Схема солнечной батареи

Автономные системы электроснабжения загородных объектов позволяют жить в комфорте даже вдалеке от централизованных коммуникаций. Нередко наряду с традиционными схемами используют альтернативные, основанные на использовании энергии солнца.

Чтобы гелиосистема функционировала правильно, необходима грамотно составленная схема подключения солнечных батарей. Потребуется комплект качественного оборудования, способный справляться с возложенными обязанностями.

Мы расскажем, как грамотно спланировать размещение компонентов мини-электростанции. Вы узнаете, как выбрать технические устройства для сборки системы и как их правильно подключить. С учетом наших советов вы сможете соорудить эффективно действующую установку.

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.

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.

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.

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, 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.

Виды альтернативных источников энергии:

1. Монокристаллические. Максимальный КПД – 25%. Углы таких панелей немного скошены. Устройствам характерный черный цвет. Их лицевая сторона должна обращаться к солнцу всегда. Если вдруг солнце спрячется за тучу, производство тока значительно снизится. Главное преимущество монокристаллических батарей – максимальная производительность, а недостаток довольно высокая цена.
2. Поликристаллические. Модели квадратной или прямоугольной формы, которые чаще всего имеют темно-синий цвет. Устройство состоит из вкраплений неоднородных кристаллов кремния. КПД составляет около 18%, но зато выработка энергии возможна даже в пасмурную погоду, что невероятно важно на местности, где преобладает рассеянный солнечный свет.
3. Аморфные. Наиболее дешевый вариант и тому есть свои причины. Их КПД составляет всего 6%. Срок службы не больше двух лет. Конструкция таких батарей представляет собой слои пластмассы, стекла или фольги, на которые очень тонко напыляется кремний. Они достаточно быстро выгорают, тем самым в разы снижая эффективность работы.

Как выбрать место для монтажа солнечных батарей

Вы, наверняка, видели дома с блестящими панелями на крыше. Казалось бы, что место очевидно, но все же в его выборе есть свои правила. Для максимальной продуктивности батареи устанавливаются в наиболее освещенном месте во всем дворе. И это не обязательно крыша. Для этого подойдет земельный участок, на который помещаются специальные опоры. Если это Ваш вариант, позаботьтесь, чтобы на панели не падала тень от соседних зданий, деревьев и больших предметов. Интересно, что поликристаллические модели еще могут справляться с затемнением, а вот монокристаллические практически приостанавливают свою работу, если на них падает тень. Возможно, пока за Вашим забором нет соседей, но в будущем они обязательно появятся. Этот момент нужно обязательно предусмотреть.

Если все же Вам по душе размещение солнечных панелей на крыше или стенах дома, нужно выдерживать определенное расстояние между ними. Ряды не должны затенять друг друга, если их достаточно много. Расстояние между рядами должно быть не менее 1,7 высоты ряда.

В контексте монтажа источников альтернативной энергии стоит затронуть такой показатель, как инсоляция. Она обозначает, сколько солнечной радиации выпадает в Вашем регионе. Чем выше этот показатель, тем больше энергии смогут выработать модули. Если Вы живете на севере, то возможно, понадобится больше панелей для достижения той же выходной мощности, нежели на юге страны. Ниже мы наводим карту инсоляции Украины, чтобы Вы могли понимать, насколько рационально устанавливать батареи в Вашем регионе.

Как установить солнечные панели самостоятельно:

