Panneaux solaires pour chalets et maisons d'été: types, principe de fonctionnement et procédure de calcul pour les systèmes solaires

La science nous a donné un moment où la technologie d'utilisation de l'énergie solaire est devenue publique. Chaque propriétaire a la possibilité d'obtenir des panneaux solaires pour la maison. Les résidents d'été ne sont pas loin derrière dans cette affaire. Le plus souvent, ils sont loin des sources centralisées d'alimentation électrique durable.

Nous vous suggérons de vous familiariser avec les informations représentant l'appareil, les principes de fonctionnement et le calcul des composants de travail du système solaire. La familiarisation avec les informations que nous avons proposées rapproche la réalité de la fourniture d'électricité naturelle à votre site.

Pour une perception claire des données fournies, des diagrammes détaillés, des illustrations, des instructions photo et vidéo sont joints.

Le dispositif et le principe de fonctionnement de la batterie solaire

Une fois que les esprits curieux nous ont ouvert des substances naturelles qui sont produites sous l'influence des particules de lumière du soleil, des photons, énergie électrique. Le processus a été appelé effet photoélectrique. Les scientifiques ont appris à contrôler le phénomène microphysique.

À partir de matériaux semi-conducteurs, ils ont créé des appareils électroniques compacts - des photocellules.

Les fabricants maîtrisent la technologie consistant à combiner des convertisseurs miniatures en panneaux solaires efficaces. L'efficacité des panneaux solaires à panneaux en silicium largement produits par l'industrie est de 18 à 22%.

La description du schéma montre clairement: tous les composants de la centrale sont tout aussi importants - le fonctionnement coordonné du système dépend de leur sélection

Une batterie solaire est assemblée à partir des modules. C'est la destination finale des photons du Soleil vers la Terre.À partir de là, ces composants du rayonnement lumineux continuent leur chemin déjà à l'intérieur du circuit électrique sous forme de particules CC.

Ils sont distribués par batteries, ou se transforment en charges d'un courant électrique alternatif de 220 volts, alimentant toutes sortes d'appareils techniques domestiques.

La batterie solaire est un complexe de dispositifs semi-conducteurs connectés en série - des cellules photoélectriques qui convertissent l'énergie solaire en énergie électrique

Vous trouverez plus de détails sur les spécificités de l'appareil et le principe de fonctionnement de la batterie solaire dans un autre article populaire notre site.

Types de modules de panneaux solaires

Les panneaux solaires-modules sont assemblés à partir de cellules solaires, sinon - convertisseurs photoélectriques. Les PEC de deux types ont été largement utilisées.

Ils diffèrent par les types de semi-conducteurs au silicium utilisés pour leur fabrication, ce sont:

• Polycristallin. Ce sont des cellules solaires fabriquées à partir de silicium fondu par refroidissement à long terme. Une méthode de production simple détermine l'abordabilité du prix, mais les performances de l'option polycristalline ne dépassent pas 12%.
• Monocristallin. Ce sont les éléments obtenus en coupant de fines plaques d'un cristal de silicium artificiellement développé. L'option la plus productive et la plus chère. L'efficacité moyenne dans la région de 17%, vous pouvez trouver des photocellules monocristallines avec des performances plus élevées.

Cellules solaires polycristallines de forme carrée plate avec une surface non homogène. Les variétés monocristallines ressemblent à des carrés de structure de surface mince et homogène avec des coins coupés (pseudo-carrés).

Voici à quoi ressemblent les convertisseurs photoélectriques photovoltaïques: les caractéristiques du module solaire ne dépendent pas de la variété des éléments utilisés - cela n'affecte que la taille et le prix

Les panneaux de la première version avec la même puissance sont plus grands que la seconde en raison de la moindre efficacité (18% contre 22%). Mais l'intérêt, en moyenne, est dix moins cher et dans une demande prédominante.

À propos des règles et des nuances du choix des panneaux solaires pour fournir de l'énergie au chauffage autonome, vous pouvez lire ici.

