Panells solars per a cases i cases d’estiu: tipus, principi de funcionament i procediment de càlcul dels sistemes solars

La ciència ens ha donat un moment en què la tecnologia de l’ús de l’energia solar ha estat disponible públicament. Tots els propietaris tenen l'oportunitat d'obtenir plaques solars per a la casa. Els residents a l'estiu no es queden enrere en aquesta qüestió. Molt sovint estan lluny de fonts d’alimentació sostenible centralitzades.

Et proposem que et familiaritzis amb la informació que representa el dispositiu, els principis de funcionament i càlcul dels components de funcionament del sistema solar. La familiarització amb la informació que hem proposat aproximarà la realitat de subministrar electricitat natural al vostre lloc.

Per a una clara percepció de les dades proporcionades, s’adjunten diagrames detallats, il·lustracions, fotografies i instruccions de vídeo.

El dispositiu i principi de funcionament de la bateria solar

Una vegada que les ments inquietants es van obrir per a nosaltres substàncies naturals que es produeixen sota la influència de partícules de llum del sol, fotons, energia elèctrica. El procés es va anomenar efecte fotoelèctric. Els científics han après a controlar el fenomen microfísic.

A partir de materials semiconductors, van crear dispositius electrònics compactes: fotocèl·lules.

Els fabricants han dominat la tecnologia de combinar convertidors en miniatura en plaques solars eficients. L’eficiència dels mòduls solars de panell fabricats en silici àmpliament produïts per la indústria és del 18-22%.

La descripció de l’esquema mostra clarament: tots els components de la central són igualment importants: el funcionament coordinat del sistema depèn de la seva correcta selecció

S'utilitza una bateria solar dels mòduls. És la destinació final dels fotons des del Sol fins a la Terra.A partir d’aquí, aquests components de la radiació lumínica continuen el seu camí ja dins del circuit elèctric com a partícules de corrent continu.

Es distribueixen per bateries o es transformen en càrregues d’un corrent elèctric altern de 220 volts, subministrant tot tipus d’aparells tècnics domèstics.

La bateria solar és un complex d'aparells de semiconductors connectats en sèrie: fotocèl·lules que converteixen l'energia solar en energia elèctrica

Trobareu més detalls sobre les especificitats del dispositiu i el principi de funcionament de la bateria solar en un altre article popular el nostre lloc

Tipus de mòduls de panells solars

Els mòduls de panells solars s’acumulen a partir de cèl·lules solars, altrament, convertidors fotoelèctrics. Els PEC de dos tipus han trobat un ús generalitzat.

Es diferencien pel tipus de semiconductor de silici que s'utilitza per a la seva fabricació, són:

• Policristal·lina. Es tracta de cèl·lules solars fabricades a partir del silici fos per refredament a llarg termini. Un mètode de producció simple determina l’accessibilitat del preu, però el rendiment de l’opció policristal·lina no supera el 12%.
• Monocristal·lí. Aquests són els elements obtinguts tallant plaques fines d’un cristall de silici cultivat artificialment. L’opció més productiva i cara. L’eficiència mitjana a la regió del 17%, es poden trobar fotocèl·lules d’un sol cristall amb un rendiment superior.

Cèl·lules solars policristal·lines de forma quadrada plana amb una superfície inhomogènia. Les varietats monocristallines semblen quadrats d’estructura superficial homogènia fina i amb cantonades tallades (pseudo-quadrats).

Així es veuen els convertidors fotovoltaics fotoelèctrics: les característiques del mòdul solar no depenen de la varietat d’elements utilitzats, això només afecta la mida i el preu

Els panells de la primera versió amb la mateixa potència són més grans que la segona per la menor eficiència (18% enfront del 22%). Però els interessos, de mitjana, són deu més barats i en demanda predominant.

Sobre les regles i els matisos d’elecció de plaques solars per a subministrar energia per a una calefacció autònoma, podeu llegiu aquí.

Esquema de treball de subministrament d’energia solar

Quan fas una ullada als noms misteriosos dels nodes que formen el sistema d’alimentació d’energia solar, la idea arriba a la complexitat super-tècnica del dispositiu.

A nivell micro de la vida del fotó, és així. I és clar que el circuit general del circuit elèctric i el principi de la seva acció semblen molt senzills. De la lluminària del cel a la “làmpada d’Ilitx” només hi ha quatre passos.

Els mòduls solars són el primer component d’una central elèctrica. Es tracta de panells rectangulars prims units a partir d'un cert nombre de plaques fotocèl·lules estàndard. Els fabricants fan diferents panells fotogràfics en potència elèctrica i tensió, un múltiple de 12 volts.

