Перейти к основному содержимому

ePrime — Солнечные системы под ключ в Молдове и Румынии

Как работают солнечные панели: от света до розетки

Солнечная панель превращает свет в электричество без движущихся частей, без шума и без топлива. Звучит просто, но между фотоном, который ударяет в стекло, и лампочкой, которая загорается, лежат пять шагов и минимум шесть узлов. От каждого из них зависит, сколько энергии дойдёт до дома.

Ниже — разбор механизма по шагам. В отличие от общих текстов, здесь стоят числа именно по Молдове: сколько даёт киловатт установленной мощности в Кишинёве, Бельцах и Кагуле, сколько теряется, если скат смотрит не на юг, и почему зимой выработка падает почти вчетверо.

Коротко: путь энергии в пяти шагах

  1. Панели ловят свет. Кремниевые ячейки дают постоянный ток (DC), пока на них падает свет, — в том числе в пасмурный день, только меньше.
  2. Инвертор преобразует ток. Постоянный становится переменным (AC) на 230 или 400 В и синхронизируется с сетью.
  3. Сначала — собственное потребление. Холодильник, насос, кондиционер берут энергию прямо от солнца в момент выработки.
  4. Излишек уходит дальше. То, что не потрачено на месте, идёт в сеть через двунаправленный счётчик либо заряжает аккумулятор, если он есть.
  5. Нехватка покрывается извне. Ночью и в непогоду дом берёт энергию из сети или из аккумулятора.

Дальше — подробности каждого шага.

Фотоэлектрический эффект: почему кремний даёт ток

Панель не «накапливает тепло» и не имеет отношения к солнечным коллекторам, которые греют воду. Она работает на фотоэлектрическом эффекте: свет высвобождает электрические заряды в полупроводнике.

Фотоэлектрическая ячейка — тонкая пластина кремния из двух слоёв с разными свойствами:

  • слой n-типа — с избытком электронов;
  • слой p-типа — с недостатком электронов, то есть с «дырками»;
  • p-n-переход — граница между ними, где возникает постоянное электрическое поле.

Когда фотон попадает в ячейку, он отдаёт энергию электрону и выбивает его из связи. Поле на переходе не даёт электронам разбегаться хаотично — оно толкает их в одну сторону. Упорядоченное движение электронов и есть электрический ток. Пока падает свет, ток идёт; стемнело — ток мгновенно прекращается. Панели нечего «расходовать», и в ней нет деталей, которые изнашиваются от движения.

В одной панели десятки таких ячеек, соединённых последовательно, и их напряжения складываются. Поэтому на выходе панели не доли вольта, а десятки вольт.

Ячейки p-типа и n-типа: что действительно важно

На рынке есть панели с ячейками p-типа и n-типа. У n-типа обычно выше КПД и медленнее деградация. Но тип ячейки — один критерий из пяти, и на практике остальные четыре весят больше: реальная гарантия производителя, условия монтажа, поведение при частичной тени и соотношение цены и выработки за срок службы.

Инвертор: узел, от которого зависит больше, чем от панелей

Панели дают постоянный ток. Сеть и приборы в доме работают на переменном. Инвертор делает это преобразование — и ещё три вещи, которые заметны только тому, кто смотрит на цифры:

  • держит точку максимальной мощности (MPPT). Оптимальное напряжение цепочки панелей меняется вместе со светом и температурой по нескольку раз в минуту, и инвертор непрерывно его ищет. Несколько входов MPPT позволяют ставить панели на скаты с разной ориентацией, не давая слабейшему тянуть вниз всю цепочку;
  • синхронизирует фазу с сетью и автоматически отключается при пропадании напряжения, чтобы не подать ток на линию, где работает электрик;
  • считает выработку — отсюда берутся цифры в приложении мониторинга.

Сетевой или гибридный: решение, которое потом не переиграть

Это самая дорогая ошибка на этапе проекта.

Сетевой (on-grid) инвертор работает только с сетью. Он дешевле и проще. Аккумулятор к нему физически подключить нельзя — ни сейчас, ни через три года.

