Схема подключения солнечных батарей: сборка системы с аккумулятором

Содержание:

Солнечные лучи, как альтернативный источник энергии, приобретают все более широкую популярность среди населения.

Особенно это касается жителей частного сектора, постепенно избавляющихся от энергетической зависимости. Однако подобные системы еще довольно дороги и не все могут их приобрести.

В таких ситуациях наилучшим выходом становится солнечная батарея изготовленная своим руками из подручных материалов.

Выбор фотоэлементов

Любая солнечная батарея для дома сделанная своими руками, будет в любом случае стоить значительно ниже, чем заводская.

У известных производителей производится тщательный отбор фотоэлементов, в процессе которого отсеиваются заготовки, имеющие пониженные или нестабильные показатели.

Поверхность готовых изделий покрывается специальным стеклом, снижающим отражение света, отсутствующим в свободной продаже. В производстве применяются многие другие методы исследования пластинок, совершенно не подходящие для домашних условий.

Однако, солнечная батарея своими руками вполне может быть изготовлена, а полученные самоделки обладают хорошей работоспособностью и не столь заметно отличаются от изделий промышленного производства. Зато экономия денежных средств получается практически в два раза, и в определенных условиях делать панели не только целесообразно, но и выгодно.

Следовательно, основная цель на стадии подготовки заключается в правильном выборе наиболее подходящих фотоэлементов.

По техническим причинам пленочные или аморфные изделия можно сразу же исключить и остановиться на пластинках их кремниевых кристаллов.

В самых первых домашних опытах рекомендуется воспользоваться более дешевыми элементами из поликристаллов и лишь потом переходить к работе с монокристаллическими кремниевыми материалами.

Приобрести фотоэлементы для солнечной батареи возможно на известных зарубежных торговых площадках, таких как Алиэкспресс, Амазон и других. Они находятся там в свободной продаже в виде отдельных пластинок с различной производительностью и габаритными размерами, что позволяет собрать солнечную панель требуемой мощности.

Кроме того, существуют бракованные изделия, относящиеся к так называемому классу В, имеющие различные повреждения в виде небольших сколов и трещин. На производительность это почти не влияет, зато их стоимость значительно ниже, поэтому они чаще всего используются в самодельных гелиосистемах.

Выбор пластинок прежде всего осуществляется по их внешнему виду. Монокристаллические элементы имеют однотонную поверхность темно-синего цвета, на которой расположена хорошо заметная электродная сетка.

В поликристаллических пластинках поверхность покрыта более светлым узором, образованным многочисленными мелкими кристалликами. Подробнее чем отличаются монокристаллические панели от поликристаллических читайте здесь https://electric-220.ru/news/monokristallicheskie_i_polikristallicheskie_solnechnye_batarei/2018-12-26-1624

Расчет и проектирование

Для расчетов солнечной батареи, собранной дома, обязательно потребуется перечень всех электроприборов и оборудования, имеющихся в доме. Сразу же нужно выяснить потребляемую мощность каждого из них.

Данные о мощности указываются в маркировке или в техническом паспорте устройства. Их значения довольно приблизительные, поэтому для панели, работающей с инвертором нужно ввести поправку, то есть среднее энергопотребление умножается на поправочный коэффициент.

Полученная таким образом общая мощность дополнительно умножается на 1,2, учитывая потери при работе инвертора. Мощные приборы при запуске потребляют ток, в несколько раз превышающий номинальный.

В связи с этим, инвертор также должен в течение короткого времени выдерживать двойную или тройную мощность.

Если мощных потребителей довольно много, но одновременно они практически не включаются, то применяемый в системе инвертор с большим выходным током получится слишком дорогим. При отсутствии значительных нагрузок рекомендуется использовать менее мощные недорогие приборы.

Солнечная батарея в домашних условиях рассчитывается по времени работы каждого электроприбора в течение суток. Вычисленное опытным путем, значение умножается на мощность, и в результате получается суточное энергопотребление, измеряемое в киловатт-часах.

Обязательно понадобятся сведения с местной метеостанции о количестве солнечной энергии, которую можно реально получить в этой местности.

Расчет данного показателя выполняется на основе показаний среднегодовой солнечной радиации и ее среднемесячных значений при самой плохой погоде.

Последняя цифра позволяет определить минимальное количество электроэнергии, достаточное для решения текущих задач.

Получив исходные данные можно приступать к определению мощности одного фотоэлемента. Вначале показатель солнечной радиации нужно разделить на 1000, в результате, получаются так называемые пикочасы. В это время интенсивность солнечного свечения составляет 1000 Вт/м2.

Формула для расчета

Количество энергии W, вырабатываемое одним модулем, определяется по следующей формуле: W = k*Pw*E/1000, в которой Е – величина солнечной инсоляции за определенный период времени, k – коэффициент, составляющий летом – 0,5, зимой – 0,7, Pw – мощность одного модуля. Поправочный коэффициент учитывает потери мощности фотоэлементов при нагревании солнечными лучами, а также изменение наклона лучей относительно поверхности в течение дня. Зимой элементы нагреваются меньше, поэтому и значение коэффициента будет выше.

Учитывая суммарную мощность энергопотребления и данные, полученные с помощью формулы, рассчитывается общая мощность фотоэлементов. Полученный результат делится на мощность 1 элемента и в итоге будет требуемое количество модулей.

Существуют различные модели с целым рядов мощностей элементов – от 50 до 150 Вт и выше. Выбирая компоненты с необходимыми показателями, можно собрать солнечную панель с заданной мощностью.

Например, если потребность в электроэнергии составляет 90 Вт, то необходимы два модуля по 50 Вт каждый. По такой схеме можно создать любую комбинацию из имеющихся фотоэлементов.

