Napelemek nyaralókhoz és házakhoz: típusok, működési elv és számítási eljárás a napenergia rendszerekhez

A tudomány adta nekünk egy olyan időszakot, amikor a napenergia felhasználásának technológiája nyilvánosan elérhetővé vált. Minden tulajdonosnak lehetősége van napelemek beszerzésére a házhoz. A nyári lakosok ebben a kérdésben nem sokkal elmaradtak. Gyakrabban messze vannak a fenntartható energiaellátás központosított forrásaitól.

Javasoljuk, hogy ismerkedjen meg a készüléket képviselő információkkal, a működési elvekkel és a Naprendszer működő alkatrészeinek kiszámításával. A javasolt információk megismerése megközelíti a webhely természetes árammal való ellátásának valóságát.

A szolgáltatott adatok egyértelmű megértése érdekében mellékelték a részletes rajzokat, ábrákat, fotó- és videofelvételeket.

A szolár akkumulátor készüléke és működési elve

Miután a kíváncsi elmék megnyitott számunkra a természetes anyagokat, amelyek a Nap fényfény részecskéinek, fotonok, elektromos energia. A folyamatot fotoelektromos effektusnak nevezték. A tudósok megtanultak ellenőrizni a mikrofizikai jelenségeket.

A félvezető anyagok alapján kompakt elektronikus eszközöket - fotocellákat - hoztak létre.

A gyártók elsajátították a miniatűr átalakítók hatékony napelemekké történő kombinálásának technológiáját. Az iparban széles körben gyártott szilikonból készült panelek napkollektor moduljainak hatékonysága 18–22%.

A séma leírása egyértelműen mutatja: az erőmű minden alkotóeleme egyformán fontos - a rendszer összehangolt működése a megfelelő megválasztástól függ

A modulokból napelem telepítve van. Ez a fotonok végső úticélja a Naptól a Földig.Innentől kezdve a fénykibocsátás ezen alkotóelemei már az elektromos áramkörben DC részecskékként folytatják az utat.

Ezeket szétosztják elemekkel, vagy 220 V váltakozó áramú töltéssé alakítják át, és mindenféle háztartási műszert ellátnak.

A napelemek sorozathoz csatlakoztatott félvezető eszközök - fotocellák - komplexei, amelyek a napenergiát elektromos energiává alakítják

További részleteket talál az eszköz sajátosságairól és a napelemes akkumulátor működésének elveiről egy másikban népszerű cikk honlapunkon.

A napelem modulok típusai

A napelemek-modulok napelemekből vannak összeállítva, egyébként fotoelektromos átalakítók. Kétféle PEC-t széles körben használtak.

Ezek különböznek a gyártáshoz használt szilícium félvezetők típusaitól, ezek a következők:

• Polikristályos. Ezek a szilíciumolvadékból hosszú távú hűtéssel előállított napelemek. Egy egyszerű gyártási módszer határozza meg az ár megfizethetőségét, de a polikristályos opció teljesítménye nem haladja meg a 12% -ot.
• Monokristályos. Ezeket az elemeket egy mesterségesen előállított szilikonkristály vékony lemezének vágásával nyerik. A legtermékenyebb és legdrágább lehetőség. Az átlagos hatékonyság 17% körüli, nagyobb teljesítményű egykristályos fotocellákat találhat.

Sík, négyzet alakú, nem homogén felületű polikristályos napelemek. A monokristályos fajták vékony, homogén felületi szerkezetű négyzeteknek tűnnek, vágott sarkokkal (álruhák).

A fotovoltaikus fotoelektromos átalakítók így néznek ki: a napelemes modul tulajdonságai nem függenek az alkalmazott elemek sokféleségétől - ez csak a méretet és az árat érinti

Az ugyanolyan teljesítményű első verzió panelei alacsonyabbak (18% és 22%), annál nagyobbak, mint a második. De az érdeklődés átlagosan tíz olcsóbb és túlnyomó kereslet.

Az önálló fűtéshez szükséges energiaellátás érdekében a napelemek kiválasztásának szabályairól és árnyalatairól megtudhatja olvassa el itt.

