертора один — в случае пропадания напряжения электросети он отключается, таким образом, даже имея целую крышу солнечных панелей на 3-4КВт, можно оказаться без электричества если оно вдруг пропало. Но в моем случае отключения настолько редки, что ими можно пренебречь, на крайний случай, сейчас огромный выбор довольно эффективных DC-DC конвертеров, которыми можно запитать и ноутбук, и смартфон, и LED-лампы, так что при желании это вполне можно доделать.

Итак, общая идея того что делать, ясна, let's get started.

Схема соединений будет крайне простой, берем солнечные панели, подключаем к инвертору, включаем его в розетку:

Рассмотрим все компоненты системы последовательно.

1. Солнечные панели

Первый актуальный вопрос это выбор панелей. Доводилось читать мнения экспертов, что солнечные панели отличаются по КПД, и надо брать наиболее эффективные. С этим трудно поспорить, однако, как показал поиск, разница составляет 2-3%. Судя по статье Most Efficient Solar Panels 2020 топ-10 панелей по эффективности выглядит так:

Однако в наличии таких панелей просто не было, а там где были, разница в цене была бы гораздо больше чем заявленные 2-3% разницы в КПД. В общем, на этот пункт я просто забил и выбрал те, что были в наличии на местном Амазоне и имели лучшие отзывы.

Остается выбрать мощность. Тут все просто, чем больше панель, тем она в пересчете на ватт дешевле, оптимум получился в районе 160Вт:

В принципе, есть более крупные панели на 320 или 360Вт, но они довольно громоздкие и тяжелые, с более дорогой доставкой, и для балкона уже великоваты. В общем, 160 Вт оказалось оптимальным значением. Размер такой панели составляет 150x70см, а вес 12.5кг.

К солнечным панелям также был куплен крепеж с регулируемым углом наклона:

Практически, две 160Вт панели нормально помещаются на балконе, можно даже было бы поставить третью, но тогда балкон был бы занят полностью, и выходить туда уже было бы неудобно:

Здесь на фото панели еще не развернуты к Солнцу, да и угол наклона не совсем правильный, плюс провода желательны потолще, на этих теряется несколько ватт. Разумеется, в случае застекленного балкона конструкция была бы другой, в общем, тут большой простор для творчества.

2. Grid-tie инвертор

Выбор инверторов для таких микромощностей не так уж велик, из основных моделей можно отметить такой:

Это довольно простой китайский инвертор ценой 80-100Евро, есть модели под разное входное напряжение, 11-30В и 22-60В. Если есть возможность использовать более высокое напряжение и соединить две панели последовательно, то лучше второй вариант, но если солнечная панель одна, то остается первый.

У этого инвертора есть минус — он периодически шумит, т.к. внутри есть кулер. Включается он только днем при мощности более 100Вт, ночью солнца нет, но это все же стоит иметь в виду если инвертор стоит в жилой комнате.

Другой вариант, это так называемый «микро-инвертор», который закрепляется прямо на солнечной панели:

Способ достаточно эффективный и удобный. Решается проблема шума, плюс за счет более высокого напряжения меньше потерь в проводах. Но из соображений электробезопасности я не захотел выводить на балкон 220В, так что пришлось остановиться на первом варианте, когда с балкона идут только низковольтные провода.

Сбор данных

В принципе, наша система готова — достаточно подключить панели к инвертору, включить его в обычную розетку, и все будет работать. Однако хочется, как минимум, видеть сколько мощности отдается с панелей, а как максимум, иметь более продвинутое логирование получаемой энергии.

Для начала нам пригодится измеритель мощности, выводящий текущие показания на экран.

Он может выводить основные параметры (мощность, напряжение, ток, сумма киловатт-часов), однако никаких «сетевых» функций, как и возможности сохранения данных, он не имеет.

Сумма киловатт-часов полезна, если речь идет об утюге или холодильнике, однако для солнечных панелей актуально видеть выработку в течении дня. Поиск показал, что наилучший функционал обеспечивает смарт-розетка TP-Link Kasa HS110 ценой порядка 25Евро — она умеет не только показывать данные о мощности, но и под неё существует Python API, позволяющий получать текущие данные. Важно не перепутать с моделью HS100, измерения мощности в ней нет. Кстати, как бонус, софт от TP-Link имеет собственное «облако», и видеть значения генерации можно онлайн из любой точки мира:

К сожалению, ни на одной из «умных розеток» нет своего LCD-экрана (я давно знал, что все маркетинговые и дизайн-решения принимаются алиенами, которые в данном случае, считают что удобнее взять смартфон и сделать 10 тапов чтобы посмотреть мощность, чем просто взглянуть на LCD-экран). В итоге, получился такой «паровозик» — первая «не-умная» розетка показывает значения генерации на экране, вторая «умная» но зато без экрана, обеспечивает коннект по WiFi. Честь и хвала современным маркетологам (а может так и задумано, я ведь потратил в итоге деньги на 2 устройства вместо одного).

Код записи лога весьма прост:

При работе программы будут создаваться csv-файлы лога с шагом примерно в минуту и разбивкой по месяцам:

Я запустил сбор лога на своем роутере с dd-wrt, для чего достаточно команды nohup python3 /opt/solar.py >/dev/null 2>&1 &. При желании можно добавить скрипт в автозагрузку, чтобы не вводить команду каждый раз при включении роутера. Была также идея добавить в программу свой веб-сервер для доступа к логу, но на практике стандартного WinSCP оказалось вполне достаточно, чтобы раз в несколько дней скачать новый лог.

