Zonnepanelen voor zomerhuisjes en huizen: typen, werkingsprincipe en berekeningsprocedure voor zonnesystemen

De wetenschap heeft ons een tijd gegeven waarin de technologie van het gebruik van zonne-energie voor het publiek beschikbaar is gekomen. Elke eigenaar heeft de mogelijkheid om zonnepanelen voor het huis te krijgen. Zomerbewoners lopen hierin niet ver achter. Vaker zijn ze verre van gecentraliseerde bronnen van duurzame stroomvoorziening.

We bieden aan om kennis te maken met de informatie die het apparaat vertegenwoordigt, de principes van werking en berekening van de werkende eenheden van het zonnestelsel. Vertrouwd raken met de door ons voorgestelde informatie zal de realiteit benaderen van het voorzien van uw site van natuurlijke elektriciteit.

Voor een duidelijke perceptie van de verstrekte gegevens zijn gedetailleerde diagrammen, illustraties, foto- en video-instructies bijgevoegd.

Het apparaat en het werkingsprincipe van de zonnebatterij

Eens openden nieuwsgierige geesten voor ons natuurlijke stoffen die geproduceerd worden onder invloed van lichtdeeltjes van de zon, fotonen, elektrische energie. Het proces werd het foto-elektrisch effect genoemd. Wetenschappers hebben geleerd het microfysische fenomeen te beheersen.

Op basis van halfgeleidermaterialen creëerden ze compacte elektronische apparaten - fotocellen.

Fabrikanten beheersen de technologie om miniatuuromvormers te combineren tot efficiënte zonnepanelen. De efficiëntie van zonnepanelen van panelen gemaakt van silicium die op grote schaal door de industrie worden geproduceerd, is 18-22%.

De beschrijving van het schema laat duidelijk zien: alle componenten van de energiecentrale zijn even belangrijk - de gecoördineerde werking van het systeem hangt af van hun juiste selectie

Uit de modules is een zonnebatterij samengesteld. Het is de eindbestemming van fotonen van de zon tot de aarde.Vanaf hier vervolgen deze componenten van lichtstraling hun pad al binnen het elektrische circuit als DC-deeltjes.

Ze worden gedistribueerd door batterijen of worden omgezet in ladingen met een wisselstroom van 220 volt, die allerlei technische apparaten voor thuis leveren.

De zonnebatterij is een complex van in serie geschakelde halfgeleiderapparaten - fotocellen die zonne-energie omzetten in elektrische energie

U vindt meer details over de specifieke kenmerken van het apparaat en het werkingsprincipe van de zonnebatterij in een andere populair artikel onze site.

Soorten zonnepaneelmodules

Zonnepanelen-modules zijn samengesteld uit zonnecellen, anders - foto-elektrische converters. PEC's van twee typen worden op grote schaal gebruikt.

Ze verschillen in de soorten silicium halfgeleiders die worden gebruikt voor hun productie, dit zijn:

• Polykristallijn. Dit zijn zonnecellen gemaakt van siliciumsmelt door langdurige koeling. Een eenvoudige productiemethode bepaalt de betaalbaarheid van de prijs, maar de prestatie van de polykristallijne optie is niet hoger dan 12%.
• Monokristallijn. Dit zijn de elementen die worden verkregen door dunne platen van een kunstmatig gegroeid siliciumkristal te snijden. De meest productieve en dure optie. Met een gemiddeld rendement in de buurt van 17% vindt u eenkristal fotocellen met hogere prestaties.

Polykristallijne zonnecellen met een platte vierkante vorm en een inhomogeen oppervlak. Monokristallijne soorten zien eruit als dunne, homogene vierkanten met gesneden hoeken (pseudo-vierkanten).

Zo zien fotovoltaïsche foto-elektrische omvormers eruit: de kenmerken van de zonnemodule zijn niet afhankelijk van de verscheidenheid aan gebruikte elementen - dit heeft alleen invloed op de grootte en prijs

De panelen van de eerste versie met hetzelfde vermogen zijn groter dan de tweede vanwege het lagere rendement (18% versus 22%). Maar rente is gemiddeld tien keer goedkoper en er is veel vraag naar.

Over de regels en nuances van het kiezen van zonnepanelen voor het leveren van energie aan autonome verwarming, dat kan lees hier.