Els dispositius de forma plana es troben convenientment en superfícies exposades a raigs directes. Les unitats modulars es combinen interconnectant la bateria solar. La tasca de la bateria és convertir l’energia rebuda del sol, produint un corrent constant d’un valor determinat.

Dispositius d'emmagatzematge de càrregues elèctriques - bateries per a plaques solars conegut per tothom. El seu paper dins del sistema de subministrament d'energia del sol és tradicional. Quan els consumidors domèstics estan connectats a una xarxa centralitzada, els magatzems d’energia s’emmagatzemen en electricitat.

També acumulen el seu excés, si el corrent del mòdul solar és suficient per proporcionar l’energia que consumeixen els aparells elèctrics.

La bateria proporciona al circuit la quantitat d’energia necessària i manté un voltatge estable tan bon punt el seu consum augmenta un valor augmentat. El mateix succeeix, per exemple, a la nit amb panells fotogràfics oa temperatura inigualada.

L’esquema de subministrament d’energia de l’habitatge mitjançant plaques solars difereix de les opcions amb els col·lectors que poden acumular energia a la bateria

El controlador és un intermediari electrònic entre el mòdul solar i les bateries. El seu paper és regular el nivell de bateria. El dispositiu no permet que la seva ebullició es recarregui o caigui potencial elèctric per sota d’una determinada norma, necessària per al funcionament estable de tot el sistema solar.

Flip, el so del terme és tan literalment explicat inversor solar. Sí, perquè de fet, aquesta unitat compleix una funció que antigament semblava ficcionar als enginyers elèctrics.

Converteix el corrent directe del mòdul solar i les bateries en corrent altern amb una diferència de potencial de 220 volts. Aquesta tensió funciona per a la gran majoria dels electrodomèstics.

El flux d’energia solar és proporcional a la posició de l’estrella: instal·lant mòduls, estaria bé que s’ajustés l’angle d’inclinació en funció de l’època de l’any.

Càrrega màxima i consum mitjà diari d'energia

El plaer de comptar amb la vostra pròpia estació solar continua sent molt. El primer pas per assolir el poder de l’energia solar és determinar la càrrega màxima òptima en quilowatts i el consum mitjà d’energia diari racional en quilowatts hores d’una casa o casa d’estiu.

La càrrega màxima es crea per la necessitat d’encendre diversos dispositius elèctrics alhora i es determina per la seva màxima potència total, tenint en compte les característiques de partida superades d’alguns d’ells.

El càlcul del consum màxim d’energia permet identificar la necessitat vital per al funcionament simultani de quins aparells elèctrics i quins no ho són. Aquest indicador obeeix les característiques de potència dels nodes de la central elèctrica, és a dir, el cost total del dispositiu.

El consum diari d’energia d’un aparell elèctric es mesura pel producte de la seva potència individual durant el temps que va funcionar des de la xarxa (electricitat consumida) durant un dia. El consum mitjà diari d'energia total es calcula com la suma de l'energia consumida d'electricitat per cada consumidor durant el període diari.

L’anàlisi i l’optimització posteriors de les dades obtingudes sobre les càrregues i el consum d’energia proporcionaran l’equip necessari i la posterior operació del sistema d’energia solar amb un cost mínim

El resultat del consum d’energia ajuda a racionalitzar el consum d’electricitat solar. El resultat dels càlculs és important per a un major càlcul de la capacitat de la bateria. D’aquest paràmetre, depèn encara més el preu de la bateria, molt important component del sistema.

El procediment per calcular els indicadors energètics

El procés de càlculs comença literalment amb un full de quadern expandit ordenat horitzontalment en una cel·la. Amb línies de llapis lleugeres d’un full, s’obté un formulari amb trenta recomptes i línies pel nombre d’electrodomèstics.

Preparació per als càlculs aritmètics

La primera columna està dibuixada amb el número de sèrie tradicional. La segona columna és el nom de l'aparell. El tercer és el seu consum individual d'energia.

Les columnes del quart al vint-i-setè són les hores del dia de 00 a 24. Les següents són les que s'introdueixen mitjançant la línia fraccionària horitzontal:

• en el numerador: el temps de funcionament del dispositiu en el període d’una determinada hora en forma decimal (0,0);
• el denominador torna a ser el seu consum individual d'energia (cal fer aquesta repetició per calcular les càrregues horàries).