Результаты

Довольно сложно подгадать с погодой, чтобы день был либо полностью ясным, либо совсем пасмурным. Когда такие данные будут, добавлю скриншоты в текст. Пока из самых свежих данных, выработка электроэнергии в день на момент написания текста выглядит так:

В моем случае балкон ориентирован на запад, утром панели в тени, и полноценная выработка начинается со второй половины дня. Хотя уже в 9 утра в электросеть отдается до 25Вт, что в целом неплохо. Как можно видеть из графика, пиковая мощность составила порядка 175Вт, также хорошо видны «провалы» на графике из-за набегающих иногда туч. Заканчивается генерация после 21 час — летом световой день длинный, зимой он будет, разумеется, короче.
За весь этот день было выработано 0.73КВт*ч электроэнергии:

Если бы туч не было совсем, наверно можно было бы рассчитывать на прирост 20-30%, т.е. суммарно получится ровно 1кВт*ч/день. Панели кстати, работают и в пасмурную погоду, но выработка при этом разумеется, меньше, и лишь при совсем темных грозовых тучах, может упасть до нуля.

Для сравнения, вот так выглядит генерация в пасмурный дождливый день, за весь день было выработано 0.21кВт*ч:

Много это или мало? Если верить гуглу, 0.2кВт*ч хватит чтобы вскипятить 2л воды электрическим чайником, что для энергии «с неба» по идее, не так уж плохо.

Из негативного, можно отметить, что КПД получился не такой высокий, как хотелось бы. Увы, производители пишут на панелях максимальное значение мощности, полученное под прямым углом падения солнечных лучей и кристально чистом воздухе ~~на Луне~~ в Гималаях. В реале Солнце постоянно движется по небу, и оптимальный угол падения будет длиться не более 1-2 часов в день. Ничего страшного в этом разумеется нет, просто нужно учитывать, что к примеру, реальных 100Вт со 100-ваттной солнечной панели практически никогда вырабатываться не будет.

Экспорт энергии в электросеть

Наконец, мы подошли к вопросу экспорта энергии в электросеть. Тут все просто с технической точки зрения, но все сложно с экономической. Технически, мы просто добавляем в наше домохозяйство новый источник энергии. Которая будет расходоваться подключенными устройствами, а излишки через электросчетчик (это важно) уйдут в городскую сеть. Счетчик здесь важен потому, что именно от него будет зависеть, как будет подсчитываться экспортируемая энергия.

Здесь есть варианты:

Старый дисковый счетчик при реверсе напряжения скорее всего не будет крутить диск (в нем есть специальный стопор), т.е. выработанное нами электричество будет отдаваться в сеть бесплатно, показания на счетчике изменяться не будут.
Старый дисковый счетчик без стопора будет крутить диск в обратную сторону, т.е. показания счетчика будут уменьшаться, что разумеется, выгодно владельцу солнечных панелей. Но такие счетчики сейчас не выпускаются и стали музейной редкостью.
Цифровой счетчик, не умеющий считать экспорт электроэнергии, будет считать её «по модулю» независимо от направления, т.е. за каждый отдаваемый городу киловатт владелец солнечных панелей будет платить как за потребленный.
Современный цифровой счетчик, умеющий считать как экспорт, так и импорт электроэнергии, будет показывать отдельные значения по всем параметрам. Всего на таком счетчике 4 сменяющих друг друга варианта показаний: импорт дневной, импорт ночной, экспорт дневной, экспорт ночной.

Разумеется, для балконной станции мощностью 100-200Вт это не так критично, большинство электроэнергии скорее всего и так будет потребляться внутри квартиры холодильником и прочими устройствами. Так что даже если у кого-то нет современного электросчетчика, проще рассматривать это лишь как благотворительный вклад в экологию — даже если «подарить» городу несколько КВт*ч в месяц и заплатить за них, ну скажем, 50 рублей, вряд ли владелец от этого обеднеет. Проще считать, что эти деньги пойдут на развитие электросетей… Конечно, если панелей реально много, то целесообразно ставить специальный grid-tie инвертор с так называемым лимитером — датчиком тока, который ставится сразу после электросчетчика и ограничивает выработку инвертора, чтобы наружу ничего не отдавалось.

В моем случае, современный счетчик уже был бесплатно установлен муниципалитетом, так что в солнечный день на экране действительно можно видеть отрицательные значения потребляемой электроэнергии:

Кстати, вопрос о том, сколько можно «заработать» на генерируемом и продаваемом государству электричестве, экономически весьма непростой. В Германии например, вначале были введены специальные льготные тарифы для отдаваемой электроэнергии, что дополнительно мотивировало владельцев ставить солнечные панели. Но потом льготы стали отменять, и сейчас, это вроде бы уже не так выгодно. Аналогичный закон про «зеленый тариф» с реально высокими ценами за генерацию был принят в Украине, и это привело к значительному росту числа солнечных станций, но долго ли он продержится, неизвестно. Понятно, что в Украине хотят получить максимальную энергонезависимость от соседей, поэтому цены покупки электричества пока высоки. В России наоборот, генерируемое электричество будет покупаться дешевле чем потребляемое — энергоресурсов в РФ и так в избытке, и желания у правительства мотивировать людей на установку солнечных панелей нет. Но в любом случае, речь идет об излишках — то электричество, которое потребляется внутри дома, является прямой и чистой экономией, уменьшая платежи по обычному тарифу, а лишь излишки продаются государству. По идее, цель инсталляции солнечных панелей для домовладельца — уменьшить до нуля потребление электричества от внешней сети, а возможность продажи излишков городу это лишь приятный бонус, но не самоцель.

Кстати, если говорить об окупаемости в настоящее время, то судя по немецкому онлайн-калькулятору, окупаемость для панелей на крыше площадью 31м2 составляет для Германии порядка 9 лет:

Заключение

Получение солнечной энергии это достаточно интересный хобби-проект, в плане приобщения к чему-то новому. Ведь как известно, лучший способ изучить новую технологию это попробовать её самостоятельно. Можно сколько угодно читать чужие статьи, но увидеть собственными глазами результаты работы, влияние угла наклона панелей, придумать защиту от ветра, сбор статистики, и так далее — оно гораздо более интересно и дает гораздо больше опыта и понимания разных тонкостей.

