Paneles solares para casas y casas de verano: tipos, principio de funcionamiento y procedimiento de cálculo para sistemas solares.

La ciencia nos ha dado un momento en que la tecnología del uso de la energía solar se ha hecho pública. Cada propietario tiene la oportunidad de obtener paneles solares para la casa. Los residentes de verano no se quedan atrás en este asunto. Más a menudo están lejos de ser fuentes centralizadas de suministro de energía sostenible.

Sugerimos que se familiarice con la información que representa el dispositivo, los principios de operación y el cálculo de los componentes de trabajo del sistema solar. La familiarización con la información que hemos propuesto se aproximará a la realidad de proporcionar electricidad natural a su sitio.

Para una percepción clara de los datos proporcionados, se adjuntan diagramas detallados, ilustraciones, instrucciones para fotos y videos.

El dispositivo y el principio de funcionamiento de la batería solar.

Una vez que las mentes inquisitivas nos abrieron sustancias naturales que se producen bajo la influencia de partículas de luz del sol, fotones, energia electrica. El proceso se llamó efecto fotoeléctrico. Los científicos han aprendido a controlar el fenómeno microfísico.

Basado en materiales semiconductores, crearon dispositivos electrónicos compactos: fotocélulas.

Los fabricantes han dominado la tecnología de combinar convertidores en miniatura en paneles solares eficientes. La eficiencia de los módulos solares de paneles hechos de silicio ampliamente producidos por la industria es del 18-22%.

La descripción del esquema muestra claramente: todos los componentes de la central eléctrica son igualmente importantes: la operación coordinada del sistema depende de su selección adecuada

Una batería solar se ensambla a partir de los módulos. Es el destino final de los fotones desde el Sol hasta la Tierra.Por lo tanto, estos componentes de la radiación de luz continúan su camino ya dentro del circuito eléctrico como partículas de CC.

Se distribuyen por baterías o se transforman en cargas de una corriente eléctrica alterna de 220 voltios, que suministra todo tipo de dispositivos técnicos domésticos.

La batería solar es un complejo de dispositivos semiconductores conectados en serie: fotocélulas que convierten la energía solar en energía eléctrica.

Encontrará más detalles sobre las características específicas del dispositivo y el principio de funcionamiento de la batería solar en otro artículo popular nuestro sitio

Tipos de módulos de paneles solares

Los módulos de paneles solares se ensamblan a partir de células solares, de lo contrario, convertidores fotoeléctricos. Los PEC de dos tipos han encontrado un uso generalizado.

Se diferencian en los tipos de semiconductores de silicio utilizados para su fabricación, estos son:

• Policristalino. Estas son células solares hechas de silicona fundida por enfriamiento a largo plazo. Un método de producción simple determina la asequibilidad del precio, pero el rendimiento de la opción policristalina no supera el 12%.
• Monocristalinos. Estos son los elementos obtenidos cortando láminas delgadas de un cristal de silicio cultivado artificialmente. La opción más productiva y costosa. La eficiencia promedio en la región del 17%, puede encontrar fotocélulas de cristal único con mayor rendimiento.

Células solares policristalinas de forma cuadrada plana con una superficie no homogénea. Las variedades monocristalinas se ven como cuadrados de estructura superficial delgados y homogéneos con esquinas cortadas (pseudo-cuadrados).

Así es como se ven los convertidores fotoeléctricos fotovoltaicos: las características del módulo solar no dependen de la variedad de elementos utilizados, esto solo afecta el tamaño y el precio

Los paneles de la primera versión con la misma potencia son más grandes que la segunda debido a la menor eficiencia (18% frente a 22%). Pero el interés, en promedio, es diez más barato y tiene una demanda predominante.

Sobre las reglas y los matices de elegir paneles solares para suministrar energía a la calefacción autónoma, puede lee aquí.

Esquema de trabajo de suministro de energía solar.

Cuando echas un vistazo a los nombres que suenan misteriosamente de los nodos que componen el sistema de suministro de energía solar, la idea surge de la complejidad súper técnica del dispositivo.

En el nivel micro de la vida del fotón, esto es así. Y claramente el circuito general del circuito eléctrico y el principio de su acción parecen muy simples. Desde la luminaria del cielo hasta la "lámpara de Ilich" solo hay cuatro pasos.