La vint-i-vuitena columna és el temps total que treballa l’aparell domèstic durant el dia. Al vint-i-nouè, el consum d'energia personal del dispositiu es registra com a resultat de multiplicar el consum d'energia individual pel temps de funcionament del període diari.

Recopilar especificacions detallades del consumidor tenint en compte les càrregues horàries ajudarà a deixar dispositius més familiars a causa del seu ús racional.

La trentena columna també és estàndard. És útil per a càlculs intermedis.

Especificació del consumidor

La següent etapa dels càlculs és la transformació d’un formulari de notes en una especificació dels consumidors d’electricitat domèstica. La primera columna és clara. Aquí es mostren els números de línia.

La segona columna conté els noms de consumidors d'energia. Es recomana començar a omplir el rebedor amb electrodomèstics. A continuació es descriuen altres habitacions en sentit antihorari o en sentit horari (com es desitgi).

Si hi ha un segon pis (etc.), el procediment és el mateix: des de l'escala - rotonda. Al mateix temps, no s’ha d’oblidar dels aparells d’escala i l’enllumenat al carrer.

És millor omplir la tercera columna amb la potència oposada al nom de cada dispositiu elèctric al llarg del camí amb la segona.

Les columnes entre quatre i vint-i-set corresponen a cada hora del dia. Per comoditat, es poden creuar immediatament amb línies horitzontals al centre de les línies. Les meitats superiors resultants de les línies són com els numeradors, i les meitats inferiors són denominadors.

Aquestes columnes s'omplen línia per línia. Els numeradors es formaten selectivament com a intervals de temps en format decimal (0,0), reflectint el temps de funcionament d’un determinat aparell elèctric en un període horari determinat. Paral·lelament als numeradors, s’introdueixen els denominadors amb l’indicador d’energia del dispositiu pres de la tercera columna.

Després que totes les columnes horàries estiguin plenes, es procedeix al recompte del temps de treball diari individual dels electrodomèstics que es mouen per la línia.Els resultats es registren a les cel·les corresponents de la vint-i-vuitena columna.

En el cas que la central solar tingui un paper auxiliar perquè el sistema no funcioni en ralentí, es pot connectar una part de la càrrega per obtenir una energia constant

A partir de la potència i del temps de treball, es calcula seqüencialment el consum energètic diari de tots els consumidors. Es nota a les cel·les de la vint-i-novena columna.

Quan s’omplen totes les línies i columnes de l’especificació, calculen els totals. Afegint la potència gràfica dels denominadors de les columnes horàries, s’obtenen les càrregues de cada hora. En resumir el consum energètic diari individual de la vint-e-novena columna de dalt a baix, es troben la mitjana diària total.

El càlcul no inclou el consum propi del sistema futur. Aquest factor es té en compte per un coeficient auxiliar en els càlculs finals posteriors.

Anàlisi i optimització de les dades

Si es planifica l'energia solar com a còpia de seguretat, les dades sobre el consum horari horari i el consum mitjà diari d'energia general contribueixen a minimitzar el consum d'energia solar cara.

Això s’aconsegueix mitjançant l’eliminació dels consumidors amb consum d’energia fins a la restauració de l’alimentació centralitzada, especialment en hores punta.

Si el sistema d’energia solar està dissenyat com a font d’alimentació constant d’energia, llavors els resultats de les càrregues horàries són impulsats cap endavant. És important distribuir el consum d’electricitat durant el dia de manera que s’eliminin els màxims més importants i els mínims que fallen.

L’excepció del pic, la igualació de les càrregues màximes, l’eliminació de fortes immersions en el consum d’energia al llarg del temps permet triar les opcions més econòmiques per als nodes del sistema solar i proporcionar un funcionament a llarg termini estable, el més important, sense problemes de l’estació solar.

El gràfic revelarà el desnivell del consum d’energia: la nostra tasca és canviar els màxims en el moment de la màxima activitat del sol i reduir el consum diari total, sobretot a la nit.

El dibuix presentat mostra la transformació obtinguda sobre la base de les especificacions recopilades d'una planificació irracional òptima. L’indicador de consum diari es va reduir de 18 a 12 kW / h, la càrrega horària mitjana de 750 a 500 watts.

El mateix principi d’optimitat és útil quan s’utilitza l’opció d’energia del sol com a còpia de seguretat. No és necessari gastar diners en augmentar la potència dels mòduls solars i de les bateries a causa d’alguns inconvenients temporals.

Selecció de nodes de centrals solars

Per simplificar els càlculs, considerarem la versió de l’ús d’una bateria solar com la principal font d’abastiment d’energia elèctrica. El consumidor serà una masia condicional a la regió de Ryazan, on resideixen constantment de març a setembre.