В целом, результатами работы я вполне доволен. Стоимость проекта составила около 500Евро, что в плане затрат на хобби не астрономическая сумма, которая вполне сопоставима со средним игровым смартфоном или фотоаппаратом. 2 панели обеспечивают выработку от 10 до 180Ватт в зависимости от погоды и времени суток, что неплохо компенсирует работу разных домашних устройств, при этом даже если текущего потребления нет, излишки не пропадают а уходят в городскую электросеть.

Всем кто захочет повторить что-то подобное самостоятельно, желаю удачных экспериментов и побольше солнечных дней.

Привет Geektimes! Данная статья является продолжением предыдущей части, про опыт установки 100-ваттной солнечной батареи на балконе. В первоначальном варианте к батарее был подключен DC-DC преобразователь, от которого можно заряжать различные домашние устройства. Следующим шагом было решено добавить возможность накопления энергии для использования в вечернее и ночное время.

Теория

Как говорилось в предыдущей части, несмотря на не оптимальные углы установки и малое количество панелей (2х50Вт), солнечная панель в принципе работает. Но дальше возникает вопрос ~~что делать~~ как эту энергию использовать.

1) Использовать энергию только по мере надобности, например для зарядки планшета. В плане КПД это самый плохой вариант — днем когда светло, все на работе, да и использовать 100-ваттную панель для зарядки телефона слишком избыточно — 95% светлого времени солнечная панель стоит неподключенной.

Опционально, можно просто подключить готовый USB power bank, например на 10000мАч. Работать будет, но решение во-первых, неинтересное в плане творчества, во-вторых, максимальная мощность для зарядки по USB около 10Вт, т.е. уже для 50-ваттной панели большая часть энергии будет пропадать впустую (хотя для пасмурной погоды сойдет). Ну и в-третьих, выбор подключаемых по USB устройств не так уж велик.

2) Отдавать энергию в электросеть (технология grid tie), чтобы она использовалась другими электроприборами. В принципе, это современный и наиболее используемый в частных домах вариант. Очень удобно, ничего не пропадает, все что сгенерировалось, отдается в сеть, количество требуемых компонентов минимально. Для моего балкона оно увы, не заработало — рекомендуемая мощность панелей для нормальной работы инвертора от 200Вт, а увеличивать число панелей еще в 2 раза уже не входило в бюджет. Да и экономического смысла большого не было — окна выходят на восток, и прямые солнечные лучи попадают на них только утром до 11-12 часов дня.

3) Накапливать энергию в аккумуляторе. Раз первые два способа не подошли, это единственное что остается делать.

— Возможность использования запасенной энергии в любое время.
— Возможность подключения к батарее более мощной нагрузки (например электродрель не заработает от солнечной панели, а от аккумулятора легко).
— Возможность использования разнообразных устройств, рассчитанных на 12В — светодиодные лампы, зарядки для ноутбука и пр.
— Опциональная возможность подключения инвертора на 220В, и как бонус, появление в доме резервного источника питания на случай отключения электричества.
Минус тоже очевиден: батареи в таких системах это самый недолговечный, весьма дорогой, да и экологически вредный компонент. Но последний минус мы наоборот обратим в плюс — батареи могут использоваться повторно (примерно то же, что по слухам, делает Маск в своих Tesla Powerwall).

Полезных для нас видов аккумуляторов мы выделим два:

— Свинцовые и их разновидности: гелевые, щелочные, автомобильные, от UPS и пр. Дешевы, пожаробезопасны, но на этом плюсы заканчиваются. Количество циклов невелико, масса и габариты неудобны. В то же время, это самый дешевый и простой вариант — и дешево, и просто, и «накосячить» тут невозможно. Цена контроллера заряда на eBay менее 1000р, аккумулятор можно купить в любом ближайшем магазине.

— Литиевые. Их много разных видов, и запутаться куда легче.
«Традиционные» литий-ионные: напряжение 3.7В, максимальное напряжение зарядки 4.2В, минимальное напряжение 3.0В. Не любят перезаряда (число циклов снижается кардинально), и гипотетически (при отсутствии защиты и нарушении режима эксплуатации) пожароопасны.
Литий-железо-фосфатные (LiFePO4): напряжение 3.2В, максимальное напряжение зарядки 3.65В, минимальное напряжение 2В. Пожаробезопасны, судя по тестам, даже при КЗ лишь воняют, но не горят.

Литий-титанатные (Li4Ti5O12): напряжение 2.4В, максимальное напряжение зарядки 2.85В, минимальное напряжение 1.8В. Пожаробезопасны, плюс имеют большое количество циклов (по разным источникам, от 7000 до 15000), что делает их практически «вечными». Минус в том, что напряжение минимально, да и купить их непросто.

Более подробно описание разных видом, с их плюсами и минусами, можно почитать здесь. Очевидно, что каждому типу аккумуляторов нужен свой режим заряда, и в общем случае зарядные устройства несовместимы с разными типами ячеек, если в настройках нет возможности выбора. Попытка зарядить LiFePO4 обычным зарядником «для лития» до напряжения 4.2В просто испортит батарею.

В итоге, из всего разнообразия, было решено остановиться на самом простом и проверенном варианте: литий-ионных батареях форм-фактора 18650.

— Это самый популярный форм-фактор, такие батареи используются в ноутбуках, шуруповертах, powerbank-ах и пр.
— Такие батареи легко достать, например из б/у ноутбучных батарей, в которых обычно выходит из строя только несколько ячеек, а остальные вполне работоспособны.
— Как следствие предыдущего пункта, повторно используя батареи, мы не только не вредим экологии, а наоборот, даем элементам вторую жизнь.

Здесь можно подробно посмотреть на тестирование таких батарей:

Элементы 18650 несложно купить и новые, а при покупке большими партиями цена батарейки может составлять меньше доллара за штуку. Это позволяет энтузиастам создавать системы типа таких:

Или даже таких (фото с youtube):

Кстати, если кому интересно посмотреть на более-менее профессиональный подход к сборке батарей, делается это так:

В качестве нагрузки планируется во-первых, зарядка всевозможных девайсов, во-вторых, использование 12-вольтовой LED-лампы в качестве вечернего освещения. Дальше будет видно, в зависимости от того сколько энергии удастся собирать.