Schéma de travail de l'alimentation solaire

Lorsque vous regardez les noms mystérieusement sonnants des nœuds qui composent le système d'alimentation solaire, l'idée vient de la complexité super-technique de l'appareil.

Au niveau micro de la vie du photon, c'est le cas. Et clairement le circuit général du circuit électrique et le principe de son action semblent très simples. Du luminaire du ciel à la «lampe d'Ilyich», il n'y a que quatre étapes.

Les modules solaires sont le premier composant d'une centrale électrique. Ce sont de minces panneaux rectangulaires assemblés à partir d'un certain nombre de plaques photocellules standard. Les fabricants fabriquent des panneaux photo différents en puissance et en tension électrique, un multiple de 12 volts.

Les appareils de forme plate sont idéalement situés sur des surfaces exposées aux rayons directs. Les unités modulaires sont combinées en interconnectant la batterie solaire. La tâche de la batterie est de convertir l'énergie reçue du soleil, produisant un courant constant d'une valeur donnée.

Dispositifs de stockage de charge électrique - batteries pour panneaux solaires connu de tous. Leur rôle à l'intérieur du système d'approvisionnement énergétique du soleil est traditionnel. Lorsque les consommateurs résidentiels sont connectés à un réseau centralisé, les réserves d'énergie sont stockées dans l'électricité.

Ils accumulent également son excès, si le courant du module solaire est suffisant pour fournir la puissance consommée par les appareils électriques.

La batterie fournit au circuit la quantité d'énergie requise et maintient une tension stable dès que sa consommation augmente à une valeur accrue. La même chose se produit, par exemple, la nuit avec des panneaux photo inactifs ou par temps ensoleillé.

Le schéma d'alimentation en énergie de la maison utilisant des panneaux solaires diffère des options avec des capteurs dans la capacité d'accumuler de l'énergie dans la batterie

Le contrôleur est un intermédiaire électronique entre le module solaire et les batteries. Son rôle est de réguler le niveau de la batterie. L'appareil ne permet pas à leur ébullition de se recharger ou de faire chuter le potentiel électrique en dessous d'une certaine norme, nécessaire au fonctionnement stable de l'ensemble du système solaire.

Flip, le son du terme est expliqué littéralement onduleur solaire. Oui, car en fait, cet appareil remplit une fonction qui semblait autrefois une fiction aux ingénieurs électriciens.

Il convertit le courant continu du module solaire et des batteries en courant alternatif avec une différence de potentiel de 220 volts. C'est cette tension qui fonctionne pour la grande majorité des appareils électroménagers.

Le flux d'énergie solaire est proportionnel à la position de l'étoile: en installant des modules, il serait bien de prévoir l'ajustement de l'angle d'inclinaison en fonction de la période de l'année

Charge de pointe et consommation électrique moyenne quotidienne

Le plaisir d'avoir sa propre station solaire, c'est encore beaucoup. La première étape sur la voie de la possession de l'énergie solaire consiste à déterminer la charge de pointe optimale en kilowatts et la consommation énergétique quotidienne moyenne rationnelle en kilowattheures d'une maison ou d'un chalet d'été.

La charge de pointe est créée par la nécessité d'allumer plusieurs appareils électriques à la fois et est déterminée par leur puissance totale maximale, en tenant compte des caractéristiques de démarrage surestimées de certains d'entre eux.

Le calcul de la consommation électrique maximale vous permet d'identifier le besoin vital pour le fonctionnement simultané de quels appareils électriques, et qui ne sont pas très. Cet indicateur obéit aux caractéristiques de puissance des nœuds de la centrale, c'est-à-dire au coût total de l'appareil.

La consommation énergétique quotidienne d'un appareil électrique est mesurée par le produit de sa puissance individuelle pendant le temps qu'il a travaillé sur le réseau (électricité consommée) pendant une journée. La consommation énergétique quotidienne moyenne totale est calculée comme la somme de l'énergie électrique consommée par chaque consommateur pour la période quotidienne.

