Аккумуляторы для солнечных батарей и правила их подключения

Схема подключения солнечной батареи к аккумулятору, типы аккумуляторов, основные технологии аккумуляторов, их преимущества и недостатки.

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.

Похожие записи

Световое отражение Вентиляция солнечных батарей Не устанавливайте нижнюю сторону солнечных батарей вплотную, между панелью и установочной плоскостью должно быть расстояние для циркуляции воздуха. Как подключить солнечную батарею Как подключить солнечную батарею Вопрос как подключить солнечную батарею решается с помощью комплектующих систему элементов. Несмотря на это, мы остановили свой выбор на солнечных батареях китайской компании Suoyang.

Как собрать небольшую солнечную электростанцию Для того чтобы собрать небольшую солнечную электростанцию, вам понадобятся: Солнечная батарея; Аккумулятор желательно герметичный, если вы планируете установить его в помещении ; Инвертор для преобразования электрического напряжения 12В в В; Предохранители для защиты от короткого замыкания желательно ; Комплект коннекторов МС4 для подключения солнечной батареи к контроллеру. При этом нужно знать три основных типа подключения солнечных панелей.

При расположении солнечных батарей на крыше, панели могут полностью покрыть скат или занять небольшую его часть — тут нет определенных правил, поэтому какая ширина и длина будет у рамы, выбирает сам сборщик.

Эффективность работы панелей напрямую зависит от их грамотной ориентации относительно солнечного света.

Такая конструкция представлена в продаже в следующих вариантах: наклонная — подобные системы оптимальны для монтажа на скатной кровле; горизонтальная — эта конструкция крепится к плоским крышам; свободностоящая — установить батареи подобного типа можно на крышах различного типа и размера.

Проектируя такой вариант монтажа в расчет стоит брать два вида нагрузки: не резервируемая — свет в доме, бытовая техника и пр.

Соблюдайте последовательность подключения элементов солнечной электростанции, чтобы избежать поломки контроллера. Главное, помнить о двух правилах, без которых будет невозможным потребление энергии.
Солнечные панели. Зеленый тариф. Часть 4. Сетевой инвертор.

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.

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.

На что обратить внимание при установке

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

  • угол наклона от горизонта;
  • ориентация расположения.

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

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

Мощность и выработка сетевых солнечных электростанций

Сетевая солнечная электростанция предназначена исключительно для питания объектов, подключенных к централизованной сети, так как в ее составе нет аккумуляторных батарей. В состав комплекта входит

  • Фотоэлектрические модули (ФЭМ) Хевел
  • Инвертор
  • Сопутствующее оборудование (MC4 коннекторы, распределительный щит, силовой и солнечный кабель, опорные конструкции)

Сетевые комплектыСетевая СЭС комплект «Минимальный»Сетевая СЭС комплект «Базовый»Сетевая СЭС комплект «Стандарт»Сетевая СЭС комплект «Расширенный»

Номинальная мощность СЭС, кВт 3,5 5,2 9,9 15
Стоимость сетевой электростанции (с учетом доставки и монтажа на объекте), руб. * 326 580 477 846 892 234 1 266 346
Вырабатываемая энергия сетевой СЭС (расчетные данные для Москвы и МО) в год, кВт*ч 3 590 5 330 10 150 15 300
Расчетная экономия владельца сетевой СЭС в год, руб. ** 20 570 30 540 58 160 87 670
Расчетная экономия владельца сетевой СЭС в руб. за 25 лет ** 720 000 1 100 000 2 150 000 3 300 000

* Не является офертой. Актуальную цену уточняйте на сайте mes-elektrik.ru ** Исходные расчетные данные: Московская область, тариф на электроэнергию для физических лиц – 5,73 руб. за кВт*ч

Виды фотоэлементов

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

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

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

sobrat-solnechnuyu-batareyu-svoimi-rukami.jpg

Правила эксплуатации

Одной покупки и монтажа для счастья будет недостаточно – в обязательном порядке следует ознакомиться с правилами пользования системами сбора солнечной энергии и аккумуляторов. С целью экономии носителя энергии следует обеспечить максимально возможную передачу электроэнергии от солнечного приемника к конечному потребителю. Следует использовать аккумуляторы исключительно для накопления электричества. В этом случае срок эксплуатации будет искусственно увеличен. Этой же цели послужит защита от тряски и прочих нежелательных воздействий.