Практика

Для сборки системы нам потребуется ряд компонентов. Все довольно-таки дешевое, космических цен здесь нет.

1. Контроллер заряда

Контроллер является логическим центром всей системы, он берет энергию от солнечных батарей и заряжает ею аккумуляторы, также включает и отключает нагрузку, если батареи слишком разрядились. Цена вопроса от 15$ за дешевый контроллер как на фото, этого вполне достаточно. Главное чтобы в контроллере была возможность настраивать напряжение батареи, т.к. напряжение литиевой батареи отличается от свинцовой.

2. Аккумуляторы 18650

У меня не стоял вопрос как максимально сэкономить, поэтому я просто заказал 6 штук на eBay.

По идее, если поспрашивать в сервис-центрах, то старые ноутбучные батареи можно найти практически даром, единственное что для их тестирования понадобится измеритель емкости, цена вопроса около 4$:

Уже заказав аккумуляторы, я понял что проще было-таки купить батарею от ноутбука: ячейки там уже с припаянными выводами, присоединить их было бы проще, да и цена была бы чуть ниже. Видео как аккуратно разобрать батарею, можно посмотреть здесь:

А так, пришлось купить еще держатели для аккумуляторов, впрочем стоят они недорого. Как вариант, можно купить аккумуляторы с уже припаянными пластинами, стоят они чуть дороже.

Кстати, если кто-то решит брать аккумуляторы 18650 на eBay, стоит иметь в виду, что их реальная емкость 2000-3500мАч. Батарей емкостью 9900мАч и выше, не бывает, то что продается на ебее с такой надписью — китайский фейк.

Реальная емкость таких батарей видна на скриншоте с видео от одного из покупателей:

Такую батарею стоило бы взять, только если расчитывать открыть диспут и получить возврат денег от продавца (жуликов надо наказывать). Только месяц ожидания того не стоит, да и батарея с емкостью 500мАч годится только для мусорного ведра.

Чтобы ячейки в батарее заряжались корректно, нужна плата BMS — battery management system. Плата обеспечивает равномерный заряд ячеек, а также отключает заряд/разряд при выходе напряжения за границы допустимых.

Искать проще на eBay по словам 18650 Protection Balance Board.

Примечание: как показало тестирование, данная плата не совместима с контроллером заряда, т.к. в контроллере заряда уже есть задаваемые пороги отключения. Нужна простая плата с балансиром «LiPo Balance Board», все остальное контроллер заряда берет на себя. Подробнее описано в статье про тестирование контроллера.

На схеме условно показаны 3 аккумулятора, в реальности их можно параллелить, и вид батареи может быть примерно такой (фото с сайта продавца):

Кстати, о количестве аккумуляторов в батарее. Их в принципе, много не бывает. Во-первых, даже небольшой недозаряд значительно увеличивает продолжительность жизни батареи — если снизить максимальное напряжение заряда с 4.2 до 4.1В, количество циклов возрастет вдвое, а емкость уменьшится лишь на 10%. Во-вторых, если параллелить ячейки, то зарядные токи также уменьшаются, что уменьшает нагрев и увеличивает продолжительность жизни батареи. Так что по возможности, 12 аккумуляторов лучше чем 9, а 9 лучше чем 6, и так далее, верхний предел ограничен лишь ценой и здравым смыслом.

Не является обязательным, но вполне удобным является прибор для контроля напряжения ячеек, цена вопроса так же около 5$. Он же может работать как балансир ячеек.

Теперь соберем это в кучу, и как говорится, со всем этим попытаемся взлететь. Статья и так получилась большой, так что продолжение в следующей части.

Аналогичный эксперимент от других пользователей можно посмотреть например здесь:

Есть два варианта установки солнечных батарей – покупка готового набора, состоящего из панелей и системы аккумуляторов или самостоятельная сборка отдельных деталей.

Для тех, кто решит делать все своими руками, процесс изготовления домашней солнечной батареи подробно описан в сети. Энтузиасты из специализированных сообществ в социальных сетях также готовы дать советы.

Готовое решение обойдется несколько дороже – от 11 до 250 тысяч рублей, в зависимости от комплектации и размера. Например, такие варианты предлагаются на сайтах магазинов SolBat и «Энергопартнер».

Самостоятельная сборка будет стоить от пяти до 100 тысяч рублей, при этом нужно самим правильно подобрать детали установки. «Хотя я являюсь инженером и могу сам собрать любой прибор, я всегда буду голосовать за покупку цельной установки.

В российских условиях любому покупателю легче всего обратиться в helios-house или russolar и выбрать себе установку по вкусу, потому что вам не нужны лишние проблемы с ее сборкой», – рассказал Recycle Сергей Минаев, администратор закрытой группы в сети «ВКонтакте», посвященной использованию альтернативных источников энергии.

Для российских условий эксперты советуют выбирать поликристаллический модуль. Он лучше подходит для слабого российского естественного солнечного света. Все элементы панели с таким модулем покрываются специальным ламинатом, который устойчив как к перепадам температур, так и к воздействию снега и дождя.

Большая часть готовых солнечных установок оснащается аккумуляторами, контроллерами и устройствами с usb-выходами и стандартными выходами, пригодными для зарядки ламп, переносных девайсов и небольших бытовых приборов.

Батареи на балконе

Марина Быстрина из Санкт-Петербурга установила солнечную батарею на балконе: «У меня небольшая солнечная батарея, поликристалл, стоит на балконе, ее для меня собрали друзья. Она подключена к usb-переходнику, и я использую ее для включения мини-вентилятора летом и для турецких цветных ламп в течение всего года.

