Солнечная батарея на балконе, опыт использования / Хабр

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.

Что из этого получилось, подробности под катом.

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:

Технофетишистам не смотреть!

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:

Фото

Гуглить по словам PWM Solar Charger.

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:

Фото

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.

Как установить солнечные батареи на балконе и лоджии? ▷ читати на Elektro.in.ua

В наше время по поводу экономии на электроэнергии задумываются не только владельцы собственных домов, но и жители многоэтажек. Если солнечные єлектростанции можно достаточно часто  встретить на крышах частных домов, то солнечные панели на балконе и лоджии встречаются очень редко. 

Давайте же разберемся, как установить солнечную панель на балконе и что для этого нужно. Так же разберем, где установить солнечную панель на лоджии.

Как установить солнечную батарею на балконе

Для такой небольшой станции на балконе или лоджии, как правило, используют  поликристаллические панели. В отличие от дорогих монокристаллических, поликристаллические батареи могут работать в пасмурную погоду в привычном им режиме без изменений. Этот выбор обоснован размещением и местом для установки. Безусловно хорошо, когда ваш балкон выходит на южную сторону. Но так бывает не всегда. Монтаж солнечной панели для балкона можно делать и на восточной или западной стороне, но в таком случае нужно быть готовым к пониженной генерации. 

Где установить солнечную панель на балконе? Ответ достаточно простой — на его крыше, если таковая есть. Но важно учесть угол наклона крыши. Кроме выбора стороны для установки есть еще проблема нехватки места для установки. 

Обычная монокристаллическая панель мощностью 400 Вт и больше, имеет размеры 2015 x 996 x 40 мм Если ваш балкон чуть больше среднего, то максимальное количество панелей которые вы можете установить равно двум. В случае если у вас большой балкон, тогда их количество может увеличиться. 

Установка солнечных батарей на балкон может осуществляться и в других местах кроме крыши, например:

• Вне балкона, то-есть с наружной стороны балкона. Такой способ установки возможен ели ваш балкон не застеклен. Этот вариант предусматривает небольшой угол наклона вверх. Это необходимо, чтобы ваша панель собирала максимально возможное количество солнечного света. 

• Если вы живете на последнем этаже, тогда есть возможность установиться солнечные панели на крыше балкона (лоджии).  

• Где установить солнечную батарею на балконе, если у него нету криши? Также монтаж солнечной батареи можно осуществить на окна с внутренней стороны. В таком случае ваш солнечный фотомодуль защищен от ветра, дождя, снега. Однако, как отмечают клиенты, в таком случае КПД солнейчной батареи будет меньше. Также, за счет непрозрачности панели, солнечный свет будет меньше проникать в вашу комнату, а это значит что дома будет темнее.

Установка солнечных панелей на балкон имеет ряд минусов, например:

Иногда инсталляция панелей на балконе портит внешний вид дома. Мы советуем проконсультироваться и согласовать этот монтаж с вашим домоуправлением или ЖЭКом. В противном случае, может случиться такое, что представители законной власти потребуют демонтировать панели, а это уже не выгодно вам. Так как по сути вы выкинули деньги на ветер. 

Следующая проблема которую имеет монтаж солнечной батареи для балкона заключается в не всегда удачном расположении вашего балкона или лоджии. Как известно, солнечная панель лучше всего генерирует электроэнергию когда ее лицевая сторона направлена на юную сторону под правильным углом. Объясняется это тем, что с южной стороны поступает больше солнечного света благодаря чему генерация панели при таком расположении будет выше чем когда установка солнечных батарей на лоджии происходит с северной западной или восточной стороны дома. Поэтому при монтаже южная сторона в приоритете. 

Бывает такое, что нужно установить солнечные батареи на балконе нестандартного размера и формы, например который имеет округленные формы или кованую фронтальную сторону. Если же ваш балкон подобной формы, то в таком случае монтаж усложняется. Необходимо надежно ее закрепить, иначе фотомодуль попросту может сдуть сильным порывом ветра. Иногда установка панели происходит на стене. Минус такого способа, в том что ветер может сдуть панель. Это случается из-за слабой фиксации или по причине неправильно выполненных технических работ.  

