В условиях отсутствия подключения к сетям придется завести и то, и другое. Но помнить, что зимой и батарей, и коллектора может не хватить.
Директор компании SolarTime Дмитрий Мицкевич рассказывает, что его компания занимается солнечной энергетикой с 2014 года.
Альтернативной энергетикой он стал заниматься «от безысходности», когда попытался заняться проектом восстановления старого производства и выяснил, что его настолько «растащили» по частям, что даже умудрились разобрать подстанцию. Пришлось искать другие источники, чтобы запитать завод.
Сейчас компания больше ориентирована на частных заказчиков и является в этом секторе номером один.
«Спрос на солнечные панели – это не дань моде, хотя некоторые и с такой мотивацией приходят, зная как в Европе это сейчас развито. Но большинство приходит по другим причинам. И наиболее частая – банальное отсутствие электричества. В Минской области немало садовых товариществ, где в принципе нет света. Там живут люди преклонного возраста в основном, и им не потянуть те суммы, которые требуются, чтобы провести электричество к дому», - рассказывает Дмитрий Мицкевич.
Но есть и такие места, где просто плохое качество сети и часто пропадает электроэнергия.
«Люди строят большие коттеджи, покупают дорогую технику, а потом электричество пропадает, и они сидят зимой со свечками», - говорит наш собеседник.
Чтобы такая ситуация не повторялась, они ставят либо бесперебойный источник питания – солнечный инвертор, либо полноценную солнечную станцию.
«Некоторые ставят такие станции еще и потому, что понимают – электроэнергия будет дорожать и дорожать постоянно. У многих уже сейчас стоят электробойлеры, в которых тарифы за нагрев воды в три раза больше действующих, и они тоже хотят уйти от зависимости от государственной электроэнергии».
Как правило, на дачные дома ставятся маленькие станции. Их основное назначение – осветить дом, дать возможность работать небольшому экономичному холодильнику до 110 ватт, подзарядить гаджеты, посмотреть телевизор, включить на короткое время болгарку.
«Большие станции мощностью 3-5 киловатт призваны практически полностью обеспечивать дом электроэнергией, в том числе подогревать воду в бойлере и т.д.»
Как устроена солнечная батарея
Батарея состоит из модулей, объединяющих последовательно соединенные полупроводниковые фотоэлементы. Большинство фотоэлементов производится из кремния.
Ячейки панелей используют фотогальванический эффект – ток образуется во время освещения полупроводника или диэлектрика. Либо ток образуется электродвижущей силой при разомкнутой цепи на освещаемом образце.
Фотогальванические элементы заключены в корпус. Верхняя часть батареи покрыта стеклом, через которое проникают фотоны света. Также стекло защищает от вредных воздействий элементы батареи. Крышка с креплением из пластика надежно закрывает заднюю часть модуля батареи.
Чтобы достичь необходимого соотношения напряжения и силы тока соединение модулей производится последовательно и параллельно. Передача энергии от солнечных батарей конечному потребителю производится через инверторы напряжения. Преобразованная энергия хранится в батареях.
По словам Дмитрия Мицкевича, солнечную станцию можно и нужно рассматривать как бесплатный источник бесконечной энергии. За который все же придется заплатить, но только один раз.
В среднем, если речь идет о дачном домике, в котором вы проживаете только летом, и в котором вы потребляете электричество для освещения, зарядки гаджетов, работы экономного телевизора и холодильника, система с инвертором обойдется в 2400-2500 беларусских рублей.
«Такие станции на сегодняшний день у нас самые популярные. Конечно, их можно удешевить за счет более дешевых аккумуляторов, и люди так часто делают, но уже через год-два они умирают. И приходит понимание, что лучше ставить дорогие свинцово-углеродные аккумуляторы, которые не осыпаются и долго служат».
На сегодняшний день практически все эти аккумуляторы делают в Китае, но по качеству они не уступают американским. И будут служить 10-15 лет.
«Ресурса у самих солнечных модулей практически нет. Они и через сто лет будут работать, вырабатывать может только 30% от возможного, но будут работать».
Но технологии не стоят на месте, и с каждым годом КПД солнечных модулей (количество собираемой энергии с одного квадратного метра) с каждым годом все выше и выше. Еще в 2014 году, когда компания SolarTime только начинала работать, самые мощные поликристаллические модули были 245 ватт, сейчас – 285-290 ватт.
«И технология уже другая: наносятся 12 шинок вместо пяти, увеличивается ток, увеличивается мощность модулей. Поэтому через десять лет такая же поликристаллическая панель будет давать 350-400 ватт», - говорит Дмитрий Мицкевич.
