Как построить дом с крышей из солнечных батарей

Солнечные батареи на крыше крепятся в первую очередь с учетом материалов покрытий, типа обрешетки, соответственно им выбирают способ фиксации, вариант крепежных элементов. Для монтажа фотоэлектрических солнечных элементов надо произвести расчет количества панелей. Важно также учесть, как размещен дом, затенение, интенсивность освещения солнцем, оптимальный угол.

Характеристики солнечных панелей, влияющие на их установку

На монтаж влияет следующее:

• размер фотогальванических элементов, который определяет их количество, возможности размещения под особенности крыши;
• материал покрытия: черепица, металл, каучук, ТПО, ПВХ, шифер, ондулин.
• форма листов покрытия: волнообразные, плитками, находящие друг на друга элементы, со стыковыми швами в виде фальцев.

Именно для процесса закрепления к крыше вид и технология фотогальванических элементов — моно, поли, тонкая пленка — малозначимы. Но мощность и эффективность все-таки может повлиять на монтаж солнечных панелей. Например, если дом имеет север крыши с ограниченной поверхностью, то туда можно поставить более эффективные изделия, остальные — на южную часть, лучше прогреваемую солнцем.

Если по каким-то причинам пользователь посчитает уместным комбинировать продукцию разных фирм или типы панелей, то это также возможно при подходящих параметрах для выбранной архитектуры системы.

Крыша из солнечных батарей кровельные технологии должна учитывать всегда. Например, если каркас состоит из ОСБ плит, это дает более широкие возможности для размещения креплений.

В продаже есть стандартные унифицированные наборы для фиксации солнечных батарей со всеми необходимыми элементами. У производителей можно также заказать нужное количество и параметры набора под индивидуальные потребности.

Какие потребуются элементы крепления

Для фиксации есть такие типы крепежных элементов со своими вариантами форм под особенности крыш:

• направляющие, опорные рейки. Это S-образные профили, рельсы с вырезами под прижимы. Именно непосредственно к ним крепят фотоэлектрические плиты. Направляющие унифицированы, поэтому подобрать их не составит труда;
• зажимы, прижимы — это элементы, фиксирующиеся напрямую к кровле, ее обрешетке, фальцам, а второй их конец закрепляет направляющие. Виды:
  • концевые — для крайних солнечных панелей;
  • центральные — фиксируют две фотогальванические плиты к опорным профилям.

  Подбираются под толщину рамки панелей;

• стыковые соединители для реек;
• клеммные детали, объединяющие все крепежи с алюминиевыми рамками в одно звено и заземляющие его, фиксируя соответствующий провод;
• держатели для проводов.

Установка на разные материалы, модификации крепежей

Установка крепежа солнечных батарей на крыше учитывает, что эти детали намного разнообразнее, в отличие от направляющих, так как они фиксируют каркас системы к крышам из разных материалов. Есть изделия для металла, черепицы, шифера и других кровель.

Все модификации креплений можно отнести к двум типам:

• не нарушающие целостности покрытий (зажимы или крепящиеся только к обрешетке, когда можно поднять элемент настила);
• протыкающие покрытие, требующие создания отверстий, ячеек.

Если дом имеет крышу с уклоном, то оптимальный ее угол от 30 до 40°, в северных широтах может быть больше. Для самоочистки солнечных панелей дождем угол должен быть не меньше 15°. Наклон можно создать более сложным каркасом из опорных профилей.

Металлические крыши

Самый удобный и простой для установки реек вариант соединений металлических листов крыши — когда они соединены стыковыми швами в форме рубцов, фальцами. Высоты и ширины выступов обычно всегда достаточно, чтобы установить на нем зажим.

Целостность покрытия с креплениями-зажимами не нарушается. Делать отверстия и крепить через них кронштейны болтами, саморезами не надо вообще — достаточно установить изделие и затянуть его болты. Это удобно не только при монтаже, но и при демонтаже. Дополнительный плюс: соединение не надо герметизировать, риск коррозии в его месте намного ниже.