Els càlculs pràctics basats en les dades del calendari racional de consum energètic horari publicat anteriorment donaran claredat al raonament:

• Consum mitjà diari d'energia total = 12.000 watts / hora.
• Consum mitjà de càrrega = 500 watts.
• Càrrega màxima 1200 watts.
• Càrrega màxima 1200 x 1,25 = 1500 watts (+ 25%).

Els valors seran necessaris en els càlculs de la capacitat total dels dispositius solars i altres paràmetres de funcionament.

Determinació del voltatge de funcionament del sistema solar

El voltatge de funcionament intern de qualsevol sistema solar es basa en una multiplicitat de 12 volts, com la qualificació de bateria més comuna. Els nodes més amplis de les estacions solars: mòduls solars, controladors, inversors - es produeixen amb la popular tensió de 12, 24, 48 volts.

Una tensió més elevada permet l’ús de cables de subministrament més petits i això augmenta la fiabilitat del contacte. D'altra banda, es poden substituir les bateries defectuoses de xarxa de 12 V a la vegada.

En una xarxa de 24 volts, tenint en compte les característiques específiques del funcionament de la bateria, caldrà substituir només parells. Una xarxa de 48V requerirà canviar les quatre bateries de la mateixa branca. A més, a 48 volts ja hi ha el perill de xoc elèctric.

Amb la mateixa capacitat i un preu aproximadament igual, hauríeu de comprar bateries amb la profunditat de descàrrega més gran admissible i el corrent màxim

L'elecció principal del valor nominal de la diferència de potencial interna del sistema està relacionada amb les característiques de potència dels inversors produïts per la indústria moderna i ha de tenir en compte la càrrega màxima:

• de 3 a 6 kW - 48 volts,
• d’1,5 a 3 kW - igual a 24 o 48V,
• fins a 1,5 kW - 12, 24, 48V.

Triar entre la fiabilitat del cablejat i l’inconvenient de substituir les bateries, per exemple, ens centrarem en la fiabilitat. En el futur, ens basarem en la tensió de funcionament del sistema calculat de 24 volts.

Paquet de mòduls solars

La fórmula per calcular la potència necessària d’una bateria solar s’assembla a aquesta:

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

on:

• Rcm = potència de la bateria solar = potència total dels mòduls solars (panells, W),
• 1000 = fotosensibilitat acceptada de convertidors fotoelèctrics (kW / m²)
• Menjar = la necessitat de consum energètic diari (kW * h, en el nostre exemple = 18),
• k = coeficient estacional tenint en compte totes les pèrdues (estiu = 0,7; hivern = 0,5),
• Sin = valor tabular de la insolació (flux de radiació solar) al pendent òptim dels panells (kW * h / m²).

Podeu esbrinar el valor de la insolació del servei meteorològic regional.

L’angle d’inclinació òptim de plaques solars és igual a la latitud de la zona:

• a la primavera i a la tardor,
• més 15 graus - a l’hivern,
• menys 15 graus a l'estiu.

La regió de Ryazan considerada en el nostre exemple es troba a la 55a latitud.

La màxima potència de les plaques solars s’aconsegueix mitjançant sistemes de seguiment, canvis estacionals en l’angle d’inclinació dels panells, l’ús de mòduls de retallada mixta

Per al temps que es triga de març a setembre, la millor inclinació no regulada de la bateria solar és igual a l’angle d’estiu de 40 º a la superfície terrestre. Amb aquesta instal·lació de mòduls, la insolació mitjana diària de Ryazan durant aquest període és de 4,73. Tots els números hi són, fem el càlcul:

Pcm = 1000 * 12 / (0,7 * 4,73) ≈ 3 600 watts.

Si prenem mòduls de 100 watts com a base de la bateria solar, seran necessaris 36. Pesen 300 quilograms i ocuparan una superfície d’uns 5 x 5 m de mida.

Esquemes de cablejat provats en camp i opcions per connectar plaques solars donat aquí.

Arranjament de la unitat d’energia de la bateria

Quan escolliu les bateries, us heu de guiar pels postulats:

1. Les bateries convencionals de vehicles no són adequades per a aquest propòsit. Les bateries d’energia solar s’etiqueten com a “SOLAR”.
2. Les bateries d'adquisició només han de ser idèntiques en tots els aspectes, preferiblement d'un lot de fàbrica.
3. L’habitació on es troba la bateria ha de ser calenta. La temperatura òptima quan les bateries donen tota potència = 25 ºC. Quan disminueix fins a -5 ºC, la capacitat de la bateria disminueix un 50%.

