Они были совершенно разного размера — от небольших, на крышах ларьков в городе, до гигантских полей в сотни квадратных метров, издалека напоминающих синие озера. Стало интересно разобраться, насколько интересна и эффективна гелиоэнергетика применительно к нашим климатическим условиям.
Энергия Солнца
Идеальными считаются условия перпендикулярного падения солнечных лучей на поверхность, при этом их мощность весьма велика и равна киловатту на квадратный метр. Это весьма большая величина, но очевидно, что в реальности столько получить трудно — погода и климатические условия сильно различны. Чтобы узнать реальные величины, можно обратиться к статистическим таблицам месячных сумм солнечной радиации. Достаточно набрать в Гугле поисковый запрос «количество солнечной радиации кВт*ч/м
Петрозаводск (январь) — 17кВт*ч, Петрозаводск (июнь) — 166кВт*ч
Москва (январь) — 20кВт*ч, Москва (июнь) — 160кВт*ч
Сочи (январь) — 60кВт*ч, Сочи (июнь) — 185кВт*ч.
Ну с Сочи все понятно, там все-таки юг, но даже для Москвы оказывается вполне реально иметь 20кВт*ч в месяц всего лишь с одной солнечной панели площадью в 1−2 квадратных метра (КПД, естественно, меньше 100%). Если же говорить, например, об энергоснабжении дачи, используемой в весенне-летнее время, с мая по сентябрь, то для той же Москвы ежемесячными значениями будет более 100кВт*ч в месяц. 100кВт*ч в месяц — это 3кВт*ч в день. Много это или мало?
Обычный компьютер (не топовый игровой) вместе с монитором потребляет около 300Вт, значит, 3кВт*ч хватило бы на 10 часов непрерывной работы. Даже если осветить все комнаты в доме энергосберегающими лампами (допустим, понадобится 10 штук), их суммарное потребление будет 130Ватт,
Получение солнечной энергии
Из приведенных выше расчетов видно, что теоретически все вполне осуществимо. Конечно, о «теплых полах» или горячей ванне речи не идет, но пользоваться основными благами цивилизации в виде освещения, компьютера, телевизора, водяного насоса или дрели вполне реально. Но как это реализуется на практике?
Во-первых, нужны солнечные батареи. Их цена в России, конечно, немалая, но и не столь запредельная. Для понимания примерного порядка цен: солнечная панель мощностью 100 Вт, с выходным напряжением 12 вольт, стоит порядка 5 тыс. р. Менее мощные стоят дешевле, например, 2500 р. за батарею мощностью 40 Вт. В принципе, вполне реальная цена, чтобы подзаряжать, например, ноутбук. Покупные батареи имеют разъемы, герметичную конструкцию, и прочие удобства для наружного размещения. Если же купить только ячейки (одна ячейка дает напряжение примерно 0.5 В) и собрать из них батарею самостоятельно, та же батарея на 40 Вт обойдется примерно в 800−900 р.
Рассмотрим теперь несколько основных видов солнечных электростанций. Эта классификация не является официальной, ее можно рассматривать лишь для примерной оценки.
1. Питание маломощных потребителей
Если планируется использование солнечной энергии лишь для питания маломощных потребителей (небольшой телевизор, подзарядка ноутбука, сотового телефона), возможно их подключение с помощью DC-DC преобразователя непосредственно к солнечной батарее. Это самый дешевый и долговечный способ, однако батарею придется купить с некоторым запасом по мощности, ведь в пасмурное время ее отдача будет меньше. Также очевидно, что мощные потребители (например, дрель мощностью 250 Вт) напрямую от солнечной батареи (мощностью, например, 100 Вт) работать просто не будут.
2. Использование буферного аккумулятора
Этот способ наиболее универсален, но и более дорогостоящий. К выходу солнечной батареи подключается специальный контроллер, который заряжает свинцовый 12-вольтовый аккумулятор большой емкости. Система работает автоматически и не требует вмешательства человека. Очевидно, что плюсом такой системы является постоянное наличие электричества, а не только в ясное время суток.
Второй и самый важный плюс — возможность использования мощной бытовой техники, ведь мощность, отдаваемая аккумулятором, может быть весьма высока. Но и стоимость такой системы выше: контроллер заряда стоит от 1000 р., также следует учесть стоимость аккумулятора. При желании иметь напряжение 220 вольт, к выходу аккумулятора также может быть подключен повышающий инвертор. Хотя без него можно и обойтись, если подобрать технику, работающую от 12 вольт.
3. Использование сетевого инвертора
И наконец, 3-й способ, который вряд ли будет популярен у нас в ближайшее время. Если солнечных панелей в наличии много, «как гуталина на фабрике», возможна сборка системы с сетевым инвертором, который будет отдавать полученное напряжение обратно в электросеть. Существуют даже и счетчики, способные крутиться в обратную сторону, если отдача энергии больше ее потребления, это позволяет минимизировать расходы на электричество. Но с учетом наших цен на электроэнергию, вряд ли стоимость такой системы окупится.
Наконец, о цене вопроса в целом. Как говорилось выше, самая дешевая солнечная батарея мощностью в 40 Ватт обойдется примерно от 1 т.р. — за самодельный, до 3 т.р. — за покупной вариант. К ней может понадобиться стабилизатор напряжения стоимостью от 150 до 500 р., итого суммарные затраты выйдут в 2−4 тыс. р. Вполне небольшая сумма, чтобы «попробовать».
Если говорить о втором варианте, то дополнительно понадобится контроллер заряда, его цена колеблется от 500 р. за самые дешевые, до 5−6 т.р. за дорогие мощные модели, с ЖК-экраном, ведением логов, USB-выходом и пр. И конечно, понадобится аккумулятор, тут цена тоже может колебаться: от «нуля» — за бывший в употреблении автомобильный аккумулятор, до десятков тысяч — за мощные батареи емкостью в сотни ампер-часов. Приблизительно можно считать, что «электрификация» небольшой дачи может обойтись в 10 тыс.р., а для подключения коттеджа может не хватить и 100 тысяч, все зависит от суммарной мощности потребления.
Что касается 3-го способа, то один только сетевой инвертор стоит более 50 т.р., стоимость солнечных батарей желающие могут прикинуть самостоятельно.
Заключение
Как можно видеть, гелиоэнергетика — это не нечто запредельное, используемое только на МКС. Даже в наших широтах это вполне реально, особенно для тех мест, где электричество либо отсутствует (отдаленные дачи, туристические стоянки и пр), либо подается с перебоями, либо его подключение слишком дорого. Причем речь не обязательно может идти о дремучем лесе: как-то в новостях показывали обычную спортплощадку в центре Москвы, при освещении которой использовались альтернативные источники энергии, т.к. согласование и подключение к городской электросети стоило в разы дороже.
И наконец, субъективный фактор: приятно вложить силы и средства в экологически чистый источник энергии, который, во-первых, прослужит долго (заявленный срок службы батарей от 25 лет), во-вторых, не дает нагрузки на окружающую среду — мы и так настолько испортили природу, что пора подумать о ее очистке. По некоторым данным, Германия к 2050 году планирует на 80% перейти на возобновляемые источники энергии. Можно лишь пожелать им успеха в этом деле.