Сонячні батареї для приватного будинку: види, доцільність, перелік обладнання, переваги та недоліки

Протягом останнього десятиліття в Україні спостерігається активне використання сонячної енергії для отримання електричного струму. Це було пов’язано із впровадженням «Зеленого» тарифу – державної програми закупівлі електроенергії, виробленої альтернативними джерелами, у домоволодінь та приватних підприємств. Наразі ж уряд працює над впровадженням нових систем обліку та розрахунку за електроенергію, вироблену СЕС – Net Billing та Net Metering. Аналоги цих систем вже успішно функціонують в деяких країнах Європи.

Ці програми передбачають, що власники сонячних станцій використовують загальну енергомережу, як банк:

• Якщо застосовують Net Metering – надлишок енергії, яку виробила станція, але домогосподарство не використало – закупляє постачальник, а на рахунок власника нараховують кВт/год;
• При застосуванні Net Billing нарахування відбуваються у грошовому еквіваленті згідно з чинним тарифом.

В обох випадках власники СЕС можуть використати накопичення на розрахунок за електроенергію в той період, коли електростанція не виробляє достатню кількість струму і недостачу добирають із загальної системи електропостачання.

Серед інших причин популярності альтернативної енергетики – регулярне зростання вартості електропостачання. За останні 8 років ціна на електрику зросла у понад 8 разів: коли на початку 2015 вартість 1 кіловат/години для населення була близько 31 копійки, то з 1 червня 2023 року – 2,64 грн за 1 кВт/год.

При цьому, механізми обліку Net Billing та Net Metering допзволять власникам СЕС частково чи повністю перекрити власне споживання з електромережі коштом електроенергії, виробленої своєю сонячною електростанцією. Однак монтаж домашньої СЕС має свої переваги та недоліки, з якими необхідно ознайомитись перед прийняттям рішення про перехід на екологічну енергетику.

Види СЕС та доцільність встановлення кожного із них

Власнику приватного будинку, який вирішив встановлювати сонячну електростанцію, перш за все варто визначитись, для чого саме вона йому потрібна:

• Щоб забезпечити себе власною електрикою і повністю відмовитись від послуг енергопостачальників;
• Щоб економити на електроенергії і заробляти;
• Щоб забезпечувати свій дім і заробляти на «Зеленому тарифі».

Загалом, усі три варіанти – про економію і два з них про прибуток, однак для кожного потрібні різні види сонячних станцій.

Автономна СЕС призначена виключно для забезпечення енергопотреб домоволодіння. Вона не підключається до лінії електропередачі, тому продавати електрику власник не може. Така станція зазвичай комплектується акумуляторами, щоб накопичувати струм і використовувати його в нічний час чи в похмуру погоду. Наявність АКБ значно збільшують вартість автономної СЕС, при цьому можливості отримання від неї доходу немає. Отже, доцільно її встановлювати тільки в окремих випадках:

• За відсутності підключення до мережі централізованого електропостачання. У деяких районах її може взагалі не бути, в інших вона розташовані досить далеко і підключення будинку потребує прокладення нових ЛЕП та встановлення допоміжних підстанцій. Такі маніпуляції коштують дуже дорого, і не завжди можливо їх виконати;
• Якщо підключення до лінії електропередачі є, але в мережі відбуваються постійні збої в роботі, сила струму не відповідає встановленій нормі і її буває недостатньо для роботи більш потужних побутових приладів, як пральна машина, водонагрівач, влаштована кухонна техніка;

p>Автономна сонячна станція під власні потреби доцільна для дачі або будинку в новозбудованому районі, де немає ЛЕП або там, де користування загальною мережею ускладнене.

Мережева станція підключається до лінії електропередачі, тому заробіток на «Зеленому» тарифі за її встановлення можливий. Проте така СЕС не має акумуляторів, а отже і функції накопичення струму. Відповідно, вона вироблятиме електрику для приватного будинку тільки в сонячну погоду – вночі та в негоду електроенергія буде черпатись із централізованої мережі. Вартість такої сонячної станції найнижча, у порівнянні з іншими видами, а окупність найшвидша – близько 5 років. Вона дозволяє економити на електриці вдень у ясну погоду та отримувати прибуток.