A napenergia-ellátás működési rendje

Amikor a napenergia-ellátó rendszert alkotó csomópontok titokzatosan hangzó nevére pillant, az ötlet az eszköz szupertechnikai bonyolultságára irányul.

A fotonélet mikro szintjén ez így van. És egyértelmű, hogy az elektromos áramkör általános áramköre és működésének alapelve nagyon egyszerű. A menny világítótestétől az „Iljics lámpájáig” csak négy lépés van.

A napelem modulok az erőmű első alkotóelemei. Ezek vékony téglalap alakú panelek, amelyek bizonyos számú szokásos fotocellás lemezből vannak összeállítva. A gyártók a fotópaneleket eltérő villamos energiával és feszültséggel gyártják, többszörösen 12 voltos feszültséggel.

A lapos alakú eszközöket kényelmesen lehet elhelyezni a közvetlen sugárzásnak kitett felületeken. A moduláris egységeket a szolár akkumulátor összekapcsolásával kombinálják. Az akkumulátor feladata, hogy a nap vett energiáját átalakítsa egy adott érték állandó áramával.

Elektromos töltőkészülékek - elemek napelemekhez mindenki számára ismert. A napfényből származó energiaellátó rendszerben betöltött szerepe tradicionális. Amikor a háztartási fogyasztókat központosított hálózathoz csatlakoztatják, az energiatárolókat villamos energia tárolja.

Felhalmozódnak a többletük is, ha a napelemes modul árama elegendő az elektromos készülékek által fogyasztott energia biztosításához.

Az akkumulátor biztosítja az áramkör számára a szükséges energiamennyiséget, és stabil feszültséget fenntart, amint fogyasztásának növekedése megnövekszik. Ugyanez történik például éjszaka készenléti fotópanelekkel vagy enyhe napos időben.

A ház energiaellátási rendszere napelemek használatával különbözik a kollektorok választási lehetőségeitől abban, hogy képesek-e energiát felhalmozni az akkumulátorban

A vezérlő egy elektronikus közvetítő a szolár modul és az elemek között. Feladata az akkumulátor töltöttségi szintjének szabályozása. A készülék nem engedi megforrni, hogy újból feltöltődjenek vagy csökkenjenek az elektromos potenciál egy bizonyos szint alá, amely a teljes Naprendszer stabil működéséhez szükséges.

Flip, a kifejezés hangja szó szerint magyarázható napelemes inverter. Igen, mert valójában ez az egység olyan funkciót lát el, amely valaha a villamosmérnökök számára tűnt fiktívnak.

Átalakítja a napelemes modul és az akkumulátorok egyenáramát váltakozó áramúvá, 220 V feszültségkülönbséggel. Ez a feszültség működteti a háztartási villamos készülékek túlnyomó részét.

A napenergia áramlása arányos a csillag helyzetével: modulok telepítésekor jó lenne gondoskodni a dőlésszögnek az évszak függvényében történő beállításáról

Csúcsterhelés és a napi átlagos energiafogyasztás

Még mindig nagyon örülök annak, hogy saját napeleme van. A napenergia teljesítménye felé vezető első lépés az, hogy meghatározzuk az optimális csúcsterhelést kilovattban és az otthoni vagy nyaralóház ésszerű átlagos napi energiafogyasztását kilowattóra-ban.

A csúcsterhelést az okozza, hogy egyszerre több villamos eszközt be kell kapcsolni, és a maximális teljes teljesítményük határozza meg, figyelembe véve egyesük túlzott indulási tulajdonságait.

A maximális energiafogyasztás kiszámítása lehetővé teszi annak meghatározását, hogy melyik elektromos készülék egyidejű működtetése szempontjából alapvető szükség van, és melyik nem túl nagy. Ez a mutató betartja az erőmű csomópontjainak teljesítményjellemzőit, vagyis az eszköz teljes költségét.

Az elektromos készülékek napi energiafogyasztását az annak egyéni teljesítményének szorzata alapján mérik, amikor egy nap a hálózatból működött (villamos energiát fogyasztott). A teljes átlagos napi energiafogyasztást az egyes fogyasztók által a napi időszakra elfogyasztott villamos energia összegeként számítják.

