Как подключить солнечные батареи схемы и пояснения

Схемы подключения солнечных батарей загородного дома

357e97d328a432d9ac28515708458223.jpg

  1. Схемы подключения солнечных батарей загородного дома

Итак, первое, о чем Вы должны иметь представление – из чего состоит комплект солнечной электростанции. Основные элементы системы представлены следующими устройствами:

  • Батареи, поглощающие свет солнца. Данные модули преобразовывают естественный свет в электрическую энергию.
  • Контроллер заряда-разряда АКБ, который следит за напряжением аккумуляторов. Если в дневное время суток аккумуляторы перезаряжены (на клеммах 14 Вольт), контроллер отключает процесс зарядки. Если ночью АКБ разрядились (напряжение предельно низкое – 11 Вольт), контроллер предотвращает дальнейшую работу электростанции.
  • Аккумулятор, который предназначен для накопления сгенерированной электроэнергии.
  • Инвертор – преобразовывает 12 Вольт в переменные 220, необходимые для работы домашних электроприборов, системы освещения и бытовой техники.Обращаем Ваше внимание на то, что между всеми устройствами: контроллером, инвертором, нагрузкой и аккумулятором желательно поставить предохранители, которые защитят систему при возникновении короткого замыкания в сети!

    В простейшем исполнении схема подключения солнечных батарей к контроллеру, аккумулятору, инвертору и нагрузке выглядит следующим образом:

    Как Вы видите, особых сложностей в подключении нет, главное соблюдать полярность и подключать все штекеры в нужные разъемы контроллера. В таком варианте очень сложно что-то перепутать. А вот если Вы решили использовать электроэнергию от солнца одновременно со стационарной сетью, схема подключения солнечных батарей должна выглядеть следующим образом:

    Тут нужно пояснить: резервируемая нагрузка – это резервное освещение, котел и, к примеру, холодильник. Не резервируемая – бытовая техника, свет в доме и т.д. Чем больше емкость аккумулятора, тем дольше смогут проработать резервируемые электроприборы в автономном режиме!

    Со схемой подключения солнечных батарей к сети переменного тока разобрались. Теперь нужно рассмотреть не менее важную часть вопроса – правильное соединение панелей между собой.

    Модули на крыше загородного дома

    Одна панель подключается к контроллеру без проблем – плюс и минус нужно подсоединить к соответствующим разъемам контроллера. А что делать, если у Вас несколько батарей в системе? Тут можно воспользоваться одной из следующих схем соединения солнечных панелей:

    • Параллельная. В этом случае нужно подключить одноименные клеммы друг с другом: плюс к плюсу, минус к минусу. В результате напряжение на выходе останется все тех же 12 Вольт.
    • Последовательная. Плюс первой панели нужно подключить к минусу второй. Оставшийся плюс второй батареи и минус первой нужно подсоединить к контроллеру. Итог – на выходе 24 вольта, что может иногда понадобиться в домашних условиях.
    • Смешанная (последовательно-параллельная). Данная схема подключения солнечных панелей подразумевает соединение между собой нескольких групп батарей. Внутри каждой группы устройства соединяются параллельно, а уже потом последовательно, как показано на картинке. Такой вариант позволит сделать наиболее подходящие на выходе характеристики напряжения.

    Обзор правильного подсоединения

    Вот и все, что хотелось рассказать Вам о том, какие бывают схемы подключения солнечных батарей загородного дома к электрической сети переменного тока. Как Вы видите, разводка проводов не сложная, главное быть внимательным и определиться, какая нагрузка должна быть на выходе. Очень важный момент, на котором и хотелось бы завершить данную статью – ни в коем случае не подключайте инвертор напрямую к контроллеру. Такое соединение будет губительным для домашней электростанции!

    Схема подключения солнечных батарей к контроллеру, сети и аккумулятору

    Как соединить солнечные панели между собой и подключить к сети загородного дома. Схемы подключения солнечных батарей к аккумлуятору и контроллеру!

    Источник:

Коллекторная система отопления

Наибольшей эффективности и отдачи можно добиться, установив вместо солнечных модулей коллекторы – наружные установки, в которых под действием солнечного излучения происходит нагрев воды. Такая система является более логичной и естественной, так как не потребует нагревания теплоносителя другими устройствами. Рассмотрим конструкцию и принцип действия приборов двух основных видов: плоских и трубчатых.

Плоский вариант для самостоятельного изготовления

Конструкция плоских установок настолько проста, что опытные мастера-умельцы собирают кустарные аналоги своими руками, часть деталей купив в специализированном магазине, часть соорудив из подручного материала.

Внутри стального или алюминиевого утепленного короба закреплена пластина, адсорбирующая солнечное тепло. Чаще всего она покрыта слоем черного хрома. Сверху теплопоглотитель защищен герметичной прозрачной крышкой.

Нагревание воды происходит в трубках, уложенных змейкой и соединенных с пластиной. Вода или антифриз поступает внутрь короба через впускной патрубок, нагревается в трубках и перемещается на выход – к выпускному патрубку.

75aaa0e08d1edd9d27c4b80d63a2cd09.jpgСветопропускная способность крышки объясняется использованием прозрачного материала – прочного закаленного стекла или пластика (например, поликарбоната). Чтобы солнечные лучи не отражались, стеклянную или пластиковую поверхность матируют (+)

Существует два вида подключения, однотрубное и двухтрубное, принципиальной разницы в выборе нет. Но существует большая разница в том, каким способом теплоноситель будет подаваться к коллекторам – самотечным или с помощью насоса. Первый вариант признан неэффективным из-за слабой скорости передвижения воды, по принципу нагрева он напоминает емкость для летнего душа.

Функционирование второго варианта происходит благодаря подключению циркуляционного насоса, который подает теплоноситель в принудительном порядке. Источником энергии для работы насосного оборудования может стать энергосистема на солнечных батареях.

0fd5946fbb2c6ed5ec8dcd3bf3bd46e2.jpgТемпература теплоносителя при нагреве солнечным коллектором достигает 45-60 ºС, на выходе максимальный показатель – 35-40 ºС. Для повышения эффективности работы отопительной системы наряду с радиаторами используют «теплые полы» (+)

Трубчатые коллекторы – решение для северных регионов

Общий принцип работы напоминает функционирование плоских аналогов, но с одной разницей – теплообменные трубки с теплоносителем находятся внутри стеклянных колб. Сами трубки бывают перьевыми, запаянными с одной стороны и внешним видом напоминающие перья, и коаксиальными (вакуумными), вставленными друг в друга и запаянными с обеих сторон.

Теплообменники также бывают разными:

  • система преобразования солнечной энергии в тепловую Heat-pipe;
  • обычная трубка для перемещения теплоносителя U-type.

Второй вид теплообменников признан более эффективным, но недостаточно популярным из-за стоимости ремонта: при выходе из строя одной трубки придется производить замену всей секции. Трубка Heat-pipe не является частью целого сегмента, поэтому поменять ее можно за 2-3 минуты. Вышедшие из строя коаксиальные элементы ремонтируют, просто сняв заглушку и заменив поврежденный канал.

201ad5f30c6ff8c8ca55751903eb1920.jpgСхема, объясняющая цикличность нагревательного процесса внутри вакуумных трубок: холодная жидкость под воздействием солнечного тепла нагревается и испаряется, уступая место следующей порции холодного теплоносителя (+)

Проанализировав технические характеристики коллекторов разного типа и обобщив опыт их использования, решили, что для южных областей больше подходят плоские коллекторы, а для северных – трубчатые. Особенно хорошо зарекомендовали себя в условиях сурового климата установки с системой Heat-pipe. Они обладают нагревательной способностью даже в пасмурные дни и ночью, «питаясь» минимальным количеством солнечного света.