Другой вариант. Если дом с крышей из волнистых, имитирующих черепицу, меандр металлических листов, применяют способ, нарушающий их целостность. Используют специальные саморезы, болты, а чаще винтошурупы с уплотняющими прокладками, пробивающими покрытие насквозь и фиксирующиеся на лагах или плитах обрешетки.

Кровля черепичная, из каучука, ПВХ, ТПО

Кровля с черепицей или подобными элементами, надвигающимися друг на друга (испанская) — отличный вариант, так как солнечная батарея крепится без нарушения целостности покрытия. Надо всего лишь приподнять черепицу и установить огибающий ее край кронштейн с основой (широкой ножкой), крепящейся болтами к обрешетке, плитам каркаса.

Аналогичные преимущества у полимеризованного этилен-пропилен-диен-мономера (ЭПДМ), проще говоря, штучного каучука, а также из термопластичного полиолефина (ТПО), ПВХ.

Когда метод, не влияющий на целостность нельзя применить, в черепице создают пилой отверстия, в которые вставляют кронштейны. Ножки крепежей фиксируются болтами к каркасу крыши. Затем отверстия заливают монтажной пеной и цементом.

Шифер, ондулин

Шифер, ондулин самые ненадежные материалы для установки фотоэлектрических батарей. В данном случае отсутствует возможность приподнять сегмент и закрепить кронштейн к лагам, не нарушая целостности покрытия. Обычно первый материал волнистый: листы накладываются друг на друга со значительной шириной наложения. Дрелью в местах прохождения лаг (обычно на горбе шифера) делают отверстия под винтошурупы, через которые и крепят сегменты к обрешетке. Аналогичный способ применяют для волнистых металлических материалов.

Установка солнечных фотоэлектрических панелей на крышу поэтапно

Материалы кровли, крепление солнечных панелей должны правильно соотноситься. Установка на разные покрытия отличается именно типами крепежей, фиксирующих опорные рельсы (профили с S-образным сечением). Рассмотрим более подробно и полностью работу по установке солнечных коллекторов.

План, чертеж

На первом этапе измеряют рулеткой крышу и составляют чертеж с размерами и геометрией крыши, под которые подбираются панели. На плане обозначают расположение направляющих и креплений.

На чертеже рисуют оптимальное расположение фотогальванических плит с учетом отступов для прохода, снегоуловителей, от иных элементов. Обозначают затененные сегменты (около труб, деталей конструкций и прочего), проемы.

Опорные рельсы фиксируются кронштейнами с зазорами между ними в 1200–1500 мм. Плиты помещают на две S-рельсы, размещаемые параллельно, для направляющих от кромки плит отступают 200–400 мм.

Монтаж крепежей

Металлопрофиль со стыковыми соединениями в виде фланцев. Применяют крепления в виде зажимов, стягивающихся болтами, не нарушая целостности покрытия.

Металлочерепица и металлопрофиль. Используют Г (L)-образный кронштейн для S-реек. Перед его установкой к концу, фиксируемого к крыше, наклеивают кусок битума. Уголок закрепляется к обрешетке саморезами (чем больше отверстий для них, тем лучше) с герметиком.

Битумная черепица. Используют кронштейн с широкой площадкой, так как дом с такой крышей часто имеет обрешетку для данного материала из ОСБ плит. Соединение уплотняется как описано выше.

Керамическая (натуральная) черепица. Плитка кровли подвигается под верхний ряд, открывается путь к обрешетке, туда вставляют кронштейн, закрепляют его к лагу (плите). Крепежи должны быть с одинаковыми промежутками. Если при оснащении такой поверхности солнечными батареями, место крепления не совпало с положением лага, берут изделие с более длинной площадкой и/или ножкой. В завершение монтажа неповрежденная черепица задвигается на прежнее место — это самый аккуратный вариант установки.