Werkschema voor zonne-energie

Als je een blik werpt op de mysterieus klinkende namen van de knooppunten waaruit het zonnestroomsysteem bestaat, komt het idee tot de supertechnische complexiteit van het apparaat.

Op microniveau van het leven van de foton is dit zo. En duidelijk zien het algemene circuit van het elektrische circuit en het principe van zijn werking er heel eenvoudig uit. Van het hemellicht tot de 'lamp van Iljitsj' zijn er slechts vier stappen.

Zonnepanelen zijn het eerste onderdeel van een energiecentrale. Dit zijn dunne rechthoekige panelen samengesteld uit een aantal standaard fotocelplaten. Fabrikanten maken fotopanelen verschillend in elektrisch vermogen en spanning, een veelvoud van 12 volt.

Vlakke apparaten zijn handig geplaatst op oppervlakken die zijn blootgesteld aan directe straling. Modulaire units worden gecombineerd door de zonnebatterij met elkaar te verbinden. De taak van de batterij is om de ontvangen energie van de zon om te zetten en een constante stroom van een bepaalde waarde te produceren.

Opslagapparaten voor elektrische ladingen - batterijen voor zonnepanelen iedereen bekend. Hun rol in het energievoorzieningssysteem van de zon is traditioneel. Wanneer thuisgebruikers zijn aangesloten op een gecentraliseerd netwerk, worden energieopslagplaatsen opgeslagen in elektriciteit.

Ze accumuleren ook het overschot, als de stroom van de zonnemodule voldoende is om het stroomverbruik van elektrische apparaten te leveren.

De batterij geeft het circuit de benodigde hoeveelheid energie en houdt een stabiele spanning aan zodra het verbruik stijgt naar een hogere waarde. Hetzelfde gebeurt bijvoorbeeld 's nachts met inactieve fotopanelen of bij licht zonnig weer.

Het energievoorzieningsschema van het huis met zonnepanelen verschilt van de opties met collectoren in het vermogen om energie op te slaan in de batterij

De controller is een elektronische tussenpersoon tussen de zonnemodule en de batterijen. Zijn rol is het regelen van het batterijniveau. Het apparaat staat niet toe dat hun kookvermogen wordt opgeladen of dat het elektrische potentieel onder een bepaalde norm valt, wat nodig is voor een stabiele werking van het hele zonnestelsel.

Flip, het geluid van de term wordt zo letterlijk uitgelegd zonne-omvormer. Ja, want in feite vervult dit apparaat een functie die ooit voor elektrotechnici fictief leek.

Het zet de gelijkstroom van de zonnemodule en batterijen om in wisselstroom met een potentiaalverschil van 220 volt. Het is deze spanning die werkt voor de overgrote meerderheid van elektrische huishoudelijke apparaten.

De stroom van zonne-energie is evenredig met de positie van de ster: het installeren van modules, het zou leuk zijn om te zorgen voor de aanpassing van de hellingshoek afhankelijk van de tijd van het jaar

Piekbelasting en dagelijks gemiddeld stroomverbruik

Het plezier om een ​​eigen zonnestation te hebben is nog steeds veel. De eerste stap op weg naar het vermogen van zonne-energie is het bepalen van de optimale piekbelasting in kilowatt en het rationele gemiddelde dagelijkse energieverbruik in kilowattuur van een huis of zomerhuisje.

De piekbelasting wordt gecreëerd door de noodzaak om meerdere elektrische apparaten tegelijk in te schakelen en wordt bepaald door hun maximale totale vermogen, rekening houdend met de overdreven startkarakteristieken van sommige.

Berekening van het maximale stroomverbruik stelt u in staat de essentiële behoefte te identificeren voor de gelijktijdige werking van welke elektrische apparaten, en welke niet erg. Deze indicator voldoet aan de vermogenskenmerken van de knooppunten van de energiecentrale, dat wil zeggen de totale kosten van het apparaat.

Het dagelijkse energieverbruik van een elektrisch apparaat wordt gemeten aan de hand van het product van zijn individuele vermogen gedurende de tijd dat het een dag vanaf het netwerk (verbruikte elektriciteit) heeft gewerkt. Het totale gemiddelde dagelijkse energieverbruik wordt berekend als de som van de verbruikte energie van elektriciteit door elke consument voor de dagelijkse periode.

