Способы подключения солнечных батарей — схемы и порядок работы

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

Схема устройства солнечной электростанции

Рассмотрим, как устроена и работает гелиосистема для загородного дома. Главное ее назначение – преобразовать энергию солнца в электричество 220 В, которое является основным источником питания для домашних электроприборов.

Основные части, из которых состоит СЭС:

  1. Батареи (панели), преобразующие солнечное излучение в ток постоянного напряжения.
  2. Контроллер, регулирующий заряд АКБ.
  3. Блок аккумуляторных батарей.
  4. Инвертор, преобразующий напряжение АКБ в 220 В.

Конструкция батареи продумана таким образом, что позволяет оборудованию функционировать в различных погодных условиях, при температуре от -35ºС до +80ºС.

Выходит, что правильно установленные солнечные батареи будут работать с одинаковой производительностью и зимой, и летом, но при одном условии – в ясную погоду, когда солнце отдает максимальное количество тепла. В пасмурную эффективность работы резко снижается.

Гелиосистема на крыше

Эффективность СЭС в средних широтах велика, но не настолько, чтобы полностью обеспечивать электричеством большие дома. Чаще гелиосистема рассматривается как дополнительный или резервный источник электроэнергии

Вес одной батареи на 300 Вт равен 20 кг. Чаще всего панели монтируют на крышу, фасад или специальные стойки, установленные рядом с домом. Необходимые условия: разворот плоскости в сторону солнца и оптимальный наклон (в среднем 45° к поверхности земли), обеспечивающий перпендикулярное падение солнечных лучей.

При возможности устанавливают трекер, отслеживающий движение солнца и регулирующий положение панелей.

Схема устройства солнечной батареи

Верхняя плоскость батарей защищена закаленным противоударным стеклом, которое легко выдерживает удары града или тяжелые снежные наносы. Однако необходимо следить за целостностью покрытия, иначе поврежденные кремниевые пластины (фотоэлементы) перестанут работать

Контроллер выполняет насколько функций. Кроме основной – автоматической регулировки заряда АКБ, контроллер регулирует подачу энергии от солнечных батарей, предохраняя тем самым аккумулятор от полной разрядки.

При полном заряде контроллер автоматически отключает АКБ от системы. Современные устройства оборудованы панелью управления с дисплеем, показывающим напряжение батарей.

Для самодельных гелиосистем лучшим выбором являются гелевые аккумуляторы, отличающиеся сроком бесперебойного функционирования 10-12 лет. После 10-летней работы их емкость уменьшается примерно на 15-25 %. Это необслуживаемые и абсолютно безопасные устройства, не выделяющие вредных веществ.

Функционирование СЭС зимой

Зимой или в пасмурную погоду панели также продолжают работать (если их регулярно очищать от снега), но выработка энергии снижается в 5-10 раз

Задача инвертеров – преобразовывать постоянное напряжение от АКБ в переменное напряжение 220 В. Они отличаются такими техническими характеристиками, как мощность и качество получаемого напряжения. Синусовое оборудование способно обслуживать наиболее «капризные» к качеству тока приборы – компрессоры, бытовую электронику.

Обзор бытовой СЭС:

Галерея изображений

Фото из

Солнечные панели – батареи с фотоэлементами

Контроллер для регулировки заряда АКБ

Блок гелевых аккумуляторных батарей

Инвертор – преобразователь напряжения в 220 В

Стоит знать, что бытовые электростанции способны обслуживать постоянно работающий холодильник, периодически запускаемый погружной насос, телевизор, систему освещения. Чтобы обеспечить энергией функционирование котла или даже микроволновки, потребуется более мощное и очень дорогое оборудование.

Простейшая схема солнечной электростанции

Простейшая схема солнечной электростанции, включающая главные составные элементы. Каждый из них выполняет свою функцию, без которой работа СЭС невозможна

Существуют и другие, более сложные схемы сборки солнечных электростанций, однако данное решение является универсальным и наиболее востребованным в быту.