Образец стандартной схемы подключения солнечных коллекторов к бойлерному оборудованию: насосная станция обеспечивает циркуляцию воды, контроллер регулирует процесс нагревания

Как подключить, если на участке нет электричества

Если участок не подключен к сети, то главная задача — накапливать электроэнергию, чтобы использовать её в будущем по мере необходимости.

Какое оборудование понадобится:

  • Солнечные батареи.
  • Аккумулятор для накопления заряда.
  • Контролер заряда (чтобы контролировать ток заряда аккумулятора).
  • Преобразователь в 220В. По умолчанию солнечная панель выдает 12В, 24В, тогда как большинство электроприборов подключаются к 220В. Если вы используете приборы, работающие от 12В, то преобразователь не понадобится.
  • Оборудование для фиксации и крепежа самой батареи.

Самый простой вариант, «своими руками»

Самый примитивный, но рабочий вариант «для дачи»: солнечная батарея + аккумулятор, которые соединяются между собой клеммами. В таком виде станция уже готова к эксплуатации и её можно даже не ставить на крышу, а просто установить на землю. Электроэнергия будет накапливаться на аккумуляторе, от которого можно зарядить телефон, подключить освещение и т.д.

Такую станцию очень легко собрать своими руками. Достаточно просто купить аккумулятор (подойдет даже обычный автомобильный), солнечная батарея, провода и клеммы. Если вы приезжаете на дачу только по выходным, то станция может быть переносной, так как легко разбирается и прячется (или увозится с собой).

Более сложная реализация

Схема для повседневной эксплуатации и разводкой по розеткам. Солнечные батареи устанавливают на крышу (или отдельную металлическую конструкцию), а кабель от них прокладывают к аккумулятору, от которого электричество через преобразователь поступает на розетки.

По мере необходимости станцию легко масштабировать, подключая дополнительные батареи и аккумуляторы.

Реализация подключения устройства

Наибольшей популярности и распространенности, на сегодняшний день, получили 12-вольтовые системы с прямым преобразованием в 220 В переменного напряжения. Базовая схема такой батареи зачастую состоит из:

  1. Солнечной батареи. Возможно нескольких, в зависимости от потребляемой мощности всего электрического оборудования.
  2. Контроллера заряда-разряда аккумулятора.
  3. Аккумуляторных батарей.
  4. Инвертора.

3ab6b8cb726931dda817bb45d64b1380.jpgСхема подключения батарей к электрическим устройствам в доме

Для более внятного представления работы всей схемы необходимо разобраться в работе и задаче каждого элемента.

  • Диод Шоттки. Зачастую этот диод схематически не обозначается на схемах, так как считается изначально вмонтированным элементом системы. Главным предназначением таких диодов является препятствие протеканию обратного тока в ночное время суток и мало солнечную погоду.
  • Контролер заряда АКБ. Является электронным устройством, способным автоматически управлять процессами зарядки и разрядки аккумулятора, а также защитить его от чрезмерной зарядки и разрядки.

Работа АКБ происходит следующим образом: в светлое время суток, когда аккумулятор осуществляет зарядку от солнечной батареи, контроллер следит за напряжением на клеммах аккумулятора, и как только оно достигает верхнего предела, процесс зарядки работа по приему энергии прекращается и ток перенаправляется к нагрузке.

В темное время суток солнечная панель не осуществляет работу, а питание всех составляющих системы осуществляется исключительно за счет предварительно заряженного аккумулятора. Как только, напряжение на клеммах аккумулятора достигло нижнего предела – контроллер производит отключение работы схемы.

Дополнительными функциями, которые контроллер осуществляет для защиты элементов реализованной схемы, являются: короткое замыкание и гроза.

  • Аккумуляторная батарея. В реализации такой схемы работы системы является накопителем электрической энергии, вырабатываемой солнечной батареей на протяжении всего светового дня. Такая реализация схемы дает возможность осуществлять обслуживание электрических приборов в темное время суток.

b8fb2895c915559433827f8c420ad380.jpgПодключение батарей к аккумулятору

В качестве аккумуляторной батареи можно использовать: автомобильные аккумуляторы (только на открытом пространстве), необслуживаемые аккумуляторы (специально предназначены для осуществления многократных и частых циклов зарядки-разрядки).

Советы

Специалисты дают несколько рекомендаций о том, как правильно уложить и соединить солнечные батареи.

  • Чаще всего изделия, использующие альтернативные источники энергии, крепят на кровле либо на стенах домостроения, реже используют специальные надежные опоры. В любом случае должны быть полностью исключены какие-либо затемнения, то есть батареи должны ориентироваться таким образом, чтобы на них не падала тень от высоких деревьев и расположенных по соседству зданий.
  • Монтаж набора пластин проводят рядами, их расположение параллельное, в связи с этим крайне важно предусмотреть, чтобы вышерасположенные ряды не бросали тень на те, что находятся ниже. Это требование очень важно, поскольку полное или частичное затенение провоцирует сокращение и даже полное прекращение какой-либо выработки энергии, кроме того, может возникнуть эффект образования «обратных токов», что зачастую служит причиной поломки оборудования.

35e303de9706a83f95a89db95c7c2d9e.jpgd1cb653007977e70e327de9824be6b31.jpg

  • Грамотная ориентация относительно солнечного света имеет принципиальное значение для эффективности и результативной работы панелей. Очень важно, чтобы поверхность получала весь возможный поток ультрафиолетовых лучей. Правильную ориентацию рассчитывают, основываясь на данных о географическом расположении строения. К примеру, если монтаж панелей производится с северной стороны здания, то панели следует ориентировать на юг.
  • Не меньшее значение имеет и общий угол наклона конструкции, он также определяется географической ориентацией строения. Специалисты рассчитали, что этот показатель должен соответствовать широте расположения дома, а поскольку солнце в зависимости от времени года несколько раз меняет свое удаление расположения над горизонтом, то имеет смысл продумать корректировку окончательного угла монтажа батарей. Обычно коррекция не превышает 12 градусов.

8f7b1020f55553e25e796307710b76ed.jpgebc9382edca5c1c157c04c66c3624abf.jpg

  • Батареи нужно укладывать таким образом, чтобы обеспечить к ним свободный доступ, поскольку в холодное зимнее время потребуется периодически очищать их от нападавшего снега, а в теплое время года – от дождевых разводов, которые существенно снижают эффективность использования батарей.
  • На сегодняшний день в продаже имеется немало китайских и европейских моделей солнечных батарей, которые отличаются стоимостью, поэтому каждый может устанавливать оптимальную для своего бюджета модель.

265eb9f4161d28b595e65a6511d409bf.jpg

В заключение следует обратить внимание на то, что наибольшую выгоду от применения солнечных батарей получит наша планета, поскольку данный источник энергии не причиняет абсолютно никакого вреда окружающей среде. Если вам как потребителю небезразлично будущее нашей Земли, потенциал ее земельных ресурсов и сохранение природных богатств, то солнечные батареи – это лучший выбор

О том, как установить солнечную батерею на крышу дома, смотрите в следующем видео.

Принцип работы

Выпускаемые сегодня модели способны вырабатывать электроэнергию даже в облачную и слишком пасмурную погоду. Однако КПД одного модуля сравнительно невысок и составляет скромные 15-25%, вырабатывая в среднем 50-300 Вт электроэнергии в зависимости от текущей окружающей обстановки. Для достижения высокой производительности необходимо подключение нескольких, а иногда и десятков элементов в единую сеть.