Los módulos solares son el primer componente de una planta de energía. Estos son paneles rectangulares delgados ensamblados a partir de un cierto número de placas de fotocélula estándar. Los fabricantes hacen que los paneles de fotos sean diferentes en energía eléctrica y voltaje, un múltiplo de 12 voltios.

Los dispositivos de forma plana están ubicados convenientemente en superficies expuestas a los rayos directos. Las unidades modulares se combinan interconectando la batería solar. La tarea de la batería es convertir la energía recibida del sol, produciendo una corriente constante de un valor dado.

Dispositivos de almacenamiento de carga eléctrica - baterías para paneles solares conocido por todos. Su papel dentro del sistema de suministro de energía del sol es tradicional. Cuando los consumidores domésticos están conectados a una red centralizada, las tiendas de energía se almacenan en electricidad.

También acumulan su exceso, si la corriente del módulo solar es suficiente para proporcionar la energía consumida por los electrodomésticos.

La batería le da al circuito la cantidad de energía requerida y mantiene un voltaje estable tan pronto como su consumo aumenta a un valor mayor. Lo mismo sucede, por ejemplo, por la noche con paneles fotográficos inactivos o durante un clima soleado.

El esquema de suministro de energía de la casa que utiliza paneles solares difiere de las opciones con los colectores en la capacidad de acumular energía en la batería.

El controlador es un intermediario electrónico entre el módulo solar y las baterías. Su función es regular el nivel de la batería. El dispositivo no permite su ebullición por la recarga o la caída del potencial eléctrico por debajo de una determinada norma, necesaria para el funcionamiento estable de todo el sistema solar.

Flip, el sonido del término se explica literalmente inversor solar. Sí, porque de hecho, esta unidad realiza una función que alguna vez pareció ficción para los ingenieros eléctricos.

Convierte la corriente continua del módulo solar y las baterías en corriente alterna con una diferencia de potencial de 220 voltios. Es este voltaje el que funciona para la gran mayoría de los electrodomésticos.

El flujo de energía solar es proporcional a la posición de la estrella: instalando módulos, sería bueno prever el ajuste del ángulo de inclinación según la época del año.

Pico de carga y consumo de energía promedio diario

El placer de tener su propia estación solar sigue siendo mucho. El primer paso en el camino hacia la posesión del poder de la energía solar es determinar la carga máxima óptima en kilovatios y el consumo de energía diario promedio racional en kilovatios hora de una casa o casa de verano.

La carga máxima se crea por la necesidad de encender varios dispositivos eléctricos a la vez y está determinada por su potencia total máxima, teniendo en cuenta las características de arranque exageradas de algunos de ellos.

El cálculo del consumo máximo de energía le permite identificar la necesidad vital para el funcionamiento simultáneo de qué aparatos eléctricos y cuáles no. Este indicador obedece a las características de energía de los nodos de la planta de energía, es decir, el costo total del dispositivo.

El consumo diario de energía de un aparato eléctrico se mide por el producto de su potencia individual durante el tiempo que trabajó desde la red (consumió electricidad) durante un día. El consumo diario promedio total de energía se calcula como la suma de la energía eléctrica consumida por cada consumidor durante un período diario.

El análisis posterior y la optimización de los datos obtenidos sobre las cargas y el consumo de energía proporcionarán el equipo necesario y la operación posterior del sistema de energía solar con un costo mínimo.

El resultado del consumo de energía ayuda a racionalizar el consumo de electricidad solar. El resultado de los cálculos es importante para el cálculo adicional de la capacidad de la batería. A partir de este parámetro, el precio de la batería, un componente muy valioso del sistema, depende aún más.

El procedimiento para calcular los indicadores de energía.

El proceso de cálculos literalmente comienza con una hoja de cuaderno expandida dispuesta horizontalmente en una celda. Con líneas de lápiz claras de una hoja, obtienes un formulario con treinta cuentas y líneas por la cantidad de electrodomésticos.

Preparación para cálculos aritméticos.

La primera columna se dibuja tradicionalmente: número de serie. La segunda columna es el nombre del dispositivo. El tercero es su consumo de energía individual.

Las columnas del cuarto al vigésimo séptimo son las horas del día de 00 a 24. Las siguientes se ingresan en ellas a través de la línea fraccional horizontal:

• en el numerador: el tiempo de funcionamiento del dispositivo en el período de una hora particular en forma decimal (0,0);
• el denominador es nuevamente su consumo de energía individual (esta repetición es necesaria para calcular las cargas por hora).