Шаг 1: Расчет нагрузки

Прежде, чем выбрать компоненты, необходимо рассчитать нагрузку приборов, которые будут подключаться к вашей солнечной электростанции и сколько времени они будут работать. Для этого нужно сделать следующее:

  1. Определите, какую технику (освещение, вентилятор, телевизор, насос и т.д.) вы будете подключать, и сколько времени (часов) она будет работать;
  2. Ознакомьтесь со спецификациями ваших приборов для определения их мощности;
  3. Рассчитайте величину потребляемого электричества в Ватт-часах (Вт*ч), которая равна произведению номинальной мощности ваших приборов (Вт) на время работы (ч).

Например Вы хотите включить какой-то прибор мощностью 10 ватт на 5 часов от солнечной панели. Количество потребленной электроэнергии будет: 10Вт х 5ч = 50Вт*ч. Таким же образом необходимо рассчитать общую величину потребляемой энергии, а именно рассчитать для каждого прибора и сложить полученные величины.

Пример: настольная лампа = 10Вт х 5ч = 50 Вт*ч + вентилятор = 50Вт х 2ч = 100Вт*ч, телевизор = 50Вт х 2ч = 100 Вт*ч, всего = 50 + 100 + 100 = 250 Вт*ч.

Когда закончите расчет нагрузки, пора приступать к выбору компонентов в соответствии с вашим требованием нагрузки.

Основы и состав солнечных станций

Назначение гелиопанелей — сбор и концентрация (притягивание) на себе солнечного света (ультрафиолета), преобразование его через контроллеры, инвертор в электричество и подача его через аккумуляторные батареи или напрямую в сеть 220 В (или 380 В) дома.

Солнечные батареи

Излишки электричества можно продавать. Одно из преимуществ системы — полная автономность, автоматичность. Недостаток — зависимость от погоды, климата, затенения.

Солнечные панели

Стандартная цель пользователя — подобрать элементы так, чтобы они окупились за наименьший срок. Поэтому очень важна правильная сборка — от нее зависит эффективность оснащения.

схема 2

Автономная солнечная электростанция
(постоянный ток, DC)

Принцип действия: солнечная радиация преобразуется в постоянный электрический ток при помощи солнечных панелей, которые подключаются к контроллерам заряда аккумуляторов. Электрическая энергия накапливается в аккумуляторах в дневное время суток, когда Солнце активно, после чего может использоваться в любое время для питания потребителей постоянного тока.

Рамка

Рамки для самодельных солнечных панелей чаще всего изготавливают из стандартных алюминиевых уголков. Лучше использовать алюминий с покрытием – анодированный или крашенный. Если есть соблазн изготовить рамку из дерева или пластика, будьте готовы к тому, что через пару лет изделие может рассохнуться или вовсе развалиться под действием климатических факторов (исключение составляет оконный пластик).

thumb_585.jpg

BOB691774Пользователь FORUMHOUSE

Покупаю там, где производят окна. Цена – 80 руб. за метр. Профиль полностью готов к работе, только запилить надо на 45° и под нагревом, углы склеить.

Рассмотрим самый простой вариант панели: панель с алюминиевой рамкой.

Детали алюминиевой рамки легко скрепляются между собой болтами или саморезами.

Впоследствии к алюминиевому уголку можно без особых усилий приклеить стеклянный корпус. Все, что для этого нужно – обычный силиконовый герметик.

thumb_585.jpg

Adoronkin

Я брал силиконовый герметик – универсальный. Достаточно 1-го тюбика. Герметик лучше брать прозрачный. Химическую безопасность герметика по отношению к фотоэлектрическим элементам подтвердила годовая эксплуатация батареи.

В итоге получится неглубокий ящик со стеклянным дном, к которому впоследствии будут приклеены фотоэлектрические элементы.

Определяя размер корпуса и рамки, следует учитывать необходимость в зазоре между соседними фотоэлектрическими ячейками, который равен – 2…5 мм.

Как избежать распространенных ошибок?

При сборке и монтаже обратите внимание на следующие нюансы:

  1. Не нужно осуществлять сборку на каркасе с задней стенкой из брусьев, так как дерево может разбухнуть и конструкция деформируется. Кроме того, брус очень утяжеляет её.
  2. Нельзя использовать в качестве крышки оргстекло, так как оно перегревается и за счёт этого контакты между панелями приходят в негодность, а сама система может разгерметизироваться.
  3. Соединительные клеммы – не лучший вариант объединения панелей друг с другом, так как в случае ремонта их невозможно будет разъединить — лучше пользоваться специально предназначенными для этого коннекторами.