Фотографии частных домов с подключенной системой солнечного отопления

683a18a38662c0cc16083824db67c324.jpgd2560e2d2eb867087b61f061f1a63c6e.jpg4ed5693c78f5a92ac4d969cb42c881bf.jpgb325376484e8b1a80511ae299afa5a59.jpg91136fcf8ee7510c9140c6206e3a6888.jpg4e281e533f53bee4ca225af44ab855ec.jpg1a620ca706b06b9409937bb948eccb43.jpg

Если говорить об отопительной системе на основе солнечных батарей, классическая схема состоит из трех элементов:

  1. Рассмотренный солнечный модуль, вырабатывающий электроэнергию
  2. Тепловой аккумулятор – изолированный от тепловых потерь бак, в котором находится нагреваемый Тэнами теплоноситель
  3. Отопительный контур, состоящий из трубных магистралей и радиаторов отопления, по которому теплоноситель циркулирует принудительным или естественным образом и отдает тепло окружающей среде

Видео — Дом на солнечных батареях

В зависимости от предпочтений и конкретной выбранной реализации солнечные батареи для отопления дома могут использоваться в других модифицированных схемах отопления, когда вместо коллектора устанавливается электрический котел проточного типа. Покупка необходимого оборудования обойдется дороже, однако отопление будет более практичным и экономичным.

796c54117e7fe03591079426affc1130.jpg

Клик для увеличения

Еще один из вариантов реализации отопления на солнечных батареях – использование электрических обогревателей, теплых полов, электрических конвекторов и т. д. Таким образом, полученная электроэнергия потребляется для питания отопительных электроприборов. К подобным схемам прибегают лишь в небольших загородных домах.

Устанавливать рекомендуется на крыше дома с южной стороны. Чтоб обогреть коттедж площадью свыше 100 квадратов, необходимо покрыть фотоэлементами до 35-40 кв. м. В доме нужно отвести отдельное помещение для размещения монтируемого отопительного оборудования – котельную.

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.

eeedf36234e6752f14c396d80724d370.gif

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.

6f8fb68e3f578671d222eb6b27c8d096.gif

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.

f436829f8ada97a957f6490df21630ed.gif

 

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.

Срок службы такой схемы

Единой цифры нет. Каждый из элементов имеет свои характеристики и рассчитан на свой срок службы. Наиболее долго среди них могут служить солнечные панели.

Практика показала:

  • Монокристаллические панели способны генерировать ток в течение 3 десятков лет и даже больше.
  • Более дешевые поликристаллические будут работать на протяжении 20 лет.
  • Гибкие панели имеют срок службы 7-20 лет. Наиболее короткую «жизнь» имеют изделия первого поколения, наиболее длинную – изделия второго поколения. Главным минусом является быстрая деградация. В течение первых 24 месяцев работы их мощность падает на 10-40%.

72806f9fb99e8032d38707ddb4c73231.jpg

Используемые на больших солнечных станциях модули смогли работать с одинаковой мощностью в течение 25 лет. Заявленные в описании характеристики выполнялись на 100%. Это говорит об отсутствии деградации. Некоторые из панелей уменьшили выработку на 10%. Производители  гарантировали уменьшение выработки на 20%.

Независимо от срока использования светочувствительные элементы никогда не теряют своей производительности. То есть может пройти 50 лет, и они могут производить такое же количество электроэнергии. На ухудшение выработки влияет разрушения защитных пленок, которые позволяют влаге проникать внутрь панели и вызывать коррозию всех соединений. Этот минус приводит к увеличению сопротивления, чрезмерному нагреву, разрушению соединений. Аккумуляторы могут работать 2-15 лет, силовая электроника – 5-20 лет.

Схема работы солнечного электроснабжения

Когда проводишь взглядом по загадочно звучащим названиям узлов, входящих в состав системы питания солнечным светом, приходит мысль о супертехнической сложности устройства. На микроуровне жизни фотона это так. А наглядно общая схема электрической цепи и принцип ее действия выглядят очень даже просто. От светила небесного до «лампочки Ильича» всего четыре шага.

Солнечные модули – первая составляющая электростанции. Это тонкие прямоугольные панели, собранные из определенного числа стандартных пластин-фотоэлементов. Производители делают фотопанели различными по электрической мощности и напряжению, кратному 12 вольтам.

Галерея изображений

Фото из

f7857ed1fc283c92987c59ee0f061e2f.pngСолнечные батареи используются в регионах с низким количеством пасмурных дней, эксплуатируют их в качестве основного или дополнительного поставщика энергии
8856c58f85152ef6d6faa0ea3b56623d.pngЕсть смысл в сооружении системы солнечных батарей в районах с малоразвитой инфраструктурой, которые еще не подключены к централизованным электросетям
6847b3e40a379e60d473216090bb926e.pngВ летнее время на дачном участке солнечные приборы смогут обеспечить энергией электроприборы и систему отопления
bb6944b86498a48f3d90d07bd82aa734.pngАппаратура для контроля работы и регулировки солнечных панелей не занимает много места, обычно включает инвертор, контроллер и АКБ
aa756f3242f55d13aa608a0aa0d63e3a.pngЕсли на участке есть свободная, хорошо освещенная площадка, солнечную электростанцию можно расположить на ней
bad5a115bd95c21617c60185f5ad0955.pngПри хорошей защите от атмосферного негатива устройства управления и контроля работы солнечной батареи можно располагать на улице
6a322f2b540d239040841879456710f3.pngСолнечную электростанцию для частного дома можно собрать из батарей заводского производства
01b9e620e1b4b8a1ab8b9db83e466a5b.pngЗначительно более дешевой и практически равной по производительности будет солнечная батарея, собранная своими руками из кремниевых пластин

d86a9620ebc6e167767d77f3b7a0fe7d.png
Установка солнечных панелей на скатах крыши

214acc64d0870291798c3536c00ed860.png
Монтаж на террасах, верандах, балконах мансард

30db9ddc21c296b435a6578a6d3240d5.png
Гелиосистема на покатой крыше пристройки

e99ef6eaeb417af552772057dd61c46d.png
Внутренний блок солнечной мини электростанции

21170d3dc8e8b7dde865bb26be40fae5.png
Расположение на свободной площадке участка

eaed2732f05bc96fc2d73319cbdf20f4.png
Сооруженный на улице блок аппаратуры для батареи

54641f2ba0434b82f8fa84e1858d542c.png
Сборка солнечной панели из готовых батарей

3d2fe640ef30bf6406f0fd1c3a1de7cd.png
Изготовление солнечной батареи своими руками

Устройства плоской формы удобно располагаются на открытых для прямых лучей поверхностях. Модульные блоки объединяются при помощи взаимных подключений в гелиобатарею. Задача батареи преобразовывать получаемую энергию солнца, выдавая постоянный ток заданной величины.

Аккумуляторы – известные всем устройства накопления электрического заряда. Их роль внутри системы энергоснабжения от солнца традиционна. Когда домашние потребители подключены к централизованной сети, энергонакопители запасаются электричеством. Они также аккумулируют его излишки, если для обеспечения расходуемой электроприборами мощности достаточно тока солнечного модуля.

Аккумуляторный блок отдает цепи требуемое количество энергии и поддерживает стабильное напряжение, как только потребление в ней возрастает до повышенного значения. То же происходит, например, ночью при неработающих фотопанелях или во время малосолнечной погоды.