В любом случае расчеты следует производить с некоторым запасом.

Количество фотоэлементов оказывает влияние на выбор емкости аккумуляторной батареи, поскольку именно они создают зарядный ток. Если мощность панели 100 Вт, то минимальная емкость АКБ должна быть 60 А*ч. С возрастанием мощности панелей потребуются и более мощные аккумуляторы.

Выбор места установки

Производительность солнечных панелей во многом зависит от места их установки. Поэтому, перед тем как сделать солнечную батарею своими руками, нужно заранее определиться, где она будет расположена.

Одновременно, следует учитывать следующие факторы:

• Степень затененности. Если вокруг панели находятся здания, заросли деревьев и прочие габаритные предметы, создающие тень, она не сможет нормально функционировать и вырабатывать достаточное количество электроэнергии. Кроме того, панель может очень быстро прийти в негодность, не оправдав расходы на ее изготовление.
• Ориентирование панелей относительно солнца. Световой поток, создаваемый солнечными лучами, должен максимально захватывать поверхность фотоэлементов. Жители северного полушария направляют панель главной стороной на юг, а в южном полушарии ориентация выполняется строго на север.
• Угол наклона. Также выбирается в зависимости от положения и местных координат и устанавливается в соответствии с широтой. Для расчетов угла установки панели в интернете существуют онлайн-калькуляторы, выдающие наиболее подходящий градус.
• Наличие свободного доступа для чистки, ремонта и обслуживания. В процессе эксплуатации лицевая поверхность панели постепенно покрывается пылью, грязью, а зимой – снегом. В результате, ее эффективность заметно снижается. В некоторых случаях требуется полная замена солнечных батарей. Поскольку очистка будет выполняться самостоятельно, батарею желательно устанавливать в удобном и доступном для себя месте.

Подготовка материалов и инструмента

Прежде чем начинать изготовление солнечных батарей своими руками, необходимо заготовить все требующиеся материальные ресурсы и инструменты:

• Пластинки фотоэлементов.
• Диоды Шоттки для шунтирования фотоэлектрических элементов.
• Специальные шины или многожильный медный провод для соединения модулей между собой.
• Антибликовое стекло хорошего качества или плексиглас. Любые препятствия на пути солнечных лучей приводят к росту потерь энергии. Преломление света должно быть минимальным.
• Все материалы, необходимые для пайки.
• Фанера, рейки или алюминиевые уголки для сборки каркаса.
• Силиконовый герметик.
• Метизы, крепления.
• Защитный состав или краска, чтобы обработать деревянные поверхности.
• Обычные инструменты – отвертки, кисти малярные, стеклорез, паяльник, ножовки по дереву и металлу и другие приспособления для конкретной ситуации.

Самая первая солнечная батарея собранная своими руками из подручных материалов должна изготавливаться из пластинок, к которым уже припаяны выводы. За счет этого снижается риск их повреждений во время сборки.

Если же имеется опыт работы с паяльником, то будет дешевле купить обычные фотоэлементы и самостоятельно припаять к ним провода. По результатам расчетов заранее известно, какие пластинки будут соединяться последовательно, а какие – параллельно.

Лучше всего составить предварительную схему подключения или макет и по ней делать монтаж.

Размеры каркаса определяются в соответствии с размерами ячеек. Между каждым элементом оставляется тепловой зазор 3-5 мм, а сама рамка не должна перекрывать края элементов.

Как собрать солнечную батарею своими руками

Сборка корпуса солнечной батареи

Сборка солнечных батарей, а именно, корпуса может выполняться в разных вариантах. В первом случае ее можно сделать из фанерных листов и деревянных реек, поэтому такой монтаж не представляет особой сложности.

Конструкции выпиливаются по размерам, а затем соединяются между собой саморезами. Все стыки и швы предварительно промазываются герметиком. Все деревянные части покрываются краской или специальными защитными составами.

Дальнейшие работы проводятся только после полного высыхания конструкции.

Немного сложнее изготовить солнечную батарею из алюминиевого уголка. В этом случае сборка каркаса происходит в следующем порядке:

• Сборка из уголка прямоугольного каркаса.
• В каждом углу конструкции сверлятся отверстия под крепления.
• Внутренняя часть профиля по всему периметру покрывается силиконовым герметиком.
• Внутрь каркаса на обработанные места укладывается текстолит или оргстекло, вырезанные по размеру. Их нужно как можно плотнее прижать к уголкам.
• Внутри корпуса лист прозрачного материала фиксируется крепежными уголками, установленными по углам.
• Дальнейшие работы проводятся после полного высыхания герметика. Предварительно, все внутренние поверхности протираются от пыли и загрязнений.

Пайка проводов и соединение фотоэлементов

Все элементы для солнечных батарей отличаются повышенной хрупкостью и требуют аккуратного обращения. Перед началом пайки они протираются, чтобы поверхность была идеально чистой. Элементы с припаянными проводниками все равно следует проверить и устранить обнаруженные недостатки.

На каждой фотопластинке имеются контакты с различной полярностью. Вначале проводники припаиваются к ним, а уже потом соединяются между собой.

При использовании шин вместо проводов, необходимо учитывать следующие особенности:

• Шины размечаются и разрезаются на требуемое количество полосок.
• Контакты пластин протираются спиртом, после чего на них наносится тонкий слой флюса, с одной стороны.
• Шина прикладывается по всей длине контакта, после чего по ней нужно провести разогретым паяльником.
• Пластина переворачивается, и такая же операция повторяется на другой стороне.

Паяльник во время монтажа нельзя сильно прижимать к пластине, иначе она может лопнуть. На лицевой стороне после пайки не должно оставаться неровностей. Если они остались, нужно еще раз пройти паяльником по шву.