Une analyse et une optimisation ultérieures des données obtenues sur les charges et la consommation d'énergie fourniront l'équipement nécessaire et le fonctionnement ultérieur du système d'énergie solaire à un coût minimal

Le résultat de la consommation d'énergie permet de rationaliser la consommation d'électricité solaire. Le résultat des calculs est important pour le calcul ultérieur de la capacité de la batterie. À partir de ce paramètre, le prix de la batterie, beaucoup d'un composant valable du système, dépend encore plus.

La procédure de calcul des indicateurs énergétiques

Le processus de calcul commence littéralement par une feuille de cahier dépliée disposée horizontalement, dans une cellule. Avec des lignes de crayon claires à partir d'une feuille, vous obtenez un formulaire avec trente comptes et des lignes par le nombre d'appareils électroménagers.

Préparation aux calculs arithmétiques

La première colonne est dessinée traditionnelle - numéro de série. La deuxième colonne est le nom de l'appliance. Le troisième est sa consommation électrique individuelle.

Les colonnes du quatrième au vingt-septième sont les heures de la journée de 00 à 24. Les éléments suivants y sont entrés via la ligne de fraction horizontale:

• au numérateur - la durée de fonctionnement de l'appareil au cours d'une heure donnée sous forme décimale (0,0);
• le dénominateur est encore sa consommation électrique individuelle (cette répétition est nécessaire pour calculer les charges horaires).

La vingt-huitième colonne est la durée totale de fonctionnement de l'appareil électroménager pendant la journée. Au vingt-neuvième, la consommation d'énergie personnelle de l'appareil est enregistrée comme résultat de la multiplication de la consommation électrique individuelle par le temps de fonctionnement pour la période quotidienne.

La compilation des spécifications détaillées des consommateurs en tenant compte des charges horaires aidera à laisser des appareils plus familiers en raison de leur utilisation rationnelle.

La trentième colonne est également standard - note. Il est utile pour les calculs intermédiaires.

Spécifications du consommateur

La prochaine étape des calculs est la transformation d'un ordinateur portable en une spécification des consommateurs d'électricité des ménages. La première colonne est claire. Voici les numéros de ligne.

La deuxième colonne contient les noms des consommateurs d'énergie. Il est recommandé de commencer à remplir le hall d'entrée avec des appareils électriques. Ce qui suit décrit d'autres pièces dans le sens antihoraire ou dans le sens horaire (comme vous le souhaitez).

S'il y a un deuxième (etc.) étage, la procédure est la même: depuis les escaliers - rond-point. Dans le même temps, il ne faut pas oublier les dispositifs d'escalier et l'éclairage public.

Il est préférable de remplir la troisième colonne avec la puissance opposée au nom de chaque appareil électrique en cours de route avec la seconde.

Les colonnes quatre à vingt-sept correspondent à chaque heure de la journée. Pour plus de commodité, ils peuvent immédiatement être barrés avec des lignes horizontales au milieu des lignes. Les moitiés supérieures résultantes des lignes sont comme des numérateurs, les moitiés inférieures sont des dénominateurs.

Ces colonnes sont remplies ligne par ligne. Les numérateurs sont sélectivement formatés en intervalles de temps au format décimal (0,0), reflétant le temps de fonctionnement d'un appareil électrique donné dans une période horaire particulière. Parallèlement aux numérateurs, les dénominateurs sont entrés avec l'indicateur de puissance de l'appareil pris dans la troisième colonne.

Une fois que toutes les colonnes horaires sont remplies, elles procèdent au comptage du temps de travail quotidien individuel des appareils électriques, évoluant le long des lignes.Les résultats sont enregistrés dans les cellules correspondantes de la vingt-huitième colonne.