A kapott terhelési és energiafogyasztási adatok későbbi elemzése és optimalizálása minimális költségekkel biztosítja a szükséges berendezéseket és a napenergia-rendszer későbbi üzemeltetését.

Az energiafogyasztás eredménye hozzájárul a napenergia felhasználásának ésszerűsítéséhez. A számítások eredménye fontos az akkumulátor kapacitásának további kiszámításához. Ettől a paramétertől még inkább függ az akkumulátor ára, amely egy nagyon értékes rendszer eleme.

Az energiamutatók kiszámításának folyamata

A számítás folyamata szó szerint egy vízszintesen elrendezett cellában lévő kibővített jegyzetfüzet-lappal kezdődik. A lapon lévő könnyű ceruzavonalakkal harminc számú űrlapot kaphat, a háztartási készülékek számától függően.

Felkészülés a számtani számításokra

Az első oszlop hagyományos - sorozatszámmal van rajzolva. A második oszlop a készülék neve. A harmadik az egyén energiafogyasztása.

A negyedik és huszonhetedik oszlopok a nap órája 00 és 24 között vannak. A vízszintes tört vonalon keresztül a következőket kell beírni:

• a számlálóban - a készülék működési ideje egy adott órában, decimális formában (0,0);
• a nevező ismét az egyén energiafogyasztása (erre az ismétlésre szükség van az óránkénti terhelések kiszámításához).

A huszonnyolcadik oszlop az az idő, ameddig a háztartási készülék a nap folyamán működik. A huszonkilencediknél a készülék személyes energiafogyasztását rögzítik, amikor megszorozzák az egyéni energiafogyasztást a napi működési idővel.

A részletes fogyasztói előírások összeállítása az óránkénti terhelés figyelembevételével elősegíti, hogy ésszerűbb alkalmazásuk miatt megismerjék az ismert eszközöket.

A harmincadik oszlop szintén standard - jegyzet. Ez köztes számításokhoz hasznos.

Fogyasztói specifikáció

A számítás következő szakasza egy notebook forma átalakítása háztartási villamosenergia-fogyasztók specifikációjává. Az első oszlop tiszta. Itt vannak a sorszámok.

A második oszlop az energiafogyasztók nevét tartalmazza. Ajánlatos elkezdeni a bejárati csarnok feltöltését elektromos készülékekkel. Az alábbiakban más helyiségeket mutatunk be az óramutató járásával ellentétesen vagy az óramutató járásával megegyezően (ahogy szeretné).

Ha van egy második (stb.) Padló, akkor az eljárás ugyanaz: a lépcsőn - a körforgalom. Ugyanakkor ne felejtsük el a lépcsőház berendezéseit és az utcai világítást sem.

Sokkal jobb, ha a harmadik oszlopot az egyes elektromos készülékek nevével ellentétes energiával töltse fel a másikkal.

A négy-huszonhét oszlop megfelel a nap minden órájának. A kényelem kedvéért azonnal áthúzhatók vízszintes vonalakkal a sorok közepén. A kapott vonalak felső fele olyan, mint a számláló, az alsó fele pedig nevező.

Ezek az oszlopok soronként vannak kitöltve. A számlálók szelektíven vannak formázva tizedes formátum (0,0) időintervallumként, tükrözve egy adott elektromos készülék működési idejét egy adott órás időszakban. A számlálókkal párhuzamosan a nevezőket a harmadik oszlopból vett eszköz teljesítményjelzőjével kell megadni.

Miután az összes óránkénti oszlop megtelt, a sorok mentén számolják az elektromos készülékek napi munkaidejét.Az eredményeket a huszonnyolcadik oszlop megfelelő celláiban rögzítjük.

Abban az esetben, ha a napenergia erőmű kiegészítő szerepet játszik, úgy, hogy a rendszer nem működik alapjáraton, a terhelés egy része hozzákapcsolható állandó teljesítmény érdekében

A teljesítmény és a munkaidő alapján minden fogyasztó napi energiafogyasztását kiszámítják egymás után. Megjegyezzük a huszonkilencedik oszlop celláiban.

Amikor a specifikáció összes sora és oszlop meg van töltve, kiszámítják az összegeket. Összeadva az órás oszlopok nevezőinek grafikus teljesítményét, megkapjuk az egyes órák terhelését. Összegezve a huszonkilencedik oszlop egyes napi energiafogyasztását felülről lefelé, megtalálják a teljes napi átlagot.