Latere analyse en optimalisatie van de verkregen gegevens over belastingen en energieverbruik zal de noodzakelijke uitrusting en de daaropvolgende werking van het zonne-energiesysteem tegen minimale kosten opleveren

Het resultaat van energieverbruik helpt om het verbruik van zonnestroom te rationaliseren. Het resultaat van de berekeningen is belangrijk voor de verdere berekening van de batterijcapaciteit. Van deze parameter hangt de prijs van het batterijpakket, veel een waardevol onderdeel van het systeem, nog meer af.

De procedure voor het berekenen van energie-indicatoren

Het berekeningsproces begint letterlijk met een horizontaal gerangschikt, in een cel uitgevouwen notitieboekblad. Met lichte potloodlijnen van een vel krijg je een formulier met dertig tellen en lijnen door het aantal huishoudelijke apparaten.

Voorbereiding voor rekenkundige berekeningen

De eerste kolom is traditioneel getekend - serienummer. De tweede kolom is de naam van het apparaat. De derde is het individuele stroomverbruik.

Kolommen van de vierde tot en met de zevenentwintigste zijn de uren van de dag van 00 tot en met 24. Het volgende wordt erin ingevoerd via de horizontale breuklijn:

• in de teller - de bedrijfstijd van het apparaat in een periode van een bepaald uur in decimale vorm (0,0);
• de noemer is opnieuw het individuele stroomverbruik (deze herhaling is nodig om de uurlasten te berekenen).

De achtentwintigste kolom is de totale tijd dat het huishoudelijke apparaat overdag werkt. Op de negenentwintigste wordt het persoonlijke energieverbruik van het apparaat geregistreerd als gevolg van het vermenigvuldigen van het individuele energieverbruik met de bedrijfstijd voor de dagelijkse periode.

Door gedetailleerde consumentenspecificaties samen te stellen, rekening houdend met uurladingen, zullen bekendere apparaten achterblijven vanwege hun rationele gebruik.

De dertigste kolom is ook standaard - noot. Dit is handig voor tussentijdse berekeningen.

Klantspecificatie

De volgende berekeningsfase is de transformatie van een notebookvorm naar een specificatie van huishoudelijke elektriciteitsverbruikers. De eerste kolom is duidelijk. Dit zijn de regelnummers.

In de tweede kolom staan ​​de namen van energieverbruikers. Het wordt aanbevolen om de inkomhal te vullen met elektrische apparaten. Het volgende beschrijft andere kamers tegen de klok in of met de klok mee (zoals u wilt).

Als er een tweede (etc.) verdieping is, is de procedure hetzelfde: vanaf de trap - rotonde. Tegelijkertijd mag men trappenhuizen en straatverlichting niet vergeten.

Het is beter om de derde kolom te vullen met het vermogen tegenover de naam van elk elektrisch apparaat onderweg met de tweede.

Kolommen vier tot en met zevenentwintig komen overeen met elk uur van de dag. Gemakshalve kunnen ze onmiddellijk worden doorgehaald met horizontale lijnen in het midden van de lijnen. De resulterende bovenste helften van de lijnen zijn als tellers, de onderste helften zijn noemers.

Deze kolommen worden regel voor regel gevuld. Tellers zijn selectief opgemaakt als tijdsintervallen in decimaal formaat (0,0), die de bedrijfstijd van een bepaald elektrisch apparaat in een bepaalde uurperiode weerspiegelen. Parallel aan de tellers worden noemers ingevoerd met de stroomindicator van het apparaat uit de derde kolom.

Nadat alle kolommen per uur vol zijn, gaan ze verder met het tellen van de individuele dagelijkse werkuren van elektrische apparaten, langs de lijnen bewegend.De resultaten worden vastgelegd in de overeenkomstige cellen van de achtentwintigste kolom.

In het geval dat de zonne-energiecentrale een ondersteunende rol speelt, zodat het systeem niet inactief werkt, kan een deel van de belasting erop worden aangesloten voor constant vermogen

Op basis van vermogen en werktijd wordt achtereenvolgens het dagelijkse energieverbruik van alle verbruikers berekend. Het wordt genoteerd in de cellen van de negenentwintigste kolom.