Гібридна сонячна станція – поєднання автономної та мережевої. Вона має АКБ, тому за правильного розрахунку необхідної потужності може повністю забезпечити будинок електрикою, а підключення до ЛЕП дає можливість продажу «зелених» кіловат державі за досить вигідною ціною. Коли тривалий час погодні умови стають на заваді продукуванню струму та акумулятори розряджаються, електрику можна брати з мережі. Її ціна і період окупності більші, ніж у мережевої, однак користувач отримує абсолютну енергетичну незалежність і постійних додатковий дохід.

Сонячні електростанції для дому. Обладнання

Візуально визначити, що у приватному будинку є СЕС досить просто – на даху або на подвір’ї встановлені сонячні батареї. Саме вони і перетворюють енергію сонячного світла на струм, однак система складається не лише з них, хоча фотопанелі є її серцем.

Сонячна електростанція складається з таких компонентів

• Панелі. Ключова складова цього обладнання – кремній – природний елемент, один з найпоширеніших на нашій планеті.. Якщо коротко, процес генерації струму проходить так: сонячний промінь вивільняє електрони, а їх рух спричиняє вироблення постійного струму. Панелі бувають монокристалічними, полікристалічними та плівковими. Вони складаються із алюмінієвої рами, гартованого скла для захисту від механічних пошкоджень, двох інкапсуляторів (по обидві сторони фотомодуля), фотомодуля, де і відбувається процес вироблення електроенергії, підкладки та розподільчої коробки. Вартість та період експлуатації сонячної панелі залежить від її виду та розміру.
• Інвертор перетворює постійний струм, згенерований фотопанелями у змінний, який необхідний для живлення побутових приладів та продажу. Види інверторів залежить від типу сонячної електростанції та відрізняються в ціні.
• Контролер «слідкує» за стабільністю роботи системи, взаємодією між її частинами, рівнем заряду батарей.
• АКБ необхідні для накопичення струму з метою подальшого використання для енергопотреб дому. Акумулятори відсутні у мережевих СЕС. На їх вартість впливає ємність – об’єм електроенергії, який вони можуть зберігати.
• Двонаправлений лічильник здійснює облік вхідної та вихідної електроенергії. Потрібен для визначення кількості використаних кіловат з мережі та направлених в неї для продажу. Він використовується у випадку, якщо власник здійснює продаж за «Зеленим» тарифом.
• Додаткове обладнання: кріплення фотопанелей (наземні, дахові), кабелі.

Кожен з приладів системи відіграє важливу роль в ефективності її роботи, тому для максимальної продуктивності станції необхідно проводити низку розрахунків, щоб СЕС могла забезпечувати будинок електрикою та працювати на власника.

Вибір сонячної батареї за типом фотоелементів

Сонячні панелі продукують струм завдяки кремнію, однак видів фотоелементів є кілька і від них залежить низка характеристик батареї та її ціна:

• Монокристалічні панелі – найдорожчий, але й найпоширеніший різновид на ринку України. Для їхнього виготовлення кристали кремнію нарізають пластинами, а вирощування таких кристалів – тривалий та трудомісткий процес. Перевага монокристалічний батарей полягає у їхній продуктивності (ККД 25%) та тривалості строку служби – до 25 років.
• Полікристалічні – складаються не з цільного кристалу, а з великої кількості дрібних кристалів з домішками. Вони коштують трохи дешевше, але ККД складає 20%, а термін експлуатації – до 20 років. Наразі втрати актуальність і практично не використовуються.

Обираючи види батарей за фотоелементом, слід враховувати власний бюджет, а також окупність: її період буде різним залежно від ціни обладнання та продуктивності станції.

Як розраховуються параметри обладнання для СЕС

Для домашніх сонячних електростанцій передбачена законом максимально дозволена потужність 30 кВт. При цьому вартість обладнання в середньому коштує близько 1 тисячі доларів за 1 кВт. Тож на початковому етапі важливо визначитись, якої саме потужності необхідна станція для дому. Для цього потрібно:

• Визначити енергопотреби домоволодіння на добу: кількість та потужність електроприладів, пікове навантаження (якщо вся техніка працює одночасно) та середній час роботи кожного приладу.
• Розрахувати кількість сонячної енергії в конкретному регіоні. Треба взяти до уваги середньорічний показник сонячної радіації та середньомісячний за умови негоди.
• Визначити необхідну ємність АКБ, яка залежить від потреб будинку і зможе їх забезпечувати, та від кількості зарядного струму, згенерованого фотопанелями.