Читайте также:  Таблетки fairy для посудомоечной машины: обзор, отзывы, мнение профессионалов

Чтобы не ошибиться с размещением пластин, перед тем как их собирать, на поверхность листа рекомендуется нанести разметку с учетом всех размеров и зазоров. После этого фотоэлементы укладываются на свои места. Затем контакты панелей соединяются между собой с обязательным соблюдением полярности.

Нанесение герметизирующего слоя

Перед тем как самому герметизировать конструкцию, нужно выполнить тестирование и проверить солнечные батареи на работоспособность. Она выносится на солнце, после чего на выводах шин замеряется напряжение. Если оно в пределах нормы, можно приступать к нанесению герметика.

Один из наиболее подходящих вариантов предполагает следующие действия:

• Силиконовый герметик наносится на самодельные солнечные батареи капельками по краям корпуса и между пластинами. После этого края фотоэлементов аккуратно прижимаются к прозрачному основанию и должны прилегать к нему как можно плотнее.
• На каждый край пластинок укладывается небольшой груз, после чего герметик полностью высыхает, а фотоэлементы надежно фиксируются.
• В самом конце аккуратно промазываются края рамки и все стыки между пластинами. На данном этапе герметиком покрывается все, кроме самих пластинок, он не должен попасть на их оборотную сторону.

Окончательная сборка солнечной панели

После всех операций остается лишь полностью собрать солнечную батарею в домашних условиях.

В этом случае порядок действий будет следующий:

• В боковой части корпуса устанавливается соединительный разъем, к которому подключаются диоды Шоттки.
• С лицевой стороны вся сборка пластинок солнечной батареи закрывается прозрачным защитным экраном и герметизируется, чтобы исключить попадание влаги внутрь конструкции.
• Для обработки лицевой стороны рекомендуется использовать специальный лак, например, PLASTIK-71.
• После сборки выполняется окончательная проверка, после чего солнечная батарея из подручных средств сделанная своими руками может устанавливаться на свое место.

Электроснабжение при помощи солнечных батарей: сборка системы своими руками

Статья рассматривает практическое применение солнечных батарей, подробно описывает необходимые для бесперебойного электроснабжения узлы, самостоятельное подключение и настройку солнечных батарей.

Оборудование системы электроснабжения: ассортимент, характеристики

В предыдущей статье мы рассмотрели виды солнечных батарей. Но в системах генерации солнечной энергии эти элементы являются лишь первичными преобразователями. Для создания полноценной домашней электростанции нам понадобится такой комплект оборудования:

• контроллер заряда аккумуляторной батареи
• аккумуляторная батарея (АКБ)
• инвертор напряжения

Контроллеры заряда АКБ бывают двух типов: ШИМ-контроллеры (PWM-контроллеры) и ОТММ-контроллеры (MPPT-контроллеры).

ШИМ-контроллер более простое и более дешевое устройство, управляющее зарядом АКБ.

КПД ШИМ-контроллера обычно выше, чем у ОТММ-контроллера в силу того, что на начальном этапе зарядки он подключает аккумулятор практически напрямую к солнечной батарее без преобразования генерируемого напряжения. ОТММ-контроллеры рекомендуют использовать с модулями с нестандартным выходным напряжением от 28 В и выше.

Экономически оправданным использование ОТММ-контроллеров будет в системах генерации номинальной мощностью более 400 Вт. Еще одно основание для использования такого контроллера — проектирование солнечной станции для круглогодичной выработки электроэнергии. В пасмурные зимние дни при зарядке аккумуляторов ОТММ-контроллер проявит себя с лучшей стороны.

Аккумулятор в системе солнечного электроснабжения играет роль буфера, накапливающего электрическую энергию.

В отличие от всего остального оборудования гелиостанции аккумулятор является расходным элементом. Поэтому чем дольше он проработает без замены, тем меньше будет срок окупаемости приобретенных вами компонентов. Чтобы АКБ прослужила долго, нужно ответственно подойти к его выбору. Основные параметры АКБ, интересующие потенциального владельца, — это:

• напряжение (Вольт, В) — в продаже есть аккумуляторы для солнечных батарей на напряжение 12, 24 и 48 В. Для небольших домашних станций мощностью 200–300 Вт вполне подходят АКБ на 12 В;
• электрическая емкость (Ампер⋅час, А⋅ч) — характеризует количество электроэнергии, которую можно аккумулировать. Соответственно, чем больше этот параметр, тем больше электросистема может проработать в автономном режиме (в пасмурную погоду или в темное время суток);
• уровень саморазряда (% от номинальной емкости) — чем ниже этот параметр, тем лучше АКБ.

Инвертор напряжения предназначен для преобразования постоянного напряжения аккумулятора в переменное напряжение сети 220 В, питающей бытовую нагрузку.

На рынке есть большой ассортимент инверторов, обладающих разнообразными функциями. Среди самых важных параметров следует отметить следующие:

• мощность инвертора;
• напряжение первичной цепи (напряжение подключаемого аккумулятора);
• наличие встроенных защит (от перегрузки, от переполюсовки аккумулятора, от короткого замыкания в нагрузке, от чрезмерного разряда аккумулятора);
• синусоидальность выходного напряжения (принципиально, если в подключаемой нагрузке есть двигатели, например, стиральные машины, холодильники, циркуляционные насосы, вентиляторы и т. п.).

Следует также отметить, что избыточное количество функций приводит лишь к удорожанию прибора и усложнению его настройки и эксплуатации.

Схема подключения оборудования гелиостанции

Сборка схемы солнечной электростанции достаточно проста. Ниже будет приведена последовательность подключений, проиллюстрированная фотографиями. Для сборки простой системы используется солнечная панель с поликристаллическими элементами, контроллер заряда и аккумулятор. Сборку начинаем с подключения кабеля к солнечной батарее.