A számítás nem tartalmazza a jövőbeni rendszer saját fogyasztását. Ezt a tényezőt egy kiegészítő együttható veszi figyelembe a későbbi végső számításokban.

Az adatok elemzése és optimalizálása

Ha a napenergiát tartalékként tervezik, az óránkénti energiafogyasztásra és az átlagos napi energiafogyasztásra vonatkozó adatok segítenek minimalizálni a drága napenergia felhasználását.

Ezt úgy érik el, hogy az energiaigényes fogyasztókat kizárják a felhasználástól a központosított energiaellátás helyreállításáig, különösen csúcsidőben.

Ha a napenergia-rendszert állandó áramforrásként tervezik, akkor az óránkénti terhelések eredményei előrehaladnak. Fontos a villamosenergia-fogyasztás eloszlása ​​a nap folyamán oly módon, hogy eltávolítsuk a sokkal inkább uralkodó legmagasabb pontokat és a nagyon kudarcokat.

A csúcs kiküszöbölése, a maximális terhelések kiegyenlítése, az energiafogyasztás éles csökkenése az idő múlásával kiküszöböli a napenergia rendszer csomópontjainak leggazdaságosabb lehetőségeit, és biztosítja a napenergia állomás stabil, legfontosabb, problémamentes hosszú távú működését.

A diagram feltárja az energiafogyasztás egyenetlenségét: feladatunk az, hogy a maximumokat eltoljuk a nap legnagyobb aktivitásának időpontjára, és csökkentsük a teljes napi fogyasztást, különösen éjszaka.

A bemutatott rajz optimálisan ábrázolja az irracionális ütemterv összeállított specifikációi alapján kapott transzformációt. A napi fogyasztás mutatója 18-ról 12 kW / h-ra csökkent, az átlagos óránkénti terhelés pedig 750-ről 500 W-ra.

Ugyanez az optimális elv akkor is hasznos, ha a napenergiát opcióként használja. Ideiglenes kellemetlenségek érdekében felesleges pénzt költeni a napelemes modulok és az akkumulátorok teljesítményének növelésére.

Napenergia-erőművek csomópontjainak kiválasztása

A számítások egyszerűsítése érdekében a napelemes akkumulátor használatának verzióját vesszük figyelembe az elektromos energia fő forrásaként. A fogyasztó egy feltételes vidéki ház lesz a Ryazan régióban, ahol márciusától szeptemberig folyamatosan laknak.

A fent közzétett ésszerű óránkénti energiafogyasztási ütemterv adatain alapuló gyakorlati számítások világossá teszik az érvelést:

• Teljes átlagos napi energiafogyasztás = 12 000 watt / óra.
• Átlagos terhelés = 500 W.
• Maximális terhelés 1200 watt.
• Csúcsterhelés 1200 x 1,25 = 1500 W (+ 25%).

Az értékekre szükség lesz a napelemek teljes kapacitásának és az egyéb működési paraméterek kiszámításához.

A napenergia rendszer üzemi feszültségének meghatározása

Bármelyik szolárrendszer belső működési feszültsége 12 V-os szorzón alapul, mint a leggyakoribb akkumulátor-osztályozás. A napkollektoros állomások legszélesebb körű csomópontjai: napelemes modulok, vezérlők, inverterek - a népszerű 12, 24, 48 volt feszültség alatt készülnek.

A magasabb feszültség kisebb tápvezetékek használatát teszi lehetővé - és ez növeli az érintkezés megbízhatóságát. Másrészt a hibás 12 V-os hálózati elemek egyenként cserélhetők.

Egy 24 voltos hálózatban, figyelembe véve az akkumulátor működésének sajátosságait, csak párokat kell cserélni. A 48 V-os hálózathoz ugyanazon ág mind a négy elemét ki kell cserélni. Ezen felül, 48 voltos feszültségnél már fennáll az áramütés veszélye.