Виды фотоэлементов

Основная и довольно сложная задача – найти и купить фотоэлектрические преобразователи. Они представляют собой кремниевые пластины, которые преобразовывают солнечную энергию в электричество. Фотоэлементы делятся на два типа: монокристаллические и поликристаллические. Первые более эффективны и отличаются высоким КПД – 20-25%, а вторые всего до 20%. Поликристаллические фотоэлементы ярко синие и менее дорогостоящие. А моно- можно отличить по форме – она не квадратная, а восьмиугольная, и цена на них выше.

Если паять получается не очень хорошо, то для подключения солнечной батареи своими руками рекомендуется приобретать готовые фотоэлементы с проводниками. Если же присутствует уверенность, что припаять элементы получится самостоятельно, не повредив преобразователь, можно приобрести набор, в котором проводники приложены отдельно.

Самостоятельно вырастить кристаллы для фотоэлементов — довольно специфическая работа, и сделать её практически нереально в домашних условиях. Поэтому фотоэлементы лучше покупать готовые.

sobrat-solnechnuyu-batareyu-svoimi-rukami.jpg

Шаг 3: Выбор панелей

mono.pngpoly.png

О том как правильно выбирать солнечных батарей в блоге магазина MyWatt есть отдельная статья, поэтому останавливаться на этом долго не будем. Рассматривать будем только  монокристаллические или поликристаллические, а аморфные и прочие тонкопленочные панели рассматривать не будем, в виду их быстрой деградации – потери мощности.

Основные отличия моно и поли:

Монокристаллические панели дороже и эффективнее, чем поликристаллические панели. Но в целом эффективность отличается незначительно, она зависит не только от типа ячейки, но и от качества самих ячеек и добросовестности производителя.

Характеристики солнечных панелей, как правило, приводятся к стандартным условиям испытаний (STC):

  • освещенность = 1 кВт/м2;
  • воздушная масса (AM) – 1,5;
  • температура – 25°C.

Как самостоятельно рассчитать мощность солнечных батарей?

Мощность солнечных батарей должна выбираться таким образом, чтобы потребляемая мощность нашими электроприборами, была восполнена обратно. Иными словами – сколько взяли, столько и нужно отдать + потери на преобразование, а также собственное потребления инвертора с контроллером заряда.

В связи с тем, что солнечный свет в течение дня поступает непостоянно и с разной интенсивностью, нельзя знать сколько выработает та или иная панель сегодня, но исходя их статистических данных это можно предположить достаточно точно.

Например, для средней полосы России в летнее время хорошим показателем считается если каждый 1 Ватт солнечной батареи выработал 6Вт*ч за световой день, но если рассматривать пасмурный, дождливый день этот показатель может быть в несколько раз меньше, поэтому при расчетах учтем этот факт и вместо 6Вт*ч, подставим 3Вт*ч.

Итак, наше потребление в Ватт-часах, с учетом КПД составило 32,5Ач * 12В = 390Вт*ч, разделим на 3Вт*ч и получим мощность солнечной батареи 130Вт, если у Вас получается не целое число – округляйте вверх.

Зимой и в весенне — осенний период запас по мощности требуется делать значительно больше, поскольку световой день короче — солнце находится над горизонтом меньше времени.

Шаги подключения батарей к оборудованию СЭС

Подключение происходит поэтапно, обычно в следующем порядке: сначала соединяют контроллер с аккумулятором, затем контроллер с солнечными панелями, затем аккумулятор с инвертором, и уже в последнюю очередь делают разводку по потребителям.

Этап #1: подключение к аккумулятору

Аккумуляторы занимают в сети четко определенное место. Они подключены к солнечным панелям не напрямую, а через контроллер, который регулирует их загрузку/разгрузку. С другой стороны аккумуляторный блок подсоединяют к инвертору, преобразующему ток.

Таким образом, схема подключения солнечных батарей к аккумулятору выглядит так:

  • производим соединение аккумулятор/контроллер (затем контроллер/солнечные батареи);
  • соединяем аккумулятор и инвертор.