Для батарей, которые идут в комплекте с кабелем, этот шаг не требуется. К выходным клеммам контроллера подключаем АКБ. Далее провода, идущие от панели, необходимо присоединить к входным клеммам контроллера заряда.

Все присоединения производятся по принципу «+» к «+», а «-» к «-». На входные клеммы инвертора подаем питание от аккумулятора. После включения контроллера заряда и инвертора мы видим, что генерируемое солнечной панелью электричество начинает зарядку аккумулятора.

Для того чтобы определить полярность выводов солнечной батареи, достаточно замерить напряжение на клеммах с помощью мультиметра.

Если возле показаний величины напряжения стоит знак «минус», то положение черного щупа соответствует плюсовой клемме (проверьте правильность подключения щупов перед измерением).

Если знак «минус» отсутствует, то положение черного щупа соответствует отрицательной клемме батареи.

Монтаж солнечных панелей и вспомогательного электрооборудования

Монтаж электрооборудования гелиостанции производится медным проводом. Сечение медного провода для одной панели стоит выбирать не менее 2,5 мм2. Это обусловлено тем, что нормальная плотность тока в медном проводнике 5 ампер на 1 мм2. То есть при сечении 2,5 мм2 допустимый ток будет составлять 12,5 А.

При этом ток короткого замыкания панели RZMP-130-T мощностью 145 Вт составляет всего 8,5 А. При объединении нескольких панелей с параллельным подключением сечение общего выходного кабеля должно подбираться исходя из максимального суммарного тока всех панелей по вышеописанной концепции (5 А на 1 мм2).

В продаже есть разнообразные кабели для подключения солнечных батарей. Их отличительная особенность в том, что внешняя изоляция кабеля подверглась специальной обработке и имеет повышенную стойкость к ультрафиолетовому излучению.

Покупать такие кабели необязательно. Солнечные батареи можно подключить кабелем с обычной ПВХ-изоляцией, но проложить его в гофрированном рукаве, который предназначен для прокладки внешней проводки.

Такой вариант обойдется на 30–40% дешевле.

Контроллер заряда АКБ и инвертор необходимо разместить в сухом помещении с комнатной температурой, например, в кладовке или прихожей. Размещать это оборудование вне помещения нецелесообразно, так как электронные узлы аппаратуры не должны подвергаться значительным колебаниям температуры и влажности. Саму аккумуляторную батарею можно разместить вместе с электроникой.

Если вы решили использовать кислотные или щелочные аккумуляторы, то следует их разместить в хорошо проветриваемом нежилом помещении, так как при их эксплуатации выделяются вредные для здоровья испарения электролита. Кроме того, в помещении с аккумуляторами не должно быть источников искровой и огневой опасности, так как выделяющиеся кислород и водород в плохо проветриваемых помещениях могут образовать взрывоопасную смесь.

Солнечная панель может устанавливаться двумя способами:

Полная энергетическая автономия или как выжить с солнечными батареями в глубинке (часть 2. практическая)

Все части Реальная солнечная автономка для конечного пользователя состоит из потраченных денег, проб, монтажа устройств и обучения домочадцев пользоваться электричеством экономно.

Причем, на последний пункт стоит обратить внимание особо, поскольку автономка предполагает совершенно особый подход к расходу энергии и даже перестройке привычных действий. Так как солнечные батареи являются самой видимой частью системы, да еще и преобразуют энергию солнца в электрическую, то начать стоит именно с них. Есть два пути получения солнечной батареи: сделать самому или купить готовое. Сразу скажу, что итоговая стоимость конечного продукта при изготовлении нескольких панелей и без опыта обойдется примерно в ту же сумму, что и готовая панель той же мощности, но произведенная на заводе. Но ведь интересно сделать самому. Тут надо опять добавить немного теории. Существуют три доступных покупателям, за вменяемые деньги, технологии солнечных батарей, состоящих из разных ячеек: монокристаллического, поликристаллического и аморфного кремния. Различаются они структурой и это даже видно на глаз. Я постараюсь рассказать максимально просто, а желающие окунуться в разницу химических составов могут посмотреть информацию сами — не стоит перегружать статью. Аморфный кремний — самая перспективная технология изготовления. Позволяет изготавливать гнущиеся панели и вырабатывать ток при рассеянном свете, то есть в пасмурную погоду, но довольно быстро деградируют, что выражается в снижении КПД. Монокристалл — чистые ячейки из первичного кремния. Как правило, черные пластины без вкраплений, почти квадратной формы со скругленными краями. Иногда распиливаются пополам для увеличения напряжения линии элементов. Поликристалл — ячейки из вторичного кремния или не очень чистого. Вероятно, используется лом монокристалла.

Типы батарей расположены по убыванию их стоимости. И если второй и третий варианты еще близки, то первый заметно вырывается в стоимости, да и со временем снижает выработку энергии. Для изготовления собственной Солнечной Панели (далее СП или СБ — Солнечная Батарея) в Китае была заказана партия солнечных элементов класса Grade B ( почитать про классификацию элементов можно ТУТ) количество на пару СБ. Необходимо проверить, чтобы в комплект включали распаечные коробки, шины для соединения ячеек между собой и хотя бы пару метров кабеля. Там же были заказаны разъемы MC4 для подключения батарей. В России было заказано изготовление просветленного закаленного стекла толщиной 4 мм. Такая толщина обусловлена необходимостью защититься от всяких сосулек(града) и прочих погодных условий (целенаправленный удар камнем вряд ли переживет), а просветленное стекло нужно для увеличения КПД элементов. Для обрамления стекла, защиты от сколов и удобства монтажа был закуплен алюминиевый уголок 30х30 и необходимый крепеж к нему. Для подключения солнечных батарей к системе был выбран многожильный медный кабель с сечением 6 мм кв. Для зарядки был заказан в том же Китае контроллер PWM, а для питания устройств 220В — простой автомобильный инвертер мощностью 100 китайских Ватт. Позже я объясню разницу между обычными и китайскими Ваттами.