Следует держать под контролем температуру элементов питания. В случае повышения может возникнуть потребность в добавлении воды или дополнительном обслуживании. В результате понижения температуры электролит может загустеть. Оба варианта могут привести к быстрому истощению, перебоям в работе. Это значит, что владельца ждут дополнительные расходы на незапланированный ремонт. Глубокая разрядка и зарядка устройства от солнечной панели приводит к сокращению емкости. Это становится причиной преждевременного выхода из строя элементов питания. Предотвратить неприятный конец можно с помощью современных составляющих системы.

С течением времени установленной системе может понадобиться модернизация. В этом случае следует еще раз изучить технические характеристики имеющегося оборудования

Важно понять, что можно использовать повторно. Неисправные и непригодные элементы необходимо заменить либо точно такими же, либо на соответствующие аналоги. Не стоит пренебрегать возможностью переоснащения и улучшения гелиосистемы с целью повышения эффективности

Не стоит пренебрегать возможностью переоснащения и улучшения гелиосистемы с целью повышения эффективности.

О том, как выбрать аккумулятор для солнечных батарей, смотрите в следующем видео.

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

Устройство и принцип работы

Рисунок 1 – Общий вид солнечной батареи.

Основными составляющими солнечной батареи являются фотогальванические ячейки, сделанные из пластин кремния. Панель состоит из алюминиевой рамы, в которую вставлено закаленное, ударопрочное сверхпрозрачное стекло. На стекло в виде матрицы укладываются ячейки, которые соединяются последовательно методом пайки. Общий вид солнечной батареи приведен на рисунке 1, а типичная схема соединения ее ячеек – на рисунке 2. Количество ячеек может быть разное в зависимости от требуемой мощности. В результате этого у собранной батареи получаются два вывода – “+” и “-“. Далее этот набор ячеек подвергается инкапсуляции, то есть тщательно герметизируется специальной пленкой или заливается двухкомпонентным компаундом – веществом, похожим на эпоксидную смолу.

Под воздействием света на кремниевых элементах возникает разность потенциалов, которая в итоге суммируется, так как ячейки соединены последовательно. Напряжение солнечной батареи будет меняться, в зависимости от интенсивности освещения. Чтобы эффективно использовать полученную электроэнергию, солнечную батарею нужно правильно подключать в схему взаимодействия с другими устройствами.

Схема подключения солнечных батарей.

Все комплектующие нужно подключать в строгой последовательности.

Как подключить солнечную батарею

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.

Достоинства конструкций

  • Бесперебойно обеспечивают загородные дома качественной электроэнергией, поскольку энергия Солнца мощная и неиссякаемая.
  • Дают возможность пользования привычным электрооборудованием благодаря инвертору, который преобразует в переменный постоянный ток, давая на выходе 230 В.
  • Электроснабжение загородного дома находится под автоматической 100% защитой. Надежно защищает автоматику энергосистемы контроллер, присутствующий в схеме подключения, не допускающий в темное время суток перегрузки системы.
  • Оснащение дома солнечными батареями не требует согласования проекта, поэтому сэкономить можно на оформлении его и на оплате за классическую электроэнергию, стоимость которой с каждым годом растет.
  • Продолжительный срок службы — до 30 лет. Поэтому их выбирают в прогрессивных странах для генерации энергии. У нас это процесс новый пока и дорогостоящий, поэтому люди стараются собирать их своими руками, что получается у них достаточно успешно.

Достоинства конструкций

К недостаткам относится, прежде всего, высокая цена и недостаточное число профессиональных мастеров, способных грамотно сделать расчет и выполнить монтаж. Окупаемость установок происходит в течение 4-5 лет.