Шифер и ондулин. Применяют особые винтошурупы из нержавейки. Крепеж ставят в месте прохождения лагов — на горбах, затем на него надевают кронштейн, используемый для металлочерепицы и металлопрофиля. Винт снабжен толстой резиновой прокладкой для герметизации отверстия.

Монтаж направляющих

После фиксации кронштейнов к ним присоединяют опорные S-рельсы. Стандартно применяют захваты и болты (с гроверами, внутренними шестигранниками). Первый элемент вставляется в паз рельсы, вторым осуществляется зажим.

Рейки обычно поставляются в комплекте к панелям, их форма стандартная и их можно докупить не только у конкретного производителя, но и в магазинах стройматериалов, на металлобазах. Длина может быть разной, направляющую можно обрезать обычной ножовкой по металлу или наращивать.

Ламели опорных S-профилей наращиваются и стыкуются соединителями — металлическими планками с болтами.

Установка панелей

После закрепления реек устанавливают сами фотоэлектрические элементы. Фиксацию осуществляют двумя вариантами прижимов с четырех сторон. Длину этих деталей подбирают под тип панелей. Стандартно есть два типа изделий — на 35 и 40 мм. Крайняя плита с внешнего края фиксируется концевыми прижимами, а для внутренних торцов панелей применяют центральные универсальные типоразмеры. Для присоединения этих элементов к направляющим используют болты (M8×25, M8×50) и захваты.

Когда солнечные батареи установлены на крышу надо проверить отсутствие перепадов высоты, уровня реек. Все сегменты должны выстроиться в одну ровную плоскость. Мониторинг также делают постоянно в процессе монтажа на профиль: перед началом работ натягивают нить и по ней проверяют их положение.

Видео по теме

1. Выбор панелей.

Есть разные типы панелей (моно, поли, тонкая пленка) и производители пытаются дифференцировать свою продукцию рекламой новых технологий. Однако, с точки зрения потребителя, это все не очень важно. Основной параметр на который стоит обращать внимание это номинальная мощность при стандартных условиях и площадь панели. Ну и ее стоимость. Ну и внешний вид — черные без полосок сейчас в моде. Исходя из номинальной мощности, доступной вам площади, и стоимости, вы можете расчитать сколько будет стоит киловат электричества. У каждой панели есть техническое описание (data sheet) которое дает технические характеристики панели.

1.1 Номинальная мощность. Эта цифра важна для сравнения разных панелей, но не стоит заблуждаться что панели будут производить эту мощность. Эта цифра показывают сколько они выдают в стандартных лабораторных условиях, при определенной температуре (там ссылка на Standard Test Condition). Все панели тестируются в этих условиях, и исходя из этого показателя можно их сравнивать. Но в реальных условиях, выдаваемая мощность будет отличаться.

1.2 Температурные коэффициенты важны если вы живете в жарком климате. Чем ниже этот показатель, тем лучше. Этот показатель показывает на сколько падает мощность при повышении температуры.

1.3. Эффективность модуля — соотношении номинальной мощности и площади. Этот показатель важен если нужно максимизировать производство энергии с ограниченной площади.

1.4. Количество диодов. У дешевых панелей будет один, чем больше диодов тем лучше. Диоды уменьшают потери от тени и грязи.  Панели состоят из отдельных ячеек, и в самых простых панелях все 60 ячеек соединены последовательно. Если одна ячейка не работает, или на нее попала тень, то вся панель будет выдавать пониженную мощность. Диоды позволяют разделить панель на несколько парралельных частей, и каждая часть работает незаависимо от других.

1.5. Размеры панели нужны для оценки того, сколько вы можете поставить на вашу крышу.

1.6. Некоторые производители дают гарантию что деградация не превысит определенный порог.

