Слънчеви панели за летни къщи и къщи: видове, принцип на работа и процедура за изчисляване на слънчевите системи

Науката ни даде време, когато технологията за използване на слънчевата енергия стана обществено достъпна. Всеки собственик има възможност да получи слънчеви панели за къщата. Лятните жители не изостават по този въпрос. По-често те са далеч от централизирани източници за устойчиво захранване.

Предлагаме ви да се запознаете с информацията, представяща устройството, принципите на работа и изчислението на работните компоненти на слънчевата система. Запознаването с информацията, която сме предложили, ще сближи реалността за осигуряване на вашия сайт с естествено електричество.

За ясно възприемане на предоставените данни са приложени подробни диаграми, илюстрации, инструкции за снимки и видео.

Устройството и принципът на работа на слънчевата батерия

След като любознателните умове отвориха за нас природни вещества, които се произвеждат под въздействието на частици светлина от слънцето, фотоните, електрическа енергия, Процесът се нарича фотоелектричен ефект. Учените са се научили да контролират микрофизичното явление.

Въз основа на полупроводникови материали те създадоха компактни електронни устройства - фотоклетки.

Производителите са усвоили технологията за комбиниране на миниатюрни преобразуватели в ефективни слънчеви панели. Ефективността на панелните слънчеви модули, изработени от силиций, широко произвеждани от индустрията, е 18-22%.

Описанието на схемата ясно показва: всички компоненти на централата са еднакво важни - координираната работа на системата зависи от правилния им избор

От модулите се сглобява слънчева батерия. Това е крайната дестинация на фотоните от Слънцето до Земята.Оттук тези компоненти на светлинното излъчване продължават пътя си вече в електрическата верига като постоянни частици.

Те се разпределят от батерии или се преобразуват в заряди на променлив електрически ток от 220 волта, захранващи всички видове домашни технически устройства.

Слънчевата батерия е комплекс от серийно свързани полупроводникови устройства - фотоклетки, които преобразуват слънчевата енергия в електрическа

Ще намерите повече подробности за спецификата на устройството и принципа на работа на слънчевата батерия в друго популярна статия нашия сайт.

Видове модули за слънчеви панели

Слънчевите панели-модули се сглобяват от слънчеви клетки, в противен случай - фотоелектрически преобразуватели. СИК от два вида намериха широко приложение.

Те се различават по видовете силициеви полупроводници, използвани за производството им, това са:

• Поликристални. Това са слънчеви клетки, изработени от силициева стопилка при дълготрайно охлаждане. Прост метод на производство определя достъпността на цената, но ефективността на поликристалната опция не надвишава 12%.
• Monocrystalline. Това са елементите, получени чрез рязане на тънки плочи от изкуствено отгледан силиконов кристал. Най-продуктивният и скъп вариант. Средната ефективност в областта от 17%, можете да намерите монокристални фотоклетки с по-висока производителност.

Поликристални слънчеви клетки с плоска квадратна форма с нееднородна повърхност. Монокристалните сортове изглеждат като тънки, хомогенни повърхностни структурни квадратчета с изрязани ъгли (псевдо квадрати).

Ето как изглеждат фотоволтаичните фотоелектрически преобразуватели: характеристиките на слънчевия модул не зависят от разнообразието от използвани елементи - това се отразява само на размера и цената

Панелите на първата версия със същата мощност са по-големи от втората поради по-ниската ефективност (18% срещу 22%). Но средният интерес е десет по-евтин и с преобладаващо търсене.

За правилата и нюансите на избора на слънчеви панели за подаване на енергия за автономно отопление можете прочетете тук.

Схема на работа на слънчевото захранване

Когато погледнете мистериозно звучащите имена на възлите, които изграждат слънчевата система за захранване, идеята стига до супер техническата сложност на устройството.

На микро ниво на живота на фотона това е така. И очевидно общата схема на електрическата верига и принципът на нейното действие изглеждат много прости. От небесното светило до „светилото на Илич“ има само четири стъпки.

Слънчевите модули са първият компонент на електроцентралата. Това са тънки правоъгълни панели, сглобени от определен брой стандартни фотоклетки. Производителите правят фото панелите различни по електрическа мощност и напрежение, кратно на 12 волта.