Как стало понятно, подключить загородный дом к такому источнику несложно. Главное – определить, какой должна быть на выходе нагрузка. Важно не забывать, что напрямую к контроллеру нельзя подключать инвертор, чтобы не погубить электростанцию загородного дома.

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.

Рекомендуемая схема подключения

Использование солнечной батареи, у которой максимальное значение генерируемого тока примерно равно току зарядки аккумулятора, позволяет автоматически заряжать АКБ при освещении. В этом случае следует предусмотреть некоторые правила подключения солнечной батареи к аккумулятору. Схема приведена на рисунке ниже.

Схема подключения солнечной батареи к аккумулятору
Первое, что необходимо учесть – это подключение аккумулятора через диод (на схеме VD1). Такой способ поможет решить сразу 2 проблемы:

  1. При плохом освещении напряжение солнечной батареи может стать ниже, чем напряжение на аккумуляторе. Без диода это приведет к разряду аккумулятора через внутреннее сопротивление солнечной панели вместо заряда.
  2. Применение диода исключает необходимость отключения солнечной батареи от аккумулятора в темное время суток.

Помимо диода рекомендуется последовательное подключение миллиамперметра к солнечной батарее. Он позволяет определить ток какой величины потребляет аккумулятор солнечной энергии. Так вы сможете без проблем узнать, работает солнечная панель или нет. Если же Вы планируете использовать аккумулятор во время его зарядки или подзарядки, позаботьтесь о подключении в схему буферного конденсатора (на схеме С1).

Статью подготовила Абдуллина Регина

Небольшое видео о параллельном и последовательном подключении батарей:

Пути повышения эффективности автономного электроснабжения

Для повышения эффективности солнечной электростанции можно идти двумя путями: увеличивать количество генерируемой электроэнергии с одной стороны и уменьшать её потребление с другой. Пути для увеличения генерируемой электроэнергии могут быть следующие:

  • установка солнечных батарей на подвижную траверсу или на механизм управления зенитальным наклоном (полумера, но тоже достаточно эффективная, в основном для монокристаллических панелей);
  • использование качественных аккумуляторов с малым процентом саморазряда и долгим сроком службы без значительного снижения емкости;
  • регулярное техническое обслуживание системы: чистка панелей от пыли и снега, обслуживание разъемных и клеммных соединений с целью уменьшения контактных сопротивлений и, как следствие, потерь мощности.

Со стороны нагрузки энергоэффективность может быть увеличена следующим образом:

  • выделение цепи низковольтного питания напрямую от аккумулятора, например, для подключения светодиодного освещения. Это позволит избежать двойного преобразования энергии в инверторе;
  • отключение инвертора при отключении нагрузки на его выходе, так как инвертор, работающий вхолостую, все равно потребляет небольшое количество энергии;
  • установка совместно с освещением датчиков движения с таймером, чтобы исключить досадное расходование электроэнергии из-за того, что просто забыли выключить лампу в прихожей.

© рмнт.ру, Игорь Максимов

Выбор предохранителя

Предохранители для солнечных батарей

Кроме вышеперечисленных элементов в солнечных системах обязательно используются предохранители, как во многих электроприборах.

Защита предусмотрена как по постоянному току (DC), так и по переменному (AC).

Предохранители для солнечных батарей

Рассматривать подробные электрические схемы соединения не имеет особого смысла, поскольку для каждой гелиосистемы потребуется подобрать индивидуальный набор элементов и оптимизировать электросхему. А поскольку все элементы рекомендуется приобретать у одного изготовителя для их лучшей совместимости, то это вообще излишне, поскольку специалисты на фирме подберут комплект оборудования и коммутационные элементы в соответствии с вашими условиями и возможностями, а также дадут подробную схему подключения и рекомендации.

Дом с солнечной панелью

( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )

Видео

Смотрите в нашем видео подробную инструкцию по сборке солнечной батареи.

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