За преобразование отвечают солнечные модули, которые состоят из блоков кремниевых ячеек (в кристаллической или аморфной форме). Каждая кристаллическая ячейка, обычно имеющая размер 10x10 см или 15х15 см, при максимальном солнечном облучении достигает мощности примерно 1,5 Вт. Более 100 этих ячеек объединяются в удобные строительные блоки, которые при облучении солнечным светом производят постоянный электрический ток. В автономных системах (предназначенных, например, для использования высоко в горах, на парусных судах, для резервных источников питания и аварийных сигнализаций и т. п.) этот постоянный ток используется для зарядки аккумуляторных батарей и последующего употребления.
Расширенным вариантом является так называемая параллельная работа с сетью электропитания: везде, где есть подключение к централизованной сети электроснабжения. Здесь постоянный ток, получаемый от солнечных модулей, через преобразователь постоянного тока в переменный подается в центральную сеть подачи питания.
Те, кто планирует организовать для своего жилого дома электроснабжение от солнечных батарей, должен предусмотреть все без исключения устройства для подключения к сети. Действующее законодательство Германии дает возможность подачи выработанной солнечной энергии в открытую сеть на привилегированных условиях обслуживания (2009: 43,1 цента за кВтч поданного тока, 2010: 39,6 цента за кВтч), и получение по обычной цене. За счет того, что этот закон действует в течение 20 лет, гарантированное возмещение делает фотогальваническую установку застрахованным капиталовложением в энергосберегающий дом.
Предпосылкой для установки фотогальванической батареи является наличие достаточного количества свободной площади, свободной от затенения. Оптимальным условием является непрерывная площадь крыши, обращенная на юг, с углом наклона от 20 до 50°, причем поверхности с меньшим углом наклона позволяют получить более высокий выход энергии. Почти все одноквартирные дома на поверхностях ограждающих конструкций имеют свободное пространство для размещения достаточного количества солнечных модулей, чтобы обеспечить (по крайней мере, теоретически) покрытие собственных потребностей в электроэнергии на 100%. Менее впечатляющим, но более эффективным может оказаться капиталовложение в энергосберегающее осветительное и другое бытовое электрическое оборудования, что с финансовой точки зрения пока более выгодно, чем вложение в фотогальваническую установку, несмотря на то, что возмещение за поставленную в общую сеть электрическую энергию от солнечной установки в настоящее время вдвое превышает цену, по которой конечные потребители получают электроэнергию.
Компоненты установки
По сравнению с монтажом солнечного коллектора установка фотогальванической батареи связана со значительно меньшими трудозатратами, потому что фотогальванические модули при той же величине значительно (примерно на 2/3) легче, чем солнечный коллектор, и к тому же требуют прокладки только пары кабелей. Свободного пространства, необходимого для установки оборудования, требующегося для трансфера выработанной электроэнергии в общественную сеть электроснабжения (преобразователь постоянного тока в переменный, предохранители, счетчики передаваемой энергии), нужно столько же, сколько и для обычного подключения к электросети. В отличие от термической солнечной установки, фотогальваническая установка не должна согласовываться с остальной домовой техникой и индивидуальным потреблением.
Модули
Солнечные модули широко представлены на рынке, различия в их качестве (для известных поставщиков) сравнительно незначительны: мощность модуля для установки с подключением к централизованной сети электроснабжения в большинстве случаев составляет от 160 до 300 Вт (пиковая мощность, достигаемая при максимальном облучении), при площадях модуля от 1,1 до 2,4 м2. Чем больше модуль, тем выше вырабатываемая им удельная мощность (Вт/м2) и тем ниже удельные затраты. Поликристаллические модули достигают пиковой мощности примерно 140 Вт/м2, а монокристаллические— около 170 Вт/м2. Дорогие монокристаллические элементы выглядят элегантнее и требуют на 20% меньше места. Выработка электроэнергии фотогальваническими установками зависит от региональных условий, и на севере Германии лежит в диапазоне 800—900 кВтч/год а на юге — от. 1000 кВтч/год на каждую установленною ячейку номинальной мощностью киловатт (кВт).
Система креплений
Чаще всего на практике применяется проверенная и хорошо зарекомендовавшая себя система монтажа на крыше. Имеющееся кровельное покрытие (например, черепица) остается нетронутым, и впоследствии служит в качестве водоотводящей поверхности. Модули, как правило, крепятся на конструкцию из алюминиевых профилей, которая монтируется на имеющееся кровельное покрытие, так что модули располагаются на высоте от 10 до 15 см над поверхностью крыши и отстоят друг от друга примерно на 1 см. Таким образом, модули обдуваются воздухом со всех сторон, что позволяет избежать летнего перегрева.
На сегодняшний день предлагаются и такие фотогальванические установки, которые уже встроены в конструкцию крыши, при этом модули одновременно служат как герметизирующие кровельные элементы. В тех случаях, когда кровельное покрытие в любом случае подлежит замене, встроенные фотогальванические установки большой площади позволяют существенно сэкономить на традиционном кровельном покрытии. Однако общая эффективность такой установки ниже, вследствие перегрева ячеек, поэтому монтаж фотогальванических установок на поверхности крыши благоприятнее для энергетического баланса здания. На этапе планирования необходимо рассмотреть и взвесить все возможные варианты установки фотогальванических модулей, с учетом энергетических, конструктивных и оформительских аспектов, которые тоже не следует недооценивать.
Преобразователи постоянного тока в переменный
Преобразователи постоянного тока в переменный по размерам не превышают обычного почтового ящика и могут устанавливаться, в том числе и на открытом воздухе.
Радиоуправляемые преобразователи позволяют осуществлять непрерывный дистанционный контроль на работой установки.
Один модуль фотогальванической установки обычно выдает постоянный ток напряжением от 12 до 30 В. В зависимости от конструкции преобразователя постоянного тока в переменный модули можно объединять в блоки, насчитывающие от 6 до 20 модулей, и получать постоянный ток напряжением от 100 до 600 В. На выходе из преобразователя получается переменный ток (230 В, 50 Гц), который затем подается в сеть.
Современные преобразователи достигают коэффициента полезного действия около 97% и в преобладающем большинства работают как трансформаторы, бесшумно, и не нуждаются в особом обслуживании. На рынке предлагаются приборы, рассчитанные на диапазоны мощностей от 1000 до 6000 Вт, для более мощных установок их можно объединять в группы.
Расчет параметров
Размеры и производительность фотогальванической установки, подающей ток в общественную сеть электроснабжения, зависит не столько от индивидуальной потребности здания в электроэнергии, сколько от доступного свободного пространства для ее монтажа и имеющихся в распоряжении пользователя инвестиционных средств, потому что все равно вся выработанная энергия поступает в общую сеть электроснабжения. Количество модулей и их мощность должны быть тщательно подобраны с учетом используемой модели преобразователя постоянного тока в переменный.
На южном скате крыши одноквартирного дома общей жилой площадью 120 м2 обычно можно разместить модули общей площадью от 70 до 80 м2, из этой площади примерно 25% можно отвести для мансардных окон и солнечных коллекторов. На остальной поверхности можно установить солнечный генератор пиковой мощностью до 8 кВт.
Затраты
Современные фотогальванические установки обладают выдающимся качеством, диапазон модулей солнечных генераторов и преобразователей постоянного тока в переменный, предлагающихся сегодня на рынке, широк как никогда. Стоимость фотогальванических установок уже в течение довольно долгого времени устойчиво падает, рыночные цены ориентированы на то, что владельцы будут получать 5%-е возмещение своих затрат на приобретение и монтаж системы.
