Pannelli solari per cottage e case estivi: tipi, principio di funzionamento e procedura di calcolo per sistemi solari

La scienza ci ha dato un momento in cui la tecnologia di utilizzo dell'energia solare è diventata pubblicamente disponibile. Ogni proprietario ha l'opportunità di ottenere pannelli solari per la casa. I residenti estivi non sono molto indietro in questa materia. Più spesso sono lontani da fonti centralizzate di alimentazione sostenibile.

Ti suggeriamo di familiarizzare con le informazioni che rappresentano il dispositivo, i principi di funzionamento e il calcolo dei componenti di funzionamento del sistema solare. La familiarità con le informazioni che abbiamo proposto avvicinerà la realtà della fornitura di elettricità naturale al tuo sito.

Per una chiara percezione dei dati forniti, sono allegati diagrammi dettagliati, illustrazioni, foto e istruzioni video.

Il dispositivo e il principio di funzionamento della batteria solare

Una volta che le menti curiose si aprivano per noi sostanze naturali che sono prodotte sotto l'influenza di particelle di luce dal sole, fotoni, energia elettrica. Il processo è stato chiamato effetto fotoelettrico. Gli scienziati hanno imparato a controllare il fenomeno microfisico.

Basandosi su materiali semiconduttori, hanno creato dispositivi elettronici compatti - fotocellule.

I produttori hanno acquisito padronanza della tecnologia di combinazione di convertitori in miniatura in efficienti pannelli solari. L'efficienza dei moduli solari a pannello in silicio ampiamente prodotti dall'industria è del 18-22%.

La descrizione dello schema mostra chiaramente: tutti i componenti della centrale elettrica sono ugualmente importanti - il funzionamento coordinato del sistema dipende dalla loro corretta selezione

Una batteria solare è assemblata dai moduli. È la destinazione finale dei fotoni dal Sole alla Terra.Da qui, questi componenti della radiazione luminosa continuano il loro percorso già all'interno del circuito elettrico come particelle DC.

Sono distribuiti da batterie o trasformati in cariche di una corrente elettrica alternata di 220 volt, fornendo tutti i tipi di dispositivi tecnici domestici.

La batteria solare è un complesso di dispositivi a semiconduttore collegati in serie: fotocellule che convertono l'energia solare in energia elettrica

Troverai maggiori dettagli sulle specifiche del dispositivo e il principio di funzionamento della batteria solare in un altro articolo popolare il nostro sito.

Tipi di moduli del pannello solare

I moduli solari sono assemblati da celle solari, altrimenti - convertitori fotoelettrici. PEC di due tipi hanno trovato un uso diffuso.

Differiscono nei tipi di semiconduttori al silicio utilizzati per la loro fabbricazione, questi sono:

• Policristallino. Si tratta di celle solari realizzate con silicio fuso mediante raffreddamento a lungo termine. Un semplice metodo di produzione determina l'accessibilità economica del prezzo, ma le prestazioni dell'opzione policristallina non superano il 12%.
• Monocristallino. Questi sono gli elementi ottenuti tagliando sottili lastre di un cristallo di silicio coltivato artificialmente. L'opzione più produttiva e costosa. L'efficienza media nella regione del 17%, è possibile trovare fotocellule a cristallo singolo con prestazioni più elevate.

Celle solari policristalline di forma quadrata piatta con una superficie disomogenea. Le varietà monocristalline sembrano quadrati sottili e omogenei della struttura superficiale con angoli tagliati (pseudo-quadrati).

Ecco come appaiono i convertitori fotoelettrici fotovoltaici: le caratteristiche del modulo solare non dipendono dalla varietà di elementi utilizzati - ciò influisce solo sulla dimensione e sul prezzo

I pannelli della prima versione con la stessa potenza sono più grandi del secondo a causa della minore efficienza (18% contro 22%). Ma l'interesse, in media, è dieci in meno ed è molto richiesto.

A proposito delle regole e delle sfumature della scelta dei pannelli solari per fornire energia al riscaldamento autonomo, puoi farlo leggi qui.

Schema di lavoro dell'alimentazione solare

Quando dai un'occhiata ai nomi misteriosamente misteriosi dei nodi che compongono il sistema di alimentazione solare, l'idea viene alla complessità super-tecnica del dispositivo.

A livello micro della vita del fotone, è così. E chiaramente il circuito generale del circuito elettrico e il principio della sua azione sembrano molto semplici. Dal luminare del cielo alla "lampada di Ilyich" ci sono solo quattro gradini.