Возможны и другие варианты подключения, но данный является оптимальным, так как аккумулятор сохраняет незатраченную энергию, а при необходимости отдает ее потребителям.

Недорогая солнечная электростанция

Существует два варианта приобретения аккумуляторов: в составе полностью готовой к установке солнечной электростанции или отдельно, по заданным параметрам. Недорогой китайский комплект стоит не более 2000 рублей

Если одного аккумулятора недостаточно, приобретают несколько батарей с одинаковыми характеристиками. Их устанавливают в одном месте и подключают последовательно.

Для удобства использования и обслуживания блоки устанавливают на металлическом стеллаже с полимерным покрытием.

Гелевый аккумулятор Дельта

Отлично себя зарекомендовала продукция китайской марки Дельта. На фото – гелевый аккумулятор с напряжение 12 В и емкостью 55 А-ч. Все устройства марки Дельта рассчитаны на 10-летний срок службы

Рассмотрим, как аккумулятор подключается к контроллеру и инвертору.

Галерея изображений

Фото из

Шаг 1 – определение клемм на контроллере

Шаг 2 – подсоединение проводов к контроллеру

Шаг 3 – подключение проводов к аккумулятору

Шаг 4 – проверка подключения по дисплею

Следующий шаг – подключение контроллера к солнечным панелям, а аккумуляторного блока – к инвертору.

Этап #2: подключение к контроллеру

Рассмотрим вариант, который часто используют на практике владельцы загородных домов. Они заказывают недорогое оборудование производства КНР на одной из интернет-площадок.

Бюджетный контроллер для солнечной системы

Бюджетный контроллер с минимальным количеством настроек, оснащенный тремя парами клемм, способный обслужить блок солнечных батарей мощностью 150 Вт. Стоимость – 1300 рублей

Подключение происходит в следующем порядке:

  • Сначала к контроллеру подключают блок аккумуляторных батарей. Это производится намеренно, чтобы проверить, как прибор выявит номинальное напряжение сети (стандартные значения – 12 В, 24 В). При соединении с АКБ используют первую пару клемм.
  • Затем присоединяют непосредственно солнечные панели, используя прилагающиеся к ним провода, а у контроллера – вторую пару клемм.
  • В последнюю очередь устанавливают оборудование для ночного освещения – именно для этого и предназначена третья пара клемм. Кроме низковольтного освещения, которое действует исключительно после наступления темноты и запитывается от АКБ, другое оборудование использовать нельзя.

При любом виде подключения необходимо следить за полярностью.

Несоблюдение полярности приводит к мгновенной поломке контроллера, а также выходу из строя деталей солнечных панелей.

Схема подключения контроллера

Схема подключения контроллера с тремя парами клемм. Ночное освещение (12 В) – необязательная функция, поэтому некоторые ее просто не используют. Включение лампочек можно настроить по времени: для работы в вечерние или утренние часы (+)

Контроллер и АКБ постоянно взаимодействуют. Например, во время пиковых нагрузок АКБ представляет собой буфер, осуществляющий защиту контроллера от выхода из строя.

Эти два прибора, как и остальные элементы системы, нельзя рассматривать по отдельности. При сборке солнечной электростанции следует иметь в виду каждое устройство, даже если конкретное подключение его не касается.

Пошаговая инструкция по подключению солнечных панелей к контроллеру

Галерея изображений

Фото из

Достаем из упаковки солнечные панели, проверяем на целостность, снимаем защитную пленку. Лучший вариант – поликристаллические батареи 12 В, так как их легче адаптировать под аккумуляторы 12 В

Распаковываем контроллер – прибор для регулировки аккумуляторного заряда. Когда заряд АКБ достигнет отметки 11 В, контроллер автоматически отключит его от системы

Нюансы по подключению конкретного прибора подробно раскрыты в прилагающейся инструкции. Повезет, если продукция китайского производства будет укомплектована понятными схемами и описаниями на русском языке

Чтобы не ошибиться в выборе контактов, найдите на контроллере символическое изображение солнечных батарей с указанием полярности +/-. Обычно это два левых крайних контакта

Учитывая полярность, вставьте клеммы проводов в нужные контакты и закрепите винтовым способом. Проследите, чтобы провода до упора вошли в подклеммники

