Подключение солнечных панелей к контроллеру, аккумулятору и инвертору

Собрать солнечную батарею своими руками: пошаговая инструкция по сборке + видео. Схема подключения для загородного дома. Этапы монтажа, установка на крыше, крепление.

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.

Как соединить солнечные батареи между собой

Это очень важный момент, ведь от типа соединения будут зависеть характеристики тока на выходе с панелей. А от этого меняются требования к проводам и прочему оборудованию. О соединении фотоэлементов между собой у нас есть подробный материал.

Внимательно отнеситесь к выбору провода для соединения. Для стандартных домашних электростанций обычно берут сечение не менее 4 мм2, а сам кабель должен быть устойчив к ультрафиолету.

Что представляет собой бытовая солнечная батарея

Гелиоэнергетика – это настоящая находка для получения дешевой электроэнергии. Однако даже одна солнечная батарея стоит достаточно дорого, а для того чтобы организовать эффективную систему их нужно немалое количество. Поэтому многие решаются собрать солнечную батарею своими руками. Для этого нужно уметь немного паять, так как все элементы системы собираются в дорожки, а потом крепятся на основание.

sobrat-solnechnuyu-batareyu-svoimi-rukami-8.jpg

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

2017-06-01_181801.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%.

Схема подключения модуля

s75772028.jpg

Клик для увеличения схемы

После снятия задней стенки можно получить доступ к печатной плате устройства.

В качестве аккумулятора была выбрана батарея 12 В емкостью 1,2 А/ч, потому, что она у автора была. На самом деле в ясный солнечный день панель сможет зарядить 2-3 таких аккумулятора. Для уменьшения опасности короткого замыкания в цепь аккумулятора включен плавкий предохранитель. Для недопущения разряда аккумулятора через солнечную панель при малом освещении последовательно с панель включен диод Шотки типа IN5817. Когда аккумулятор полностью заряжен ток, отбираемый от солнечной батареи, составляет около 50 мА, при напряжении 19 В.

В качестве тестовой нагрузки использована самодельная светодиодная фитолампа на 4-х последовательно включенных фитосветодиода мощностью 1 Вт, последовательно со светодиодами включен резистор типа МЛТ-2, сопротивлением 30 Ом. При напряжении 12,6 В, ток потребляемый лампой составит около 60 мА. Таким образом аккумулятор на 1,2 А*ч позволяет питать эту лампу около 20 часов.

В целом собранная автономная конструкция оказалась вполне работоспособной с технической точки зрения. Но с экономической точки зрения, учитывая стоимость солнечной батареи, аккумулятора и блока управления картина получается безрадостной. Солнечная батарея стоит 2700 р,  аккумулятор 12 В 1,2 А/ч стоит около 500 р, блок управления 400 р. Так же автор пробовал использовать два последовательно включенных аккумулятора 6 В 12 А/ч (они будут иметь стоимость около 3000 р), такой аккумулятор у автора заряжается за 3-4 солнечных дня, при этом ток зарядки доходит до 270 мА.

Общая стоимость использованного оборудования в минимальной комплектации 3600 р. Как несложно видеть, данная фитолампа потребляет около 0,8 Вт. При тарифе 3,5 р за 1 кВт/ч, лампа должна работать от сети при КПД источника питания 50%, около 640000 ч или 73 года только для того, что бы можно было оправдать затраты на оборудование. При этом за такой промежуток времени, несомненно, придется несколько раз полностью сменить оборудование, деградацию аккумулятора и фотоэлементов ни кто не отменял.

Как подключить солнечную батарею.

Самая простая схема подключения солнечной батареи состоит из элементов:

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

Типы аккумуляторов

В солнечной энергетике наибольшей популярностью пользуется герметичный свинцово-кислотный аккумулятор, производимый с использованием 2 различных технологий:

  1. Gelled Electrolite.
  2. Absorptive Glass Mat.

Технология Gelled Electrolite стала применяться в конце 50-х годов. Она заключается в добавлении оксида 4-хвалетного кремния в электролит, что способствует переходу электролита в гелеобразное состояние. Этот метод позволяет достичь абсолютной герметичности батареи, а циркуляция газов осуществляется в многочисленных порах желеобразного электролита. Большой плюс гелевых аккумуляторов для солнечных батарей, производимых с применением технологии Gelled Electrolite, это отсутствие необходимости доливки воды в течение всей эксплуатации.