I moduli solari sono il primo componente di una centrale elettrica. Si tratta di sottili pannelli rettangolari assemblati da un certo numero di piastre fotocellule standard. I produttori rendono i pannelli fotografici diversi per potenza e tensione elettriche, un multiplo di 12 volt.

I dispositivi a forma piatta sono posizionati convenientemente su superfici esposte ai raggi diretti. Le unità modulari si combinano collegando la batteria solare. Il compito della batteria è di convertire l'energia ricevuta del sole, producendo una corrente costante di un dato valore.

Dispositivi di memorizzazione della carica elettrica - batterie per pannelli solari noto a tutti. Il loro ruolo all'interno del sistema di approvvigionamento energetico del sole è tradizionale. Quando i consumatori domestici sono collegati a una rete centralizzata, i depositi di energia sono immagazzinati in elettricità.

Accumulano anche il suo eccesso, se la corrente del modulo solare è sufficiente a fornire l'energia consumata dagli apparecchi elettrici.

Il pacco batteria fornisce al circuito la quantità necessaria di energia e mantiene una tensione stabile non appena il suo consumo sale a un valore maggiore. La stessa cosa accade, ad esempio, di notte con pannelli fotografici inattivi o in condizioni di sole sereno.

Lo schema di approvvigionamento energetico della casa che utilizza pannelli solari differisce dalle opzioni con i collettori per la capacità di accumulare energia nella batteria

Il controller è un intermediario elettronico tra il modulo solare e le batterie. Il suo ruolo è di regolare il livello della batteria. Il dispositivo non consente alla loro ebollizione di ricaricare o cadere potenziale elettrico al di sotto di una determinata norma, necessaria per il funzionamento stabile dell'intero sistema solare.

Capovolgi, il suono del termine è così letteralmente spiegato inverter solare. Sì, perché in effetti questa unità svolge una funzione che una volta sembrava inventare ingegneri elettrici.

Converte la corrente continua del modulo solare e delle batterie in corrente alternata con una differenza di potenziale di 220 volt. È questa tensione che funziona per la stragrande maggioranza degli elettrodomestici.

Il flusso di energia solare è proporzionale alla posizione della stella: installando i moduli, sarebbe bello prevedere la regolazione dell'angolo di inclinazione in base al periodo dell'anno

Carico di picco e consumo medio giornaliero di energia

Il piacere di avere la propria stazione solare è ancora molto. Il primo passo sul percorso per possedere la potenza dell'energia solare è determinare il carico di picco ottimale in chilowatt e il consumo razionale medio giornaliero di energia in chilowattora di una casa o di un cottage estivo.

Il carico di picco è creato dalla necessità di accendere più dispositivi elettrici contemporaneamente ed è determinato dalla loro massima potenza totale, tenendo conto delle caratteristiche di avvio sopravvalutate di alcuni di essi.

Il calcolo del consumo massimo di energia consente di identificare la necessità vitale per il funzionamento simultaneo di quali apparecchi elettrici e quali non sono molto. Questo indicatore rispetta le caratteristiche di potenza dei nodi della centrale, ovvero il costo totale del dispositivo.

Il consumo energetico giornaliero di un apparecchio elettrico è misurato dal prodotto della sua potenza individuale per il tempo in cui ha funzionato dalla rete (energia elettrica consumata) per un giorno. Il consumo medio giornaliero totale di energia viene calcolato come la somma dell'energia consumata dell'elettricità da ciascun consumatore per il periodo giornaliero.

La successiva analisi e ottimizzazione dei dati ottenuti su carichi e consumi energetici fornirà le attrezzature necessarie e il successivo funzionamento del sistema di energia solare con costi minimi

Il risultato del consumo di energia aiuta a razionalizzare il consumo di elettricità solare. Il risultato dei calcoli è importante per l'ulteriore calcolo della capacità della batteria. Da questo parametro, il prezzo del pacco batteria, molto un componente utile del sistema, dipende ancora di più.

La procedura per il calcolo degli indicatori energetici

Il processo di calcolo inizia letteralmente con un foglio di quaderno espanso disposto orizzontalmente, in una cella. Con linee di matita chiare da un foglio ottieni un modulo con trenta conteggi e linee per il numero di elettrodomestici.

Preparazione per calcoli aritmetici

La prima colonna è disegnata tradizionale - numero di serie. La seconda colonna è il nome dell'appliance. Il terzo è il suo consumo di energia individuale.

Le colonne dalla quarta alla ventisettesima sono le ore del giorno dalle 00 alle 24. Le seguenti sono inserite in esse attraverso la linea frazionaria orizzontale:

• nel numeratore - il tempo di funzionamento del dispositivo nel periodo di una determinata ora in forma decimale (0,0);
• il denominatore è di nuovo il suo consumo di energia individuale (questa ripetizione è necessaria per calcolare i carichi orari).