Энергетическая система №1. Бюджетная

Самостоятельное производство солнечной панели

Итак, сборка. Модули пришли в коробке и некоторые из них были поломаны, как на первой фотографии. Для этого, в запасе, как правило, имеется около 10 штук. Я пожаловался китайцу в письме и он бесплатно выслал мне еще 10 ячеек. Каждая ячейка давала 0,5 В и 4 А по заявлению китайских продавцов. То есть каждый модуль на 2 Вт. Для зарядки аккумулятора надо иметь напряжение выше 14,4 Вольта, то есть надо объединить ячейки последовательно. Смотря на заводские панели и пользуясь практикой многих самодельщиков, было решено объединить на одном стекле две цепочки по 36 элементов, получая 18 Вольт и 8А в пике. То есть одна панель могла принести до 144 Вт энергии, чего никогда не случалось. Причины рассмотрим позже, но пока изготовление. Процедура проста. Припаиваем шинки: Готовим стекло с рамкой:

Читайте также:  Компрессор для септика: назначение, как выбрать, установка и ремонт

Укладываем, спаиваем, выводим шины и припаиваем провода, а потом заливаем специальным компаундом, чтобы герметизировать все пластины. Народ заливал герметиком, различными мастиками, мне понравился готовый компаунд производства компании в Санкт-Петербурге.

Приятно, что производство российское, поэтому отдавать деньги было не жалко, да и результат приятно порадовал.

На выводы контактов хорошо бы приладить герметичную коробку с диодом, который будет препятствовать падению мощности системы при последовательном подключении, если одна из батарей окажется затемненной. Коробка шла в комплекте с ячейками.

В итоге я получил две солнечные панели с расчетной мощностью 288 Вт. Но тут есть масса условностей. При нагревании солнечной панели ее КПД падает даже от расчетного процентов на 20. Кроме того, влияет непропай элементов и микротрещины, которые неизбежно возникают при пайке. В результате замеров на летнем солнце я получил 40 Вт с каждой панели, то есть результат в три раза меньший от ожидаемого. Цена такой панели вышла около 6000-6500 рублей, в то время как заводские панели с доставкой обходились в 7000-7500 рублей. Так я закончил самодеятельность и в дальнейшем покупал только заводские панели.

Выбор базового напряжения

Как подключить солнечную батарею

Подключение солнечных панелей. Схема подключения солнечных батарей.

Солнечные батареи могут обеспечить электроэнергией в условиях, когда нет возможности подключения с сети электропитания.

В этой статье мы рассмотрим, как правильно подключить солнечную панель для питания бытовых электроприборов.

Как подключить солнечную батарею

Самая простая схема подключения солнечной батареи состоит из элементов:

• Солнечной панели.
• Контроллера заряда аккумулятора.
• Аккумулятора.
• Инвертора.
• Соединительных проводов.

Солнечные батареи

При покупке солнечной панели следует знать, что солнечные панели бывают двух видов:

• Поликристаллические.
• Монокристаллические.

В чём же их отличие? Панели отличаются между собой по технологии производства так называемых солнечных элементов, из которых, и состоит солнечная панель.

У поликристаллической панели активная поверхность синего цвета, а у монокристаллической панели черного, с характерными углами.

Какая панель лучше?

Поликристалл однозначно лучше, так как он работает эффективнее при пасмурной погоде и слабом солнечном свете. Монокристаллические панели имеют меньшую площадь при одинаковых мощностях с поликристаллической панелью, поэтому в пасмурную погоду монокристаллические панели работают менее эффективно.

Наиболее чаще применяются 12 вольтовые панели, которые удобней адаптировать с 12 вольтовыми аккумуляторами. Обычно под значением 12V панель подразумевается 17V — 18V, это нужно для того чтобы когда панель в пасмурную погоду производит меньшее энергии она смогла компенсировать падение напряжения.

Солнечные панели при изготовлении уже имеют подключённые диоды Шоттки, которые защищают солнечные элементы от выхода из строя в момент, когда панель перестаёт генерировать электроэнергию и становится сама потребителем электроэнергии от аккумулятора. Именно диод препятствует обратному протеканию электрического тока.

Контроллер заряда

Контроллер заряда аккумулятора управляет процессом заряда и препятствует чрезмерному заряду и разряду аккумуляторной батареи.

Принцип работы контролера следующий. Когда панель генерирует электрический ток, аккумулятор заряжается. Когда напряжение на клеммах 12 V аккумулятора достигнет предельного значения 14 V, контроллер отключает зарядку.

Когда солнечная батарея не работает в ночное время, система работает от аккумулятора.

Когда напряжение на клеммах аккумулятора достигнет нижней границы 11V, контроллер отключит его от системы, тем самым предотвратит его полный разряд.

К контроллеру можно подключить потребителей постоянного тока 12V через соответствующие клеммы (обозначены рисунком лампочкой), например светодиоды для освещения помещения.

Аккумуляторная батарея

В системе аккумуляторная батарея выполняет функцию аккумулятора электроэнергии, который подзаряжает солнечная панель. Для подключения в систему можно использовать любые свинцово-кислотные аккумуляторы, а также гелевые. В жилом помещении лучше использовать аккумуляторы закрытого типа. Обычно используются 12V автомобильные аккумуляторы.

Инвертор

Инвертор — он же преобразователь напряжения, подключается к аккумулятору и получает на входе постоянное напряжение, обычно 12V, на выходе из инвертора мы уже получаем переменное напряжение синус 50гц, 220V, к которому можно подключать бытовые приборы, работающие от сети переменного тока 220V.