La vigésimo octava columna es el tiempo total que el electrodoméstico funciona durante el día. En el vigésimo noveno, el consumo de energía personal del dispositivo se registra como resultado de multiplicar el consumo de energía individual por el tiempo de funcionamiento para el período diario.

Compilar especificaciones detalladas para el consumidor que tengan en cuenta las cargas por hora ayudará a dejar dispositivos más familiares debido a su uso racional.

La trigésima columna también es estándar - nota. Es útil para cálculos intermedios.

Especificación del consumidor

La siguiente etapa de los cálculos es la transformación de un formulario de cuaderno en una especificación de los consumidores domésticos de electricidad. La primera columna es clara. Aquí están los números de línea.

La segunda columna contiene los nombres de los consumidores de energía. Se recomienda comenzar a llenar el hall de entrada con electrodomésticos. A continuación se describen otras habitaciones en el sentido contrario a las agujas del reloj o en el sentido de las agujas del reloj (como lo desee).

Si hay un segundo piso (etc.), el procedimiento es el mismo: desde las escaleras - rotonda. Al mismo tiempo, uno no debe olvidarse de los dispositivos de escalera y el alumbrado público.

Es mejor llenar la tercera columna con la potencia opuesta al nombre de cada dispositivo eléctrico en el camino con el segundo.

Las columnas cuatro a veintisiete corresponden a cada hora del día. Por conveniencia, se pueden tachar inmediatamente con líneas horizontales en el medio de las líneas. Las mitades superiores resultantes de las líneas son como numeradores, las mitades inferiores son denominadores.

Estas columnas se rellenan línea por línea. Los numeradores se formatean selectivamente como intervalos de tiempo del formato decimal (0,0), lo que refleja el tiempo de funcionamiento de un aparato eléctrico determinado en un período horario particular. Paralelamente a los numeradores, los denominadores se ingresan con el indicador de alimentación del dispositivo tomado de la tercera columna.

Después de que todas las columnas por hora estén llenas, proceden a contar el tiempo de trabajo diario individual de los electrodomésticos, moviéndose a lo largo de las líneas.Los resultados se registran en las celdas correspondientes de la vigesimoctava columna.

En el caso de que la planta de energía solar desempeñe un papel auxiliar para que el sistema no funcione en reposo, parte de la carga puede conectarse a ella para obtener energía constante

En función de la potencia y el tiempo de trabajo, se calcula secuencialmente el consumo diario de energía de todos los consumidores. Se observa en las celdas de la vigésima novena columna.

Cuando se completan todas las líneas y columnas de la especificación, calculan los totales. Sumando la potencia gráfica de los denominadores de las columnas horarias, se obtienen las cargas de cada hora. Resumiendo el consumo diario de energía individual de la vigésima novena columna de arriba a abajo, encuentran el promedio diario total.

El cálculo no incluye el consumo propio del futuro sistema. Este factor se tiene en cuenta por un coeficiente auxiliar en los cálculos finales posteriores.

Análisis y optimización de los datos.

Si la energía solar se planifica como respaldo, los datos sobre el consumo de energía por hora y el consumo de energía promedio diario general ayudan a minimizar el consumo de electricidad solar costosa.

Esto se logra eliminando el uso intensivo de energía de los consumidores hasta la restauración del suministro de energía centralizado, especialmente durante las horas pico.

Si el sistema de energía solar está diseñado como una fuente de suministro de energía constante, los resultados de las cargas por hora se adelantan. Es importante distribuir el consumo de electricidad durante el día de tal manera que se eliminen los niveles más altos y los niveles muy bajos.

La eliminación del pico, la ecualización de las cargas máximas, la eliminación de las caídas bruscas en el consumo de energía a lo largo del tiempo le permite elegir las opciones más económicas para los nodos del sistema solar y garantizar un funcionamiento estable, más importante y sin problemas a largo plazo de la estación solar.

El gráfico revelará la desigualdad del consumo de energía: nuestra tarea es cambiar los máximos en el momento de mayor actividad del sol y reducir el consumo diario total, especialmente en la noche.

El dibujo presentado muestra la transformación obtenida sobre la base de las especificaciones compiladas de un programa irracional óptimo. El indicador de consumo diario se redujo de 18 a 12 kW / h, la carga promedio por hora de 750 a 500 vatios.

El mismo principio de optimización es útil cuando se utiliza la opción de energía del sol como respaldo. No es necesario gastar dinero para aumentar la potencia de los módulos solares y las baterías en aras de algún inconveniente temporal.