Схема энергообеспечения дома с помощью солнечных батарей отличается от вариантов с коллекторами возможностью накапливать энергию в аккумуляторе (+)

Контроллер – электронный посредник между солнечным модулем и аккумуляторами. Его роль регулировать уровень заряда аккумуляторных батарей. Прибор не допускает их закипания от перезарядки или падения электрического потенциала ниже определенной нормы, необходимой для устойчивой работы всей гелиосистемы.

Инвертор – переворачивающий, так дословно объясняется звучание этого слова. Да, ведь на самом деле, этот узел выполняет функцию, когда-то казавшуюся электротехникам фантастикой. Он преобразует постоянный ток солнечного модуля и аккумуляторов в переменный с разностью потенциалов 220 вольт. Именно такое напряжение является рабочим для подавляющей массы бытовых электроустройств.

f76f74e03dfa2d4dc913a9df7673c9fb.jpgПоток солнечной энергии пропорционален положению светила: устанавливая модули, хорошо бы предусмотреть регулировку угла наклона в зависимости от времени года

Подключение к энергосистеме дома

Что же касается интеграции собранного гелибатареи в энергосистему частного дома, то здесь есть несколько вариантов. Так, самой востребованной является схема с использованием контроллера заряда, батарейного инвертора и аккумуляторных батарей. Напряжение от гелиополя сначала направляется на заряд АКБ и лишь после этого передается на нагрузку.

00aa0113cae93fbe4f706095fd19d130.jpg

Нагрузку, как правило, подразделяют на 2 категории: резервируемую (холодильники, газовые котлы, аварийное освещение и т.д.) и не резервируемую (обычное освещение, компьютер и пр.). Потребляемая мощность резервируемых приборов может быть любой, но длительность их автономной работы определяется емкостью АКБ.

Благодаря наличию особого батарейного инвертора становится возможной передача электричества на нагрузки в том случае, если напряжение на АКБ превышает заданное значение. При этом потребители могут запитываться от гелиоэнергии даже при наличии напряжения в центральной электросети. Таким образом, существенно уменьшается внешнее энергопотребление дома.

22016db396bd410e94fcb4dfe60472c6.jpg

При отключении центральной сети инвертор запитает резервируемую нагрузку от АКБ. Если гелиополе в это время производит энергию, то инвертор использует и ее. Излишки солнечной энергии, не расходуемые на нагрузку, пойдут на зарядку АКБ. Данная схема отлично подходит для обеспечения автономного энергоснабжения, она работает и при отсутствии центрального напряжения питания. Но при этом не резервируемая нагрузка будет запитываться только от солнца (по остаточной технологии), приоритетными являются резервируемые потребители.

Роль каждого элемента в схеме

Солнечная панель генерирует электрический ток. Она сразу готова к монтажу. Установить можно либо монокристаллическую, либо поликристаллическую панель. Больше плюсов имеет первый тип.

Контроллер заряда предназначен для управления подзарядкой аккумуляторных батарей. На его выходе формируется напряжение в 13,7 В. Этого недостаточно для полного заряда аккумуляторной батареи. Для ее заряда нужно использовать зарядное устройство, которое дает 16,2 В на выходе.

Контроллер заряда получил такие характеристики специально. Бывают моменты, когда жители дома не используют электрический ток, и в это время аккумулятор может перезарядиться. Этого допускать нельзя.

Этот элемент имеет такой минус: позволяет электрическому току двигаться назад к размещенной на крыше загородного дома солнечной панели. Днем обратное движение не происходит, однако ночью ситуация меняется. Поэтому специалисты рекомендуют:

  • заменить его на диоды или аналоговые коммутаторы;
  • установить дополнительные аккумуляторы.

Аналоговые коммутаторы или диоды не позволяют току двигаться к панели. Они не ограничивают зарядку аккумуляторов. Поэтому надо либо отключать батареи, либо установить дополнительные. Второй подход является лучшим, ведь формируется дополнительный запас электрического тока. 

Более прогрессивной заменой контроллера и диодов является специальная система управления зарядом аккумуляторов. Она дорогая.

Функцией инвертора является преобразование постоянного тока в переменный и поднятия напряжения с 12 В до 220 В. Он следит за уровнем разряда батарей. При критическом уровне он перестанет работать.

Реальная выработка солнечной электростанции для дома

Выработка зависит от мощности и угла наклона панелей, интенсивности солнца и продолжительности светового дня.

Между собой батареи отличаются площадью, что отражается на их мощности. Это может быть 10Вт, 100Вт, 150Вт, 260Вт и так далее. Однако реальная выработка панели обычно выше её номинальной мощности, так как необходимо учитывать коэффициент интенсивности солнца. В южных регионах солнце светит сильнее и дольше, а в северных слабее и меньше, поэтому одна и та же панель вырабатывает разное количество электроэнергии.

Пример из практики

398984ae6008626dc19afc377acc5684.png

Это график выработки электроэнергии одной панелью мощностью 260Вт за июнь 2018 года. Суммарная выработка станции за месяц — 34,89 кВт. Из расчета, что номинальная месячная мощность батареи — 7,8кВт (260Вт Х 30 дней), её фактическая мощность оказалась в 4.5 раза выше (поправочный коэффициент). Летом он больше, зимой – меньше или вообще отсутствует.

Из графика видно, что выработка непостоянна и присутствуют резкие спады – это пасмурные дни, когда световой день короче, а солнечная активность очень слабая. Худшая производительность была зафиксирована 17.06 — около 0.4кВт, а максимальная 25.06 — около 1.4кВт.

А вот так выглядит выработка солнечной батареи по часам в течение дня:

c97ac8708a65060e092cbc7762927978.jpgВыработка начинается ближе к 9 утра, достигает пика к 13:00, затем постепенно снижается и прекращается около 19:00. В течение дня есть небольшие провалы — когда солнце было закрыто облаками.b80f9818eccb9ee051ff2a86069b0bb6.jpgПримерно с 13:00 до 15:00 выработка электроэнергии была нестабильна из-за облачности. Но и это не сильно сказалось на итоговой производительности станции — 1.32кВт.d453639e342f51d853da4e39ca16a6e8.jpgВ течение дня было множество провалов, что и отразилось на итоговой выработке станции — 0.98кВт.    d79f0a699b8307bdbf2716217d7462e0.jpgА это пасмурный дождливый день, когда солнечная активность очень слабая и выработка в течение дня составила 0.45кВт.

Из этого можно сделать вывод, что целиком полагаться на солнечную электроэнергию сложно. Производительность станции сильно зависит от интенсивности солнца и даже летом она может быть непостоянна из-за пасмурной погоды.

Что представляет собой бытовая солнечная батарея

Чтобы понять, подходит ли гелиостанция для ваших нужд, надо понимать, что такое бытовая солнечная батарея. Само устройство состоит из:

  • солнечных панелей
  • контроллера
  • аккумулятора
  • инвертора

Если устройство предназначено для отопления дома, в комплект будут также включены:

  • бак
  • насос
  • комплект автоматики

386c66db1f6acaa6d3d59e237453d9b3.jpg

Солнечные панели — прямоугольники 1х2 м либо 1,8х1,9 м. Для обеспечения электричеством частного дома с 4-мя жильцами надо 8 панелей (1х2 м) либо 5 панелей (1,8х1,9 м). Устанавливают модули на крышу с солнечной стороны. Угол наклона крыши 45° с горизонтом. Существуют вращающиеся солнечные модули. Принцип работы солнечной батареи с поворотным механизмом аналогичен стационарной, но панели поворачиваются вслед за солнцем благодаря фоточувствительным датчикам. Стоимость их выше, но КПД достигает 40%.