Ugyanazon kapacitású és megközelítőleg azonos áron vásároljon akkumulátort a legnagyobb megengedett kisülési mélységgel és nagyobb maximális árammal

A rendszer belső potenciálkülönbségének nominális értékének fő választása a modern ipar által előállított inverterek teljesítményjellemzőivel függ össze, és figyelembe kell vennie a csúcsterhelést:

• 3-tól 6 kW-ig - 48 volt,
• 1,5 - 3 kW - egyenértékű 24 vagy 48 V-val,
• 1,5 kW-ig - 12, 24, 48V.

A vezetékek megbízhatósága és az elemek cseréjének kellemetlensége között választhatunk, példánkban a megbízhatóságra koncentrálunk. A jövőben a kiszámított rendszer 24 voltos feszültségére építünk.

Akkumulátor napelemes modulok

A napelem akkumulátorához szükséges energia kiszámításának képlete a következőképpen néz ki:

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

ahol:

• Rcm = a szolár akkumulátor teljesítménye = a szolár modulok teljes teljesítménye (panelek, W),
• 1000 = a fotoelektromos átalakítók elfogadott fényérzékenysége (kW / m²)
• Eat = a napi energiafogyasztás igénye (kW * h, a példánkban = 18),
• k = szezonális együttható, figyelembe véve az összes veszteséget (nyár = 0,7; tél = 0,5),
• Sin = a hőszigetelés táblázatos értéke (napsugárzási fluxus) a panelek optimális lejtésénél (kW * h / m²).

A szigetelés értékét a regionális meteorológiai szolgálatból megtudhatja.

A napelemek optimális dőlésszöge megegyezik a terület szélességével:

• tavasszal és ősszel,
• plusz 15 fok - télen,
• mínusz 15 fok nyáron.

A példánkban szereplő Ryazan-régió az 55. szélességi fokon helyezkedik el.

A napelemek legnagyobb teljesítményét nyomkövető rendszerek, a panelek dőlésszögének szezonális változásai, vegyes burkolatmodulok alkalmazásával érik el.

A március és szeptember közötti időtartamra a napelemes akkumulátor legjobb szabályozatlan dőlése megegyezik a föld felületéhez viszonyított 40 ° nyári szögel. A modulok ezen telepítésével a Ryazan átlagos napi insolációja ebben az időszakban 4,73. Az összes szám ott van, végezzük el a számítást:

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

Ha a 100 W-os modulokat vesszük alapul a napelem elemében, akkor ezekre 36-ra lesz szükség. 300 kg súlyúak és körülbelül 5 x 5 m nagyságú területet foglalnak el.

A helyszínen bevált huzalozási rajzok és a napelemek csatlakoztatásának lehetőségei itt megadott.

Az akkumulátor egység elrendezése

Az akkumulátorok kiválasztásakor a következő posztulációkat kell vezérelnie:

1. A hagyományos autóakkumulátorok NEM alkalmasak erre a célra. A napenergia-akkumulátorok „SOLAR” feliratúak.
2. A beszerzett akkumulátorok minden tekintetben csak azonosak lehetnek, lehetőleg egy gyári tételből.
3. A helyiségnek, ahol az akkumulátor található, melegnek kell lennie. Az optimális hőmérséklet, ha az akkumulátorok teljes energiát adnak = 25⁰C. -5 ° C-ra csökken az akkumulátor kapacitása 50% -kal.

Ha 12 voltos feszültségű és 100 amper / óra kapacitású exponenciális akkumulátort veszünk, akkor nem nehéz kiszámítani, egy órán keresztül teljes képességgel képes biztosítani a fogyasztókat 1200 watt teljesítménnyel. De ez a teljes mentesítéssel jár, ami rendkívül nem kívánatos.

Az akkumulátor hosszú élettartamára NEM ajánlott, hogy töltöttségüket 70% alá csökkentsék. Határérték = 50%. A középérték 60% -át tekintve a következő számítások alapjául az akkumulátor kapacitív komponensének 100 A * h-jára eső 720 W / h energiatartalékot (1200 W / h x 60%) adjuk meg.

Lehet, hogy egy 200 Ah kapacitású akkumulátor vásárlása kevesebbet fog fizetni, mint a kettő vásárlása esetén 100, és az akkumulátor érintkezőinek száma csökken.