La ventottesima colonna è il tempo totale in cui l'elettrodomestico lavora durante il giorno. Al ventinovesimo, il consumo di energia personale del dispositivo viene registrato come risultato della moltiplicazione del consumo di energia individuale per il tempo di funzionamento per il periodo giornaliero.

La compilazione di specifiche dettagliate per il consumatore tenendo conto dei carichi orari aiuterà a lasciare dispositivi più familiari a causa del loro uso razionale.

Anche la trentesima colonna è standard - nota. È utile per calcoli intermedi.

Specifiche del consumatore

La fase successiva dei calcoli è la trasformazione di un modulo notebook in una specifica dei consumatori di elettricità domestica. La prima colonna è chiara. Ecco i numeri di riga.

La seconda colonna contiene i nomi dei consumatori di energia. Si consiglia di iniziare a riempire il corridoio con elettrodomestici. Di seguito vengono descritte le altre stanze in senso antiorario o orario (a piacere).

Se c'è un secondo (ecc.) Piano, la procedura è la stessa: dalle scale - rotonda. Allo stesso tempo, non bisogna dimenticare i dispositivi per scale e l'illuminazione stradale.

È meglio riempire la terza colonna con la potenza opposta al nome di ciascun dispositivo elettrico lungo la strada con la seconda.

Le colonne da quattro a ventisette corrispondono alle loro ogni ora del giorno. Per comodità, possono essere immediatamente barrati con linee orizzontali al centro delle linee. Le metà superiori risultanti delle linee sono come numeratori, le metà inferiori sono denominatori.

Queste colonne sono riempite riga per riga. I numeratori sono formattati in modo selettivo come intervalli di tempo del formato decimale (0,0), che riflette il tempo di funzionamento di un determinato apparecchio elettrico in un determinato periodo orario. Parallelamente ai numeratori, i denominatori vengono immessi con l'indicatore di potenza del dispositivo prelevato dalla terza colonna.

Dopo che tutte le colonne orarie sono piene, procedono al conteggio del tempo di lavoro giornaliero individuale degli apparecchi elettrici, spostandosi lungo le linee.I risultati sono registrati nelle celle corrispondenti della ventottesima colonna.

Nel caso in cui la centrale solare svolga un ruolo ausiliario in modo che il sistema non funzioni al minimo, una parte del carico può essere collegata ad essa per una potenza costante

In base alla potenza e all'orario di lavoro, il consumo energetico giornaliero di tutti i consumatori viene calcolato in sequenza. Si nota nelle celle della ventinovesima colonna.

Quando tutte le righe e le colonne della specifica sono riempite, calcolano i totali. Aggiungendo la potenza grafica dai denominatori delle colonne orarie, si ottengono i carichi di ogni ora. Riassumendo il consumo energetico giornaliero individuale della ventinovesima colonna dall'alto verso il basso, trovano la media giornaliera totale.

Il calcolo non include il consumo proprio del sistema futuro. Questo fattore viene preso in considerazione da un coefficiente ausiliario nei successivi calcoli finali.

Analisi e ottimizzazione dei dati

Se l'energia solare viene pianificata come backup, i dati sul consumo di energia orario e sul consumo di energia giornaliero medio complessivo aiutano a ridurre al minimo il consumo di elettricità solare costosa.

Ciò si ottiene eliminando i consumatori ad alta intensità energetica dall'uso fino al ripristino dell'alimentazione centralizzata, soprattutto nelle ore di punta.

Se il sistema di energia solare è progettato come una fonte di alimentazione costante, i risultati dei carichi orari vengono fatti avanzare. È importante distribuire il consumo di elettricità durante il giorno in modo da rimuovere i massimi molto più prevalenti e i minimi molto deboli.

L'eccezione del picco, l'equalizzazione dei carichi massimi, l'eliminazione di bruschi cali nel consumo di energia nel tempo consente di scegliere le opzioni più economiche per i nodi del sistema solare e fornire un funzionamento a lungo termine stabile, più importante, senza problemi della stazione solare.

Il grafico rivelerà le irregolarità del consumo di energia: il nostro compito è spostare i massimi al momento della più grande attività del sole e ridurre il consumo giornaliero totale, specialmente di notte.

Il disegno presentato mostra la trasformazione ottenuta sulla base delle specifiche compilate di un programma irrazionale in modo ottimale. L'indicatore del consumo giornaliero è stato ridotto da 18 a 12 kW / h, il carico orario medio da 750 a 500 watt.