На самом деле, для большинства людей, все эти параметры не слишком важны. Самым оптимальным вариантом будет панель которая самая дешевая за номинальный ватт. Исключения могут быть там где ограниченная площадь и обязательно нужно достичь определенных показателей. Если есть ограничения по пространству, то может стоит выбрать панель с большей эффективностью. Если ограничений нет, то как правило самая дешевая подойдет

Я для себя выбрал:

14 штук Solaria PowerXT-355R-AC (355Вт), которые поставляются в комплекте с микроинвертерами, и стоят на сегодня в рознице около $529 за панель.

24 штуки Mission Solar MSE305SQ8T (305Вт), которые сегодня стоят около $209 за панель (к каждой панеле нужен микроинвертер, Enphase IQ7, который сегодня стоит $117). У инвертера эффективность 97% и гарантия 25 лет.

Почему две разные? Solaria более дорогая, но у нее выше эффективность (19.6% против 18.35% у Mission Solar). У меня на юг смотрит небольшая часть крыши с ограниченным пространством, и туда я ставлю более эффективные панели. Остальные панели идут на северную часть крыши. Хотя север это плохо, но у меня пологая крыша и вроде должны нормально работать с небольшими потерями по сравнению с югом (менее 20% по расчетам, посмотрим как выйдет на самом деле). У Solaria гарантия немного лучше — 25 лет гарантия что модуль будет работать, и деградация не превысит 14% за 25 лет. У Mission Solar гарантия 12 лет, и гарантия от деградации 20% за 25 лет.

2. Выбор архитектуры системы.

Есть три разных архитектуры — grid-tied (подключенный к сети), off-grid (без сетевого подключения), grid tied with backup (подключенный, с возможностью автономной работы).

2.1 Подключенный к сети (grid-tied) это самый распространенный (в США) и самый дешевый вариант. У него есть преимущества — простота подключения, отсутствие каких-либо ограничений для пользователя. Излишки энергии сбрасываются в сеть, недостаток энергии получают из сети. Недостаток — при отключении сети, инвертор отключается и солнечные панели не будут работать. Также, в некоторых местах (в России например) нет законодательной базы для подключения инвертора к сети, и легально это сделать нельзя.

2.2 Без подключения к сети (off-grid). Тут возникают многочисленные технические проблемы, решение которые требует либо принести в жертву комфорт потребителя, либо финансовых жертв. Во-первых, максимальная мощность будет ограничена мощностью инвертора (7 кВт например). Во-вторых, так как солнце светит не всегда, то надо иметь батарею, или резервный генератор. В-третьих, возникает проблема балансировки — потребляемая мощность должна всегда совпадать с поставляемой мощностью, иначе напряжение будет скакать. Если энергии от панелей больше чем потребление (и батареи заряжены), то эта энергия будет пропадать впустую. Устройства вроде Tesla Powerwall решают эти проблемы, но они пока еще довольно дорогие. Традиционные свинцовые батареи тоже можно использовать, но они занимают много места, и их срок службы не очень продолжителен. В итоге, off-grid сейчас самый дорогой, и требует значительных затрат и неудобств. Этот вариант подходит тем у кого нет возможности подключения к сети.

3.3 Последний вариант это подключение к сети, но при отключении сети можно продолжать использовать солнечные панели (как правило с ограничениями по мощности). Для этого нужен инвертор который поддерживает такой режим работы. Как правило нужна батарея (меньшей емкости чем для off-grid), хотя есть некоторые инверторы которые способны выдавать ограниченную мощность днем без батареи (пока солнце светит). Также, нужно физически разделить мощности на то что важно при отключении сети, и то без чего можно прожить (насос для полива газона например, или сушилка белья). Ну и нужна система для переключения между этими состояниями, и для балансировки мощности. В настоящее время много компаний работают над продвижением решений таких систем и пытаются решить эти проблемы. Будущее вероятно за ними.

Я выбрал этот третий вариант и заказал себе пару Tesla Powerwall за $5900 каждая, но уже полтора года жду в очереди на них. Если не дождусь, то компания Enphase обещает скоро выпустить IQ8 инвертор который сможет работать автономно без сети и без батареи.

4. Выбор типа инверетера

5. Установка системы

Продолжение следует ….