Kezdetben az akkumulátorokat 100% -ra kell feltölteni egy álló áramforrásból. Az akkumulátoroknak teljesen le kell fedniük a sötét terhelést. Ha nem szerencsése van az időjárással, akkor a nap folyamán tartsa be a szükséges rendszerparamétereket.

Fontos figyelembe venni, hogy az akkumulátorok túlsúlya következtében folyamatos alul töltöttek lesznek. Ez jelentősen csökkenti az élettartamot. A legraccionálisabb megoldás az, ha az egységet akkumulátorokkal látják el, amelyek energiatartalma elegendő egy napi energiafogyasztás fedezéséhez.

A szükséges teljes akkumulátorkapacitás megállapításához a teljes napi 12 000 W / h energiafogyasztást el kell osztani 720 W / h-val, és szorozni kell 100 A * h-val:

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

Példánkban összesen 16 elemre van szükségünk, amelyek kapacitása 100 vagy 8 200 Ah * -on, sorosan párhuzamosan csatlakoztatva.

Jó vezérlő kiválasztása

Illetékes kiválasztás akkumulátor töltésvezérlő (Akkumulátor) - nagyon specifikus feladat. Bemeneti paramétereinek meg kell egyezniük a kiválasztott napelemes modulokkal, és a kimeneti feszültségnek meg kell egyezniük a napenergia rendszer belső potenciálkülönbségével (a példánkban 24 volt).

A jó ellenőrnek biztosítania kell:

1. Többlépcsős akkumulátor töltés, amely meghosszabbítja azok tényleges élettartamát többszöröseivel.
2. Automatikus kölcsönös, akkumulátor és napelem telepítése, csatlakoztatás-leválasztás összefüggésben a töltés-mentesítéssel.
3. Teher újracsatlakoztatása az akkumulátorról a szolár elemhez és fordítva.

Ez a kis csomó nagyon fontos elem.

Ha néhány fogyasztót (például világítást) átengednek a 12 V-os közvetlen tápellátásra a vezérlőből, kevésbé nagy teljesítményű inverterre lesz szükség, ami olcsóbb

A vezérlő helyes megválasztása a drága akkumulátor problémamentes működésétől és a teljes rendszer egyensúlyától függ.

A legjobb inverter kiválasztása

Az invertert úgy választják meg, hogy hosszú távú csúcsterhelést biztosítson. Bemeneti feszültségének meg kell egyeznie a naprendszer belső potenciálkülönbségével.

A legjobb választás érdekében ajánlatos figyelni a paraméterekre:

1. A generált váltakozó áram alakja és frekvenciája. Minél közelebb van egy 50 Hz-es szinuszhullámhoz, annál jobb.
2. Az eszköz hatékonysága. Minél magasabb a 90% - annál csodálatosabb.
3. A készülék saját fogyasztása. Arányosnak kell lennie a rendszer teljes energiafogyasztásával. Ideális esetben - akár 1%.
4. Az egység képessége ellenállni a rövid távú kettős túlterheléseknek.

A legkülönlegesebb kivitel egy inverter beépített vezérlő funkcióval.

Háztartási napenergia rendszer összeszerelése

Készítettünk egy fénykép-választást, amely világosan bemutatja a háztartási napenergia-rendszer összeszerelésének folyamatát a gyárban gyártott modulokból:

Következtetések és hasznos videó a témáról

1. klip. Napelemek DIY telepítése a ház tetőjére:

2. klip. Az elemek választása a napenergia rendszerhez, típusok, különbségek:

3. klip. Országos napenergia-erőmű azok számára, akik maguk mindent csinálnak

A megfontolt lépésenkénti számítási módszerek, a modern napelem-elem hatékony működésének alapvető alapelve egy otthoni autonóm napenergia-állomás részeként elősegíti a sűrűn lakott területen lévő nagy ház és a pusztában fekvő vidéki ház tulajdonosának az energia szuverenitásának megszerzését.

Szeretné megosztani a személyes tapasztalatait, amelyeket egy mini naprendszer vagy csak az elemek telepítése során szerzett? Van kérdése, amelyre szeretne választ kapni, talált hibákat a szövegben? Kérjük, hagyja meg észrevételeit az alábbi blokkban.