Гибридный инвертор умеет и с аккумулятором, и с сетью. Дороже на старте, но оставляет дверь открытой.

Что это значит на практике: если при аварии в сети вы хотите, чтобы свет остался, а система собрана на сетевом инверторе, единственный выход — снять аппарат и купить другой. Модернизации не существует. Поэтому даже при ограниченном бюджете мы проектируем сразу на гибридном инверторе, а аккумуляторы оставляем на потом: за одну и ту же работу платят один раз.

Из чего состоит станция

УзелЧто делаетЧто будет при неверном выборе
Фотоэлектрические панелипревращают свет в постоянный токнехватка мощности или неучтённая тень — недобор выработки каждый год
Инверторпреобразует ток и управляет системойневерный тип меняется только полной заменой
Монтажная конструкциядержит панели на крыше или на землекоррозия, протечки кровли, срыв при сильном ветре
Кабели, разъёмы, щитыбезопасно проводят токнагрев, потери, риск возгорания на стороне постоянного тока
Защиты (от перенапряжения, отсечка)останавливают систему при авариинебезопасное оборудование и проблемы при сдаче объекта
Двунаправленный счётчикотдельно считает отданное и взятоебез него механизм компенсации не работает
Мониторингпоказывает выработку и потреблениенеисправность может остаться незамеченной месяцами
Аккумулятор (по желанию)хранит излишек на вечер и на аварииневерная ёмкость — замороженные деньги без эффекта

Сколько даёт киловатт в Молдове: цифры, а не обещания

Здесь большинство текстов в интернете останавливается на слове «зависит». Зависит не от чего угодно — это считается.

Данные ниже — из PVGIS, открытого инструмента Объединённого исследовательского центра Еврокомиссии, для 1 кВт установленной мощности, кристаллические панели, наклон 35°, ориентация на юг, системные потери 14 % (значение по умолчанию, включающее кабели, инвертор, загрязнение и температуру).

ГородВыработка за год, кВт·ч на 1 кВт мощности
Кагул1 206
Кишинёв1 168
Бельцы1 130

То есть станция на 10 кВт в Кишинёве в этих условиях даёт около 11 700 кВт·ч в год. Цифру можно проверить: тот же порядок подтверждает второй, независимый источник — NASA POWER даёт для Кишинёва 1 307 кВт·ч/м² в год на горизонтальную площадку против 1 336 у PVGIS, расхождение 2,2 %.

Почему зимой выработка почти вчетверо меньше

Помесячная выработка в Кишинёве, всё для тех же 1 кВт:

МесяцкВт·чМесяцкВт·ч
Январь40Июль144
Февраль54Август142
Март101Сентябрь118
Апрель121Октябрь91
Май132Ноябрь50
Июнь136Декабрь39

Между июлем и декабрём разница в 3,7 раза. Причины — короткий день, низкое солнце и облачность. Поэтому правильно рассчитанная станция проектируется не по июльскому потреблению, а по годовому, а сезон выравнивается механизмом компенсации с сетью.

Кто обещает «полную независимость в декабре» без аккумулятора и без сети, продаёт не физику.

Сколько теряется, если крыша смотрит не на юг

Те же условия, Кишинёв, меняются только ориентация и наклон:

Ориентация и наклон скатакВт·ч в год на 1 кВтДоля от южного
Юг, 35°1 168100 %
Юг, 20°1 13697 %
Юго-восток, 35°1 10495 %
Юго-запад, 35°1 09894 %
Юг, 10°1 08393 %
Плоская крыша, 0°1 00586 %
Восток, 35°93780 %
Запад, 35°92579 %
Север, 35°62353 %

Практический вывод: юго-восточный или юго-западный скат теряет всего 5–6 % — это не повод отказываться. Восток и запад стоят пятой части выработки, но остаются пригодными, особенно если потребление приходится на утро или вечер. Север берут в расчёт, только когда другой поверхности нет.

Что ограничивает мощность в Молдове

Физика везде одинакова, сеть — нет. Здесь два ограничения, о которых обычно узнают слишком поздно.

