Как работает солнечная энергия и как мы используем ее в наших домах?
Нет движущихся частей. Не происходит возгорания и не возникает никакого шума. Не требуется никакого места, кроме поверхности вашей крыши. Он не требует топлива, только солнечный свет. И, несмотря на все это, он может питать весь ваш дом и производить избыточную энергию, которую вы можете экспортировать своим соседям.
Да, я говорю о солнечной энергии. То, как это работает, кажется настолько замечательным и загадочным, что кажется почти волшебством. Но производство солнечной энергии на самом деле довольно просто. И, хотите верьте, хотите нет, солнечные технологии, используемые в современных солнечных панелях, практически не изменились с 1950-х годов.
Итак, как работает солнечная энергия? Что должно произойти, чтобы обычный солнечный свет превратился в электричество, которое может привести в действие вашу бытовую технику?
Этот блог ответит на эти вопросы. Также будет рассмотрено, как солнечная энергия работает ночью, и роль батарей в системах солнечной энергии.
На этой странице
Солнечные панели производят чистую и возобновляемую энергию, не полагаясь на ископаемое топливо.
Как солнечная энергия питает ваш дом?
В этом разделе мы объясним процесс, с помощью которого дома могут генерировать и использовать солнечную энергию с помощью солнечных панелей.
Полезная солнечная энергия производится в 4 этапа:
- Солнечные батареи генерируют электричество постоянного тока
- Солнечный инвертор преобразует энергию в полезную электроэнергию переменного тока
- Солнечный инвертор обеспечивает электроэнергией дом
- Избыток солнечной энергии экспортируется в сеть
1. Солнечные батареи генерируют электричество постоянного тока
Дома с системами солнечной энергии обычно имеют от 15 до 25 солнечных панелей, установленных на крышах.
Каждая солнечная панель состоит из цепочки из 60 или 72 фотоэлектрических элементов, каждый из которых изготовлен из монокристаллического или поликристаллического кремния. Солнечные элементы предназначены для улавливания солнечного света и преобразования его в электричество постоянного тока посредством фотогальванического эффекта.
Количество вырабатываемой солнечной электроэнергии зависит от силы солнечного света и конструкции солнечной панели. По состоянию на 2022 год отдельные солнечные панели обычно производят от 250 до 400 Вт каждая при оптимальных условиях.
2. Солнечный инвертор преобразует энергию в полезную электроэнергию переменного тока.
Бытовая техника предназначена для использования электричества переменного тока (AC), поэтому мощность постоянного тока, генерируемая солнечными батареями, должна быть преобразована, прежде чем она будет подаваться в дом. Эту функцию выполняет солнечный инвертор.
В большинстве домов установлен один «струнный» инвертор. Эти струнные инверторы, также называемые «центральными инверторами», получают объединенную мощность от всех солнечных панелей перед ее преобразованием.
Однако солнечные инверторы также могут быть установлены на уровне модулей; в этих случаях к каждой отдельной солнечной панели подключаются небольшие микроинверторы для преобразования переменного тока в постоянный.
Хотя солнечные панели часто затмевают его, солнечный инвертор (на фото) играет решающую роль в производстве солнечной энергии.
3. Солнечный инвертор обеспечивает электроэнергией дом
Затем инвертор будет подавать питание переменного тока с требуемым напряжением (120/240 В) на вашу печатную плату; эта мощность теперь доступна для обслуживания любых электрических нагрузок в вашем доме.
С сетевыми солнечными энергетическими системами — наиболее распространенным типом солнечных систем, устанавливаемых в домах, — вы можете в любое время использовать солнечную энергию, энергию сети или их комбинацию.
Если нагрузки в вашем доме больше, чем мощность, выдаваемая инвертором, то ваши нагрузки могут быть обеспечены за счет комбинации источников: частично от солнечной энергии на крыше и частично от электрической сети.
4. Избыток солнечной энергии экспортируется в сеть
Если у вас установлены солнечные панели, обычно вырабатывается больше солнечной энергии, чем требуется для ваших общих электрических нагрузок (каковы ваши потребности в энергии). Когда это происходит, избыточная энергия уходит из дома в электрическую сеть через счетчик коммунальных услуг.
Коммунальный счетчик должен быть специальным «чистым счетчиком», который может вести отдельный учет электроэнергии, которую вы экспортируете в сеть, и того, что вы потребляете из сети.
Узнайте, сколько вы можете сэкономить, используя солнечную энергию
Как работает солнечная энергетическая система ночью?
Солнечные батареи нуждаются в солнечном свете для выработки электроэнергии, но все мы знаем, что солнце не светит ночью. Чтобы обслуживать ваши электрические нагрузки после наступления темноты, сетевая система солнечных батарей — наиболее распространенный тип солнечной системы — полагается на энергию, импортируемую вашей коммунальной компанией.
К счастью, есть большая вероятность, что вам не придется платить за большую часть электроэнергии, которую вы импортируете ночью. Это тот случай, если вы живете в штате с сетевым счетчиком 1: 1, который в настоящее время составляет 38 из 50 штатов. Здесь избыточная мощность, экспортируемая вашей системой в течение дня, используется для компенсации стоимости импорта электроэнергии ночью.
Это видео объясняет, как работает солнечная система, связанная с сетью, экспортируя энергию в течение дня и импортируя энергию ночью.
Как аккумулятор работает с солнечной энергией?
До сих пор мы обсуждали только самый популярный тип солнечной установки в Соединенных Штатах — солнечные системы, подключенные к сети.