Устройствата с плоска форма са удобно разположени върху повърхности, изложени на директни лъчи. Модулните единици се комбинират чрез свързване на слънчевата батерия. Задачата на батерията е да преобразува получената енергия на слънцето, произвеждайки постоянен ток с дадена стойност.

Устройства за съхранение на електрическа такса - батерии за соларни панели известни на всички. Тяхната роля вътре в системата за доставка на енергия от слънцето е традиционна. Когато домашните потребители са свързани към централизирана мрежа, енергийните запаси се съхраняват в електроенергия.

Те също натрупват излишъка му, ако токът на слънчевия модул е ​​достатъчен за осигуряване на консумираната мощност от електрическите уреди.

Батерийният комплект дава на веригата необходимото количество енергия и поддържа стабилно напрежение веднага щом консумацията му се повиши до повишена стойност. Същото се случва например през нощта с празни фото панели или по време на леко слънчево време.

Схемата за енергоснабдяване на къщата, използваща слънчеви панели, се различава от опциите с колекторите в способността да акумулира енергия в батерията

Контролерът е електронен посредник между слънчевия модул и батериите. Нейната роля е да регулира нивото на батерията. Устройството не позволява тяхното кипене от презареждане или падане на електрически потенциал под определена норма, необходима за стабилната работа на цялата слънчева система.

Флип, звукът на термина е толкова буквално обяснен слънчев инвертор, Да, защото всъщност това устройство изпълнява функция, която някога изглеждаше измислица на електроинженерите.

Той преобразува постоянния ток на слънчевия модул и батериите в променлив ток с потенциална разлика 220 волта. Именно това напрежение работи за огромното мнозинство домакински електрически уреди.

Потокът от слънчева енергия е пропорционален на положението на звездата: инсталирането на модули би било добре да се предвиди регулиране на ъгъла на наклона в зависимост от времето на годината

Максимално натоварване и средна дневна консумация на енергия

Удоволствието да имаш собствена слънчева станция е все още много. Първата стъпка по пътя към притежаване на силата на слънчевата енергия е да се определи оптималното максимално натоварване в киловати и рационалното среднодневно потребление на енергия в киловатчаса на дома или лятната вила.

Пиковото натоварване се създава от необходимостта от включване на няколко електрически устройства наведнъж и се определя от тяхната максимална обща мощност, като се вземат предвид завишените начални характеристики на някои от тях.

Изчисляването на максималната консумация на енергия ви позволява да идентифицирате жизнената необходимост от едновременната работа на кои електрически уреди, а кои не са много. Този индикатор се подчинява на характеристиките на мощността на възлите на електроцентралата, тоест общата цена на устройството.

Ежедневната консумация на енергия на електрически уред се измерва с произведението на неговата индивидуална мощност за времето, през което той е работил от мрежата (консумира електроенергия) за един ден. Общото среднодневно потребление на енергия се изчислява като сумата от консумираната енергия на електроенергия от всеки потребител за дневния период.

Последващият анализ и оптимизиране на получените данни за натоварванията и консумацията на енергия ще осигури необходимото оборудване и последваща работа на слънчевата енергийна система с минимални разходи

Резултатът от потреблението на енергия помага за рационализиране на потреблението на слънчева електроенергия. Резултатът от изчисленията е важен за по-нататъшното изчисляване на капацитета на батерията. От този параметър зависи още повече цената на батерията, много полезен компонент на системата.

Процедурата за изчисляване на енергийните показатели

Процесът на изчисления буквално започва с хоризонтално разположен, в клетка, разширен лист за тетрадка. С леки линии на молив от лист получавате формуляр с тридесет броя и линии по броя на домакинските уреди.

Подготовка за аритметични изчисления

Първата колона е нарисувана традиционно - сериен номер. Втората колона е името на уреда. Третият е неговата индивидуална консумация на енергия.

Колоните от четвъртата до двадесет и седмата са часовете на деня от 00 до 24. Следните се въвеждат в тях през хоризонталната дробна линия:

• в числителя - времето на работа на устройството в периода на определен час в десетична форма (0,0);
• знаменателят отново е неговата индивидуална консумация на енергия (това повторение е необходимо за изчисляване на часови натоварвания).

Двадесет и осмата колона е общото време, което домакинският уред работи през деня. На двадесет и деветото място се записва личното потребление на енергия в резултат на умножаване на индивидуалната консумация на енергия по време на работа за дневния период.