Главное – разобраться, для чего вам нужна такая установка. Весь свой дом вы на солярную энергию вряд ли переведете, нужны большие поверхности для установки батарей. В любом случае – пробуйте, любое использование возобновляемой энергии, особенно в наших погодных условиях – это огромный шаг вперед!»

У Ивана Герасимова из Новосибирска на балконе – 65-ваттные солнечные батареи среднего размера. По его словам, они позволяют накопить примерно по 6 Ампер/час. С помощью этой силы тока ему удается зарядить свой ноутбук примерно наполовину. Телефон от батарей можно зарядить полностью за несколько солнечных утренних часов, а два ночника от полностью заряженного аккумулятора могут работать три ночи подряд.

Установка вырабатывает более 2500 вт, или 2,5 квт. Средний ноутбук при работе потребляет в час около 100 вт, телефон – около 70, лампа – 10-15 вт/ч.

Если вы пока не готовы к покупке собственной установки, можно начать с приобретения домашних и уличных ламп, оснащенных солнечными батареями. Их можно приобрести в ИКЕА и «Утконосе». Они просты в использовании, экологичны и стоят недорого.

Разрешение на установку

Для установки солнечных батарей на балконе дополнительные юридические разрешения не требуются. В ЖЭУ по месту жительства уточнили, что, если батареи не мешают другим жильцам, то на их установку не нужно получать разрешений.

«Какого-то специального требования согласовывать установку солнечных батарей нет, если она не связана с изменением конструкции самого балкона. То есть, если панели легкие, не увеличивают нагрузку, если их размещение не связано, например, с демонтажом ограждения балкона, то никакого согласования в Мосжилинспекции не потребуется», – рассказал руководитель пресс-службы Мосжилинспекции Алексей Сенченко.

На всякий случай в Мосжилинспекции порекомендовали обратиться в Главное архитектурно-планировочное управление Москомархитектуры, чтобы узнать, не появятся ли претензии к изменению внешнего вида здания. В ряде случаев, когда речь идет о домах-объектах культурного наследия, памятниках архитектуры, изменение внешнего вида фасада здания возможно только с после получения разрешения.

Подмосковный опыт

Десятки компаний предлагают установку солнечных батарей в Москве и Подмосковье. Несмотря на то, что производительность батарей в зимние месяцы снижается в три-четыре раза, их использование может обеспечить энергией небольшой загородный дом с необходимым минимумом электроприборов. Солнечные установки пользуются у жителей Подмосковья все большей популярностью.

«Чаще мы устанавливаем батареи для загородных домов, а не в городах, потому что для их использования все-таки требуется пространство. Заказов стабильно 5-10 в месяц, причем берут как недорогие панели по 50 тысяч, так и установки за 400 тысяч, которые легко обеспечивают электричеством все, включая электромобиль, который есть тут у одного хозяина», – рассказали Recycle в пресс-службе подмосковной компании «ВитаСвет».

Чем больше размер батареи, тем эффективнее она работает. Так, для освещения дачного домика потребуется установка стоимостью не больше 150-200 тысяч рублей. Для большого дома – соответственно, большая и дорогостоящая установка. Снег зимой чистится обычной щеткой, а вода на на панелях не задерживается из-за положения установки, которое подбирает мастер с учетом условий на конкретном участке.

Комментарий для Recycle от британской фирмы Solar Wind

«Установка солнечных батарей у себя дома несет в себе много преимуществ. Солнечная установка не требует топлива. Использование энергии солнца требует затрат практически только на установку, а в дальнейшем потребитель получает уже исключительно бесплатную энергию.

Солярные установки бесшумны. Поскольку электричество производится путем прямого преобразования энергии света, то нет абсолютно никаких шумов и звуков. Солнечная система регулируется автоматически, ее не нужно постоянно включать и выключать как дизель.

Солнечные панели надежны, они гарантированно вырабатывают электроэнергию каждый день от восхода до заката. Кроме того, установки общедоступны. В Великобритании и России в этом смысле ситуации похожи: хотя солнца и не очень много, солнечный свет есть, и это критическое преимущество солнечных панелей перед ветряными и дизельными системами».

Привет Geektimes. Данная статья является продолжением предыдущей части, про туристическое зарядное устройство "Anker Solar 21Вт". Идея использования солнечной батареи для зарядки разных гаджетов мне показалась весьма перспективной, но конечно, 21Вт в качестве универсальной зарядки мало — хочется иметь возможность заряда не только в солнечную погоду, а для этого нужен запас по мощности. Поэтому были куплены полноценные солнечные панели и начаты эксперименты с ними.

Железо

1. Солнечная панель

Тут есть разные варианты, но на балконе основным ограничением является наличие свободного места. Для понимания порядка цен, батарея на 50Вт стоит примерно 5000руб и выглядит так:

Размеры панели в мм — 540x620x30, вес 4кг.

Балконы по размеру бывают разные, исходя из габаритов панелей, вполне без проблем можно поместить 2 или 4 штуки, больше уже не влезет. Для теста было куплено 2 панели по 50Вт. Такая батарея дает около 18В под нагрузкой или 24В без нее, значит при использовании 2х батарей нужно рассчитывать на суммарное напряжение до 50В (к примеру многие dc-dc преобразователи штатно работают до 30В). Можно соединить батареи и параллельно, но тогда потери из-за длины проводов будут чуть выше.

2. Контроллер

Здесь есть 2 варианта:

— Солнечные панели + контроллер + аккумулятор

Это классическая конструкция: контроллер заряжает аккумулятор когда есть солнце, пользователь когда ему надо, эту энергию использует.

Преимуществ у данной системы несколько:

— энергией можно пользоваться когда угодно, а не только когда светло,
— возможность подключения инвертора и получения на выходе 220В,
— как бонус, резервный источник в доме на случай отключения электричества.