Lo stesso principio di ottimalità è utile quando si utilizza l'opzione di alimentazione del sole come backup. Non è necessario spendere soldi per aumentare la potenza dei moduli solari e delle batterie per motivi di disagio temporaneo.

Selezione di nodi di centrali solari

Per semplificare i calcoli, considereremo la versione dell'uso di una batteria solare come la fonte principale per la fornitura di energia elettrica. Il consumatore sarà una casa di campagna condizionale nella regione di Ryazan, dove risiedono costantemente da marzo a settembre.

Calcoli pratici basati sui dati del programma razionale di consumo energetico orario pubblicato sopra chiariranno il ragionamento:

• Consumo di energia giornaliero medio totale = 12.000 watt / ora.
• Consumo medio di carico = 500 watt.
• Carico massimo 1200 watt.
• Carico di picco 1200 x 1,25 = 1500 watt (+ 25%).

I valori saranno richiesti nei calcoli della capacità totale dei dispositivi solari e di altri parametri operativi.

Determinazione della tensione di funzionamento del sistema solare

La tensione operativa interna di qualsiasi sistema solare si basa su una molteplicità di 12 volt, come la valutazione della batteria più comune. I nodi più estesi delle stazioni solari: moduli solari, controller, inverter - sono prodotti con la tensione popolare di 12, 24, 48 volt.

Una tensione più elevata consente l'uso di fili di alimentazione più piccoli, aumentando l'affidabilità dei contatti. D'altra parte, le batterie di rete da 12V difettose possono essere sostituite una alla volta.

In una rete a 24 volt, considerando le specifiche del funzionamento a batteria, sarà necessario sostituire solo le coppie. Una rete a 48 V richiederà la sostituzione di tutte e quattro le batterie dello stesso ramo. Inoltre, a 48 volt esiste già il pericolo di scosse elettriche.

Con la stessa capacità e approssimativamente lo stesso prezzo, è necessario acquistare batterie con la massima profondità di scarica consentita e più corrente massima

La scelta principale del valore nominale della differenza di potenziale interna del sistema è collegata alle caratteristiche di potenza degli inverter prodotti dall'industria moderna e dovrebbe tenere conto del carico di picco:

• da 3 a 6 kW - 48 volt,
• da 1,5 a 3 kW - pari a 24 o 48 V,
• fino a 1,5 kW - 12, 24, 48V.

Scegliendo tra l'affidabilità del cablaggio e l'inconveniente di sostituire le batterie, per il nostro esempio ci concentreremo sull'affidabilità. In futuro, costruiremo sulla tensione operativa del sistema calcolato 24 volt.

Moduli solari batteria

La formula per calcolare la potenza richiesta da una batteria solare è simile alla seguente:

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

dove:

• Rcm = potenza della batteria solare = potenza totale dei moduli solari (pannelli, W),
• 1000 = fotosensibilità accettata dei convertitori fotoelettrici (kW / m²)
• Eat = la necessità di un consumo giornaliero di energia (kW * h, nel nostro esempio = 18),
• k = coefficiente stagionale che tiene conto di tutte le perdite (estate = 0,7; inverno = 0,5),
• Sin = valore tabellare dell'insolazione (flusso di radiazione solare) alla pendenza ottimale dei pannelli (kW * h / m²).

Puoi scoprire il valore dell'insolazione dal servizio meteorologico regionale.

L'angolo di inclinazione ottimale dei pannelli solari è uguale alla latitudine dell'area:

• in primavera e in autunno,
• più 15 gradi - in inverno,
• meno 15 gradi in estate.

La regione di Ryazan considerata nel nostro esempio si trova alla 55a latitudine.

La massima potenza dei pannelli solari si ottiene utilizzando sistemi di localizzazione, variazioni stagionali nell'angolo di inclinazione dei pannelli, l'uso di moduli di rivestimento misti

Per il tempo impiegato da marzo a settembre, la migliore inclinazione non regolata della batteria solare è uguale all'angolo estivo di 40 ° rispetto alla superficie della terra. Con questa installazione di moduli, l'insolazione media giornaliera di Ryazan durante questo periodo è 4,73. Tutti i numeri ci sono, facciamo il calcolo:

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

Se prendiamo moduli da 100 watt come base della batteria solare, ne saranno necessari 36. Peseranno 300 chilogrammi e occuperanno un'area di circa 5 x 5 m di dimensione.

Schemi elettrici collaudati sul campo e opzioni per il collegamento di pannelli solari dato qui.