Dans le cas où la centrale solaire joue un rôle auxiliaire pour que le système ne fonctionne pas au ralenti, une partie de la charge peut y être connectée pour une puissance constante

Sur la base de la puissance et du temps de travail, la consommation d'énergie quotidienne de tous les consommateurs est calculée séquentiellement. Il est noté dans les cellules de la vingt-neuvième colonne.

Lorsque toutes les lignes et colonnes de la spécification sont remplies, elles calculent les totaux. En additionnant la puissance graphique des dénominateurs des colonnes horaires, les charges de chaque heure sont obtenues. Résumant la consommation d'énergie quotidienne individuelle de la vingt-neuvième colonne de haut en bas, ils trouvent la moyenne quotidienne totale.

Le calcul ne comprend pas la consommation propre du futur système. Ce facteur est pris en compte par un coefficient auxiliaire dans les calculs finaux ultérieurs.

Analyse et optimisation des données

Si l'énergie solaire est prévue comme sauvegarde, les données sur la consommation d'énergie horaire et la consommation énergétique quotidienne moyenne globale aident à minimiser la consommation d'électricité solaire coûteuse.

Ceci est réalisé en éliminant les consommateurs énergivores de l'utilisation jusqu'à la restauration de l'alimentation électrique centralisée, en particulier pendant les heures de pointe.

Si le système d'énergie solaire est conçu comme une source d'alimentation constante, les résultats des charges horaires sont poussés vers l'avant. Il est important de répartir la consommation d'électricité au cours de la journée de manière à éliminer les hauts et les bas qui prévalent beaucoup plus.

L'exclusion des pics, l'égalisation des charges maximales, l'élimination des fortes baisses de la consommation d'énergie dans le temps vous permettent de choisir les options les plus économiques pour les nœuds du système solaire et d'assurer un fonctionnement à long terme stable, le plus important et sans problème de la station solaire.

Le graphique révélera les inégalités de consommation d'énergie: notre tâche est de décaler les maxima au moment de la plus grande activité du soleil et de réduire la consommation quotidienne totale, surtout la nuit.

Le dessin présenté montre la transformation obtenue sur la base des spécifications compilées d'un programme irrationnel en optimal. L'indicateur de consommation journalière est passé de 18 à 12 kW / h, la charge horaire moyenne de 750 à 500 watts.

Le même principe d'optimalité est utile lors de l'utilisation de l'option de l'énergie solaire comme sauvegarde. Il n'est pas nécessaire de dépenser de l'argent pour augmenter la puissance des modules solaires et des batteries pour des inconvénients temporaires.

Sélection de nœuds de centrales solaires

Pour simplifier les calculs, nous considérerons la version de l'utilisation d'une batterie solaire comme principale source d'approvisionnement en énergie électrique. Le consommateur sera une maison de campagne conditionnelle dans la région de Riazan, où il réside en permanence de mars à septembre.

Des calculs pratiques basés sur les données du calendrier horaire rationnel de consommation d'énergie publié ci-dessus permettront de clarifier le raisonnement:

• Consommation électrique quotidienne moyenne totale = 12 000 watts / heure.
• Consommation de charge moyenne = 500 watts.
• Charge maximale 1200 watts.
• Charge de pointe 1200 x 1,25 = 1500 watts (+ 25%).

Les valeurs seront nécessaires dans les calculs de la capacité totale des appareils solaires et d'autres paramètres de fonctionnement.

Détermination de la tension de fonctionnement du système solaire

La tension de fonctionnement interne de tout système solaire est basée sur une multiplicité de 12 volts, comme la capacité de batterie la plus courante. Les nœuds les plus répandus des stations solaires: modules solaires, contrôleurs, onduleurs - sont produits sous la tension populaire de 12, 24, 48 volts.

Une tension plus élevée permet l'utilisation de fils d'alimentation plus petits, ce qui augmente la fiabilité des contacts. D'un autre côté, les batteries réseau 12V défectueuses peuvent être remplacées une par une.