На одной фазе — не больше 8 кВт

Если ввод в дом однофазный (220 В), оператор ограничивает мощность инвертора 8 кВт. Запросы на расчёт станции 10 или 15 кВт при одной фазе приходят часто и упираются именно в этот предел.

Переход на три фазы (380 В) запрашивается отдельным разрешением и требует замены вводного кабеля и переделки распределительного щита. Это отдельный проект, и авиз на подключение к итоговой мощности запрашивают только после его выполнения.

Технически правильное решение для инвертора на 8 кВт — загрузить его панелями на 10–15 кВт: тогда инвертор дольше работает на своём максимуме.

Перекос фаз в старых домах

Идеальной трёхфазной сети внутри старого дома практически не бывает. На деле в кухню заведена одна линия, на которой висят плита, духовка, вытяжка и розетки рабочей поверхности, а остальные фазы несут только освещение.

Когда на загруженной фазе одновременно включается несколько мощных приборов — или ставится на зарядку электромобиль — напряжение на ней проседает до 180 В, а на свободных фазах компенсаторно поднимается до 230–250 В. Инвертор видит ошибку и уходит в защиту, обесточивая весь дом. Обычные стабилизаторы здесь не помогают: они не устраняют причину.

Поэтому до подачи документов мы проводим предварительный энергетический аудит объекта. Если находим перекос, требуем перераспределить нагрузку по фазам — и только после этого станция работает без отключений.

Куда уходит излишек

Днём правильно рассчитанная станция вырабатывает больше, чем дом потребляет в этот момент. У излишка два пути:

  • сеть — через двунаправленный счётчик, в рамках механизма компенсации. Сеть становится «виртуальным резервуаром»: летом отдаём, зимой берём. Это схема on-grid, самая дешёвая и быстрее всех окупающаяся;
  • аккумулятор — если система гибридная. Дороже, но даёт энергию вечером и при авариях в сети.

Выбор между ними — не вопрос вкуса, а вопрос профиля потребления и бюджета. И, как сказано выше, делается он один раз, на этапе проекта.

Как это выглядит на наших объектах

Всё описанное видно на реальных станциях, смонтированных и введённых в эксплуатацию:

Частые вопросы

Панели работают зимой и в пасмурную погоду?

Да, но дают меньше. В Кишинёве киловатт установленной мощности даёт 144 кВт·ч в июле и 39 кВт·ч в декабре — разница в 3,7 раза. В пасмурную погоду выработка падает, но не прекращается: ячейка работает на рассеянном свете.

Можно поставить станцию на 15 кВт, если у меня одна фаза?

Нет. При однофазном вводе оператор ограничивает инвертор 8 кВт. Для большей мощности нужен переход на три фазы: он запрашивается отдельным разрешением и требует замены вводного кабеля и переделки щита.

Можно добавить аккумуляторы через несколько лет?

Только если инвертор с самого начала гибридный. К сетевому инвертору аккумулятор физически не подключается, и модернизации не существует — аппарат меняют целиком.

У меня крыша на восток. Есть смысл?

Есть. В Кишинёве восточный скат даёт 80 % от того, что дала бы та же мощность на юг. Юго-восток и юго-запад теряют всего 5–6 %.

Нужно ли счищать снег с панелей?

Панели стоят под наклоном, и в большинстве случаев снег сходит сам. Счищать его жёстким инструментом рискованно — можно поцарапать стекло. Выработка декабря и января в любом случае самая маленькая за год и окупаемость не определяет.

Нужно ли обслуживать панели?

Правильно спроектированной станции нужны периодические проверки и сезонная чистка. Движущихся частей у неё нет, значит нет и расходников, как у генератора.

Зачем аудит до проекта?

Чтобы не поставить оборудование на внутреннюю сеть, которая его не выдержит. Перекос фаз в старом доме приводит к уходу инвертора в защиту, и стабилизаторами это не лечится.

Хотите узнать, какая мощность подойдёт вашему дому или бизнесу? Разбираем потребление за последние 12 месяцев, проверяем крышу и тип ввода и предлагаем реальную конфигурацию с помесячным прогнозом выработки. Запросить расчёт.