Wanneer alle lijnen en kolommen van de specificatie zijn gevuld, berekenen ze de totalen. Door de grafische kracht van de noemers van de kolommen per uur toe te voegen, worden de belastingen van elk uur verkregen. Samenvattend het individuele dagelijkse energieverbruik van de negenentwintigste kolom van boven naar beneden vinden ze het totale daggemiddelde.

De berekening omvat niet het eigen verbruik van het toekomstige systeem. Met deze factor wordt rekening gehouden door een hulpcoëfficiënt in latere eindberekeningen.

Analyse en optimalisatie van de gegevens

Als zonne-energie als back-up is gepland, helpen gegevens over het energieverbruik per uur en het totale gemiddelde dagelijkse energieverbruik het verbruik van dure zonne-elektriciteit te minimaliseren.

Dit wordt bereikt door energie-intensieve verbruikers te elimineren van gebruik tot herstel van de centrale voeding, vooral tijdens piekuren.

Als het zonne-energiesysteem is ontworpen als een bron van constante stroomvoorziening, worden de resultaten van uurladingen naar voren geduwd. Het is belangrijk om het elektriciteitsverbruik overdag zo te verdelen dat de veel heersende pieken en de zeer falende dieptepunten worden verwijderd.

Met uitzondering van piek, egalisatie van maximale belastingen, eliminatie van scherpe dalingen in energieverbruik in de loop van de tijd, kunt u de meest economische opties voor knooppunten van het zonnestelsel kiezen en zorgen voor een stabiele, belangrijkste, probleemloze, langdurige werking van het zonnestation.

De kaart zal de oneffenheden van het energieverbruik onthullen: het is onze taak om de maxima te verschuiven tegen de tijd van de grootste activiteit van de zon en het totale dagelijkse verbruik te verminderen, vooral 's nachts.

De gepresenteerde tekening toont de transformatie die is verkregen op basis van de samengestelde specificaties van een irrationeel schema optimaal. De indicator van het dagelijks verbruik werd verlaagd van 18 naar 12 kW / h, het gemiddelde uurverbruik van 750 naar 500 watt.

Hetzelfde principe van optimaliteit is handig bij het gebruik van de optie van zonne-energie als back-up. Het is niet nodig om geld te besteden aan het vergroten van het vermogen van zonnepanelen en batterijen omwille van tijdelijk ongemak.

Selectie van knooppunten van zonne-energiecentrales

Om de berekeningen te vereenvoudigen, beschouwen we de versie van het gebruik van een zonnebatterij als de belangrijkste bron voor het leveren van elektrische energie. De consument wordt een voorwaardelijk landhuis in de regio Ryazan, waar hij van maart tot september constant verblijft.

Praktische berekeningen op basis van de gegevens van het hierboven gepubliceerde schema van een rationeel energieverbruik per uur zullen de redenering verduidelijken:

• Totaal gemiddeld dagelijks stroomverbruik = 12.000 watt / uur.
• Gemiddeld verbruik = 500 watt.
• Maximale belasting 1200 watt.
• Piekbelasting 1200 x 1,25 = 1500 watt (+ 25%).

De waarden zijn vereist bij de berekeningen van de totale capaciteit van zonne-energie-apparaten en andere bedrijfsparameters.

Bepaling van de bedrijfsspanning van het zonnestelsel

De interne bedrijfsspanning van elk zonnestelsel is gebaseerd op een veelvoud van 12 volt, als de meest voorkomende batterijwaarde. De meest voorkomende knooppunten van zonnestations: zonnepanelen, controllers, omvormers - worden geproduceerd onder de populaire spanning van 12, 24, 48 volt.

Hogere spanning maakt het gebruik van kleinere voedingsdraden mogelijk - en dit verhoogt de contactbetrouwbaarheid. Aan de andere kant kunnen defecte 12V-netwerkbatterijen één voor één worden vervangen.

In een 24-volt netwerk is het, gezien de specifieke kenmerken van de batterij, nodig om alleen paren te vervangen. Voor een 48V-netwerk moeten alle vier de batterijen van dezelfde branche worden vervangen. Bovendien bestaat er bij 48 volt al gevaar voor elektrische schokken.