Disposizione della batteria

Quando si scelgono le batterie, è necessario essere guidati dai postulati:

1. Le batterie convenzionali per auto NON sono adatte a questo scopo. Le batterie ad energia solare sono etichettate "SOLAR".
2. Acquisire le batterie dovrebbe essere identico sotto tutti gli aspetti, preferibilmente da un lotto di fabbrica.
3. La stanza in cui si trova il pacco batteria dovrebbe essere calda. La temperatura ottimale quando le batterie emettono piena potenza = 25⁰C. Quando diminuisce a -5 ° C, la capacità della batteria diminuisce del 50%.

Se prendiamo una batteria esponenziale con una tensione di 12 volt e una capacità di 100 ampere / ora per il calcolo, non è difficile da calcolare, per un'ora intera sarà in grado di fornire ai consumatori una potenza totale di 1200 watt. Ma questo è con scarico completo, il che è estremamente indesiderabile.

Per una lunga durata della batteria, NON è consigliabile ridurre la carica al di sotto del 70%. Valore limite = 50%. Prendendo il 60% come via di mezzo, mettiamo la riserva di energia di 720 W / h per ogni 100 A * h del componente capacitivo della batteria (1200 W / h x 60%) come base per i calcoli successivi.

Forse l'acquisto di una batteria con una capacità di 200 Ah costerà meno dell'acquisto di due per 100 e il numero di contatti della batteria diminuirà

Inizialmente, le batterie devono essere installate caricate al 100% da una fonte di corrente fissa. Le batterie devono coprire completamente il carico del buio. Se non sei fortunato con il tempo, mantieni i parametri di sistema necessari durante il giorno.

È importante considerare che una sovrabbondanza di batterie porterà al loro costante sottocarico. Ciò ridurrà significativamente la durata. La soluzione più razionale è dotare l'unità di batterie con una riserva di energia sufficiente a coprire un consumo energetico giornaliero.

Per scoprire la capacità totale richiesta della batteria, dividiamo il consumo totale giornaliero di energia di 12.000 W / h per 720 W / he moltipliciamo per 100 A * h:

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

Totale per il nostro esempio, abbiamo bisogno di 16 batterie con una capacità di 100 o 8 a 200 Ah *, collegate in serie in parallelo.

Scegliere un buon controller

Selezione competente controller di carica della batteria (Batteria): un compito molto specifico. I suoi parametri di ingresso dovrebbero corrispondere ai moduli solari selezionati e la tensione di uscita dovrebbe corrispondere alla differenza di potenziale interna del sistema solare (nel nostro esempio, 24 volt).

Un buon controller deve garantire:

1. Una batteria a più stadi che prolunga la durata effettiva di un multiplo.
2. Mutuo automatico, batteria e batteria solare, connessione-disconnessione in correlazione con carica-scarica.
3. Ricollegare il carico dalla batteria alla batteria solare e viceversa.

Questo piccolo nodo è un componente molto importante.

Se alcuni consumatori (ad esempio l'illuminazione) vengono trasferiti all'alimentazione a 12 volt diretta dal controller, sarà necessario un inverter meno potente, il che significa più economico

La scelta corretta del controller dipende dal funzionamento senza problemi del costoso gruppo batterie e dal bilanciamento dell'intero sistema.

Selezione del miglior inverter

L'inverter è selezionato in modo da poter fornire un carico di picco a lungo termine. La sua tensione di ingresso deve corrispondere alla differenza di potenziale interna del sistema solare.

Per la migliore selezione, si consiglia di prestare attenzione ai parametri:

1. La forma e la frequenza della corrente alternata generata. Più vicino a un'onda sinusoidale da 50 Hz, meglio è.
2. Efficienza del dispositivo. Più è alto il 90%, più è meraviglioso.
3. Consumo proprio del dispositivo. Deve essere commisurato al consumo energetico complessivo del sistema. Idealmente, fino all'1%.
4. La capacità dell'unità di resistere a doppi sovraccarichi a breve termine.

Il design più distintivo è un inverter con una funzione di controller integrata.

Assemblaggio di un sistema solare domestico

Ti abbiamo fatto una selezione di foto che dimostra chiaramente il processo di assemblaggio di un sistema solare domestico da moduli fabbricati in fabbrica:

Conclusioni e video utili sull'argomento

Clip n. 1. Installazione fai-da-te di pannelli solari sul tetto di una casa:

Clip n. 2. La scelta delle batterie per il sistema solare, i tipi, le differenze:

Clip n. 3. Centrale solare per chi fa tutto da solo:

I metodi di calcolo considerati passo-passo, il principio di base del funzionamento efficace di una moderna batteria a pannelli solari come parte di una stazione solare autonoma domestica aiuterà i proprietari di una grande casa in un'area densamente popolata e di una casa di campagna nel deserto a guadagnare sovranità energetica.

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