Dans un réseau de 24 volts, compte tenu des spécificités du fonctionnement sur batterie, il sera nécessaire de remplacer uniquement les paires. Un réseau 48V nécessitera de changer les quatre batteries de la même branche. De plus, à 48 volts, il existe déjà un risque de choc électrique.

Avec la même capacité et le prix approximativement égal, vous devriez acheter des batteries avec la plus grande profondeur de décharge autorisée et plus de courant maximum

Le choix principal de la valeur nominale de la différence de potentiel interne du système est lié aux caractéristiques de puissance des onduleurs produits par l'industrie moderne et doit prendre en compte la charge de pointe:

• de 3 à 6 kW - 48 volts,
• de 1,5 à 3 kW - égal à 24 ou 48V,
• jusqu'à 1,5 kW - 12, 24, 48V.

En choisissant entre la fiabilité du câblage et les inconvénients du remplacement des piles, pour notre exemple, nous nous concentrerons sur la fiabilité. À l'avenir, nous nous appuierons sur la tension de fonctionnement du système calculé 24 volts.

Modules solaires à batterie

La formule pour calculer la puissance requise d'une batterie solaire ressemble à ceci:

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

où:

• Rcm = puissance de la batterie solaire = puissance totale des modules solaires (panneaux, W),
• 1000 = photosensibilité acceptée des convertisseurs photoélectriques (kW / m²)
• Manger = le besoin de consommation d'énergie quotidienne (kW * h, dans notre exemple = 18),
• k = coefficient saisonnier tenant compte de toutes les pertes (été = 0,7; hiver = 0,5),
• Sin = valeur tabulaire d'insolation (flux de rayonnement solaire) à la pente optimale des panneaux (kW * h / m²).

Vous pouvez découvrir la valeur de l'insolation auprès du service météorologique régional.

L'angle d'inclinaison optimal des panneaux solaires est égal à la latitude de la zone:

• au printemps et en automne,
• plus 15 degrés - en hiver,
• moins 15 degrés en été.

La région de Ryazan considérée dans notre exemple est située à la 55e latitude.

La puissance la plus élevée des panneaux solaires est obtenue en utilisant des systèmes de suivi, les changements saisonniers de l'angle d'inclinaison des panneaux, l'utilisation de modules de garniture mixtes

Pour la période de mars à septembre, la meilleure inclinaison non régulée de la batterie solaire est égale à l'angle d'été de 40 ° par rapport à la surface de la terre. Avec cette installation de modules, l'ensoleillement quotidien moyen de Ryazan pendant cette période est de 4,73. Tous les chiffres sont là, faisons le calcul:

Pcm = 1000 * 12 / (0,7 * 4,73) ≈ 3600 watts.

Si nous prenons des modules de 100 watts comme base de la batterie solaire, 36 d'entre eux seront nécessaires. Ils pèseront 300 kilogrammes et occuperont une superficie d'environ 5 x 5 m.

Schémas de câblage éprouvés et options de connexion des panneaux solaires donné ici.

Disposition de l'unité d'alimentation par batterie

Lors du choix des batteries, vous devez être guidé par les postulats:

1. Les batteries de voiture conventionnelles NE conviennent PAS à cet usage. Les batteries solaires sont étiquetées «SOLAIRES».
2. L'acquisition des batteries ne doit être identique à tous égards, de préférence à partir d'un lot d'usine.
3. La pièce où se trouve la batterie doit être chaude. La température optimale lorsque les batteries donnent la pleine puissance = 25⁰C. Quand elle diminue à -5 ° C, la capacité de la batterie diminue de 50%.

Si l'on prend pour calcul une batterie exponentielle avec une tension de 12 volts et une capacité de 100 ampères / heure, ce n'est pas difficile à calculer, pour une heure entière elle pourra fournir aux consommateurs une puissance totale de 1200 watts. Mais c'est avec une décharge complète, ce qui est extrêmement indésirable.