Если бы одна солнечная панель сегодня собирала 100% мощности той энергии, которая поступает от солнца (около 1200 ватт на квадратный метр), а каждая панель – это 1-2 киловатта, то четыре могли бы закрыть все потребности дома в электричестве на весь сезон. Сейчас же таких панелей надо поставить 16.
«Когда я начинал работу на рынке, все шло со скрипом, было дорого и многим недоступно. Сейчас китайцы нам помогли сделать технологии доступней. Они, по сути, вытеснили всех европейских производителей с рынка», - рассказывает Дмитрий.
Если сравнить стоимость 5-киловаттной станции сегодня и шесть лет назад, то ее цена уменьшилась ровно в два раза.
Существует два вида солнечных станций – автономная (она же может быть и гибридной) и сетевая. Сетевая солнечная станция подразумевает, что у вас есть сеть, и инвертор, который через свой контроллер заряда собирает постоянное напряжение от солнечных модулей и преобразовывает его в 200 вольт. Ему обязательно нужна сеть. Такая станция работает только днем и она – самая непопулярная станция. В SolarTime за все время не продали в Беларуси ни одной такой станции в частные дома.
«В основном сетевые станции используются для предприятий. Одну из таких мы монтируем в гимназию. Там просто не смысла ставить аккумуляторы, которые резко удорожат всю систему», - рассказывает Дмитрий Мицкевич.
Другое дело – автономные станции, которые собирают энергию на контроллеры заряда, либо гибридные, которые собирают энергию с помощью гибридных инверторов.
На дачах, в основном ставят автономные солнечные станции. Как они работают?
«Солнечные панели подключаются к контроллеру заряда, а тот, в свою очередь, к аккумулятору. У контроллера есть своя программа, по которой он работает и заряжает аккумуляторы. К аккумуляторам же в самом простом варианте подключается простой автомобильный инвертор. У него не чистый синус, а модифицированный синусоид, тем не менее, 90% оборудования, которое к нему подключается, сопрягается. Холодильники, стиральные машины – все работает».
Особенность гибридной станции – гибридный инвертор. В нем совмещено все – и контроллер заряда, и есть свой инвертор, который преобразует энергию в чистый синус, и есть вход для резервного источника питания. Туда можно подключить либо действующую сеть, либо генератор, либо ветрогенератор.
«Гибридный генератор будет стучаться в резервное устройство только тогда, когда у него неоткуда будет брать энергию. Не будет ни солнца, ни заряда в аккумуляторах. Это происходит в автоматическом режиме и не влияет на скачки напряжения», - говорит директор компании SolarTime.
Кстати, о солнце. По роду своей деятельности Дмитрий Мицкевич отслеживает количество солнечных дней в году и говорит, что зимой из-за изменений климата солнца стало меньше, зато зима стала теплее, но количество солнечной активности и, соответственно, энергии не изменилось. Просто солнце переместилось в лето.
«А еще летом гораздо дольше световой день, а это значит, что модули могут включаться и в 6 утра, а прекращать – в 9-10 часов вечера. Так что по лету вообще никаких вопросов нет. А вот по зиме – да. Бывает, что и неделю солнца нет. Тогда, если нет сети, очень сильно садятся аккумуляторы. В этом случае нужно заводить генератор», - говорит Дмитрий Мицкевич.
А генератор, как мы помним, можно подключить только к гибридной станции. К обычной же, придется завести специальное зарядное устройство. У гибридного инвертора же есть свое зарядное устройство.
Как работает солнечная батарея
Ударяющиеся о поверхность батареи фотоны поглощаются кремнием;
Взаимодействуя с атомами кремния, фотоны выбивают электроны вещества. Появляется разница потенциалов. Свободные электроны для погашения разницы потенциалов приходят в движение, как итог – вырабатывается электрический ток. Являясь полупроводником, солнечная панель «направляет» в одном направлении электроны.
Полученный ток преобразуется панелью в постоянный. И запасается в аккумуляторах или отправляет потребителю напрямую.
Основное сырье для производства батарей – кварцевый песок. В нем содержится двуокись кремния, которая используется в дальнейшем. Песок подвергается высокотемпературной плавке, синтезу и добавлением химических веществ.
Кремний очищается до 99,9% – такая чистота требуется солнечным панелям. Кремниевые батареи дорогие в производстве. В настоящее время есть разработки фотоэлементов из полимерных материалов, с КПД 30%.