Важно правильно определить полярность не только при подключении проводов к контроллеру, но и во время присоединения кабелей солнечных батарей к проводам прибора

Для соединения проводов контроллера с другим оборудованием используем специальные штекера, которые подключаются по принципу «папа-мама», и диоды Шоттки

Если необходимо подсоединить не одну, а несколько батарей, то используем параллельную схему подключения

Шаг 1 – подготовка солнечных батарей

Шаг 2 – подготовка контроллера

Шаг 3 – изучение инструкции

Шаг 4 – выбор правильных контактов на контроллере

Шаг 5 – присоединение проводов к контроллеру

Шаг 6 – определение полярности

Шаг 7 – соединение проводов контроллера и солнечных батарей

Шаг 8 – параллельное подключение комплекта батарей

После подключения контроллера к аккумулятору и панелям присоединяем инвертор и, при необходимости, низковольтные осветительные приборы.

Этап #3: подключение к инвертору

Инвертор необходимо включать в систему, если приборы в доме работают от 220 В. Но бывают исключения, когда солнечные батареи устанавливают для системы 12 В, в этом случае инвертор не нужен.

Схема установки инвертора

Место установки инвертора в системе солнечной электростанции – между аккумуляторным блоком и потребителями энергии, то есть домашними бытовыми устройствами, приборами освещения и др. (+)

Приобретается прибор так же, как и остальные части гелиосистемы: в составе комплекта СЭС или отдельно.

Порядок действий при подключении инвертора к аккумулятору:

Галерея изображений

Фото из

Шаг 1 – проверка целостности инвертора

Шаг 2 – подготовка проводов

Шаг 3 – подключение проводов к инвертеру

Шаг 4 – присоединение проводов к аккумулятору

Если вы ранее не занимались установкой солнечных электростанций, рекомендуем приобретать не отдельные приборы, а систему в комплекте.

Преимущество готовой для монтажа системы – в соответствии параметров оборудования (правильно подобранные по мощности аккумуляторы, необходимое количество солнечных панелей, набор проводов для быстрого подключения).

Логично, что совместимые по емкости, напряжению и мощности приборы будут намного эффективнее преобразовывать солнечную энергию и обеспечивать дом электричеством. Фактически бесплатную “зеленую энергию” можно использовать с системах отопления, энергоснабжения бытовых устройств.

Параметры и характеристики элементов

Схема, порядок подключения, монтажа солнечных батарей загородного дома предполагает правильное соотношение всех элементов системы, совпадение их характеристик — все части должны подходить друг к другу по своим техпараметрам. Это актуально, если покупается не комплект, а детали по отдельности.

Подключение к аккумулятору

Как уже писалось выше, аккумуляторные батареи подключаются к контроллеру, который будет контролировать их заряд. С другой стороны они подключаются к инвертору, который преобразует  12В, 24В, 48В  в 220В для использования потребителями. Важно так же соблюдать полярность всей схемы и использовать большее сечение провода, рекомендовано в этой части системы сечение 3 мм.

Подключать аккумуляторы можно и напрямую к панелям, без использования контроллера. Однако это делать не желательно по нескольким причинам, самой важной из которых является “перегрев батарей”, то есть избыточная бесконтрольная зарядка, которая снизит их срок эксплуатации.

Как соединить солнечные батареи максимально используя возможности всех элементов

Смешанная схема резервного подключения. Они будут зависеть от габаритов самих панелей и их количества.

kakpodsoedinitsolnechnuyubatareyukakkumu_800fd47e.jpg

Теперь остается дело за малым.
shema-s-dopolnitelnogo-istochnika-energii.png

При одинаковых характеристиках, следующий вид панелей — тонкопленочный, потребует для установки в доме большей площади. Конечно же на свой страх и риск, можно подключить панель напрямую, и аккумулятор будет заряжаться, но такая система должна быть под присмотром.
shema_paralel.jpg

Если дом находится в тени других построек, то установка солнечных панелей целесообразна разве что только поликристаллических, и то эффективность будет снижена. Во всех случаях должны отсутствовать затемнения. Решить эту проблему поможет естественный обдув аккумуляторной батареи. Все эти факторы нужно учитывать при выборе места установки и ставить панели по наиболее удобному варианту.
solar-reg-link.jpg

Конечно же на свой страх и риск, можно подключить панель напрямую, и аккумулятор будет заряжаться, но такая система должна быть под присмотром. Это интересно: Многие из стандартных радиокомпонентов также могут вырабатывать электроэнергию при воздействии яркого света.