Где установить солнечную батарею на лоджии

Про балкон мы уже выяснили. А как происходит установка солнечных панелей на лоджии? В случае с лоджией, установка панели происходит только горизонтально под 90 градусов. В связи с чем угол наклона минимальный, а это значит, что генерация будет небольшой. Помимо солнечных панелей, для такой небольшой солнечной электростанции необходим контроллер заряда, аккумулятор и синусоидальный инвертор. Стоимость такой СЭС во всех магазинах разная и может достигать 1000 долларов, а это значит, что есть риск, что ваши вложения не окупятся. 

В случае если вы хотите установить солнечные панели на балконе, важно помнить, что зимой при температуре ниже +5 градусов, КПД аккумуляторов понижается. Специалисты в сфере фотовольтакии предостерегают, что хранить батареи зимой категорически нельзя. В это время года их необходимо занести внутрь дома, и подумать над тем, как провести проводку к ним с неутепленного балкона. 

Но если все же вы решили установить их внутри, то лучше выбрать полупрозрачные фотомодули. Такое решение малозаметно снаружи, не портит эстетику дома и не затемняет комнату внутри. Мы предупреждаем наших клиентов, что при монтаже нужно учитывать порывы ветра и монтировать панели очень крепко. В противном случае ветер сдует вашу панель. Надеюсь, мы ответили Вам, как установить солнечную панель на лоджии или балконе правильно

Квартира на балконе мощностью 1800 Вт Солнечная батарея с аккумулятором на 2400 Вт-ч Микросеть, которая может питать холодильник | Sunboxlabs

Как и обещал, несколько снимков моей солнечной (самодельной) установки.

Работает 4–5 лет без перерыва, полное электропитание домашнего офиса и телевизора, пылесос.

2 солнечные панели по 180 Вт = система мощностью 360 Вт (0,36 кВт)

Сверление отверстия в плексигласе: способ прокладки кабеля снаружи внутрь без сквозняка. Затем окно (вертикально раздвижное в американском стиле) закрывается на плексигласе.

Аккумулятор Xantrex на 2400 Вт (2,4 кВт·ч), контроллер и инвертор на 1800 Вт (1,8 кВт) в действии.

Общая стоимость на дату установки: 4 386,38 долл. США

Лучшее, Anonymous

Это очень мощная система, которая может обслуживать гораздо большую мощность, чем что-либо другое на этом сайте: она может производить в 3,6 раза больше энергии с помощью своих панелей, хранить в 5,7 раза больше энергии в своих батареях и отдавать. энергии в 18 раз больше, чем в моем маленьком комнатном комплекте. Впечатляющий!

Также обратите внимание, что у отправителя есть очень умное решение, как протянуть кабель через окно и перекрыть холодную щель: сделать отверстие в прозрачном плексигласе!

Наконец, к счастью, за последние несколько лет цена значительно снизилась: если 4 года назад установщик платил 4386 долларов, то сейчас он доступен за 2064 доллара. См. ниже новые исследованные ссылки.

Стоимость деталей на Amazon: $2,064,02

2 панели солнечных батарей

Проверить последнюю цену на Amazon

Соединительный кабель

Проверить последнюю цену на Amazon

2 батареи AGM

Проверить последнюю цену на Amazon

Контроллер, инвертор

Проверить последнюю цену на Amazon

Финансовая окупаемость и воплощенная энергия

Как долго это будет экономить мои деньги? Причина, по которой эта система настолько проста, заключается в том, что она не подключается к электросети вашей квартиры за счетчиком. Это означает, что система чистая и ее легко установить самостоятельно, но она также не подключается автоматически к электрическим тяжеловесам, таким как водонагреватель, холодильник и стиральная машина с сушкой. Эта система настолько мощная, что в нее можно воткнуть этих тяжеловесов (хоть холодильник)! Типичный неэнергосберегающий холодильник потребляет около 1 кВтч в день, как этот, и все это можно выгрузить в систему. Это экономия 56 долларов в год. Вам нужно будет добавить больше нагрузок, таких как стиральная машина и телевизор, чтобы полностью использовать эту систему.

 Срок окупаемости балконной системы 360Вт
Стоимость системы: 2064 доллара на Amazon на момент написания.
Годовое производство энергии: 365 дней * 4,26 часов солнца/дней * 360 Вт = 542 894 Вт·ч/год.
Годовое создание стоимости: 543 кВтч/год * 15,34 центов/кВтч = 81 доллар США/год созданной энергии
Срок окупаемости системы: 2064 долл. США / 81 долл. США = 25 лет до окупаемости.
 