Конструкция стандартных солнечных батарей следующая. Фотоэлектропреобразователь состоит из 2 слоев n и p типа. n-слой изготавливают на основе кремния и фосфора, что приводит к избытку электронов. p-слой делают из кремния и бора, в результате чего образуется избыток положительных зарядов («дыр»). Слои помещают между электродов в таком порядке:

  • покрытие против бликов
  • катод (электрод с отрицательным зарядом)
  • n-слой
  • тонкий разделительный слой, препятствующий свободному переходу заряженных частиц между слоями
  • p-слой
  • анод (электрод с положительным зарядом)

Фотоэлектрические модули производят с поликристаллической и монокристаллической структурами. Первые отличаются большим КПД и высокой стоимостью. Вторые – дешевле, но менее эффективны. Мощности поликристаллических достаточно для освещения/отопления дома. Монокристаллические используются для генерации малых порций электричества (в качестве резервного источника энергии). Существуют гибкие солнечные батареи на основе аморфного кремния. Технология находится в процессе модернизации, т.к. КПД аморфной батареи не превышает 5%.

Положительные и отрицательные стороны

Использование альтернативного отопления частных домов имеет свои неоспоримые преимущества. Установка и последующая эксплуатация солнечных модулей обладает следующими положительными сторонами:

  • Продолжительный эксплуатационный срок – до 25-40 лет без необходимости дорогостоящих профилактических работ
  • Лишнюю накопленную и переработанную солнечную энергию можно будет расходовать на другие нужды
  • Независимость от служб ЖКХ и значительное уменьшение счетов за отопление
  • Дом будет обогреваться на протяжении всего года

Однако имеются некоторые нюансы, которые ограничивают эксплуатацию отопления на солнечных батареях. Самый первый из них – географическое проживание. В том или ином районе солнце греет по-разному. Если оно появляется через сутки или лишь на пару часов в день, переоборудовать отопительную систему становится экономически невыгодно и следует подумать о других альтернативных источниках энергии (тепловые насосы, ветряные станции, биологическое топливо).

Клик для увеличения

Среди прочих отрицательных сторон можно отметить:

  • Высокие первоначальные затраты
  • Сложность монтажа оборудования
  • Необходимость в резервном источнике отопления

Схема подключения солнечных батарей

Существует 2 способа, как можно подключить солнечную панель: параллельный и последовательный. При параллельном соединении, положительную клемму одного модуля соединяют с положительной клеммой другого, отрицательную – с отрицательной. Так соединяют необходимое количество элементов. Последний проводами соединяют с контроллером. Параллельное соединение дает напряжение в 220 В, но увеличивает выходную мощность.

Рассмотрим, как подключить солнечную батарею, если необходимо снять большее напряжение (например, 24 В). Для этого используется последовательное соединение солнечных модулей. В этом случае панели между собой соединяют так: положительную клемму первого модуля подключают к отрицательной клемме второго модуля. Такое подключение допускает любое количество элементов. Оставшиеся свободные провода выводят на контроллер. Как и при параллельном способе, последовательно подключать элементы не сложно.

Существует иной способ, подключения солнечной батареи. Последовательно-параллельный метод — комбинация из последовательно соединенных параллельным соединением групп элементов. Принцип работы данной схемы подключения аналогичен прочим, но позволяет одновременно регулировать выходную мощность и выходное напряжение.

cf9d63d5321ced47d247372a587f04cd.jpg

Подключая солнечные батареи, необходимо купить подходящий аккумулятор. Если их несколько, устройства объединяют в цепи:

  • параллельно, что сохраняет величину напряжения и увеличит емкость
  • последовательно, что не дает увеличение емкости, но напряжение системы будет складываться из напряжения всех аккумуляторов
  • последовательно-параллельно — параллельное включение аккумуляторов внутри групп с дальнейшим последовательным подключением этих групп; данная схема увеличивает емкость (она равна суммарной емкости параллельно подключенных аккумуляторов) и напряжение (суммарное напряжение складывается из напряжений всех подключенных последовательно групп)

Аккумуляторы для гелиостанций должны отвечать ряду требований:

  1. простота эксплуатации
  2. широкий диапазон рабочих температур
  3. способность переносить большое количество разрядов/зарядов
  4. должны быть адаптированы для заряда током большой мощности
  5. низкий уровень саморазряда
  6. большая емкость (минимальная емкость должна быть равна количеству заряда, достаточному для поддержания резервируемых нагрузок в течение 4 часов+35% от этой емкости)

В зависимости от устройства аккумуляторы подразделяются на:

  • АСБ (автомобильные) применяются в основном для маломощного уличного освещения, выделяют вредные вещества (устанавливаются только в обособленных от жилья, хорошо вентилируемых помещениях) и быстро выходят из строя
  • литий-железо-фосфатные – энергоемкие, но дорогие; плохо переносят перегрев; в гелиосистемах применяются редко
  • свинцово-кислотные с жидким электролитом – долговечны, надежны, дорогие; подходят для мощных систем
  • свинцово-кислотные AGM (вместо жидкого электролита, стекловолокно пропитанное электролитом) – долговечнее обычных кислотных, заряжаются малыми токами, чувствительны к избыточному заряду, требует наличие смарт-контроллера
  • свинцово-кислотные GEL (серная кислота находится в связном состоянии благодаря оксиду кремния) – аналогичны AGM
  • щелочные – выдерживают глубокий заряд большими токами, но систематически теряют емкость.

Гелиосистемы не имеют повсеместного распространения, из-за высокой цены. Но ученые ведут разработки, направленные на удешевление конструкций и широкое внедрение станций, принцип работы которых основан на использовании энергии солнца. Принцип действия солнечных батарей позволяет применять их в качестве основного или дополнительного источника энергии практически в любой точке планеты.

Параллельное соединение солнечных панелей

Данная схема подходит для тех случаев, когда необходимо оставить напряжение на одном уровне, но повысить мощность солнечного PV-массива. Приведем пример на двух солнечных панелях мощность 100В с напряжением 12В. Соединение происходит путем подключения положительных соединений в одну группу, а отрицательных выводов – во вторую группу. Такими образом, напряжение остается прежним 12В, а мощность возрастает до 200 Вт.

db2e2df9984c327b4a9b8f047d5449fd.jpg

Рисунок 1. Параллельное соединение солнечных панелей (12В 200Вт).

Последовательное соединение солнечных панелей

Последовательное соединение применяется в тех ситуациях, когда необходимо поднять уровень напряжения, но зафиксировать мощность на одном уровне. На схеме отражено соединение двух солнечных панелей мощностью 100Вт с напряжением 12В, когда в итоге получаем солнечный PV-массив 24В 100Вт.

d426a7e7a283ac60ce4d8f2db848d397.jpg

Рисунок 2. Последовательное соединение солнечных панелей (24В 100Вт).

Параллельно-последовательное соединение солнечных панелей

Более сложной схемой соединения солнечных батарей будет параллельно-последовательный тип. Зачастую подобная схема применяется для относительно мощных солнечных массивов. Применение этой схемы дает возможность как поднять номинальное напряжение соединенных панелей, так и увеличить мощность. На примере показано, как можно соединить четыре панели с напряжением 12В и мощностью 100Вт. После соединения получаем солнечный PV-массив с напряжением 24В и мощностью 200Вт.

915612e109923aac9283f9da8b794e13.jpg

Рисунок 3. Параллельно-последовательное соединение солнечных панелей (24В 200Вт).