Недостаток один: использование аккумулятора большой емкости в корне убивает экологичность идеи данного мероприятия. Число циклов заряда/разряда аккумуляторов ограничено, они не любят переразряд, к тому же и аккумуляторы и контроллеры довольно-таки дорогие. Цена контроллера составляет от 1000р за самую дешевую ШИМ-версию, до 10000-20000р за более дорогую (и эффективную) версию с поддержкой MPPT (что такое MPPT можно почитать здесь). Цена аккумулятора составляет от 5000р за обычный гелевый аккумулятор на 40-50А*ч, некоторые используют батареи LiFePo4, они разумеется дороже.

— Grid-tie инвертер

Эта технология наиболее перспективна на данный момент.

Суть в том, что конвертор преобразует и отдает энергию сразу в домашнюю электросеть. При этом потребляемая от общей сети энергия уменьшается, домовой электросчетчик фиксирует меньшие показания.

В идеале, если солнечные панели дают достаточно энергии для всех потребителей, значение на электросчетчике вообще не будет расти. А если потребление квартиры/дома меньше, чем выработка солнечных панелей, то счетчик будет фиксировать «экспорт» энергии, что должно учитываться компанией-поставщиком электричества. В России правда такая схема пока не работает — более того, большинство старых электросчетчиков считают энергию «по модулю», т.е. за отдаваемую энергию еще и придется платить. Вроде в 2017 году вопросы микрогенерации на законном уровне обещали начать решать. Но впрочем для панелей на балконе все это имеет лишь теоретический интерес — их выработка слишком мала.

Цена grid-tie инвертора составляет от 100$, в зависимости от мощности. Отдельно стоит отметить микроинветоры — они ставятся прямо на батарею, и отдают сразу сетевое напряжение, однако рекомендуемая мощность панелей составляет не менее 200Вт. Инвертор крепится прямо на задней стенке солнечной панели, это позволяет соединять их так:

Но для балкона это разумеется, неактуально.

Тестирование

Первым делом было интересно выяснить, какую реальную мощность можно получить с солнечных панелей. Для этого за 15$ была куплена плата АЦП ADS1115 для Raspberry Pi:

Использовать ее просто, входное напряжение делится делителем и подается на аналоговый вход, на выходе имеем цифровые значения. Исходники для работы с АЦП можно взять здесь. Также был куплен датчик тока ACS712, датчик напряжения был сделан из кучки резисторов (дома нашлись только одного номинала). В качестве нагрузки была установлена обычная лампочка на 100Вт. Разумеется, от 48 вольт она не горела (лампочка расчитана на 220В), а лишь еле-еле светилась. Сопротивление спирали составляет 42 Ома, что по напряжению позволяет примерно оценить мощность (хотя у лампы накаливания сопротивление нелинейно, но для грубой прикидки сойдет).

Первая тестовая версия выглядела так:

Исходник был допилен, чтобы данные и текущее время сохранялись в CSV, также на Raspberry Pi был запущен web-сервер, чтобы скачивать файлы по локальной сети.

Результаты за обычный вполне ясный день с переменной облачностью выглядят так:

Видно что пик напряжения приходится на раннее утро, что есть следствие неправильной установки панелей — в идеале они не должны стоять вертикально.

А вот так выглядит «провал» в день, когда набежали тучи, и пошел дождь:

Учитывая напряжение в 44В и сопротивление нити накала лампы в 42Ома, можно грубо прикинуть (нелинейность сопротивления лампы игнорируем), что в лучшем случае получаемая мощность P = U*U/R = 46Вт. Увы, КПД 100-ваттной панели при вертикальной установке не очень хорош — солнечные лучи падают на панель не под прямым углом. В худшем случае (пасмурно, дождь) мощность падает даже до 10Вт. Зимой и летом суммарная получаемая энергия также будет отличаться.

Опыт с отдачей энергии напрямую в сеть оказался неудачным: 500-ваттный инвертер от 45 ватт просто не заработал. В принципе это было ожидаемо, так что инвертор оставлен на будущее ~~до переезда на место с балконом побольше~~.

В итоге, учитывая решение отказаться от буферных аккумуляторов, единственным рабочим вариантом оказалось использование dc-dc конверторов напрямую: к примеру вот такой конвертер может заряжать любые USB-девайсы, на его выходе уже есть и USB-разъем:

Есть модели чуть подороже, они имеют больший максимальный ток и большее число USB-разъемов:

Есть мысль также найти dc-dc-конвертер для зарядки ноутбука, их выбор на eBay весьма велик.

Заключение

Данная система имеет экспериментальный характер, но в целом можно сказать что оно работает. Как видно по графику, примерно с 7 утра и до 17 вечера отдаваемая панелями мощность более 30Вт, что в принципе не так уж плохо. В совсем пасмурную погоду результаты разумеется хуже.

Об экономической целесообразности речи разумеется не идет — при выработке 40Вт*ч по 7 часов, за неделю будет выработано 2КВт*ч. Окупаемость в ценах своего региона каждый может прикинуть самостоятельно. Вопрос разумеется не в цене, а в получении опыта, что всегда интересно.

Но куда девать энергию, вопрос пока открытый. Использовать 40Вт для зарядки USB-устройств это чересчур избыточно. На eBay есть grid tie инверторы на 300Вт с рабочим напряжением 10.5-28В, однако отзывов по ним мало, а тратить 100$ на тест не хочется. Если подходящее решение так и не найдется, можно считать что одна 50-ваттная панель является оптимумом для балкона — ею можно заряжать разные гаджеты, избыточность в этом случае минимальна.

По крайней мере, уже сейчас все домашние цифровые устройства (телефоны, планшет) переведены на «зеленую энергию» без особых хлопот. Есть мысль все-таки рассмотреть использование буферного LiFePo4 аккумулятора — но вопрос выбора и аккумулятора и контроллера пока открыт.