Met dezelfde capaciteit en ongeveer dezelfde prijs, moet u batterijen kopen met de grootste toegestane ontladingsdiepte en meer maximale stroom

De belangrijkste keuze van de nominale waarde van het interne potentiaalverschil van het systeem hangt samen met de vermogenskenmerken van omvormers geproduceerd door de moderne industrie en moet rekening houden met de piekbelasting:

• van 3 tot 6 kW - 48 volt,
• van 1,5 tot 3 kW - gelijk aan 24 of 48V,
• tot 1,5 kW - 12, 24, 48V.

Kiezen tussen de betrouwbaarheid van de bedrading en het ongemak van het vervangen van de batterijen, voor ons voorbeeld richten we ons op betrouwbaarheid. In de toekomst zullen we voortbouwen op de bedrijfsspanning van het berekende systeem 24 volt.

Accu zonnepanelen

De formule voor het berekenen van het benodigde vermogen van een zonnebatterij ziet er als volgt uit:

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

waar:

• Rcm = vermogen van de zonnebatterij = totaal vermogen van zonnepanelen (panelen, W),
• 1000 = geaccepteerde lichtgevoeligheid van foto-elektrische converters (kW / m²)
• Eet = de behoefte aan dagelijks energieverbruik (kW * h, in ons voorbeeld = 18),
• k = seizoenscoëfficiënt rekening houdend met alle verliezen (zomer = 0,7; winter = 0,5),
• Sin = tabelwaarde van zonnestraling (zonnestralingflux) bij de optimale helling van de panelen (kW * h / m²).

De waarde van bezonning kunt u achterhalen bij de regionale meteorologische dienst.

De optimale hellingshoek van zonnepanelen is gelijk aan de breedtegraad van het gebied:

• in de lente en herfst,
• plus 15 graden - in de winter,
• min 15 graden in de zomer.

De Ryazan-regio die in ons voorbeeld wordt beschouwd, bevindt zich op de 55ste breedtegraad.

Het hoogste vermogen van zonnepanelen wordt bereikt met behulp van volgsystemen, seizoensgebonden veranderingen in de hellingshoek van de panelen, het gebruik van gemengde trimmodules

Voor de tijd van maart tot september is de beste ongereguleerde kanteling van de zonnebatterij gelijk aan de zomerhoek van 40⁰ naar het aardoppervlak. Met deze installatie van modules is de gemiddelde dagelijkse bezonning van Ryazan gedurende deze periode 4,73. Alle cijfers zijn er, laten we de berekening doen:

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

Als we 100 watt-modules als basis van de zonnebatterij nemen, zijn er 36 nodig. Ze wegen 300 kilogram en hebben een oppervlakte van ongeveer 5 x 5 m.

In de praktijk bewezen bedradingsschema's en opties voor het aansluiten van zonnepanelen hier gegeven.

Opstelling van batterijvoeding

Bij het kiezen van batterijen moet u zich laten leiden door de postulaten:

1. Conventionele auto-accu's zijn hiervoor NIET geschikt. Batterijen op zonne-energie hebben het label "SOLAR".
2. Verworven batterijen mogen alleen in alle opzichten identiek zijn, bij voorkeur uit één fabrieksbatch.
3. De ruimte waar de accu zich bevindt, moet warm zijn. De optimale temperatuur wanneer de batterijen vol vermogen geven = 25⁰C. Bij een afname tot -5⁰C neemt de batterijcapaciteit met 50% af.

Als we voor de berekening een exponentiële batterij met een spanning van 12 volt en een capaciteit van 100 ampère / uur nemen, is het niet moeilijk om te berekenen, het zal een heel uur lang consumenten een totaal vermogen van 1200 watt kunnen leveren. Maar dit is met volledige ontlading, wat uiterst ongewenst is.

Voor een lange levensduur van de batterij wordt het NIET aanbevolen om hun lading onder 70% te verminderen. Limietcijfer = 50%. Met 60% als middenweg, hebben we de energiereserve van 720 W / h voor elke 100 A * h van de capacitieve component van de batterij (1200 W / h x 60%) als basis voor latere berekeningen genomen.