Si es pren per al càlcul una bateria exponencial amb una tensió de 12 volts i una capacitat de 100 amperis / hora, no és difícil de calcular, durant una hora sencera podrà proporcionar als consumidors una potència total de 1200 watts. Però es tracta d'una descàrrega completa, cosa que no és molt desitjable.

Per una llarga durada de la bateria, NO es recomana reduir la seva càrrega per sota del 70%. Xifra límit = 50%. Prenent el 60% com a terreny mitjà, posem la reserva d’energia de 720 W / h per cada 100 A * h del component capacitiu de la bateria (1200 W / h x 60%) com a base per als càlculs posteriors.

Potser la compra d’una bateria amb una capacitat de 200 Ah costarà menys que la compra de dues per 100 i el nombre de contactes de la bateria disminuirà

Inicialment, les bateries s’han d’instal·lar al 100% carregades d’una font de corrent estacionària. Les bateries han de cobrir completament la càrrega de la foscor. Si no teniu sort amb el clima, manteniu els paràmetres del sistema necessaris durant el dia.

És important tenir en compte que una sobreabordança de les bateries comportarà el seu subcàrrega constant. Això reduirà significativament la vida útil. La solució més racional és equipar la unitat amb bateries amb una reserva d’energia suficient per cobrir un consum energètic diari.

Per conèixer la capacitat total necessària de la bateria, dividim el consum energètic diari total de 12.000 W / h per 720 W / h i multipliquem per 100 A * h:

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

Total pel nostre exemple, necessitem 16 bateries amb una capacitat de 100 o 8 a 200 Ah *, connectades en paral·lel en sèrie.

L'elecció d'un bon controlador

Selecció competent controlador de càrrega de la bateria (Bateria): una tasca molt específica. Els seus paràmetres d’entrada haurien de correspondre als mòduls solars seleccionats i el voltatge de sortida hauria de correspondre a la diferència de potencial interna del sistema solar (en el nostre exemple, 24 volts).

Un bon controlador ha de garantir:

1. Una càrrega de bateries de diversos estadis que allarga la seva vida efectiva per un múltiple.
2. Mútua automàtica, bateria i bateria solar, connexió-desconnexió en correlació amb càrrega-descàrrega
3. Torneu a connectar la càrrega de la bateria a la solar i viceversa.

Aquest nus petit és un component molt important.

Si alguns consumidors (per exemple, il·luminació) es transfereixen a l’alimentació directa de 12 volts del controlador, caldrà un inversor menys potent, cosa que significa més barat

L’elecció correcta del controlador depèn del funcionament sense problemes del caro bateria i del saldo de tot el sistema.

Selecció del millor inversor

L'inversor està seleccionat de manera que pot proporcionar una càrrega màxima a llarg termini. El seu voltatge d’entrada ha de correspondre a la diferència de potencial interna del sistema solar.

Per a la millor selecció, es recomana parar atenció als paràmetres:

1. La forma i la freqüència del corrent altern generat. Com més a prop d’una ona sinusoïdal de 50 Hz, millor.
2. Eficiència del dispositiu. Com més gran sigui el 90%, més meravellós.
3. Consum propi del dispositiu. Ha de ser proporcional al consum global d'energia del sistema. L’ideal és: fins a un 1%.
4. La capacitat de la unitat de suportar dobles sobrecàrregues a curt termini.

El disseny més distintiu és un inversor amb funció de control integrat.

Muntatge d’un sistema solar domèstic

Us vam fer una selecció de fotos que demostra clarament el procés de muntatge d’un sistema solar domèstic a partir de mòduls fabricats a la fàbrica:

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Clip # 1. Instal·lació DIY de plaques solars al terrat d’una casa:

Clip 2. L'elecció de les bateries del sistema solar, tipus, diferències:

Clip # 3. Central solar del país per a aquells que fan tot:

Els mètodes de càlcul es consideren pas a pas, el principi bàsic del funcionament efectiu d’una bateria de panells solars moderns com a part d’una estació solar autònoma per a l’habitatge ajudarà els propietaris d’una casa gran en una zona densament poblada i d’una casa de camp a la natura a obtenir sobirania energètica.

Voleu compartir l’experiència personal que heu guanyat durant la construcció d’un mini sistema solar o només bateries? Teniu cap pregunta sobre la qual voldríeu rebre una resposta i trobareu algun defecte al text? Deixeu comentaris al bloc següent.