Selección de nodos de plantas de energía solar.

Para simplificar los cálculos, consideraremos la versión del uso de una batería solar como la fuente principal para suministrar energía eléctrica. El consumidor será una casa de campo condicional en la región de Riazán, donde residen constantemente de marzo a septiembre.

Los cálculos prácticos basados ​​en los datos del programa racional de consumo de energía por hora publicado anteriormente darán claridad al razonamiento:

• Consumo de energía promedio diario total = 12,000 vatios / hora.
• Consumo medio de carga = 500 vatios.
• Carga máxima 1200 vatios.
• Carga máxima 1200 x 1.25 = 1500 vatios (+ 25%).

Los valores se requerirán en los cálculos de la capacidad total de los dispositivos solares y otros parámetros operativos.

Determinación de la tensión de funcionamiento del sistema solar.

El voltaje de funcionamiento interno de cualquier sistema solar se basa en una multiplicidad de 12 voltios, como la clasificación de batería más común. Los más nodos de estaciones solares: módulos solares, controladores, inversores, se producen bajo el voltaje popular de 12, 24, 48 voltios.

Un voltaje más alto permite el uso de cables de suministro más pequeños, y esto aumenta la confiabilidad del contacto. Por otro lado, las baterías defectuosas de la red de 12V se pueden reemplazar de una en una.

En una red de 24 voltios, considerando los detalles de la operación de la batería, será necesario reemplazar solo los pares. Una red de 48V requerirá cambiar las cuatro baterías de la misma rama. Además, a 48 voltios ya existe peligro de descarga eléctrica.

Con la misma capacidad y aproximadamente el mismo precio, debe comprar baterías con la mayor profundidad de descarga permitida y más corriente máxima

La elección principal del valor nominal de la diferencia de potencial interna del sistema está relacionada con las características de potencia de los inversores producidos por la industria moderna y debe tener en cuenta la carga máxima:

• de 3 a 6 kW - 48 voltios,
• de 1.5 a 3 kW - igual a 24 o 48V,
• hasta 1.5 kW - 12, 24, 48V.

Al elegir entre la confiabilidad del cableado y las molestias de reemplazar las baterías, para nuestro ejemplo nos enfocaremos en la confiabilidad. En el futuro, aprovecharemos el voltaje de funcionamiento del sistema calculado de 24 voltios.

Módulos solares de batería

La fórmula para calcular la potencia requerida de una batería solar se ve así:

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

donde:

• Rcm = potencia de la batería solar = potencia total de los módulos solares (paneles, W),
• 1000 = fotosensibilidad aceptada de convertidores fotoeléctricos (kW / m²)
• Eat = la necesidad de consumo diario de energía (kW * h, en nuestro ejemplo = 18),
• k = coeficiente estacional teniendo en cuenta todas las pérdidas (verano = 0.7; invierno = 0.5),
• Sin = valor tabular de insolación (flujo de radiación solar) en la pendiente óptima de los paneles (kW * h / m²).

Puede encontrar el valor de la insolación en el servicio meteorológico regional.

El ángulo óptimo de inclinación de los paneles solares es igual a la latitud del área:

• en primavera y otoño
• más 15 grados - en invierno,
• menos 15 grados en el verano.

La región de Riazán considerada en nuestro ejemplo se encuentra en la latitud 55.

La mayor potencia de los paneles solares se logra mediante sistemas de seguimiento, cambios estacionales en el ángulo de inclinación de los paneles, el uso de módulos de molduras mixtas

Para el tiempo que lleva de marzo a septiembre, la mejor inclinación no regulada de la batería solar es igual al ángulo de verano de 40 ° con respecto a la superficie terrestre. Con esta instalación de módulos, la insolación diaria promedio de Riazán durante este período es de 4.73. Todos los números están ahí, hagamos el cálculo:

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

Si tomamos módulos de 100 vatios como base de la batería solar, se requerirán 36 de ellos. Pesarán 300 kilogramos y ocuparán un área de aproximadamente 5 x 5 m de tamaño.

Diagramas de cableado comprobados en el campo y opciones para conectar paneles solares dado aquí.

Disposición de la unidad de batería.