Съставянето на подробни спецификации на потребителите, като се вземат предвид часовите натоварвания, ще помогне да се оставят по-познати устройства поради рационалното им използване.

Тридесетата колона също е стандартна - забележете. Полезно е за междинни изчисления.

Спецификация на потребителя

Следващият етап на изчисленията е преобразуването на формуляр за тефтер в спецификация на домакинските потребители на електроенергия. Първата колона е ясна. Ето номерата на линиите

Втората колона съдържа имената на потребителите на енергия. Препоръчва се да започнете да пълните входното антре с електрически уреди. По-долу са описани други стаи обратно на часовниковата стрелка (както желаете).

Ако има втори (и т.н.) етаж, процедурата е същата: от стълбите - кръгово. В същото време човек не трябва да забравя за стълбищните устройства и уличното осветление.

По-добре е третата колона да се запълни с мощността, противоположна на името на всяко електрическо устройство по пътя с второто.

Колоните от четири до двадесет и седем отговарят на всеки час от деня им. За удобство те могат веднага да се зачеркнат с хоризонтални линии в средата на линиите. Получените горни половини на линиите са като числители, долните половини са знаменатели.

Тези колони се попълват ред по ред. Числителите са селективно форматирани като интервали от време в десетичния формат (0,0), отразяващи работното време на даден електрически уред за определен час. Успоредно с числителите, знаменателите се въвеждат с индикатора за мощност на устройството, взет от третата колона.

След като всички часови колони са пълни, те пристъпват към отчитане на индивидуалното ежедневно работно време на електрическите уреди, движещи се по линиите.Резултатите се записват в съответните клетки на двадесет и осмата колона.

В случай, че соларната централа играе спомагателна роля, така че системата да не работи на празен ход, част от натоварването може да бъде свързана към нея за постоянна мощност

Въз основа на мощността и работното време дневното потребление на енергия на всички потребители се изчислява последователно. Отбелязва се в клетките на двадесет и деветата колона.

Когато всички редове и колони от спецификацията са попълнени, те изчисляват сумите. Като се добави графичната мощност от знаменателите на часовите колони, се получават натоварванията на всеки час. Обобщавайки индивидуалната дневна консумация на енергия в двадесет и деветата колона отгоре надолу, те намират общата дневна средна стойност.

Изчислението не включва собственото потребление на бъдещата система. Този фактор се взема предвид чрез спомагателен коефициент при последващи окончателни изчисления.

Анализ и оптимизация на данните

Ако слънчевата енергия е планирана като резервна, данните за часовото потребление на енергия и общото среднодневно потребление на енергия помагат да се сведе до минимум потреблението на скъпа слънчева електроенергия.

Това се постига чрез елиминиране на енергоемките потребители от употреба до възстановяване на централизираното захранване, особено през часовете в пиковите часове.

Ако слънчевата система за захранване е проектирана като източник на постоянно захранване, резултатите от часовите натоварвания се изтласкват напред. Важно е да разпределите потреблението на електроенергия през деня по такъв начин, че да премахнете много по-преобладаващите максимуми и много пропадащите ниски нива.

Изключението от пикови, изравняване на максимални натоварвания, елиминиране на резки спадове в консумацията на енергия във времето ви позволява да изберете най-икономичните опции за възли на слънчевата система и да осигурите стабилна, най-важна, безпроблемна дългосрочна работа на соларната станция.

Диаграмата ще разкрие неравномерността на потреблението на енергия: нашата задача е да изместим максимумите по времето на най-голямата активност на слънцето и да намалим общото дневно потребление, особено през нощта.

Представеният чертеж показва преобразуването, получено въз основа на съставените спецификации на ирационален график в оптимален. Показателят за дневна консумация е намален от 18 на 12 кВт / ч, средното часово натоварване от 750 до 500 вата.

Същият принцип на оптималност е полезен, когато използвате опцията за захранване от слънцето като резервно копие. Излишно е да харчите пари за увеличаване на мощността на соларни модули и батерии в името на някои временни неудобства.

Избор на възли на слънчеви централи

За да опростим изчисленията, ще разгледаме версията за използването на слънчева батерия като основен източник за доставка на електрическа енергия. Потребителят ще бъде условен селски дом в района на Рязан, където постоянно пребивават от март до септември.