Кабель

При монтаже стационарных солнечных панелей производители рекомендуют использовать специальный кабель, для подключения солнечных батарей, который имеет повышенную защиту изоляции от ультрафиолетовых лучей. Можно использовать обычный медный кабель с дополнительной защитой из гофры. Это касается только кабеля который идёт от панели к контроллеру, на всех остальных участках используется обычный медный кабель.

Схема подключения солнечных батарей

Все комплектующие нужно подключать в строгой последовательности.

Сначала нужно с помощью медного кабеля подключить аккумулятор к контроллеру плюс – плюс, минус – минус. На контроллере есть нарисованный значок аккумулятора.

Затем подключаем солнечную батарею к контроллеру плюс – плюс, минус – минус. На контролере также нарисован значок солнечной батареи возле соответствующих контактов для подключения. Если нужно установить несколько панелей, то их подключают параллельно.

Следующий шаг – подключение инвертора к аккумулятору плюс – плюс, минус – минус.

При несоблюдении полярности при подключении контроллер может выйти из строя.

Схема работы солнечной батареи

Солнечные панели монтируются на открытых не затенённых участках с направлением на юг, под углом 45° к горизонту. Можно установить панель на автоматическое поворотное устройство, которое постепенно поворачивается по направлению к солнцу в течение дня.

Солнечная батарея под воздействием солнечных лучей, вырабатывает напряжение, которое поступает на контроллер. В свою очередь контроллер даёт зарядку на аккумулятор, который подключён к инвертору.

На инвертор поступает постоянный ток, например 12V, на выходе инвертора мы получаем переменный ток 220V, на выход инвертора подключаются потребители электроэнергии – ноутбук, телевизор и пр.

Даже небольшая солнечная электростанция может обеспечить работу таких бытовых приборов как ноутбук, телевизор, зарядные устройства для телефонов, осветительных ламп, и прочих бытовых приборов с низкой мощностью.

Схема подключения солнечных батарей загородного дома. Жми!

В зависимости от производителя и формы установки, устройство может содержать следующие компоненты:

• солнечные панели;
• контроллер для заряда;
• аккумулятор;
• несколько инверторов;
• провода для соединения.

На что обратить внимание при установке

Расчет для подключения солнечных батарей (Нажмите для увеличения)Солнечные батареи не сильно привередливы, а потому их можно установить практически в любом месте вашей крыши, балкона или же прямо на участке загородного дома. Главное в подключении, это соблюдение двух правил, без которых потребление электроэнергии будет практически невозможным:

• угол наклона от горизонта;
• ориентация расположения.

Так, поверхность должна стоять лицом на юг, так как чем больше лучей попадет на батарею под 90 градусов, тем лучше будет работать устройства. Нельзя назвать точные координаты и принцип размещения ведь все это зависит от вашей местности, климата, продолжительности времени года и является абсолютно уникальным. Если вы житель Московского региона, то ваш угол наклона будет составлять 15-20 градусов летом, и от 60 до 70 градусов зимой. Для того, чтобы батареи приносили максимальный эффект, необходимо менять их расположение каждое лето и зиму.

Имейте ввиду: солнечные установки не должны контактировать с холодными температурами, а потому если вы хотите установить их прямо на участке, поднимите фотоэлементы на 50 сантиметров от уровня земли, это убережет их от снега и переохлаждения.

Крепление устройства

Схема подключения солнечных панелей (Нажмите для увеличения)Солнечные батареи необходимо качественно закрепить в четырех точках, причем делать это необходимо на длинной стороне, во избежание повреждений.

Вы сможете сами выбрать наиболее удобный способ для крепления фотоэлементов:

• фиксаторами;
• болтами через отверстия внизу рамки.

Не стоит делать новые дырки для того, чтобы прикрепить панель, обычно, рамы уже предусматривают все варианты. Если же вы каким-либо образом повредите панель или же просверлите в ней дополнительные дыры, ваша гарантия больше не будет действовать.

Подключение батареи

Схема подключения солнечных батарей (Нажмите для увеличения)Структура солнечной батареи достаточно сложная, а потому при сборке необходимо последовательно производить подключение всех компонентов, соответственно схеме:

Возьмите кабель из меди и подключите аккумулятор к контроллеру с помощью кабеля (в нем есть специальный значок батареи), плюсом к плюсу, и соответственно минусом к минусу.

Подключите фотоэлемент к контролеру таким же образом. Чтобы не перепутать, на контролере вы увидите знак солнечной батареи. Если вы хотите подключить не одну батарею, а несколько, то каждую последующую необходимо устанавливать параллельно предыдущей.

После этого приступайте к подключению инвертора к аккумулятору, по принципу – плюсом к плюсу, минусом к минусу.

Обратите внимание: если последовательность подключения будет прервана, контроллер может сломаться.

Как подключить солнечную панель, смотрите в следующем видео:

С аккумуляторами или без?

Если вы планируете систему электроснабжения с солнечными батареями, у вас есть выбор — сделать ее без аккумуляторов, или с аккумуляторами. Для правильного выбора необходимо ответить на следующие 3 вопроса:

В большинстве мест, где сети новые, перерывы в электроснабжении бывают редко и ненадолго. Исключение составляют изношенные сети, сельские сети, а также удаленные районы с протяжёнными сетями. В этих случаях вероятность повреждения линий электропередач (ЛЭП) и аварий на линиях резко возрастает.

Причинами могут быть как перегрузка оборудования, так и природные явления — бури, ураганы, ледяные дожди, мокрый снег и т.п. В удалённых местах сетям требуется больше времени, чтобы устранить неполадки.