Вы могли заметить, что эти системы работают без батареек.Когда сетка доступна, как это бывает у большинства людей, добавление батарей к домашней системе солнечной энергии не является обязательным.
Кроме того, покупка накопителей на солнечных батареях обычно не имеет экономического смысла. Решения для хранения аккумуляторов дороги и имеют относительно короткий срок службы, поэтому они обычно не окупаются.
При этом популярность аккумуляторных накопителей растет, чему способствует появление универсальных литий-ионных решений, таких как Tesla Powerwall.
Вот два распространенных сценария, когда домовладельцы предпочитают использовать аккумуляторные решения со своими системами солнечных панелей:
Сценарий 1: Использование аккумуляторов в автономной системе
Некоторые люди используют солнечную энергию для удовлетворения всех своих потребностей в электроэнергии; это происходит либо потому, что они стремятся жить вне сети, либо потому, что подключение к сети либо недоступно, либо дорого для подключения (часто имеет место в отдаленных районах).
В таких случаях домовладельцы соединяют свои солнечные панели с аккумуляторными батареями, чтобы создать автономную солнечную систему. Это позволяет им сохранять избыточную дневную солнечную энергию для использования в ночное время.
Автономные солнечные системы обычно используют свинцово-кислотные батареи, подобные тем, которые используются в автомобильных батареях. Они являются наиболее доступным аккумуляторным решением и, как таковые, являются предпочтительным вариантом, когда требуются большие объемы памяти.
Сценарий 2: Использование батарей для резервного питания
Домовладельцы, живущие в районах, подверженных отключению электроэнергии, все чаще обращаются к аккумуляторным батареям в качестве резервного источника питания. Они тише и чище, чем традиционные дизельные генераторы, и не требуют покупки топлива.
В настоящее время большинство людей, покупающих батареи для резервного питания, выбирают более новые литий-ионные варианты, такие как Tesla Powerwall или Sonnen Eco. Эти батареи имеют небольшую площадь и могут быть легко настроены для работы в качестве независимого резервного источника питания в случае отключения сети.
Однако следует отметить, что аккумуляторные решения дороги и имеют короткий срок службы, а гарантия составляет всего 5-10 лет.Экономика немного улучшается в таких местах, как Калифорния, где вы можете воспользоваться льготами штата на покупку аккумуляторов и использовать тарифы на время использования (TOU), чтобы увидеть некоторую экономию.
Tesla Powerwall с оборудованием Gateway. Добавление шлюза позволяет использовать Tesla Powerwall в качестве резервного источника питания. Источник изображения: Электрек
Заставьте солнечную энергию работать на ваш дом
Сначала процесс перехода на солнечную энергию может показаться сложным. Но при наличии необходимых ресурсов вы можете установить и запустить систему солнечных батарей на своей крыше в течение нескольких недель.
Первая задача — понять, как работает солнечная технология. Тот факт, что вы читаете этот блог, означает, что вы уже на пути к решению этой задачи.
Следующий шаг в вашем солнечном путешествии потенциально еще сложнее: выяснить, подходит ли вам солнечная энергия. Хорошая новость заключается в том, что у SolarReviews есть все инструменты и информация, необходимые для выполнения этой задачи.
Наш солнечный калькулятор предоставит вам предварительную оценку солнечной энергии для вашего дома. Он использует данные о местоположении, спутниковые снимки и машинное обучение, чтобы сказать вам, сколько солнечных панелей вам нужно, сколько это будет стоить вам и сколько денег вы сэкономите. Другими словами, наш калькулятор показывает вам всю необходимую информацию, чтобы решить, стоит ли приобретать солнечные батареи для вашего дома.
После этого остается еще один важный шаг: выбор лучших брендов солнечного оборудования и подходящей солнечной компании, которая установит их для вас. Здесь снова может помочь SolarReviews. У нас есть огромная база данных брендов солнечного оборудования и компаний по установке солнечных батарей на нашем сайте. Обязательно прочитайте информацию о продукте, отзывы потребителей и рейтинги, чтобы сделать правильный выбор.
Как только солнечные панели установлены, все готово. Солнечные панели рассчитаны на срок службы не менее 25 лет и требуют минимального обслуживания. Затем вы можете расслабиться и наслаждаться чистой энергией, которую вы производите, и всей финансовой экономией, которую вы получите в процессе.
Узнайте, стоит ли устанавливать солнечные панели для дома
Основные выводы
- Солнечные панели преобразуют солнечный свет в электричество, используя фотоэлектрический эффект.
- Солнечный инвертор преобразует электричество в электричество переменного тока и отправляет его на печатную плату дома.
- Избыточная солнечная энергия экспортируется в сеть; взамен вы можете получить кредиты, которые компенсируют энергию, которую вы импортируете ночью.
- Добавление аккумуляторной батареи не является обязательным, но обычно используется в домах, не подключенных к сети, и в качестве источника резервного питания.
Если вы хотите узнать больше о солнечной энергии, в том числе о ее сравнении с другими источниками энергии, ознакомьтесь с этим руководством для начинающих по солнечной энергии.
Эндрю Сенди
Домашний солнечный журналист
Энди глубоко обеспокоен изменением климата, но также обеспокоен давлением стоимости жизни на американские семьи. Он выступает за солнечную энергию и хранение солнечных батарей только в той мере, в какой они имеют финансовый смысл для домовладельцев. Он не связан с какой-либо конкретной солнечной компанией в Соединенных Штатах.