Практическите изчисления въз основа на данните от рационалния почасов график на потреблението на енергия, публикуван по-горе, ще дадат яснота на мотивите:

• Обща средна дневна консумация на енергия = 12 000 вата / час.
• Средна консумация на натоварване = 500 вата.
• Максимално натоварване 1200 вата.
• Максимален товар 1200 x 1,25 = 1500 вата (+ 25%).

Стойностите ще бъдат необходими при изчисленията на общия капацитет на слънчевите устройства и други работни параметри.

Определяне на работното напрежение на слънчевата система

Вътрешното работно напрежение на всяка слънчева система се основава на множество 12 волта, като най-често срещаната характеристика на батерията. Най-широко възлите на соларни станции: соларни модули, контролери, инвертори - се произвеждат под популярното напрежение от 12, 24, 48 волта.

По-високото напрежение позволява използването на по-малки захранващи проводници - и това е повишена надеждност на контакта. От друга страна, дефектните 12V мрежови батерии могат да се сменят една по една.

В 24-волтова мрежа, като се имат предвид спецификите на работата на батерията, ще е необходимо да се заменят само двойки. 48V мрежа ще изисква смяна на всичките четири батерии от един и същи клон. Освен това при 48 волта вече съществува опасност от токов удар.

Със същия капацитет и приблизително равна цена трябва да закупите батерии с най-голяма допустима дълбочина на разреждане и повече максимален ток

Основният избор на номиналната стойност на вътрешната потенциална разлика на системата е свързан с мощностните характеристики на инверторите, произведени от съвременната промишленост и трябва да отчита върховото натоварване:

• от 3 до 6 kW - 48 волта,
• от 1,5 до 3 kW - равно на 24 или 48 V,
• до 1,5 kW - 12, 24, 48V.

Избирайки между надеждността на окабеляването и неудобството от смяната на батериите, за нашия пример ще се съсредоточим върху надеждността. В бъдеще ще надграждаме работното напрежение на изчислената система 24 волта.

Соларни модули на батерията

Формулата за изчисляване на необходимата мощност от слънчева батерия изглежда така:

Rcm = (1000 * Yesut) / (k * Sin),

когато:

• Rcm = мощност на слънчевата батерия = обща мощност на соларни модули (панели, W),
• 1000 = приета фоточувствителност на фотоелектрически преобразуватели (kW / m²)
• Яжте = нуждата от ежедневна консумация на енергия (kW * h, в нашия пример = 18),
• k = сезонен коефициент, като се вземат предвид всички загуби (лято = 0,7; зима = 0,5),
• Sin = таблична стойност на инсолация (поток от слънчева радиация) при оптималния наклон на панелите (kW * h / m²).

Можете да разберете стойността на инсолацията от регионалната метеорологична служба.

Оптималният ъгъл на наклон на слънчевите панели е равен на географската ширина на района:

• през пролетта и есента,
• плюс 15 градуса - през зимата,
• минус 15 градуса през лятото.

Разгледаният в нашия пример район на Рязан е разположен на 55-та ширина.

Най-високата мощност на слънчевите панели се постига с помощта на системи за проследяване, сезонни промени в ъгъла на наклон на панелите, използване на смесени модули за подстригване

За времето, взето от март до септември, най-добрият нерегулиран наклон на слънчевата батерия е равен на летния ъгъл от 40⁰ спрямо земната повърхност. С тази инсталация на модули средната дневна инсулация на Ryazan през този период е 4,73. Всички числа са там, нека направим изчислението:

Pcm = 1000 * 12 / (0.7 * 4.73) ≈ 3 600 вата.

Ако вземем 100-ватови модули за основа на слънчевата батерия, тогава 36 от тях ще са необходими. Те ще тежат 300 килограма и ще заемат площ с размери около 5 х 5 м.

Проверени на място схеми за свързване и опции за свързване на слънчеви панели дадени тук.

Подреждане на захранващия блок на акумулатора

Когато избирате батерии, трябва да се ръководите от постулатите:

1. Конвенционалните автомобилни акумулатори НЕ са подходящи за тази цел. Батериите за слънчева енергия са обозначени като „SOLAR“.
2. Придобийте батерии трябва да бъдат идентични във всички отношения, за предпочитане от една фабрична партида.
3. Стаята, в която се намира батерията, трябва да е топла. Оптималната температура, когато батериите издават пълна мощност = 25⁰C. Когато намалее до -5 ° C, капацитетът на батерията намалява с 50%.