Al elegir las baterías, debe guiarse por los postulados:

1. Las baterías convencionales para automóviles NO son adecuadas para este propósito. Las baterías de energía solar están etiquetadas como "SOLAR".
2. Adquirir baterías solo debe ser idéntico en todos los aspectos, preferiblemente de un lote de fábrica.
3. La habitación donde se encuentra la batería debe estar caliente. La temperatura óptima cuando las baterías agotan su potencia = 25⁰C. Cuando disminuye a -5 ° C, la capacidad de la batería disminuye en un 50%.

Si tomamos para el cálculo una batería exponencial con un voltaje de 12 voltios y una capacidad de 100 amperios / hora, no es difícil de calcular, durante una hora completa podrá proporcionar a los consumidores una potencia total de 1200 vatios. Pero esto es con descarga completa, lo cual es extremadamente indeseable.

Para una batería de larga duración, NO se recomienda reducir su carga por debajo del 70%. Figura límite = 50%. Tomando el 60% como punto medio, colocamos la reserva de energía de 720 W / h por cada 100 A * h del componente capacitivo de la batería (1200 W / h x 60%) como base para los cálculos posteriores.

Quizás la compra de una batería con una capacidad de 200 Ah costará menos que la compra de dos por 100, y la cantidad de contactos de la batería disminuirá

Inicialmente, las baterías deben instalarse cargadas al 100% desde una fuente de corriente estacionaria. Las baterías deben cubrir completamente la carga de la oscuridad. Si no tiene suerte con el clima, mantenga los parámetros del sistema necesarios durante el día.

Es importante tener en cuenta que un exceso de baterías conducirá a una carga insuficiente constante. Esto reducirá significativamente la vida útil. La solución más racional es equipar la unidad con baterías con una reserva de energía suficiente para cubrir un consumo diario de energía.

Para conocer la capacidad total requerida de la batería, dividimos el consumo total diario de energía de 12,000 W / h por 720 W / h y lo multiplicamos por 100 A * h:

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

Total para nuestro ejemplo, necesitamos 16 baterías con una capacidad de 100 u 8 a 200 Ah *, conectadas en serie en paralelo.

Elegir un buen controlador

Selección competente controlador de carga de la batería (Batería): una tarea muy específica. Sus parámetros de entrada deben corresponder a los módulos solares seleccionados, y el voltaje de salida debe corresponder a la diferencia de potencial interna del sistema solar (en nuestro ejemplo, 24 voltios).

Un buen controlador debe garantizar:

1. Una carga de batería de varias etapas que extiende su vida útil en múltiples.
2. Mutuo automático, batería y batería solar, conexión-desconexión en correlación con carga-descarga.
3. Reconectando la carga de la batería a la batería solar y viceversa.

Este pequeño nudo es un componente muy importante.

Si algunos consumidores (por ejemplo, iluminación) se transfieren a una fuente de alimentación directa de 12 voltios desde el controlador, se necesitará un inversor menos potente, lo que significa más barato

La elección correcta del controlador depende del funcionamiento sin problemas del costoso paquete de baterías y del equilibrio de todo el sistema.

Selección del mejor inversor

El inversor se selecciona para que pueda proporcionar una carga máxima a largo plazo. Su voltaje de entrada debe corresponder a la diferencia de potencial interna del sistema solar.

Para la mejor selección, se recomienda prestar atención a los parámetros:

1. La forma y frecuencia de la corriente alterna generada. Cuanto más cerca de una onda sinusoidal de 50 Hz, mejor.
2. Eficiencia del dispositivo. Cuanto mayor sea el 90%, más maravilloso.
3. Consumo propio del dispositivo. Debe ser acorde con el consumo general de energía del sistema. Idealmente, hasta 1%.
4. La capacidad de la unidad para soportar sobrecargas dobles a corto plazo.

El diseño más distintivo es un inversor con una función de controlador incorporada.

Montaje de un sistema solar doméstico.

Le hicimos una selección de fotos que demuestra claramente el proceso de ensamblar un sistema solar doméstico a partir de módulos fabricados en la fábrica:

Conclusiones y video útil sobre el tema.

Clip # 1. Instalación de bricolaje de paneles solares en el techo de una casa:

Clip # 2. La elección de las baterías para el sistema solar, tipos, diferencias:

Clip # 3. Estación de energía solar del país para aquellos que hacen todo por sí mismos:

Los métodos de cálculo considerados paso a paso, el principio básico del funcionamiento efectivo de una batería moderna de panel solar como parte de una estación solar autónoma hogareña, ayudarán a los propietarios de una casa grande en un área densamente poblada y una casa de campo en el desierto a ganar soberanía energética.

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