На этом этапе важно не перепутать тыльную сторону панели с лицевой. Это важнейший момент, так как от того будут ли панели в тени других зданий, деревьев будет зависеть их продуктивность, а значит, и количество вырабатываемой электроэнергии.

При последовательном соединении нескольких панелей, напряжение всех панелей будет складываться. Собирается каркас с помощью болтов диаметром 6 и 8 мм. Изменения напряжения в данном случае не будет.

Нередко используется и смешанная схема подключения. Выходит, что правильно установленные солнечные батареи будут работать с одинаковой производительностью и зимой, и летом, но при одном условии — в ясную погоду, когда солнце отдает максимальное количество тепла. Крепить фотоэлементы во избежание повреждения рекомендуется на длинной стороне, индивидуально выбрав способ: болты крепятся через отверстия рамки , фиксаторы и пр. Закрепить его можно тонким слоем силиконового герметика, а вот эпоксидную смолу для этих целей лучше не использовать, так как снять стекло в случае необходимости проведения ремонтных работ и не повредить панели будет крайне сложно.

Солнечные панели. Как сделать дешёвую и эффективную солнечную электростанцию.

Сечение проводников

В соответствии с постулатами электротехники слишком малое сечение проводника может привести к его перегреву и даже к возгоранию. Слишком большое – это неплохо, но приведет к необоснованно завышенному удорожанию автономной системы. Поэтому задача ее создателя – найти «золотую середину».

Начнем с того, что самые толстые проводники следует устанавливать в цепи, соединяющий аккумулятор с инвертором (кстати, чем короче будет этот участок, тем лучше). Именно здесь протекают токи большой силы.

Проводники, соединяющие панели с инвертором, а также соединяющие панели между собой, можно выбирать с малым сечением. На этих участках цепи может присутствовать сравнительно высокое напряжение, но всегда будет малая сила тока.

thumb_585.jpg

HeliosHouseПользователь FORUMHOUSE

16 мм² не нужно и 10 мм² не нужно. 4 – более чем достаточно. «Толстый» провод понадобится только в контуре инвертора, сечение нужно подбирать в соответствии с мощностью тока.

«Толстый» и «тонкий» – понятия растяжимые, поэтому не будем уходить от стандартов.

Учитывая, что алюминиевые проводники в домашних системах электроснабжения на сегодняшний день использовать запрещено, табличные данные распространяются на медные токопроводящие жилы с поливинилхлоридной или резиновой изоляцией.

Также, выбирая проводники, следует обращать внимание на рекомендации производителей инверторов, контроллеров и других устройств, задействованных в системе.

Сборка, угол наклона

Саму установку, как соединять солнечные панели опишем вкратце, так как крепления и прочие нюансы также отдельные темы. Монтаж состоит в закреплении панелей на каркасе, есть несколько типов фиксаторов, кронштейнов: на шифер, на металл, черепицу, скрытые на обрешетку крыши.

Сборка

Опорные рейки, зажимы, прижимы (концевые и центральные) направляющие покупаются или есть в комплекте для выбранного варианта установки.

угол наклона

Соединяющие стыковые элементы создают из фиксирующих реек каркас. Применяют также клеммные элементы и держатели для жил — они объединяют алюминиевые рамки и заземляют их, фиксируют кабели.

Соединяющие стыковые элементы

Если монтаж производится на крышу с наклоном, то оптимальный угол для панелей 30… 40° в северных широтах больше, например, 45°. В общем, для самоочистки модулей дождем угол должен быть от 15°.

на крышу с наклоном

Указанные позиции создают опорными профилями, часто делают удобную сборно-разборную регулируемую, поворачивающуюся конструкцию.

Указанные позиции

При неравномерно освещении массива, панель на более светлом месте выдает больший ток, который частично расходуется на нагрев СБ нагруженных меньше. Чтобы исключить такое явление, используют отсекающие диоды, впаиваемые между плоскостями с внутренней стороны.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...