1. Все работы выполняются в теплую и сухую погоду. Крышу или другую поверхность, на которой будет осуществляться монтаж, нужно очистить от мусора, выровнять (касается установки на участке), обезжирить и в некоторых случаях обработать грунтовкой.
2. При их монтаже невероятно важны правильные азимут и угол наклона. Для северного полушария идеальный азимут 180° на юг. Оптимальный угол наклона для Киева составляет 35-55°. Это отличный вариант для лета, а вот зимой для наибольшей эффективности рекомендуемый наклон – 45-55°. Кстати, на рынке существуют панели с возможностью изменения угла наклона.
3. Важный нюанс – выставлять панели нужно относительно поверхности земли, а не крыши.
4. Коммутирующие провода, перемычки, крепежи, продольные соединители, алюминиевые профили, кронштейны и специальные опоры для установки на землю можно докупить отдельно в зависимости от Ваших предпочтений, целей и бюджета.
5. Начинать монтаж стоит из детального изучения схем размещения, которые необходимо разработать самостоятельно.
6. Создайте разметку для опорных стоек. Они должны находиться параллельно друг другу на расстоянии 1-1,2 м.
7. Затем просверлите отверстия и залейте их солидолом или другой подобной смазкой. Вставьте и вбейте в отверстия анкера или дюбеля (6х65). Анкера крепятся на опорных рейках крыши. Бетонная кровля намного лучше поддается монтажу, нежели металлочерепичная.
8. На кронштейны выкладывается разогретый рубероид, который должен выступать за края панелей как минимум на 5 см. Рубероид обеспечивает устойчивость, прочность и пластичность. Дайте ему немного остыть.
9. Наконец-то на кронштейны крепятся профили горячего цинкования с толщиной покрытия 70-150 мкм. Используйте алюминиевые крепежи. Это отличная защита от коррозии.
10. Далее идет монтаж кабелей. Кабель постоянного тока крепится под металлическую конструкцию. Его задача соединить все панели в системе и подсоединить их к коммутатору и инвертору. Все провода крепятся к тыльной стороне профиля с помощью пластиковых хомутов. Далее кабели постоянного тока выводятся к трансформаторной подстанции.
11. Солнечные панели крепятся на профили с использованием прижима для удержания конструкции. Прижим монтируется на профиль двумя саморезами для кровли на расстоянии 20 мм друг от друга.
12. Трансформаторная подстанция крепится к стене дома с помощью дюбелей. Затем, используя электрокабель на 10 кВт подключитесь к городской линии электропередач.
13. Для наземной установки понадобятся опоры из алюминиевых труб или оцинкованной стали. Они заливаются в бетон или просто вкапываются в землю. На такие опоры устанавливают каркас из натурального дерева и алюминиевых балок. Алюминий страхует природный материал, потому что древесина боится сырости. Учтите, что высота панелей от земли должна быть не меньше 1 м.

Конечно, для создания электростанции в домашних условиях не нужна лицензия. Если есть желание, время и Вы уверены в своих силах, то можете заняться установкой солнечных панелей самостоятельно. Но помните, что при неправильном подсоединении хотя бы одного из кабелей, вся система просто не будет работать, а в некоторых случаях может и сломаться. Если обращаться к профессионалам, то это обойдется недешево, но зато Вы будете спать спокойно.

Как рассчитать количество солнечных батарей

Прежде всего необходимо рассчитать, сколько электроэнергии потребляет Ваша семья за день. Приблизительное количество можно понять из показателей в квитанциях на оплату электричества, которые приходили Вам ранее. Просто разделите этот показатель на количество дней в месяце. Если это совсем новый дом и раньше Вам не приходили квитанции, то придется подсчитать потребляемую мощность всех электроприборов за сутки. К этой цифре прибавьте еще 20%, которые пойдут на работу самих аккумуляторов батареи. Полученные данные помогут определить, сколько панелей и какой мощности Вам нужны. При расчетах стоит брать во внимание и уровень инсоляции в Вашем регионе.

Уход за солнечными батареями

В зимний период, когда выпадает снег, выработка электроэнергии панелями сводится к нулю. Логично, что их необходимо очищать от осадков. Для очистки снега на батареях, которые установлены на опорах, Вам понадобится щетка с длинной ручкой или воздуходувка. Если же они размещены на здании, то еще на моменте монтажа стоит позаботиться о беспроблемном доступе к ним. Часто к стенам батареи крепятся под углом 90°. В таком случае, возможно, и вовсе не придется чистить снег – он будет пролетать мимо.

Выработке солнечной энергии мешает не только снег, а и птичий помет, чрезмерное количество пыли, грязи. Поэтому модули нуждаются в уходе не только зимой, а и в теплое время года. Чтобы избавиться от всего этого, поливайте панели водой из шланга приблизительно до четырех раз в год в зависимости от степени загрязнения.

Кроме того, время от времени нужно проверять, должным ли образом работают все источники альтернативной энергии на Вашем участке. Также всего лишь раз в 10 лет понадобится замена батареек.

Итак, самостоятельно установить систему солнечных батарей вполне возможно. К тому же, делая все своими руками, Вы заметно сэкономите. Но самое важное – правильно подобранные и установленные источники альтернативной энергии окупят себя уже за 3-4 года.

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.

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.