Важливим для продуктивності СЕС також є етап монтажу обладнання. Від правильності та місця (на даху, на землі) розміщення панелей залежить кількість сонячної енергії, яку вони зможуть поглинати. Потрібно розрахувати оптимальний напрямок, кут, звернути увагу на наявність об’єктів поруч – дерева та споруди можуть давати тінь на фотопанелі в певний час доби. Професійні інсталятори часто вдаються до тривимірного моделювання з урахуванням усіх параметрів: площі даху чи земельної ділянки, об’єкти розміщені поблизу, тощо.

Такі розрахунки дозволяють точно визначити необхідну потужність, кількість панелей, розмір несучої конструкції та кріплень.

На початковому етапі монтажу встановлюють алюмінієві конструкції, на які далі будуть закріплені сонячні батареї. Потім з допомогою обладнання визначають напрямок та кут розміщення панелей і тільки після цього підключають решту складових системи. Без спеціального обладнання та знань практично не можливо самостійно визначити необхідні параметри сонячної станції та встановити її правильно, щоб робота СЕС була ефективною. Тож цю справу краще доручити професійним інсталяторам.

Переваги та недоліки сонячних батарей для дому

Всі типи сонячних панелей мають плюси і мінуси:

• Головний недолік монокристалічних – ціна, але враховуючи найвищі показники ККД та найдовший термін експлуатації – ці батареї точно окупляться з часом і приноситимуть вигоду власникам станції.
• Полікристалічні – це золота середина, адже при ККД 20% і терміні експлуатації до 20 років, вони коштують дешевше;
• Тонкоплівкові, натомість, мають багато недоліків: окрім низького ККД та строку служби 2-3 роки, є ще проблема утилізації обладнання, яке вийшло з ладу.

Нині сонячна енергетика у нас тільки починає розвиватись, тому непрацюючих монокристалічних та полікристалічних фотопанелей не так багато, адже їх строк служби понад 20-25 років – власникам треба буде задумуватись над утилізацією в майбутньому. А от про утилізацію тонкоплівкових потрібно подбати вже за кілька років.

Крім того, треба ще й враховувати плюси та мінуси встановлення СЕС.

Попри всі позитивні якості СЕС, є і недоліки у її використанні

• Суттєва вартість обладнання та монтажу системи. Однак, якщо у майбутнього власника станції не вистачає коштів на її встановлення він може розраховувати на банківський кредит. Нині багато українських банків мають спеціальні кредити з мінімальною ставкою на встановлення електростанцій, що працюють від альтернативних джерел. Деякі інсталятори також мають програми лояльності для клієнтів та надають їм розстрочку. А в низці областей України навіть діють програми, за якими місцева влада частково компенсує витрати на встановлення СЕС.
• Нестабільна сонячна активність. В нашій широті сонце найбільш активне влітку, навесні та восени ці показники нижчі та залежать від погодних умов, взимку з геліоактивністю найскладніше, до того ж опади у вигляді снігу можуть перешкоджати потраплянню променів на панелі.
• Проблема утилізації обладнання, яке вийшло з ладу зараз є відкритою в Україні, хоч і не нагальною. Нині сонячна енергетика у нас тільки починає розвиватись, тому непрацюючих фотопанелей не так багато, адже їх строк служби понад 20-25 років, але в майбутньому власникам треба буде задумуватись над утилізацією.

Також для встановлення СЕС необхідна площа. В приватних будинках найчастіше використовують дах і проблеми можуть виникнути тільки у випадку, якщо дахове покриття старе та потребує заміни. Монтаж можливий і на присадибній ділянці, якщо для цього вдосталь місця.

Світова практика показує, що сонячна енергетика – перспективна сфера, адже наша зірка може забезпечити потреби людства в електриці без забруднення планети, знищення екосистем. Практично кожна країна має доступ до енергії сонця, чого не скажеш про запаси нафти та газу, які невпинно скорочуються з кожним роком.

Для українців користування СЕС – це можливість забезпечувати себе електроенергією та отримати незалежність держави від паливних матеріалів з-за кордону.