«Конечно, можно поставить у себя такую станцию, которая зимой сможет закрывать все ваши потребности, в том числе и нагрева воды и отопления самого дома, даже если солнечные дни будут редкими, но вы должны отдавать себе отчет, что летом электроэнергии от такой станции будет в пять раз больше. То есть если зимой вы будете потреблять в день 10 киловатт, и этого вам хватит на все, то летом и их будет 50 киловатт. И куда вы это будете девать?»
Продажа в сеть электроэнергии от физических лиц в Беларуси запрещена. То есть излишки придется попросту гасить.
«Выходит, что проще добрать энергию из сети, чем выбросить деньги на то, чтобы комфортно перезимовать», - объясняет Дмитрий.
Да, инвертор может погасить излишки, но тогда КПД всей станции резко падает.
Кстати о КПД, его можно увеличить за счет установки так называемого трекера, который позволит панелям все время вращаться вслед за солнцем и находиться под углом 90 градусов к солнечным лучам. Это позволить уловить дополнительно 30-40% солнечной энергии. Получится, что 6-киловаттная станция, которая при стандартном режиме зимой может вырабатывать ровно 6-киловатт энергии, с трекером сможет вырабатывать 8-9 киловатт. Но поставить панели тогда придется на участке, а не на крыше дома.
Что касается окупаемости солнечных станций, то это сложный вопрос. На сегодняшний день с существующими тарифами на электроэнергию – около 12 лет, если же тарифы вырастут и станут среднеевропейскими, то 5-6 лет.
При этом на установку автономных солнечных станций сегодня не нужно получать никаких разрешений. Другое дело, если вы все-таки наряду с энергией солнца пользуетесь традиционным электричеством.
«Единственный орган, который контролирует распределение электроэнергии, это местные сети. Энергонадзор проконтролирует, правильно ли вы подключились к действующей сети и все ли требования по электробезопасности вы соблюдаете».
Если вы не подключаетесь к действующей сети, то главная ваша задача – защитить все оборудование. Как правило, все станции и аккумуляторы собирают в специальные шкафы, а контроллеры вешают в недоступное для детей место.
Сами солнечные панели не боятся крупного града, но, конечно, не выдержат падения дерева на крышу, или, к примеру, экспериментов с летающими кирпичами.
В последнее время появились гибкие модули, которые легко крепить на крыше на жидкие гвозди. Часто их клеят на корпуса яхт, например, но сейчас стали использовать и домовладельцы.
Модули же в рамках на крышу поставить сложнее – придется сверлить дырки.
«Но сейчас все технологии, которые развиваются, в первую очередь, направлены на то, чтобы увеличить КПД. Сегодня все существующие панели работают на белом спектре света, а это всего лишь 1/6 часть всего спектра. В лучшем случае их КПД могут дойти до 30% с применением дорогих редкоземельных металлов. Но дальше все остановится. Нужно учиться преобразовывать весь спектр, иначе 100% КПД достигнуть просто нереально».
Но для успешности развития солнечной энергетики не достаточно только развития самих технологий, важны также страновые программы, поддержка ВИЭ на уровне конкретных государств.
И если в европейских странах давно приняты такие программы поддержки пользователей ВИЭ, то Беларуси пока гордиться особо не чем.
«В соседней Литве вы можете дотацию на установку солнечной станции в размере до 40% ее стоимости. И конечно люди там с большой охотой идут на это. Тем более, что когда в Литве 5-киловаттная станция стоит семь тысяч евро, и 40% заплатит государство, конечно, литовцы соглашаются на такое. Если бы у нас что-то подобное действовало, то рынок был бы намного живее», - говорит Дмитрий Мицкевич.
Пока же, если частные пользователи еще худо-бедно решаются на установку солнечных станций, то коммерческие предприятия могут долго писать, звонить, уточнять, но в конечном итоге из 200 заявок в год до конечного итога в SolarTime доходят в лучшем случае две. Главная причина – денег нет.
Если бизнес-генерации, которые устанавливают станции мощностью 5-15 мегаватт получают государственные квоты и могут продавать государству электроэнергию по повышенным тарифам, то маленькие предприятия, которым энергия нужна, прежде всего, на собственные нужды, остаются не у дел.
Тем более, что Беларусь все свои финансы сегодня старается вкладывать в строительство атомной станции.
«Если бы на эти же деньги профинансировать ВИЭ в Беларуси, и солнечные станции, и ветрогенераторы, и биогазовые установки, эффект был бы намного круче. Нам не нужно было бы заниматься вопросами радиационной безопасности, думать об отходах. Станции все боятся, никто не хочет второго Чернобыля, в случае же с ВИЭ все абсолютно экологично! Мы не загрязняем окружающую среду. Мы используем бесконечный источник энергии», - говорит Дмитрий Мицкевич.