Pour une longue durée de vie de la batterie, il n'est PAS recommandé de réduire leur charge en dessous de 70%. Valeur limite = 50%. En prenant 60% comme point médian, nous avons mis la réserve d'énergie de 720 W / h pour chaque 100 A * h de la composante capacitive de la batterie (1200 W / h x 60%) comme base pour les calculs ultérieurs.

Peut-être que l'achat d'une batterie d'une capacité de 200 Ah coûtera moins cher que l'achat de deux pour 100, et le nombre de contacts de batterie diminuera

Initialement, les batteries doivent être installées à 100% chargées à partir d'une source de courant fixe. Les batteries doivent couvrir complètement la charge de l'obscurité. Si vous n'êtes pas chanceux avec la météo, conservez les paramètres système nécessaires pendant la journée.

Il est important de considérer qu'une surabondance de batteries entraînera leur sous-charge constante. Cela réduira considérablement la durée de vie. La solution la plus rationnelle est d'équiper l'unité de batteries avec une réserve d'énergie suffisante pour couvrir une consommation d'énergie quotidienne.

Pour connaître la capacité totale requise de la batterie, nous divisons la consommation d'énergie quotidienne totale de 12 000 W / h par 720 W / h et multiplions par 100 A * h:

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

Au total pour notre exemple, nous avons besoin de 16 batteries d'une capacité de 100 ou 8 à 200 Ah *, connectées en série-parallèle.

Choisir un bon contrôleur

Sélection compétente contrôleur de charge de batterie (Batterie) - une tâche très spécifique. Ses paramètres d'entrée doivent correspondre aux modules solaires sélectionnés et la tension de sortie doit correspondre à la différence de potentiel interne du système solaire (dans notre exemple, 24 volts).

Un bon contrôleur doit s'assurer:

1. Une charge de batterie à plusieurs étages qui prolonge leur durée de vie effective par plusieurs.
2. Mutuelle automatique, batterie et batterie solaire, connexion-déconnexion en corrélation avec la charge-décharge.
3. Reconnecter la charge de la batterie à la batterie solaire et vice versa.

Ce petit nœud est un élément très important.

Si certains consommateurs (par exemple, l'éclairage) sont transférés vers une alimentation directe de 12 volts à partir du contrôleur, un onduleur moins puissant sera nécessaire, ce qui signifie moins cher

Le bon choix du contrôleur dépend du fonctionnement sans problème de la batterie coûteuse et de l'équilibre de l'ensemble du système.

Sélection du meilleur onduleur

L'onduleur est sélectionné de manière à pouvoir fournir une charge de pointe à long terme. Sa tension d'entrée doit correspondre à la différence de potentiel interne du système solaire.

Pour la meilleure sélection, il est recommandé de faire attention aux paramètres:

1. La forme et la fréquence du courant alternatif généré. Le plus proche d'une onde sinusoïdale de 50 Hz, mieux c'est.
2. Efficacité de l'appareil. Plus 90% - le plus merveilleux.
3. Propre consommation de l'appareil. Doit être proportionnelle à la consommation électrique globale du système. Idéalement - jusqu'à 1%.
4. La capacité de l'unité à résister aux doubles surcharges à court terme.

La conception la plus distinctive est un onduleur avec une fonction de contrôleur intégrée.

Montage d'un système solaire domestique

Nous vous avons fait une sélection de photos qui démontre clairement le processus d'assemblage d'un système solaire domestique à partir de modules fabriqués en usine:

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Extrait n ° 1. Installation DIY de panneaux solaires sur le toit d'une maison:

Extrait n ° 2. Le choix des batteries pour le système solaire, les types, les différences:

Extrait n ° 3. Centrale solaire paysanne pour ceux qui font tout eux-mêmes:

Les méthodes de calcul pratiques étape par étape considérées, le principe de base du fonctionnement efficace d'une batterie de panneaux solaires moderne dans le cadre d'une station solaire autonome domestique aideront les propriétaires d'une grande maison dans une zone densément peuplée et d'une maison de campagne dans le désert à acquérir la souveraineté énergétique.

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