Ако вземем за изчисление експоненциална батерия с напрежение 12 волта и капацитет 100 ампера / час, не е трудно да се изчисли, за цял час тя ще може да осигури на потребителите обща мощност 1200 вата. Но това става с пълно освобождаване от отговорност, което е крайно нежелателно.

За дълъг живот на батерията НЕ се препоръчва да се намалява зареждането им под 70%. Ограничена цифра = 50%. Взимайки 60% за средна основа, ние поставяме енергийния резерв от 720 W / h за всеки 100 A * h от капацитивния компонент на батерията (1200 W / h x 60%) като основа за последващи изчисления.

Може би закупуването на една батерия с капацитет 200 Ah ще струва по-малко от закупуването на две за 100, а броят на контактите на батерията ще намалее

Първоначално батериите трябва да бъдат монтирани 100% заредени от стационарен източник на ток. Батериите трябва напълно да покриват натоварването на тъмното. Ако нямате късмет с времето, поддържайте необходимите системни параметри през деня.

Важно е да се има предвид, че прекаляването на батериите ще доведе до постоянното им недозаписване. Това значително ще намали експлоатационния живот. Най-рационалното решение е да оборудвате устройството с батерии с енергиен резерв, достатъчен за покриване на една дневна консумация на енергия.

За да разберете необходимия общ капацитет на батерията, разделяме общата дневна консумация на енергия от 12 000 W / h на 720 W / h и умножаваме по 100 A * h:

12 000/720 * 100 = 2500 A * h ≈ 1600 A * h

Общо за нашия пример имаме нужда от 16 батерии с капацитет 100 или 8 при 200 Ah *, свързани последователно-паралелно.

Избор на добър контролер

Компетентен избор контролер за зареждане на батерията (Батерия) - много специфична задача. Входните му параметри трябва да съответстват на избраните слънчеви модули, а изходното напрежение трябва да съответства на разликата в потенциала на слънчевата система (в нашия пример 24 волта).

Добрият контролер трябва да гарантира:

1. Многоетапно зареждане на батерията, което удължава техния ефективен живот с множество.
2. Автоматична взаимна, батерия и слънчева батерия, прекъсване на връзката в зависимост от заряд-разряд
3. Повторно свързване на товара от батерията към слънчевата батерия и обратно.

Този малък възел е много важен компонент.

Ако някои консуматори (например осветление) се прехвърлят на директно захранване с 12 волта от контролера, инверторът ще се нуждае от по-малко мощен, което означава по-евтино

Правилният избор на контролера зависи от безпроблемната работа на скъпата батерия и баланса на цялата система.

Избор на най-добрия инвертор

Инверторът е избран така, че да осигури дългосрочно пиково натоварване. Входното му напрежение трябва да съответства на разликата в потенциала на слънчевата система.

За най-добър избор се препоръчва да се обърне внимание на параметрите:

1. Формата и честотата на генерирания променлив ток. Колкото по-близо до синусоидална вълна от 50 Hz, толкова по-добре.
2. Ефективност на устройството Колкото по-високи 90% - толкова по-прекрасни.
3. Собствена консумация на устройството. Трябва да е съизмеримо с общата консумация на енергия в системата. В идеалния случай - до 1%.
4. Способността на устройството да издържа на краткотрайни двойни претоварвания.

Най-отличителният дизайн е инвертор с вградена функция на контролера.

Сглобяване на битова слънчева система

Направихме ви селекция от снимки, която ясно демонстрира процеса на сглобяване на битова слънчева система от модули, произведени във фабриката:

Изводи и полезно видео по темата

Клип №1. Направи си сам монтаж на слънчеви панели на покрива на къща:

Клип №2. Изборът на батерии за слънчевата система, видове, разлики:

Клип №3. Държавна соларна централа за тези, които правят всичко сами:

Разгледаните стъпка по стъпка методи за изчисляване, основният принцип на ефективната работа на модерна батерия за слънчеви панели като част от домашна автономна соларна станция, ще помогнат на собствениците на голяма къща в гъсто населен район и селска къща в пустинята да придобият енергиен суверенитет.

Искате ли да споделите личния опит, който сте придобили по време на изграждането на мини соларна система или просто батерии? Имате ли въпроси, на които бихте искали да получите отговор, открихте ли някакви недостатъци в текста? Моля, оставете коментари в блока по-долу.