Более того, электросети обычно в первую очередь чинят неполадки на участках, которые питают много потребителей, а если ваш участок ЛЭП питает только несколько домов и они расположены достаточно далеко — вы можете ждать ремонта довольно долго.

Как часто у меня бывают перерывы в электроснабжении?

Как долго бывают типичные аварии в электросетях?

Насколько аварии в сетях влияют на мою жизнь?

Читайте также:  Насос для чистки колодца: как выбрать + правила эксплуатации

Более важно учитывать длительность перерывов в электроснабжении, чем их частоту. При перерывах, скажем, менее 15 минут, обычно ничего страшного не происходит — вам только нужно иметь бесперебойник для своего компьютера, чтобы не потерять данные.

Если же перерывы в электроснабжении растягиваются на полдня-день и более, то вам необходимо установить аккумуляторную систему бесперебойного электроснабжения, которая обеспечит вам энергию для системы отопления, насосов, освещение и других важных потребителей.

Желательно иметь в составе такой системы и солнечные батареи или ветроустановку.

Если же перерывы в электроснабжении превышают несколько дней, то вам обязательно нужен дополнительный источник энергии — солнечные батареи и/или ветрогенератор,- а также резервный жидкотопливный генератор.

Конечно, очень важно, как сильно влияют перерывы в электроснабжении на ваш стиль жизни.

Если сеть пропадает несколько раз в год на несколько минут и переустановить часы не является для вас большой проблемой — то безаккумуляторная система солнечного электроснабжения — как раз то, что вам нужно.

Более того, некоторые люди рассматривают нечастые перерывы в электроснабжении как развлечение — можно устроить раз-два в году ужин при свечах вместо того, чтобы в течение всего года заботиться о состоянии аккумуляторной батареи.

С точки зрения производительности, безаккумуляторная система производит больше электроэнергии, чем аккумуляторная. Во-первых, часть энергии будет теряться на заряд-разряд аккумулятора (до 20%), часть энергии теряется в менее эффективных батарейных инверторах и контроллерах заряда. См. более подробно здесь. Однако, вследствие того, что в солнечных аккумуляторных соединенных с сетью системах аккумуляторы редко сильно разряжаются, то выигрыш по сравнению с аккумуляторными системами может быть не более, чем 5-10%. А вот ветряные соединенные с сетью системы могут значительно превосходить в выработке батарейные системы — см. ниже.

Если безаккумуляторная система — это то, что вам нужно, то следующий вопрос — какой источник энергии использовать — солнце, ветер или текущую воду?

Солнечные фотоэлектрические системы, соединенные с сетью

По сравнению с батарейными соединенными с сетью системами, безаккумуляторная система может быть дешевле на 40-50% за счет отсутствия аккумуляторов и связанных с ними частей системы. Кроме существенных капитальных вложений при установке батарейной системы, нужно менять аккумуляторы примерно каждые 7-8 лет.

Это еще более снижает привлекательность соединенных с сетью батарейных систем. Более того, очень трудно предсказать стоимость АКБ через 7-8 лет, т.к.

стоимость свинца за последние несколько лет возросла в 3 раза (после ее падения во время кризиса 2008 года цена постоянно растет и сейчас она превысила предкризисный уровень).

Типичная схема соединенной с сетью фотоэлектрической системы электроснабжения

Безаккумуляторные сетевые системы обычно рассчитаны на высокое напряжение. Это существенно снижает требования к сечению проводов и, соответственно, уменьшает их цену.

Можно повысить эффективность батарейных систем за счет применения MPPT контроллеров, а также запрета на подзаряд аккумуляторов в ночное время (без этой функции АБ будут заряжаться ночью от сети).

Другой вариант — использовать сетевые инверторы вместо контроллеров заряда совместно со специальными батарейными инверторами, которые могут заряжать АБ с выхода (Xtender, SMA Sunny Island, Rich Electric, МАП Энергия Гибрид  — см. раздел Инверторы для более подробной информации об этих инверторах).

Системы соединенные с сетью с аккумуляторами

Большинство аккумуляторных соединенных с сетью систем имеют в своем составе относительно маленькие аккумуляторы.

При определении необходимой емкости АКБ здесь нужно ориентироваться только на потребности в энергии во время перерыва в электроснабжении — а они могут быть небольшие, так как во время аварий на ЛЭП можно существенно снизить энергопотребление в доме.

В соединенных с сетью системах можно использовать более дешевые AGM аккумуляторы. Герметичные АКБ не требуют обслуживания, что тоже может снизить стоимость эксплуатации вашей резервно-сетевой солнечной системы.

Существуют 2 основных способа построения резервно-сетевой фотоэлектрической системы.

С использованием контроллеров заряда постоянного тока и батарейных инверторов, которые могут направлять излишки солнечного электричества в сеть, если аккумуляторы полностью заряжены. К таким инверторам относятся последние модели инверторов Outback (с буквой G в названии — grid-interactive), инверторы Xantrex XW, SMA, Steca Xtender.

С использованием сетевых фотоэлектрических инверторов и специальных батарейных инверторов, которые могут не только направлять излишки энергии от АБ в сеть, но и заряжать АБ с выхода инвертора. Т.е. сетевой инвертор присоединяется к выходу (а не ко входу) батарейного инвертора. Это позволяет существенно снизить потери в системе и повысить выработку энергии. Более подробно — см. на страничке Автономные и резервные системы электроснабжения с соединением на стороне переменного тока

Во втором случае резервная система может быть преобразована из сетевой безаккумуляторной системы. Т.е. есть возможность сначала установить сетевые инверторы и солнечные батареи, а затем, в случае необходимости обеспечивать резервное электропитание, добавить батарейный инвертор с аккумуляторами. При этом не понадобится менять проводку и перекоммутировать солнечные батареи.