Финансовая окупаемость системы составляет 25 лет, включая батарею, из-за относительно небольшой системы солнечных батарей. Аккумуляторная система также не самая дешевая, и энергия в целом очень дешевая и составляет в настоящее время 15,34 цента/кВтч.

Если бы панели были на крыше, расчет был бы другим:

 Финансовый период окупаемости системы 360 Вт на крыше
Стоимость системы: 2064 доллара на Amazon на момент написания.
Годовое производство энергии: 365 дней * 6,66 часов солнца/дней * 360 Вт = 875 124 Втч/год.
Годовое создание стоимости: 875 кВтч/год * 15,34 центов/кВтч = 134 долл. США/год созданной энергии
Срок окупаемости системы: 2064 долл. США / 134 долл. США = 15,4 года до окупаемости.
 

Технические характеристики

 Солнечные панели:
    2 солнечные панели по 180 Вт
    = 360 Вт общей мощности зарядки
Контроллер заряда:
    1 х контроллер заряда
Батарея:
    2 батареи AGM 6 В 200 Ач
    = 2400 Втч хранилища
    = 6,6 часов до полной зарядки (2400 Втч / 360 Вт от панелей)
Инвертор:
    1 инвертор мощностью 1800 Вт с батарейным отсеком
Нежный:
    1 - Соединительный кабель для солнечных батарей длиной 80 футов;
    1 - База с колесами
 

We Do Solar — умная солнечная система для вашего балкона

Киберпонедельник, неделя

1 299 €

1 199 €

Купить сейчас

Экономьте на счетах за электроэнергию и сократите выбросы CO₂.

Заказать сейчас

request_quote

Сократите расходы на электроэнергию до 25%

Charge_station

Обзор данных о выработке энергии в режиме реального времени через сопутствующее приложение

power

Просто, умно и работает от обычной розетки

Зарядите всю вашу бытовую технику солнечной энергией мгновенно и без лишних хлопот

Начните с балкона

Вы можете самостоятельно установить наш сверхлегкий солнечный комплект с помощью специальных погодостойких ремней

Зарядите всю свою бытовую технику

В любое время, когда солнечно, ваши домашние устройства будут потреблять солнечную энергию в первую очередь

Включите его

Просто подключите солнечную батарею к розетке на балконе

Наш продукт

Представляем наш интеллектуальный 8-панельный комплект солнечных батарей

Производите экологически чистую энергию и сокращайте выбросы CO₂, сокращая расходы на электроэнергию до 25 % в год.

галочка

640 Вт

галочка

25 лет гарантии производительности

галочка

Мониторинг в режиме реального времени с сопутствующим приложением

От

/ месяц

Финансирование

вкл. НДС

Разовый платеж

Специальные условия ценообразования
для 🇩🇪 Германии

1,099 €
(0% НДС для всех солнечных продуктов)

Узнать больше

Узнайте, подходят ли вам вертикальные солнечные панели

Просто введите свой город и какой забор, который у вас есть в настоящее время, и получить мгновенную проверку вашего потенциального производства энергии и сбережений.

Самопроверка

Приложение We Do Solar

Откройте для себя весь потенциал вашего солнечного комплекта

Отслеживайте производство и потребление солнечной энергии и следите за сокращением выбросов CO₂ с помощью приложения We Do Solar.

Как это работает

Экономьте деньги и защищайте окружающую среду

Сэкономьте до 25 % на счетах за электроэнергию и сократите выбросы CO₂ до 600 кг в год. Просто закажите, установите и начните генерировать экологически чистую энергию.

format_quote

При создании We Do Solar моей главной целью было помочь каждому получить равный доступ к возобновляемым источникам энергии. Как и большинство нашего населения, я живу на съемной квартире и считаю крайне важным быть независимым от сети, особенно в такое непростое время энергетического кризиса. Производство и экономия на наших счетах за электроэнергию могут быть легко достигнуты за счет внедрения новых технологий в наши домохозяйства. Используя солнечную энергию, мы также влияем на изменение климата, с которым мы сталкиваемся в настоящее время. По мере того, как мы сокращаем потребление энергии в сети, которая в основном по-прежнему поступает от ископаемого топлива, происходит прямое сокращение выбросов CO2, которое затем отслеживается в сопутствующем приложении We Do Solar.