Технология Absorptive Glass Mat была разработана в 70-е годы. Она предполагает использование пористого стекловолоконного заполнителя-сепаратора. Его пропитывают электролитом и тем самым переводят в безжидкостное состояние. Дозируя количество электролита, добиваются того, чтобы заполненными оказались лишь мелкие поры, так как более крупные предназначаются для свободной циркуляции газов. AGM-батареи также не требуют дополнительного обслуживания.

Солнечные аккумуляторные батареи, производимые и по первой, и по второй технологии, обладают как достоинствами, так и недостатками. Узнать о них более подробно Вы сможете из таблиц 1 и 2.

Таблица 1. Преимущества

AGM технология GEL технология
Абсолютно герметичная конструкция исключает возможность утечки кислоты и коррозии клемм, а также позволяет монтировать АКБ в любом положении, за исключением вверх дном. Допускается установка аккумулятора на боковую поверхность и вверх дном.
Являются более устойчивыми к глубоким разрядам.
Исключена возможность взрыва и выделения газов, но при условии правильной зарядки. Стабильная работа при повышенной влажности и высоком уровне вибрации.
Стабильная работа батареи при температуре ниже -30°С. Возможность эксплуатации при температурном режиме выше +50°С и ниже -35°С, а также вблизи чувствительных электронных устройств.
Увеличение срока службы за счет повышенной виброустойчивости. Увеличение срока службы за счет использования активного материала, увеличивающего емкость аккумуляторной батареи.
Время полной зарядки аккумулятора в 7 раз меньше, чем время зарядки обычной свинцово-кислотной АКБ. Минимальная цена в категориях «Цена/Количество месяцев службы» и «Цена/Число циклов».

Таблица 2. Недостатки

AGM технология GEL технология
Из-за меньшего количественного содержания электролита обладают повышенной чувствительностью к превышению зарядного напряжения В сравнении с классическими аккумуляторами гелевые АКБ имеют худшие показатели нагрузочных характеристик

Особенности

На современном рынке аккумуляторов для гелиосистем имеется огромное количество видов и моделей. Среди них отыскать правильный вариант сможет даже самый взыскательный потребитель.

Все версии объединяются единством задач, которые выступают в качестве особенностей:

  • накопление энергии Солнца в течение дня;
  • использование накопленной энергии в темное время суток;
  • поддержание электросети в пиковые моменты;
  • возмещение недостатка электроэнергии в пасмурную погоду.

В общей сложности солнечные аккумуляторы созданы выполнять две основных функции. Первым делом они собирают преобразованную энергию Солнца. Также они могут отдавать собранную энергию. Солнечные накопители позволяют собрать абсолютный максимум электроэнергии и распределить его правильно. Это они позволяют сделать бесперебойным электроснабжением Солнца.

Сегодня подобрать долговечные агрегаты, например, на 12 вольт, совсем несложно, главное, их потом правильно подсоединить.

С чего начать?

Всегда есть минимум два пути для решения любой задачи: учиться самому или поручить решение задачи кому-то другому. Первый вариант предполагает изучение теоретических материалов, чтение форумов, общение с владельцами солнечных электростанций, борьбу с внутренне жабой и, наконец, покупку оборудования, а после — установку. Второй вариант: позвонить в специализированную фирму, где зададут много вопросов, подберут и продадут нужное оборудование, а могут и установить за отдельные деньги. Я решил совместить эти два способа. Отчасти потому что мне это интересно, а отчасти для того, чтобы не напороться на продавцов, которым надо просто заработать, продав не совсем то, что мне нужно. Теперь пришло время теории, чтобы понять, как я делал выбор.

tcarjnw2wdgcjblge-1riks9gzy.jpeg

На фото пример «освоения» денег на строительство солнечной электростанции. Обратите внимание, солнечные панели установлены ЗА деревом – таким образом, свет на них не попадает, и они просто не работают.

Процесс изготовления

На любом фото самодельной солнечной батареи можно увидеть, что элементы крепятся к общему корпусу, который является необходимой и надежной защитой для всей конструкции.

Сначала из дерева или алюминия делается рамка нужных размеров, а затем с помощью силикона к ней клеится прозрачное стекло, на которое выкладываются пластинки, соблюдая расстояние между каждой около 5 мм. Это делается для того, чтобы избежать повреждений вследствие температурного расширения материала.

При пайке контактов необходимо учитывать, что параллельное соединение отдельных элементов повышает выходной ток батареи, а последовательное – ее напряжение.

Так можно добиться необходимых выходных параметров. В электрическую цепь необходимо равномерно включить 4 диода для исключения перегрева элементов и выхода их из строя.

