В общем случае солнечная электростанция для дома является инженерным сооружением, предназначенным для преобразования излучения солнца в электрическую энергию. Существует несколько основных типов солнечных электростанций:

• Солнечные электростанции, действующие по принципу преобразования солнечной энергии в тепловую, для получения водяного пара и с дальнейшим получением электроэнергии с помощью паровых турбин. В некоторых случаях вместо турбин используют, например двигатель Стирлинга, а вместо воды – водород или гелий.

• Солнечные электростанции, использующие энергию воздушного потока, возникающего при нагревании солнцем приземной поверхности. Состоят из изолированной стеклом от влияния окружающей среды поверхности и высокой башни, в которой стоит воздушная турбина. За счет высокой инерционности способны работать круглые сутки.

• Солнечные электростанции, использующие солнечные батареи для преобразования солнечной энергии.

Производство энергии с помощью солнечных батарей является наиболее простым. Эти системы отлично масштабируются на любую потребляемую мощность. Они не имеют движущихся критически важных узлов, таких, как генераторы и турбины.

Существует два основных типа солнечных электростанций для дома – полностью автономные и действующие параллельно с общественной электросетью.

Автономные солнечные электростанции для дома

Полностью автономная солнечная электростанция может использоваться как для производства постоянного электрического тока, так и для производства переменного тока. Постоянный ток используется потребителями гораздо реже. В основном все электроприборы работают на переменном токе.

Автономная электрическая станция постоянного тока состоит из следующих элементов:

• Солнечные панели.

• Устройство (контроллер) заряда аккумулятора.

• Аккумулятор.

Фотоэлектрические (солнечные) панели (модули) производятся на основе кремния и на основе некоторых других материалов (теллурид кадмия и т.п.). Наибольшее распространение получили кремниевые модули. Выпускаются монокристаллические, поликристаллические и аморфные (пленочные) элементы. Наиболее высоким КПД преобразования солнечной энергии обладают монокристаллические модули, но они более дорогие. Вторые по эффективности – поликристаллические. Они производят электроэнергии примерно на 15 – 20 процентов меньше, чем монокристаллические. И замыкают список модули, изготовленные из аморфного кремния. Эффективность их более чем в 3 раза меньше монокристаллических и составляет 5-6%. Их особенностью является высокая производительность при низких уровнях освещенности, например в пасмурную погоду, или в утренние и вечерние часы. Кроме того, они обладают повышенной стойкостью к изгибам, так как относятся к классу тонкопленочных.

Контроллер заряда является электронным устройством, предназначенным для обеспечения паспортных режимов работы аккумулятора. Для работы с солнечными электростанциями рекомендуется использовать контроллеры с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ или PWM) и устройства с так называемым слежением за точкой максимальной мощности (МРРТ). Отличие их для потребителя состоит в том, что контроллеры МРРТ-типа, помимо управления зарядом аккумулятора, управляют также режимом работы солнечной батареи, обеспечивая максимальную отдачу мощности. С помощью МРРТ-устройства от одной и той же солнечной батареи можно получить энергии существенно больше, чем от устройства PWM-типа.

Аккумулятор (батарея аккумуляторов) применяется для сохранения электрической энергии, выработанной в светлое время суток и для снабжения потребителей электроэнергией в темное время суток, или в случае недостаточной генерируемой мощности солнечной батареи. Наиболее часто применяются так называемые GEL или AGM – аккумуляторы. Они не требуют обслуживания  и достаточно долговечны. В последнее время активно используются литий-ионные аккумуляторы, но, несмотря на более высокие эксплуатационные свойства пока применяются на стационарных объектах меньше из-за высокой стоимости.

Комплектация элементов

Начинать подбор солнечной электростанции постоянного тока надо с выбора аккумулятора по напряжению, емкости и силе тока. Для того, чтобы избежать аварийных ситуаций, аккумулятор должен обеспечить потребителей энергией в течение всего времени при максимальной мощности потребления. Его номинальная мощность должна быть больше, чем максимальная суммарная мощность всех потребителей энергии в сети постоянного тока. Например, если необходимо, чтобы электроприборы суммарной максимальной мощностью 1кВт проработали 10 часов, то запасенная в аккумуляторах энергия должна быть не менее чем на 30% больше 10кВт*часов, то есть 13кВт*часов. При напряжении в сети постоянного тока 12 В, делим 1000Вт на 12В и получаем максимальную силу тока аккумулятора, равную 83,3 А. Поэтому, аккумулятор 12В должен иметь емкость не меньше, чем 833+30% или 1083 Ампер*часа.

Далее подбираем солнечную батарею. Если эксплуатация солнечной электростанции будет осуществляться круглый год, то выбор надо производить по месяцу с самыми худшими параметрами освещенности. КПД  модулей при выборе батарей принимается на 20% меньше паспортного. Например, при паспортном значении КПД монокристаллических модулей 17% принимают рабочее значение 12-14% (потери на отражение света, запыленность и т д. ). Для определения количества модулей делим потребность в месячной энергии на возможное производство одной батареей. Если потребность составляет 100кВт*часов, а одна батарея произведет 2 кВт*часа, то100:2=50 модулей. Естественно, надо учитывать, что условия могут ухудшиться и поэтому рекомендуется выбирать модули с запасом.

Теперь выбираем зарядное устройство в соответствии с потребностями. Выходной номинальный ток устройства должен быть не меньше, чем суммарный максимальный ток всех потребителей плюс максимальный ток заряда аккумулятора. То есть, если ток потребителей составляет 83,3А, а ток заряда 10А, то номинальный выходной ток контроллера заряда должен быть больше 93,3А. При этом надо учитывать, что входной ток и напряжение также должны соответствовать требованиям. Если мы выбираем контроллер МРРТ-типа, то можно использовать модули в 2-3 раза большего напряжения или соединить имеющиеся соответствующим образом.

Автономная солнечная  электростанция переменного тока состоит из следующих элементов:

• Фотоэлектрические панели.

• Устройство (контроллер) заряда аккумулятора.

• Аккумулятор.

• Инвертор.

Отличается от сети постоянного тока наличием инвертора – устройства, преобразующего постоянное напряжение аккумуляторов в переменное напряжение 220Вольт частотой 50 Гц. Если планируется использовать параллельно с автономной системой общественную сеть, то необходимо использовать инвертор, позволяющий осуществлять максимально быстрое переключение потребителей с одного источника напряжения на другой.