Соединение солнечных батарей разной мощности

Когда требуется соединить вместе солнечные батареи разной мощности, то может применяться две вышеописанные схемы: параллельная и последовательная. Однако необходимо учитывать возможности применяемого MPPT-контроллера. Так, чтобы подключить батареи параллельно, максимальный выходной ток должен соответствовать току MPPT-контроллера и наоборот, для соединения разных по мощности солнечных модулей последовательно, MPPT-контроллер обязательно должен иметь более высокое рабочее напряжение, чем сумма напряжения холостого хода двух модулей.

50a559280ee49989af9ba1cf6c144ae4.jpg

Рисунок 4. Параллельное и последовательной соединение солнечных панелей разной мощности.

Как видно по приведенным расчетам, производительность выше на 5,5% при последовательном соединении. Рекомендуем использовать этот вариант.

Внимание! Соединение солнечных батарей разной мощности несколько снижает производительность MPPT-контроллера и делает болеет трудным поиск точки максимальной мощности, но такая система также будет нормально работать при необходимости. .

Заключение

Сегодня было рассмотрено то, как правильно и эффективно соединять фотоэлектрические панели. Но если остались вопросы, наши специалисты по альтернативной энергетике проведут необходимые консультации.

Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы

Достоинств у солнечной системы обогрева не так много, но каждое из них весомо и может стать причиной для частных экспериментов:

  • Экологические достоинства. Это безопасный для жильцов дома и окружающей природы, чистый источник тепла, не требующий применения традиционных видов топлива.
  • Автономность. Владельцы систем абсолютно не зависят от цен на энергоносители и от экономической обстановки в стране.
  • Экономичность. При сохранении традиционной отопительной системы появляется возможность снизить затраты на оплату горячего водоснабжения.
  • Общедоступность. Для установки солнечных систем не нужно разрешения из государственных инстанций.

Но существует и неприятные моменты, способные испортить общую картину. Например, для определения эффективности работы системы потребуется продолжительный период – не менее 3 лет (при условии, что солнечной энергии достаточно и она используется активно).

f877f0c3b69d8954978627987dc9d113.jpgУстановка только солнечных модулей потребует больших вложений: самые дешевые кремниевые панели обойдутся не менее 2200 руб. за штуку, а поликристаллические шестидиодные элементы первой категории – до 17000 за штуку. Подсчитать стоимость 30 модулей довольно просто (+)

Пользователи отмечают следующие недостатки:

  • высокие цены на оборудование, необходимое для запуска системы в эксплуатацию;
  • прямая зависимость количества произведенного тепла от географического положения и погоды;
  • обязательное наличие резервного источника, например, газового котла (на практике зачастую резервной оказывается гелиосистема).

Чтобы добиться большей отдачи, приходится регулярно следить за исправностью коллекторов, очищать их от мусора и беречь от образования наледи в заморозки. Если температура часто опускается ниже отметки 0ºС, нужно позаботиться о дополнительной теплоизоляции не только элементов гелиосистемы, но и дома в целом.

Галерея изображений

Фото из

2c14e3f0bff7328a9e970acd7d04a99f.pngСолнечные батареи мощностью 120 Вт круглый год обеспечивают энергией линии освещения и бытовые приборы дачного домика
56c50bf848714ee8882231020bdc6da1.pngМаломощную солнечную электростанцию составляют непосредственно солнечная батарея, аккумуляторное устройство и контроллер заряда
8f92dee4c11646e3863d82b698e001f5.pngПотребителями энергии солнечной батареи на даче являются энергосберегающие лампы, электроинструмент, радиоприемник, телевизор

9c62a9064a8ad2d1ab62cf85866a8996.png
Солнечные панели на крыше дачного дома

59ae81a723bcb6b58fc7b8b7039bf6b8.png
Крепление батарей дачной гелиосистемы

4358bec5913423ceb190ef4b040b655c.png
Наружное оборудование солнечной электростанции

fa654bb96e8440adc3b957e26fd16bce.png
Расположенные внутри дома технические устройства

Как собрать солнечную батарею

4ae534b1b8230c26d25d7e7de210e819.jpgКак собрать солнечную батарею

Соединение элементов в единую систему проводят согласно с чертежом  электрической схемы. Элементы могут подключаться параллельно, последовательно или по комбинированной схеме. На общем проводнике со значением (+) должны присутствовать шунтирующие диоды (диоды Шотке), которые помогут избежать нежелательной разрядки батарей в пасмурное и ночное время. Для токовыводящих проводов подойдут акустические кабели с изоляционным покрытием из силикона. Зная размер солнечного модуля и общее число элементов можно подсчитать габаритные размеры потенциальной солнечной батареи, вернее размер плоского корпуса. Его можно собрать из заранее приобретенных алюминиевых уголков и метизов, а можно подобрать недорогой вариант в одном из интернет-магазинов. Самостоятельная установка солнечных батарей цена,которых обойдется потребителю примерно в 4 раза дешевле, чем стоимость моделей заводского изготовления, станет ощутимой экономией средств.  Для создания герметичности батареи, на нижнюю полочку уголка внутри рамы дважды наносится силиконовый герметик. Затем укладывается лист из прозрачного плексигласа, оргстекла или антибликового стекла. Разложенные на стекле фотолектронные преобразователи тестируют на ток и напряжение. Затем на каждую ячейку наносится монтажный силикон и закрываю листовой панелью, желательно из прозрачного пластика. Завершают герметизацией корпуса. Фотоэлементы оказываются в безвоздушном пространстве. При этом потери на отражение и поглощение лучей будут составлять 12%. В случае образования воздушного зазора, они будут достигать 20%….30%.

Метод увеличения производительности

Обычно, поэкспериментировав с небольшим количеством солнечных модулей, владельцы частных домов идут дальше и совершенствуют систему различными способами.

01be0c6d646a8da97e5c5d6e36b8f838.jpgСамый простой способ – это увеличение количества задействованных модулей, соответственно, привлечение дополнительных площадей для их размещения и покупка более мощного сопутствующего оборудования

Что делать, если существует дефицит свободной площади? Вот несколько рекомендаций для повышения эффективности солнечной станции (с фотоэлементами или коллекторами):

  • Изменение ориентации модулей. Перемещение элементов относительно положения солнца. Проще говоря, установка основной части панелей на южной стороне. При длинном световом дне также оптимально задействовать поверхности, выходящие на восток и запад.
  • Регулировка угла наклона. Производитель обычно указывает, какой угол является наиболее предпочтительным (например, 45º), но порой при монтаже приходится вносить свои коррективы с учетом географической широты.
  • Правильный выбор места установки. Крыша подходит, потому что чаще всего является наивысшей плоскостью и не затеняется другими объектами (предположим, садовыми деревьями). Но существуют еще более подходящие площади – поворотные устройства слежения за солнцем.

При перпендикулярном расположении элементов к лучам солнца система работает более эффективно, однако на стабильно закрепленной поверхности (например, крыше) это возможно лишь на короткий промежуток времени. Чтобы его увеличить, придумали практичные устройства слежения.

c7656ce696161fe3af464818fd7c8963.jpgМеханизмы слежения – это динамические платформы, которые своей плоскостью поворачиваются вслед за солнцем. Благодаря им производительность генератора увеличивается летом примерно на 35-40%, зимой – на 10-12 %

Большим минусом устройств слежения является их высокая стоимость. В некоторых случаях она не окупается, поэтому нет смысла вкладываться в бесполезные механизмы. Подсчитано, что 8 панелей – минимальное количество, при котором затраты со временем оправдают себя. Можно задействовать и 3-4 модуля, но при одном условии: если они напрямую, в обход аккумуляторов, подключены к водяному насосу.