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 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 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 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.

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.

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.

Возможные варианты подключения солнечных панелей

При монтаже солнечных электростанций неизбежно возникает вопрос – как соединять солнечные панели и чем отличаются варианты подключения. Именно об этом мы и поговорим в этой статье.

Существуют 3 варианта соединения солнечных панелей между собой:

-Последовательное соединение

-Параллельное соединение

-Последовательно-параллельное соединение солнечных панелей

Для того чтобы разобраться чем они отличаются, обратимся к основным характеристикам солнечных панелей:

• Номинальное напряжение солнечной батареи – как правило 12В или 24В, но существуют и исключения
• Напряжение при пиковой мощности Vmp – напряжение при которой панель выдает максимальную мощность
• Напряжение холостого хода Voc – напряжение в отсутствии нагрузки (важно при выборе контроллера заряда АКБ)
• Напряжение максимальное в системе Vdc – определяет максимальное количество панелей объединенных вместе
• Ток Imp – ток при максимальной мощности панели
• Ток Isc – ток короткого замыкания, максимально возможный ток панели

Мощность солнечной панели определяется как произведение Напряжения и тока в точке максимальной мощности – Vmp* Imp

В зависимости от того какая схема подключения солнечных панелей выбрана, будут определяться характеристики системы солнечных панелей и подбираться соответствующий контроллер заряда.

Теперь предметно рассмотрим каждую схему соединения:

1) Последовательное соединение солнечных панелей

При таком соединении минусовая клемма первой панели соединяется с плюсовой клеммой второй, минусовая второй с клеммой третьей и так далее.

При последовательном соединении нескольких панелей, напряжение всех панелей будет складываться. Ток системы будет равен току панели с минимальным током. По этой причине не рекомендуется соединять последовательно панели с различным значением ток максимальной мощности, поскольку работать они будут не в полную силу.

Рассмотрим на примере:

Имеем 4 солнечных монокристаллических панели со следующими характеристиками:

• Номинальное напряжение солнечной батареи: 12В
• Напряжение при пиковой мощности Vmp: 18.46 В
• Напряжение холостого хода Voc: 22.48В
• Напряжение максимальное в системе Vdc: 1000В
• Ток в точке максимальной мощности Imp: 5.42А
• Ток короткого замыкания Isc: 5.65А

Соединив последовательно 4 таких панели мы получим на выходе номинальное напряжение 12В*4=48В. Напряжение холостого хода = 22,48В*4=89,92В и Ток в точке максимальной мощности равный 5,42А. Эти три параметра задают нам ограничения при выборе контроллера заряда.

2) Параллельное соединение солнечных панелей

В данном случае панели соединяются при помощи специальных Y — коннекторов. У таких коннекторов имеется два входа и один выход. К входам подключаются клеммы одинакового знака.

При таком соединении напряжение на выходе каждой панели будет равны между собой и равны напряжению на выходе из системы панелей. Ток от всех панелей будет складываться. Такое соединение позволяет, не поднимая напряжения увеличить ток от панелей.

Рассмотрим на примере все тех же 4х панелей:

Соединив параллельно 4 таких панели мы получим номинальное напряжение на выходе равное 12В, Напряжение холостого хода останется 22,48В, но ток при этом будет равен 5,42А*4=21,68А.

3) Последовательно-параллельное соединение солнечных панелей

Последний тип соединения объединяет в себе два предыдущих. Применяя данную схему соединения панелей, мы можем регулировать напряжение и ток на выходе из системы нескольких панелей, что позволит подобрать наиболее оптимальный режим работы всей солнечной электростанции.

В случае такого подключения соединенные последовательно цепочки панелей объединяют параллельно.

Вернемся к нашему примеру с 4мя панелями:

Соединив по 2 панели последовательно и затем объединим их соединив цепочки панелей параллельно мы получим следующее. Номинальное напряжение на выходе будет равно сумме двух последовательно соединенных панелей 12В*2=24В, напряжение холостого хода будет равно 22,48В*2=44,96В, а ток при этом будет равен 5,42А*2=10,84А.

Такое соединение позволит максимально сэкономить на покупке контроллера заряда, поскольку от него не потребуется выдерживать больших напряжений как в случае последовательного соединения или больших токов как в случае параллельного соединения. Именно поэтому соединяя панели между собой необходимо стремится к балансу между токами и напряжениями.