Misschien kost de aanschaf van één accu met een capaciteit van 200 Ah minder dan de aanschaf van twee voor 100 en neemt het aantal accucontacten af

In eerste instantie moeten batterijen 100% opgeladen worden geïnstalleerd vanuit een stationaire stroombron. Batterijen moeten de belasting van het donker volledig dekken. Als je geen geluk hebt met het weer, onderhoud dan de nodige systeemparameters gedurende de dag.

Het is belangrijk om te bedenken dat een overvloed aan batterijen zal leiden tot constante onderbelasting. Dit zal de levensduur aanzienlijk verkorten. De meest rationele oplossing is om het apparaat uit te rusten met batterijen met een energiereserve die voldoende is om één dagelijks energieverbruik te dekken.

Om de benodigde totale batterijcapaciteit te achterhalen, delen we het totale dagelijkse energieverbruik van 12.000 W / uur met 720 W / uur en vermenigvuldigen we met 100 A * uur:

12000/720 * 100 = 2500 A * h ≈ 1600 A * h

Totaal voor ons voorbeeld hebben we 16 accu's nodig met een capaciteit van 100 of 8 bij 200 Ah *, in serie geschakeld.

Een goede controller kiezen

Competente selectie batterij laadregelaar (Batterij) - een heel specifieke taak. De ingangsparameters moeten overeenkomen met de geselecteerde zonnepanelen en de uitgangsspanning moet overeenkomen met het interne potentiaalverschil van het zonnestelsel (in ons voorbeeld 24 volt).

Een goede controller moet ervoor zorgen dat:

1. Een meertraps batterijlading die hun effectieve levensduur met meerdere verlengt.
2. Automatische onderlinge batterij, batterij en zonnebatterij, ontkoppeling van verbinding in samenhang met lading-ontlading.
3. Het opnieuw verbinden van de belasting van de batterij naar de zonnebatterij en omgekeerd.

Deze kleine knoop is een zeer belangrijk onderdeel.

Als sommige consumenten (bijvoorbeeld verlichting) worden overgebracht naar directe 12 volt voeding van de controller, is een minder krachtige omvormer nodig, wat goedkoper betekent

De juiste keuze van de controller hangt af van de probleemloze werking van de dure accu en de balans van het hele systeem.

Selectie van de beste omvormer

De omvormer is zo gekozen dat deze een langdurige piekbelasting kan leveren. De ingangsspanning moet overeenkomen met het interne potentiaalverschil van het zonnestelsel.

Voor de beste selectie wordt aanbevolen om op de parameters te letten:

1. De vorm en frequentie van de opgewekte wisselstroom. Hoe dichter bij een sinus van 50 Hz, hoe beter.
2. Efficiëntie van apparaten. Hoe hoger 90%, hoe mooier.
3. Eigen verbruik van het apparaat. Moet in verhouding staan ​​tot het totale stroomverbruik van het systeem. Idealiter - tot 1%.
4. Het vermogen van de unit om dubbele overbelasting op korte termijn te weerstaan.

Het meest onderscheidende ontwerp is een omvormer met een ingebouwde controllerfunctie.

Montage van een zonnestelsel voor huishoudelijk gebruik

We hebben een fotoselectie gemaakt die duidelijk het proces laat zien van het samenstellen van een huishoudelijk zonnestelsel uit modules die in de fabriek zijn vervaardigd:

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Clip # 1. DIY-installatie van zonnepanelen op het dak van een huis:

Clip # 2. De keuze van batterijen voor het zonnestelsel, typen, verschillen:

Clip # 3. Landelijke zonnecentrale voor wie alles zelf doet:

De doordachte stapsgewijze berekeningsmethoden, het basisprincipe van de effectieve werking van een moderne zonnepaneelbatterij als onderdeel van een autonoom zonnestation, zullen de eigenaren van een groot huis in een dichtbevolkt gebied en een landhuis in de wildernis helpen om energiesoevereiniteit te verwerven.

Wil je de persoonlijke ervaring die je hebt opgedaan tijdens de bouw van een mini-zonnestelsel of alleen batterijen delen? Heeft u vragen waar u graag antwoord op wilt hebben, heeft u fouten in de tekst gevonden? Laat alstublieft opmerkingen achter in het onderstaande blok.