Буквально на днях компания Тесла Моторс объявила о создании нового типа крыши – с интегрированными солнечными батареями. Илон Маск заявил, что модифицированная крыша будет дешевле, чем обычная кровля с установленными на нее коллекторами или модулями.

Подборка компонентов

Основа панели – это сборка фотоэлементов. Так как для получения достаточной мощности нам потребуется достаточно большое их количество, стоит рассмотреть наиболее дешевые источники, в роли которых традиционно выступают Ebay и Aliexpress. Нужный товар ищется по запросу “solar cell”.

В среднем готовая тонкопленочная сборка под напряжение 12 В и ток 100 мА стоит в Китае около 200-300 рублей, ее размеры составят около 85×115 мм. Можно встретить также как меньшие сборки (на 5, 6 вольт), так и отдельные фотоэлементы (их рабочее напряжение – 0,5 В). В любом случае их придется комбинировать, чтобы получить нужное напряжение и мощность. Для этого будет необходимо скомбинировать последовательное и параллельное подключение фотоэлементов.

  • Соединяя фотоэлементы последовательно, мы не изменяем максимальный ток, который может отдать сборка, но увеличиваем напряжение на ее выходах: к примеру, сборка из 6 поликристаллических фотоэлементов (напомним, рабочее напряжение каждого – 0,5 В) будет выдавать 3 В.
  • Соединяя фотоэлементы параллельно, мы увеличиваем токоотдачу сборки, сохраняя ее рабочее напряжение. При этом важно, чтобы каждая секция имела одинаковое количество элементов.

3c69d959dcaadb9f9b11e4a1e067ccc9.jpg

На приведенном выше рисунке отображен принцип соединения фотоэлементов. Каждый из них имеет напряжение в 0,5В; сборка из двух фотоэлементов SB2 и SB3 выдает нам 1В, сборка из трех – 1,5В, параллельное подключение второй секции не изменяет напряжение.

Также по схеме видно, что каждая из параллельно соединенных секций подключена к нагрузке через диод. Это необходимо для того, чтобы избежать потери тока через менее освещенные секции (например, половину батареи закрыла тень), а также не дать аккумуляторам разряжаться ночью. Для обеспечения максимального КПД нам понадобятся диоды с минимальным прямым падением напряжения (так называемые диоды Шоттки). Их нужно подбирать с учетом полуторакратного запаса по обратному напряжению и току.

ПРИМЕР: Мы используем секции с напряжением 12 В и током 100 мА. Значит, каждый диод должен иметь обратное напряжение не менее 18 В и ток не менее 150 мА. По каталогам можно подобрать подходящие диоды: в нашем случае самый дешевый и удобный вариант – это 1N5817 стоимостью около 500 р. за упаковку из 100 штук на том же Aliexpress.

При выборе фотоэлементов предпочтите уже имеющие готовые площадки для пайки, сборка панели в этом случае будет гораздо проще. Также можно увидеть в продаже солнечные батареи без площадок для пайки: их нужно собирать с использованием токопроводящих шин из медной фольги, это менее удобный способ.

Итак, определившись с типом используемых элементов, можно приступить к расчету конструкции панели. Например, мы выбрали сборку из одиночных (0,5В) фотоэлементов с номинальным током 100 мА, рассчитывая на зарядку аккумулятора 12В током до 6 А. Следовательно, нам понадобится 6/0,1=60 секций по 12/0,5=24 фотоэлемента, итого 1440 фотоэлементов. Также потребуется 60 барьерных диодов.

Сами фотоэлементы необходимо будет разместить под прозрачным листом, который будет защищать их от механических повреждений. Лучше использовать толстое (3-4 мм) минеральное стекло, а не органическое, так как, несмотря на большую массу и стоимость, оно не мутнеет и не царапается.

Размеры стеклянной панели рассчитываются из размеров и расположения секций. В нашем примере, применяя элементы размером 53х18 мм, мы получим размеры секции в 212х108 мм, если расположим их в порядке 4×6:

d5cc3f276ceb78fc17d91f10e2f0367e.jpg

60 таких секций разумнее всего расположить в порядке 5х12, таким образом общие размеры панели составят 1060х1296 мм. При этом нужно учесть припуск на бортики панели в зависимости от их конструкции.

На видео показан процесс постройки с комментариями

СолнеÑнÑе панели могÑÑ Ð¸ÑполÑзоваÑÑÑÑ Ð² Ð°Ð±ÑолÑÑно лÑбÑÑ ÑелÑÑ: Ð¾Ñ ÐºÐ¾Ð¼Ð¿ÐµÐ½ÑаÑии полÑÑаемой ÑнеÑгии и Ð¿Ð¸ÑÐ°Ð½Ð¸Ñ Ð¾ÑделÑнÑÑ Ð»Ð¸Ð½Ð¸Ð¹ до полной , вклÑÑÐ°Ñ Ð¾Ñопление и Ð³Ð¾ÑÑÑее водоÑнабжение. РпоÑледнем ÑлÑÑае важнÑÑ ÑÐ¾Ð»Ñ Ð¸Ð³ÑÐ°ÐµÑ Ð¼Ð°ÑÑÑабное пÑименение ÑнеÑгоÑбеÑегаÑÑÐ¸Ñ ÑеÑнологий — ÑекÑпеÑаÑоÑов и ÑепловÑÑ Ð½Ð°ÑоÑов.

ÐÑи ÑмеÑанном иÑполÑзовании гелиоÑнеÑгеÑики иÑполÑзÑÑÑ Ð¸Ð½Ð²ÐµÑÑоÑÑ. ÐÑи ÑÑом пиÑание Ð¼Ð¾Ð¶ÐµÑ Ð½Ð°Ð¿ÑавлÑÑÑÑÑ Ð»Ð¸Ð±Ð¾ на ÑабоÑÑ Ð¾ÑделÑнÑÑ Ð»Ð¸Ð½Ð¸Ð¹ или ÑиÑÑем, либо ÑаÑÑиÑно компенÑиÑоваÑÑ Ð¸ÑполÑзование гоÑодÑкого ÑлекÑÑиÑеÑÑва. ÐлаÑÑиÑеÑкий пÑÐ¸Ð¼ÐµÑ ÑÑÑекÑивной ÑнеÑгоÑиÑÑемѠ— Ñепловой наÑоÑ, пиÑаемÑй неболÑÑой ÑолнеÑной ÑлекÑÑоÑÑанÑией Ѡблоком аккÑмÑлÑÑоÑов.

7b54bf8976f5ef040c32770f0f921b05.jpg1 — гоÑодÑÐºÐ°Ñ ÑеÑÑ 220 Ð; 2 — ÑолнеÑнÑе баÑаÑеи 12 Ð; 3 — оÑвеÑение 12 Ð; 4 — инвеÑÑоÑ; 5 — конÑÑÐ¾Ð»Ð»ÐµÑ Ð·Ð°ÑÑда; 6 — оÑновнÑе поÑÑебиÑели 220 Ð; 7 — ÐÐÐ

ТÑадиÑионно панели ÑÑÑанавливаÑÑ Ð½Ð° кÑÑÑÐ°Ñ Ð·Ð´Ð°Ð½Ð¸Ð¹, а Ð² Ð½ÐµÐºÐ¾ÑоÑÑÑ Ð°ÑÑиÑекÑÑÑнÑÑ ÑеÑениÑÑ Ð¾Ð½Ð¸ полноÑÑÑÑ Ð·Ð°Ð¼ÐµÐ½ÑÑÑ ÐºÑовелÑное покÑÑÑие. ÐÑи ÑÑом панели необÑодимо оÑиенÑиÑоваÑÑ Ð½Ð° ÑжнÑÑ ÑÑоÑÐ¾Ð½Ñ Ñаким обÑазом, ÑÑÐ¾Ð±Ñ Ð¿Ð°Ð´ÐµÐ½Ð¸Ðµ лÑÑей на плоÑкоÑÑÑ Ð±Ñло пеÑпендикÑлÑÑнÑм.

ÑмнÑ.ÑÑ

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 панели 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.

a84aa2965b95e20416a60eb617a988e5.jpgЭффективность 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.

55f05744942ea9093eaa0aeb2208892a.jpgВерхняя 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, он контролирует 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.

523ea132ff34831f220bc28d8690102a.jpgЗимой 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

b6878540e7b5f95d64ab6ef5ee9bcd18.pngПодсчитано, что на 1м² поверхности планеты падает примерно1кВт солнечной энергии, а 1м² батареи на фотоэлементах преобразует около 160-200 Вт. Следовательно, КПД равняется 16-20%. При правильном устройстве этого вполне хватает, чтобы снабдить электричеством все маломощные приборы в доме
1243b8bd9802042f4b892e4c351de8f5.pngКонтроллер показывает заряд батарей в процентном обозначении. Если 24-вольтовое оборудование демонстрирует заряд аккумуляторов в 27 В, значит они заполнены на все на 100%
d3c59e6e8a8f0d0d005315cbe3c40afa.pngПара мощных гелевых аккумуляторов 200 А-ч с (показатель мощности 4,8 кВт). Это сутки работы электроприборов при безостановочном потреблении 180-200 Вт. Накопители энергии морозоустойчивы, то есть их можно устанавливать на чердаке, а так как безопасны – то и рядом с жилыми помещениями

f83cefba9f0151f4fae6b8f1f2853fe5.png
Солнечные панели – батареи с фотоэлементами

39456942c6faa8482a6fb91b020c54cf.png
Контроллер для регулировки заряда АКБ

d40c365872df9cb1b9c3347157f28106.png
Блок гелевых аккумуляторных батарей

f57db59f32f8959b22d218c37b1ff856.png
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.

fe17608d91d7a9a2d47513ff34a0c7d7.jpgПростейшая схема солнечной электростанции, включающая главные составные элементы. Каждый из них выполняет свою функцию, без которой работа СЭС невозможна

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

ÐÐ»Ñ Ð¶Ð¸Ñелей ÑÑÐµÐ´Ð½Ð¸Ñ ÑиÑÐ¾Ñ Ð°Ð»ÑÑеÑнаÑÐ¸Ð²Ð½Ð°Ñ ÑнеÑгеÑика веÑÑма пÑивлекаÑелÑна. Ðаже в ÑевеÑнÑÑ ÑиÑоÑÐ°Ñ ÑÑÐµÐ´Ð½ÐµÐ³Ð¾Ð´Ð¾Ð²Ð°Ñ ÑÑÑоÑÐ½Ð°Ñ Ð´Ð¾Ð·Ð° излÑÑÐµÐ½Ð¸Ñ ÑоÑÑавлÑÐµÑ 2,3–2,6 ÐºÐÑ·Ñ/м2. Чем ближе к ÑгѠ— Ñем вÑÑе ÑÑÐ¾Ñ Ð¿Ð¾ÐºÐ°Ð·Ð°ÑелÑ. РЯкÑÑÑке, напÑимеÑ, инÑенÑивноÑÑÑ ÑолнеÑного излÑÑÐµÐ½Ð¸Ñ ÑоÑÑавлÑÐµÑ 2,96, а Ð² Ð¥Ð°Ð±Ð°ÑовÑке — 3,69 ÐºÐÑ·Ñ/м2. ÐоказаÑели в Ð´ÐµÐºÐ°Ð±Ñе ÑоÑÑавлÑÑÑ Ð¾Ñ 7% до 20% Ð¾Ñ ÑÑеднегодового знаÑениÑ, а Ð² Ð¸Ñне и Ð¸Ñле возÑаÑÑаÑÑ Ð²Ð´Ð²Ð¾Ðµ.

ÐÐ¾Ñ Ð¿ÑÐ¸Ð¼ÐµÑ ÑаÑÑеÑа ÑÑÑекÑивноÑÑи ÑолнеÑнÑÑ Ð¿Ð°Ð½ÐµÐ»ÐµÐ¹ Ð´Ð»Ñ ÐÑÑангелÑÑка — Ñегиона Ѡодним из ÑамÑÑ Ð½Ð¸Ð·ÐºÐ¸Ñ Ð¿Ð¾ÐºÐ°Ð·Ð°Ñелей инÑенÑивноÑÑи ÑолнеÑного излÑÑениÑ:

15b4cf6e13b48501546f751a711c3874.jpeg

Ðде:

  • Q — ÑÑеднегодовое колиÑеÑÑво ÑолнеÑной ÑадиаÑии в Ñегионе (2,29 ÐºÐÑ·Ñ/м2);
  • ÐоÑкл — коÑÑÑиÑÐ¸ÐµÐ½Ñ Ð¾ÑÐºÐ»Ð¾Ð½ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð¿Ð¾Ð²ÐµÑÑноÑÑи коллекÑоÑа Ð¾Ñ Ñжного напÑÐ°Ð²Ð»ÐµÐ½Ð¸Ñ (ÑÑеднее знаÑение: 1,05);
  • Pном — номиналÑÐ½Ð°Ñ Ð¼Ð¾ÑноÑÑÑ ÑолнеÑной панели;
  • ÐпоѠ— коÑÑÑиÑÐ¸ÐµÐ½Ñ Ð¿Ð¾ÑеÑÑ Ð² ÑлекÑÑоÑÑÑÐ°Ð½Ð¾Ð²ÐºÐ°Ñ (0,85–0,98);
  • QиÑп — инÑенÑивноÑÑÑ Ð¸Ð·Ð»ÑÑениÑ, пÑи коÑоÑой Ð¿Ð°Ð½ÐµÐ»Ñ Ð¸ÑпÑÑÑвалаÑÑ (обÑÑно 1000 ÐºÐÑ·Ñ/м2).

67b10ebc47ca786b0904eee56bcaeba3.jpg

ÐоÑледние ÑÑи паÑамеÑÑа ÑказÑваÑÑÑÑ Ð² Ð¿Ð°ÑпоÑÑе панелей. Таким обÑазом, еÑли в ÑÑловиÑÑ ÐÑÑангелÑÑка ÑабоÑаÑÑ Ð¿Ð°Ð½ÐµÐ»Ð¸ KVAZAR ѠноминалÑной моÑноÑÑÑÑ 0,245 ÐºÐÑ, а Ð¿Ð¾ÑеÑи в ÑлекÑÑоÑÑÑановке не пÑевÑÑаÑÑ 7%, Ñо один блок ÑоÑоÑлеменÑов обеÑпеÑÐ¸Ñ Ð³ÐµÐ½ÐµÑаÑÐ¸Ñ Ð² ÑазмеÑе около 550 ÐÑ·Ñ. СооÑвеÑÑÑвенно, Ð´Ð»Ñ Ð¾Ð±ÑекÑа ѠноминалÑнÑм поÑÑеблением 10 ÐºÐÑ·Ñ Ð¿Ð¾Ð½Ð°Ð´Ð¾Ð±Ð¸ÑÑÑ Ð¾ÐºÐ¾Ð»Ð¾ 20 Ð¿Ð°Ð½ÐµÐ»ÐµÐ¹.

Добавить комментарий

Adblock
detector