В дополнение: как подсказали в комментариях, можно использовать свинцовый аккумулятор, например автомобильный. Да, это действительно дешевый и работающий вариант, со 100-ваттной панелью будет достаточно примерно такого контроллера, ценой всего 10-20$ на eBay:

Но это решение не совсем экологичное и не совсем интересное, поэтому в плане изучения технологий я его не рассматриваю. А если кому-то надо например, запитать видеокамеру на даче, то наверное вполне вариант.

Продолжение в следующей части. Краткую видео-версию также можно посмотреть в ролике на youtube.

PS: В комментарии просили выложить фото, в данный момент батареи выглядят так:

Такой размер панелей не мешает пользоваться балконом и в принципе не портит внешний вид. Также, как подсказали в комментариях, выгоднее покупать панели бОльшей мощности, оптимумом по цене являются панели на 150-200Вт, но их размещение чуть сложнее, и надо уже прикидывать габариты, поместится панель или нет. Также встает вопрос надежного крепежа.

Применение альтернативных источников электричества — тема, которая находится на пике популярности. Особенно в наших реалиях, когда отключение электричества в жилых домах частое и непредсказуемое явление. Поэтому солнечные батареи для квартиры на балконе могут стать популярным вариантом выхода из подобных ситуаций. Давайте подробнее рассмотрим возможность размещения солнечных панелей в городских условиях и экономическую целесообразность такого подхода.

Основы работы солнечной панели

Солнечная панель, по-простому говоря, — группа фотопластин, соединенных между собой. Солнечные лучики, оказываясь на фотоэлементах солнечной панели, генерируют электрическую энергию. И как следствие, вырабатывается постоянный электрический ток. Но для бытовых целей такой ток бесполезен, поэтому в систему включен еще один прибор — инвертор. Его задача преобразовать постоянный ток, вырабатываемый гелиопанелью в переменный, который уже можно применять для бытовых целей.

Но, не все панели одинаковы. Основной показатель солнечной батареи — из какого материала она изготовлена. А их несколько:

поликристалл кремния — самый применяемый проводник, который удачным образом сочетает и доступную цену, и отличные эксплуатационные параметры. Их, кроме всего, можно установить самостоятельно, что называется своими руками. Они легко распознаются по ярко-синему цвету поверхности панели;
монокристалл кремния — гораздо выше по производительности, но и себестоимость изготовления на порядок выше. Для промышленных систем малопригодна из-за своей формы в виде многоугольника. Такая форма не имеет физической возможности плотной компоновки фотоэлементов — неизбежно появляются зазоры. А это сокращает полезную площадь;
аморфный кремний — самый малоэффективный тип кремния, но и самый недорогой. Может пригодиться, если от батареи не ожидают предельно больших мощностей;
теллурид кадмия — наносится на стеклянную плоскость, толщиной 0.6 мм. Такой пленочкой (непрозрачной или частично прозрачной) можно затонировать оконное стекло;
CIGS — также пленочный полупроводник, но по сравнению теллуридом кадмия располагает более высоким КПД.

Материалов для изготовления панелей, как видим, достаточно много. Какой установить? Для этого нужно определиться с вашими финансовыми возможностями и какой эффект от применения такого типа солнечных панелей вы ожидаете. Так дорогие монокристаллы могут выдавать до 125 Вт, а недорогой аморфный кремний — 50 Вт.

Рекомендуем к прочтению: подробно о том, что такое солнечные батареи, какие есть преимущества и недостатки их применения, а также как сделать солнечную батарею в домашних условиях своими руками.

Наиболее популярны батареи из монокристаллического и поликристаллического кремния. Монокристаллы обладают КПД на уровне 13 % с большим сроком эксплуатации — порядка 32 лет. Но надо учитывать, что их производительность чрезвычайно зависит от влияния погоды. Ясный и солнечный день дает возможность выжать из таких панелей максимальный КПД, но при пасмурной погоде этот показатель стремительно падает.

Поликристаллы не такие эффективные — КПД на уровне 9 %. С пониженным сроком эксплуатации — около 20 лет. Но погодные условия практически не влияют на их производительность.

Из чего состоит бытовая солнечная станция

Теперь немного познакомимся с тем, без чего получить электроэнергию для дома из гелиопанелей не получится.

Солнечная панель — выдает электричество под влиянием солнечного света. Тут надо понимать, что размеры панели могут быть разные. Но солнечная батарея на балконе категорически обязана вписываться в габариты лоджии:И иметь размеры 540×620×30 мм. Вес одной панели порядка четырех килограмм. Ценник для гелиопанели в 50 Вт начинается от 5000 рублей.Понятно, что балконы по размеру разные. Если принять в расчет указанные габариты, таких панелей можно разместить от 2 до 4-х штук.
Аккумулятор накапливает преобразованную солнечную энергию.
Контроллер — с его помощью постоянный ток от аккумулятора перестраивается в ток, который пойдет по цепи дальше.
Инвертор — нужен для преображения постоянного тока, поступающего с клемм аккумулятора, в переменный, иногда комбинируется с контроллером.

Эффективность домашней системы

Исходя из практического применения, балконные системы с 4-мя панелями смогут выработать около 2-х кВт электроэнергии в течение всего светового дня. И на что их можно потратить? Этого может хватить на освещение комнаты или даже всей квартиры, при условии применения энергосберегающих ламп. Точно хватит, чтобы подзарядить ваш смартфон. Но стиральную машину, различного рода водонагреватели, электроплиту балконная солнечная система однозначно не потянет. Кроме того не забываем про зимний период, когда эффективность системы падает в 2–4 раза.

Экономическая составляющая

Брендовый комплект для бытового применения, конечно, стоит по-разному. Нижняя планка набора от 260 100 руб. Их китайские аналоги стоят гораздо дешевле. Но в любом случае, надо отдавать себе отчет в том, что период окупаемости для средних Российских широт будет очень длительным. Но не стоит сразу пугаться, с каждым годом технологии модернизируются, производители солнечных панелей в России расширяют ассортимент и становятся все более конкурентными, а продукция становится все более доступной.