Схема простой солнечной батареи должна обеспечивать выходное напряжение до 19 вольт потому, что аккумулятор (12 вольт) заряжается, когда к нему подключен источник с большим напряжением, чем он сам имеет. Как минимум, надо иметь батарею из 36 пластин.

Литература и ссылки

  1. habr.com/ru/news/t/370459
  2. habr.com/ru/company/beeline/blog/154423
  3. habr.com/ru/post/158875
  4. В.Мейлицев Фукусима навеяла. Журнал «Техника –молодежи» №8 2011
  5. В. Полякова «Солнечная энергетика – своими руками» Юный техник, №4 за 2011 год, с. 73-77
  6. habr.com/ru/post/251359
  7. habr.com/ru/post/455154

Автор материала – Denev.

   Форум

   Форум по обсуждению материала ПОДКЛЮЧЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

ПРИСТАВКИ К МУЛЬТИМЕТРУ

Сборник из 10 конструкций и схем приставок к цифровым мультиметрам, расширяющих функционал измерительных приборов.

Варианты подключения

8_0.jpg

Не возникает вопросов при подключении одной панели: к соответствующим разъемам контроллера подсоединяют минус и плюс. Если же панелей много, их можно подсоединить:

  • параллельно, т.е. соединим между собой одноименные клеммы и, получив на выходе напряжение 12В;

9.jpg

  • последовательно, т.е. плюс первой соединить с минусом второй, а оставшиеся минус первой и плюс второй – к контроллеру. На выходе будет 24 В.

10_0.jpg

  • последовательно-параллельно, т.е. использовать смешанное подключение. Подразумевает такая схема, что несколько групп батарей соединены между собой. Внутри каждой из них панели соединены параллельно, а группы – последовательно. Эта схема на выходе дает самые оптимальные характеристики.

11_1.jpg

Разобраться детальнее с подключением альтернативных источников в доме поможет видео:

12_1.jpg

Такие электростанции с помощью аккумуляторных батарей накапливают для дома заряд Солнца и сохраняют его, резервируя в аккумуляторных банках. В Америке, Японии, европейских странах применяется нередко гибридное электроснабжение.

То есть, работают две схемы, одна из которых обслуживает оборудование низковольтное, питающееся от 12 В, другая схема – отвечает за бесперебойное снабжение энергией высоковольтного оборудования, работающего от 230 В.

Как избежать распространенных ошибок?

Основными ошибками, встречающимися при соединении солнечных батарей, являются неправильные соединения и перепутанная полярность. Избежать их можно только одним способом — не спешить, внимательно следить за ходом работ, при возникновении сомнений не лениться проверять и уточнять назначение контактов, или их полярность.

Если используется подключение солнечных батарей к сети, схема усложняется, возникает опасность короткого замыкания или выхода приборов из строя. В таких ситуациях рекомендуется обратиться к специалистам, которые смогут правильно подключить приборы и соединить солнечные модули. Для пользователя будет полезным составить для себя схему соединений и отметить на ней полярность. Это поможет впоследствии повторить сборку и исключить ошибки.

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.

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.

солнечная батарея

Экономическая обоснованность

Сроки окупаемости солнечных панелей посчитать несложно. Умножьте суточное количество производимой энергии в сутки на количество суток в году и на срок эксплуатации панелей без снижения мощности — 30 лет. Рассмотренная выше электроустановка способна генерировать в среднем от 52 до 100 кВт·ч в сутки в зависимости от продолжительности светового дня. Среднее значение составляет около 64 кВт·ч. Таким образом, за 30 лет электростанция в теории должна выработать 700 тыс. кВт·ч. При одноставочном тарифе в 3,87 руб. и стоимости одной панели около 15 000 руб, затраты окупятся за 4–5 лет. Но реальность более прозаична.

gwrcxuky.jpg

Дело в том, что декабрьские значения солнечной радиации меньше среднегодовых примерно на порядок. Поэтому для полностью автономной работы электростанции зимой требуется в 7–8 раз больше панелей, чем летом. Это существенно увеличивает вложения, но уменьшает срок окупаемости. Перспектива введения «зеленого тарифа» выглядит вполне ободряюще, но даже на сегодняшний день можно заключить договор на поставку электроэнергии в сеть по оптовой цене, которая втрое ниже розничного тарифа. И даже этого достаточно, чтобы выгодно продавать 7–8 кратный излишек выработанной электроэнергии в летний период.

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