При пропадании напряжения в сети, оба инвертора отключаются от сети. Если АБ полностью заряжены, такой специальный батарейный инвертор отключает сетевой фотоэлектрический инвертор для защиты АБ от перезаряда.

Также, вместо этого возможно использовать дополнительные контакты инвертора для включения дополнительной нагрузки (например, нагревателей и т.п.), чтобы не терять ни одного кВт*ч от ваших солнечных батарей.

Более подробно по схемотехнике систем электроснабжения с солнечными батареями можно почитать в статье «Методы построения систем«

Ветроэлектрические системы, соединенные с сетью

Соединенные с сетью ветроэлектрические установки — это наиболее быстро развивающийся сегмент рынка малых ветроустановок. Теперь ветроустановки могут использоваться не только в автономных системах, но и в обычных, соединенных с сетью, домах.

Те же самые аргументы по необходимости использования аккумуляторов в системе, которые были приведены для солнечных систем, можно отнести и к ветроэлектрическим системам.

Большинство ветротурбин, рассчитанных на работу параллельно с сетью, имеют выходное напряжение гораздо выше, чем у ветротурбин, рассчитанных на работу с аккумуляторами — это обычно более 200В против 12-48В.

Такое высокое напряжение также позволяет уменьшить сечение соединительных проводов и уменьшить их стоимость.

Вследствие большей неравномерности выработки энергии у ветрогенераторов по сравнению с фотоэлектрическими модулями, соединенных с сетью ветрогенераторы могут выработать гораздо больше энергии, чем соединенные с аккумуляторами. Также, большинство соединенных с сетью ветрогенераторов используют инверторы со слежением за точкой максимальной мощности, что может повысить выработку ветроустановки на 20-50%!

Windy Boy требует применения дополнительного устройства между ветротурбиной и инвертором, которое защищает его от перенапряжений. Обычно это устройство с выпрямителем и контроллером балластной нагрузки, которые направляет излишки энергии на нагреватель.

Вероятность перенапряжения может возникнуть если ветер сильный, а сеть пропала и не может принять излишки энергии. Также, контроллер необходим для запуска ветрогенератора, когда инвертор еще не включен на генерацию в сеть и до достижения устойчивой выработки используется ШИМ для поддержания напряжения в пределах допустимого.

Некоторые турбины используют механические регуляторы для поддержания напряжения в пределах допустимого.

Типичная схема соединенной с сетью ветроэлектрической системы электроснабжения

Выводы

Решение о типе вашей системе электроснабжения должно приниматься исходя из ваших конкретных потребностей.

Конечно, безаккумуляторная система электроснабжения с солнечными батареями и/или ветроустановкой будет существенно дешевле и надежнее, и потребует гораздо меньших затрат на техническое обслуживание и поддержание системы в работоспособном состоянии.

Однако реалии централизованного электроснабжения в России таковы, что резервное электроснабжение необходимо в большинстве случаев. Исключением может быть дом в городской черте, но обычно солнечные батареи устанавливают за городом. 

Поэтому, даже если вы устанавливаете систему соединенную с сетью, резервное электроснабжение все равно вам будет необходимо.

Наши специалисты помогут рассчитать вам оптимальную систему и подобрать оборудование, которое за минимальные деньги обеспечит вам как экономию электроэнергии, так и электроснабжение во время аварий в электрических сетях.

Заполните форму заявки «Подберите мне оборудование» и получите квалицифированное коммерческое предложение в кратчайшие сроки.

Эта статья прочитана 12428 раз(а)!

Продолжить чтение

• Соединенные с сетью системы
• Фотоэлектрические системы
• Цена средней солнечной электростанции
• Резервное электроснабжение

Ошибки сборки системы на солнечных батареях, или гибридных систем. | | Пелинг — Солнечные батареи, электротранспорт, Аккумуляторы, светодиоды, поделки, обучение, ремонт авто и многое другое

В данном разделе я постараюсь  рассказать о частых ошибках, которые могут допускаться сборщиками самодельных систем. А так же на что стоит обратить свое внимание.

Самый распространенный способ ошибки :

Подключение инвертора напрямую к контроллеру — этого делать нельзя по причине выхода контроллера из строя, Для многих может, будет откровение, но мах нагрузка, которую может выдержать контроллер на 10. А, 20 А, 30 А  — это 10 А, 20 А, 30 А.

Простым языком производители указывают, мах потребление нагрузки (он, же load). А вот ток заряда обычно на таких контроллерах составляет около 6 — 10А.

Такой ток хорош если вы заряжаете например один АКБ, а если у вас их 10, то и время заряда таких АКБ увеличится до 10 раз.

 Чтобы избежать выход из строя контроллера заряда, предлагаю самую простую схему подключения инвертора через реле (реле автомобильное цена его около 60 руб.). Реле рассчитано на ток 60А, если мах ток инвертора больше 60А, можно за параллелить 2 и более реле на 60 А, или взять более мощное реле.

Еще одна проблема с которой столкнулся я и не только. Ситуация следующая

ИБП подключен к АКБ на большем расстоянии — например,  АКБ находится недалеко от солнечных батарей и контроллера, а вот инвертер находится на расстоянии более 5 метров, при этом сечение провода менее 2.5 Кв/мм. Что получится: на выходе с инвертора, если он 500 Ватт.

На выходе мы получим всего около 50-100 Ватт.  Потеря составит на отрезке провода  от АКБ до ИПБ. Чтобы ИПБ или инвертор работал на мах режимах, рекомендую выбирать большее сечение провода от 2.5 -6 Кв/мм.

Длину провода от АКБ до ИПБ рекомендую не превышать более 1 метра, чем расстояние меньше, тем КПД выше.

Похожее