Особенности установки

Если вы все-таки решили, что вам нужны солнечные батареи для вашей квартиры, то для их эффективной работы нужно придерживаться определённых правил:

Правильное расположение имеет значение. Идеально если ваша квартира выходит на южную или юго-восточную сторону дома. Хорошо, чтобы не было соседних многоэтажек. Иначе тень от них будет перекрывать потоки солнца, и эффективность системы упадет в 2 раза.
Лучше будет если балкон уже предварительно застеклен и утеплен. Если там будет находиться аккумулятор (а в квартире для него трудно выделить отдельное место), то в морозные дни его емкость будет быстро снижаться или вообще потеряет заряд.
Если нет остекленного балкона, то все необходимое для работы солнечной панели оборудование надо защитить влаго-пыленепроницаемыми коробами.
Для наших российских малосолнечных дней оптимальный вариант панели на поликристаллических фотоэлементах, которые работают даже в условиях недостаточной освещенности.
Не забываем, что эффектная работа гелиопанелей зависит от угла падения солнечных лучей. В идеале — если они попадают на поверхность панелей под углом в 90°. К тому же желательно, чтобы панели обладали функцией автоматического слежения за положением солнца. Хотя, надо признать, что в условиях балкончика — это трудно выполнимая задача.

Монтаж оборудования

И всё-таки комплект всех составляющих для выработки электричества на своем балкончике приобретен. Но не лишним будет дополнительно упомянуть, что если солнечные панели с успехом могут быть смонтированы на внешней стороне лоджии, то всё вспомогательное оборудование лучше размещать за остекленным и утепленным местом. Прочитайте внимательно инструкцию к приборам и о том, как подключить солнечную панель. Именно здесь можно почерпнуть бесценные сведения об минимально допустимой температуре окружающей среды. В более выигрышном положении находятся гелиосистемы напротив окон внутри квартиры.

Итак, какие инструменты и материалы понадобятся:

Стекло (оргстекло) для защиты фотопанели;
Профильный уголок из алюминия с полкой 20х20мм;
Шины для пайки контактов;
Паяльник;
Мультиметр;
Специальный герметик в тубах.

Операции по сборке гелиопанели:

Из профильного уголка изготавливается рама под размер гелиопанели с 10-ти миллиметровым зазором. В дальнейшем этот зазор будет заполнен герметиком;
Пропайка контактов на фотоэлементах. Крайние контакты для надежности припаиваются к шинам;
Подготовить стекло. Тщательным образом зачистить и обезжирить специальными жидкостями всю поверхность с обоих сторон;
Установить стекло в подготовленную раму и надежно зафиксировать;
На стекле разместить и надежно закрепить фотоэлементы. Оставить монтажные зазоры;
С обратной стороны панель обработать акриловым лаком.

При установке собранной конструкции, необходимо солнечные панели надежно закрепить на элементах конструкции самого балкона. Место установки лучше всего подобрать заранее, так как всю поверхность необходимо периодически очищать. Про правила установки мы уже говорили — желательно, чтобы он был под определенным углом к солнечным лучам.

Солнечные батареи для квартиры плюсы и минусы

Современные тенденции в применении чистых источников энергии позволяют сделать вывод об этих источниках энергии, что это самое перспективное направление на ближайшее будущее.

Основные достоинства такого источника энергии:

Независимость от городской электросети;
За выработанное электричество не придется ежемесячно платить;
Как мы уже писали, эти девайсы обладают длительным периодом службы 20–30 лет;
Простота конструкции придает надежность собранной системе;
Простота в работе. Какого либо особого ухода не требуется.

Недостатки тоже есть:

Продуктивность системы зависит от временного промежутка в течение суток и погодных условий;
Довольно высокая себестоимость, при большом периоде самоокупаемости;
Низкая производительность;
Все-таки, это дополнительный источник электричества, а не постоянный;
Все приборы необходимо оградить от попадания на них атмосферных осадков. Сам балкончик должен быть остеклен и утеплён.

Что говорит закон

Для того чтобы установить особых согласований не нужно. Главное, чтобы соблюден ряд условий:

Ваша конструкция не должна мешать соседям.
Не должна нести потенциальной опасности.

Но есть и исключения. Вам потребуется разрешение, если ваш дом относится к памятникам архитектуры или находится в историческом районе города. Изменить облик фасада возможен после получения специального разрешения из управления архитектуры вашего города. Такое же разрешение необходимо, если вы собираетесь переустроить сам балкон, иными словами говоря, изменить его конструкцию. К примеру, снять ограждение балкона.

Да, для установки солнечных панелей на балконе уже продаются готовые наборы. Но необходимо учесть, что такого набора гарантированно не хватит для электроснабжения всей квартиры. 65-вватная панель зарядит смартфон примерно за 3–4 часа. Если отключат свет, квартиру можно осветить с помощью светодиодных лент, подключенных к гелиопанели.

Можно установить панели внутри квартиры. Но помните, что стеклянное окно за счет отражения лучей солнца заберет примерно половину паспортной мощности системы.

И напоследок. Если все же вы твердо решили установить всю конструкцию на балкон или в квартире, то вам нужно будет приобрести и установить качественный гибридный инвертор (не с Алиэкспресс), а лучше два (на случай поломки).

Заключение

Теперь мы знаем, что с 7 утра и до 17 вечера мощность панели в солнечную погоду будет на уровне 30 Вт, что само по себе уже неплохо. В пасмурную погоду мощность естественно будет падать. Об экономической составляющей мы уже говорили – каждый сам решает, насколько ему необходима такая система, которая за неделю сможет выработать всего 2 кВт/час.

Но все же если не учитывать того момента, что установка такого комплекта на балконе не даст квартире полную энергонезависимость, в наших российских реалиях такой комплект может хорошо выручить — зарядит смартфон, светодиодные ленты будут давать свет. Кроме всего прочего, вы будете себя чувствовать сопричастным к процессу использования альтернативных источников энергии.

Читайте также: