Painéis solares para casas e chalés de verão: tipos, princípio de operação e procedimento de cálculo para sistemas solares

A ciência nos deu um tempo em que a tecnologia do uso de energia solar se tornou publicamente disponível. Todo proprietário tem a oportunidade de obter painéis solares para a casa. Os residentes de verão não estão muito atrás neste assunto. Mais frequentemente, estão longe de fontes centralizadas de fornecimento de energia sustentável.

Sugerimos que você se familiarize com as informações que representam o dispositivo, os princípios de operação e cálculo dos componentes de trabalho do sistema solar. A familiarização com as informações que propusemos aproximará a realidade de fornecer eletricidade natural ao seu site.

Para uma percepção clara dos dados fornecidos, são fornecidos diagramas detalhados, ilustrações, instruções de foto e vídeo.

O dispositivo e o princípio de operação da bateria solar

Uma vez que mentes inquisitivas nos abriram substâncias naturais produzidas sob a influência de partículas de luz do sol, fótons, energia elétrica. O processo foi chamado de efeito fotoelétrico. Os cientistas aprenderam a controlar o fenômeno microfísico.

Com base em materiais semicondutores, eles criaram dispositivos eletrônicos compactos - fotocélulas.

Os fabricantes dominaram a tecnologia de combinar conversores em miniatura em painéis solares eficientes. A eficiência dos módulos solares de painel feitos de silício amplamente produzidos pela indústria é de 18 a 22%.

A descrição do esquema mostra claramente: todos os componentes da usina são igualmente importantes - a operação coordenada do sistema depende de sua seleção adequada

Uma bateria solar é montada a partir dos módulos. É o destino final dos fótons do Sol para a Terra.A partir daqui, esses componentes da radiação luminosa continuam seu caminho já dentro do circuito elétrico como partículas DC.

São distribuídos por baterias ou transformados em cargas de uma corrente elétrica alternada de 220 volts, fornecendo todos os tipos de dispositivos técnicos domésticos.

A bateria solar é um complexo de dispositivos semicondutores conectados em série - fotocélulas que convertem energia solar em energia elétrica

Você encontrará mais detalhes sobre as especificidades do dispositivo e o princípio de operação da bateria solar em outro artigo popular nosso site.

Tipos de módulos de painéis solares

Os painéis solares-módulos são montados a partir de células solares, caso contrário - conversores fotoelétricos. Os PECs de dois tipos encontraram uso generalizado.

Eles diferem nos tipos de semicondutores de silício usados ​​para sua fabricação, são eles:

• Policristalino. Estas são células solares feitas de silício derretido pelo resfriamento a longo prazo. Um método simples de produção determina a acessibilidade do preço, mas o desempenho da opção policristalina não excede 12%.
• Monocristalino. Estes são os elementos obtidos pelo corte de chapas finas de um cristal de silício cultivado artificialmente. A opção mais produtiva e cara. A eficiência média na região de 17%, você pode encontrar fotocélulas monocristalinas com maior desempenho.

Células solares policristalinas de forma quadrada e plana com superfície não homogênea. As variedades monocristalinas parecem quadrados de estrutura de superfície fina e homogênea com cantos cortados (pseudo-quadrados).

É assim que os conversores fotoelétricos fotovoltaicos se parecem: as características do módulo solar não dependem da variedade de elementos utilizados - isso afeta apenas o tamanho e o preço

Os painéis da primeira versão com a mesma potência são maiores que a segunda devido à menor eficiência (18% versus 22%). Mas o interesse, em média, é dez mais barato e tem demanda predominante.

Sobre as regras e nuances da escolha de painéis solares para fornecer energia ao aquecimento autônomo, você pode leia aqui.

Esquema de trabalho da fonte de energia solar

Quando você olha para os nomes misteriosamente sonoros dos nós que compõem o sistema de fornecimento de energia solar, a idéia chega à complexidade super-técnica do dispositivo.

No nível micro da vida do fóton, é assim. E claramente o circuito geral do circuito elétrico e o princípio de sua ação parecem muito simples. Do luminar do céu à "lâmpada de Ilyich", existem apenas quatro etapas.

Os módulos solares são o primeiro componente de uma usina. Estes são painéis retangulares finos montados a partir de um certo número de placas fotocélulas padrão. Os fabricantes tornam os painéis fotográficos diferentes em energia elétrica e tensão, um múltiplo de 12 volts.

Os dispositivos de formato plano estão convenientemente localizados em superfícies expostas a raios diretos. As unidades modulares são combinadas interconectando a bateria solar. A tarefa da bateria é converter a energia recebida do sol, produzindo uma corrente constante de um determinado valor.

Dispositivos de armazenamento de carga elétrica - baterias para painéis solares conhecido por todos. Seu papel no sistema de suprimento de energia a partir do sol é tradicional. Quando os consumidores domésticos estão conectados a uma rede centralizada, as lojas de energia são armazenadas em eletricidade.

Eles também acumulam seu excesso, se a corrente do módulo solar for suficiente para fornecer a energia consumida pelos aparelhos elétricos.

A bateria fornece ao circuito a quantidade necessária de energia e mantém uma tensão estável assim que seu consumo aumenta para um valor maior. O mesmo acontece, por exemplo, à noite com painéis fotográficos ociosos ou durante o tempo ensolarado.

O esquema de fornecimento de energia da casa usando painéis solares difere das opções dos coletores na capacidade de acumular energia na bateria

O controlador é um intermediário eletrônico entre o módulo solar e as baterias. Seu papel é regular o nível da bateria. O dispositivo não permite que sua ebulição seja recarregada ou diminua o potencial elétrico abaixo de uma determinada norma, necessária para a operação estável de todo o sistema solar.

Flip, o som do termo é tão literalmente explicado inversor solar. Sim, porque, de fato, esta unidade desempenha uma função que antes parecia ficção para engenheiros elétricos.

Ele converte a corrente direta do módulo solar e as baterias em corrente alternada com uma diferença potencial de 220 volts. É essa voltagem que está funcionando para a grande maioria dos eletrodomésticos.

O fluxo de energia solar é proporcional à posição da estrela: na instalação de módulos, seria bom prever o ajuste do ângulo de inclinação, dependendo da época do ano

Carga de pico e consumo médio diário de energia

O prazer de ter sua própria estação solar ainda é grande. O primeiro passo no caminho para possuir a energia da energia solar é determinar o pico de carga ideal em quilowatts e o consumo médio diário racional de energia em kilowatts-hora de uma casa ou chalé de verão.

O pico de carga é criado pela necessidade de ligar vários dispositivos elétricos de uma só vez e é determinado pela sua potência total máxima, levando em consideração as características iniciais exageradas de alguns deles.

O cálculo do consumo máximo de energia permite identificar a necessidade vital da operação simultânea de quais aparelhos elétricos e quais não são muito. Este indicador obedece às características de energia dos nós da usina, ou seja, o custo total do dispositivo.

O consumo diário de energia de um aparelho elétrico é medido pelo produto de sua energia individual pelo tempo em que trabalha na rede (eletricidade consumida) por um dia. O consumo médio diário total de energia é calculado como a soma da energia consumida por cada consumidor durante o período diário.

A análise e otimização subsequentes dos dados obtidos sobre cargas e consumo de energia fornecerão o equipamento necessário e a operação subsequente do sistema de energia solar com custo mínimo

O resultado do consumo de energia ajuda a racionalizar o consumo de eletricidade solar. O resultado dos cálculos é importante para o cálculo adicional da capacidade da bateria. A partir desse parâmetro, o preço da bateria, um componente importante do sistema, depende ainda mais.

O procedimento para calcular indicadores de energia

O processo de cálculos começa literalmente com uma folha de caderno expandida, organizada horizontalmente, em uma célula. Com linhas leves de lápis de uma folha, você obtém um formulário com trinta contagens e linhas pelo número de eletrodomésticos.

Preparação para cálculos aritméticos

A primeira coluna é desenhada tradicional - número de série. A segunda coluna é o nome do dispositivo. O terceiro é o seu consumo de energia individual.

As colunas do quarto ao vigésimo sétimo são as horas do dia de 00 a 24. As seguintes entradas são inseridas através da linha fracionária horizontal:

• no numerador - o tempo de operação do dispositivo no período de uma hora específica, na forma decimal (0,0);
• o denominador é novamente seu consumo de energia individual (essa repetição é necessária para calcular as cargas horárias).

A vigésima oitava coluna é o tempo total em que o eletrodoméstico trabalha durante o dia. No vigésimo nono, o consumo de energia pessoal do dispositivo é registrado como resultado da multiplicação do consumo de energia individual pelo tempo de operação do período diário.

A compilação de especificações detalhadas do consumidor, levando em consideração as cargas horárias, ajudará a deixar dispositivos mais familiares devido ao uso racional.

A trigésima coluna também é padrão - nota. É útil para cálculos intermediários.

Especificação do consumidor

O próximo estágio dos cálculos é a transformação de um notebook em uma especificação dos consumidores domésticos de eletricidade. A primeira coluna é clara. Aqui estão os números das linhas.

A segunda coluna contém os nomes dos consumidores de energia. Recomenda-se começar a encher o hall de entrada com aparelhos elétricos. A seguir, são descritas outras salas no sentido anti-horário ou horário (como desejar).

Se houver um segundo andar (etc.), o procedimento é o mesmo: da escada - rotatória. Ao mesmo tempo, não se deve esquecer dispositivos para escadas e iluminação pública.

É melhor preencher a terceira coluna com a potência oposta ao nome de cada dispositivo elétrico ao longo do caminho com o segundo.

As colunas quatro a vinte e sete correspondem a todas as horas do dia. Por conveniência, eles podem ser cruzados imediatamente com linhas horizontais no meio das linhas. As metades superiores resultantes das linhas são como numeradores, as metades inferiores são denominadores.

Essas colunas são preenchidas linha por linha. Os numeradores são formatados seletivamente como intervalos de tempo no formato decimal (0,0), refletindo o tempo de operação de um determinado aparelho elétrico em um determinado período horário. Paralelamente aos numeradores, os denominadores são inseridos com o indicador de energia do dispositivo retirado da terceira coluna.

Depois que todas as colunas horárias estiverem cheias, eles passam a contar o tempo de trabalho diário individual dos aparelhos elétricos, movendo-se ao longo das linhas.Os resultados são registrados nas células correspondentes da vigésima oitava coluna.

No caso em que a usina solar desempenha um papel auxiliar para que o sistema não funcione ocioso, parte da carga pode ser conectada a ela para obter energia constante

Com base na energia e no tempo de trabalho, o consumo diário de energia de todos os consumidores é calculado sequencialmente. É observado nas células da vigésima nona coluna.

Quando todas as linhas e colunas da especificação são preenchidas, eles calculam os totais. Adicionando a potência gráfica dos denominadores das colunas horárias, são obtidas as cargas de cada hora. Resumindo o consumo diário de energia individual da vigésima nona coluna, de cima para baixo, eles encontram a média diária total.

O cálculo não inclui o consumo do próprio sistema futuro. Esse fator é levado em consideração por um coeficiente auxiliar nos cálculos finais subsequentes.

Análise e otimização dos dados

Se a energia solar for planejada como backup, os dados sobre o consumo de energia por hora e o consumo médio diário geral de energia ajudam a minimizar o consumo de eletricidade solar cara.

Isso é conseguido com a eliminação do uso de consumidores intensivos em energia até a restauração da fonte de alimentação centralizada, especialmente durante o horário de pico.

Se o sistema de energia solar for projetado como uma fonte de fornecimento de energia constante, os resultados das cargas horárias serão levados adiante. É importante distribuir o consumo de eletricidade durante o dia, de modo a remover os máximos muito mais prevalecentes e os mínimos muito baixos.

A eliminação do pico, a equalização das cargas máximas, a eliminação de quedas acentuadas no consumo de energia ao longo do tempo permitem escolher as opções mais econômicas para os nós do sistema solar e garantir uma operação estável, mais importante e a longo prazo da estação solar.

O gráfico revelará a desigualdade do consumo de energia: nossa tarefa é mudar os máximos na hora da maior atividade solar e reduzir o consumo diário total, especialmente à noite.

O desenho apresentado mostra a transformação obtida com base nas especificações compiladas de um cronograma irracional em ótimo. O indicador de consumo diário foi reduzido de 18 para 12 kW / h, a carga horária média de 750 para 500 watts.

O mesmo princípio de otimização é útil ao usar a opção de energia do sol como backup. Não é necessário gastar dinheiro para aumentar a potência dos módulos e baterias solares por causa de algum inconveniente temporário.

Seleção de nós de usinas de energia solar

Para simplificar os cálculos, consideraremos a versão do uso de uma bateria solar como a principal fonte de fornecimento de energia elétrica. O consumidor será uma casa de campo condicional na região de Ryazan, onde residem constantemente de março a setembro.

Os cálculos práticos com base nos dados do cronograma racional de consumo de energia por hora publicado acima darão clareza ao raciocínio:

• Consumo diário médio total de energia = 12.000 watts / hora.
• Consumo médio de carga = 500 watts.
• Carga máxima de 1200 watts.
• Carga máxima 1200 x 1,25 = 1500 watts (+ 25%).

Os valores serão exigidos nos cálculos da capacidade total de dispositivos solares e outros parâmetros operacionais.

Determinação da tensão operacional do sistema solar

A tensão operacional interna de qualquer sistema solar é baseada em uma multiplicidade de 12 volts, como a classificação de bateria mais comum. Os nós de estações solares mais amplamente: módulos solares, controladores, inversores - são produzidos sob a tensão popular de 12, 24, 48 volts.

Uma voltagem mais alta permite o uso de fios de alimentação menores - e isso aumenta a confiabilidade do contato. Por outro lado, baterias de rede de 12V com defeito podem ser substituídas uma de cada vez.

Em uma rede de 24 volts, considerando as especificidades da operação da bateria, será necessário substituir apenas pares. Uma rede de 48V exigirá a troca das quatro baterias da mesma filial. Além disso, a 48 volts, já existe o risco de choque elétrico.

Com a mesma capacidade e preço aproximadamente igual, você deve comprar baterias com a maior profundidade de descarga permitida e mais corrente máxima

A principal escolha do valor nominal da diferença de potencial interna do sistema está relacionada às características de potência dos inversores produzidos pela indústria moderna e deve levar em consideração o pico de carga:

• de 3 a 6 kW - 48 volts,
• de 1,5 a 3 kW - igual a 24 ou 48V,
• até 1,5 kW - 12, 24, 48V.

Escolhendo entre a confiabilidade da fiação e a inconveniência de substituir as baterias, no nosso exemplo, focaremos na confiabilidade. No futuro, aumentaremos a tensão operacional do sistema calculado em 24 volts.

Módulos solares de bateria

A fórmula para calcular a energia necessária de uma bateria solar é assim:

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

onde:

• Rcm = potência da bateria solar = potência total dos módulos solares (painéis, W),
• 1000 = fotosensibilidade aceita de conversores fotoelétricos (kW / m²)
• Comer = a necessidade de consumo diário de energia (kW * h, no nosso exemplo = 18),
• k = coeficiente sazonal, considerando todas as perdas (verão = 0,7; inverno = 0,5),
• Sin = valor tabular da insolação (fluxo de radiação solar) na inclinação ideal dos painéis (kW * h / m²).

Você pode descobrir o valor da insolação no serviço meteorológico regional.

O ângulo ideal de inclinação dos painéis solares é igual à latitude da área:

• na primavera e outono,
• mais 15 graus - no inverno,
• menos 15 graus no verão.

A região de Ryazan considerada em nosso exemplo está localizada na 55ª latitude.

A maior potência dos painéis solares é obtida usando sistemas de rastreamento, mudanças sazonais no ângulo de inclinação dos painéis, uso de módulos de acabamento misto

Durante o período de março a setembro, a melhor inclinação não regulamentada da bateria solar é igual ao ângulo do verão de 40 ° para a superfície da Terra. Com esta instalação de módulos, a insolação média diária da Ryazan durante esse período é de 4,73. Todos os números estão lá, vamos fazer o cálculo:

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

Se tomarmos módulos de 100 watts como base da bateria solar, serão necessários 36 deles. Eles pesam 300 kg e ocupam uma área de cerca de 5 x 5 m de tamanho.

Diagramas de fiação e opções comprovados em campo para conectar painéis solares dado aqui.

Disposição da unidade de energia da bateria

Ao escolher as baterias, você precisa ser guiado pelos postulados:

1. As baterias de carro convencionais NÃO são adequadas para esse fim. As baterias de energia solar estão identificadas como "SOLAR".
2. A aquisição de baterias deve ser idêntica em todos os aspectos, de preferência em um lote de fábrica.
3. A sala onde a bateria está localizada deve estar quente. A temperatura ideal quando as baterias emitem energia total = 25⁰C. Quando diminui para -5 ° C, a capacidade da bateria diminui 50%.

Se tomarmos para cálculo uma bateria exponencial com uma voltagem de 12 volts e uma capacidade de 100 amperes / hora, não é difícil calcular, por uma hora inteira será capaz de fornecer aos consumidores uma potência total de 1200 watts. Mas isso é com descarga completa, o que é extremamente indesejável.

Para bateria de longa duração, NÃO é recomendado reduzir a carga abaixo de 70%. Valor limite = 50%. Tomando 60% como meio termo, colocamos a reserva de energia de 720 W / h para cada 100 A * h do componente capacitivo da bateria (1200 W / h x 60%) como base para os cálculos subsequentes.

Talvez a compra de uma bateria com capacidade de 200 Ah custará menos do que a compra de duas por 100, e o número de contatos da bateria diminuirá

Inicialmente, as baterias devem ser instaladas 100% carregadas de uma fonte de corrente estacionária. As baterias devem cobrir completamente a carga do escuro. Se você não tiver sorte com o clima, mantenha os parâmetros necessários do sistema durante o dia.

É importante considerar que uma superabundância de baterias levará a sua constante subcarga. Isso reduzirá significativamente a vida útil. A solução mais racional é equipar a unidade com baterias com uma reserva de energia suficiente para cobrir um consumo diário de energia.

Para descobrir a capacidade total necessária da bateria, dividimos o consumo total diário de energia de 12.000 W / h por 720 W / he multiplicamos por 100 A * h:

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

No total, para o nosso exemplo, precisamos de 16 baterias com capacidade de 100 ou 8 a 200 Ah *, conectadas em paralelo em série.

Escolhendo um bom controlador

Seleção competente controlador de carga da bateria (Bateria) - uma tarefa muito específica. Seus parâmetros de entrada devem corresponder aos módulos solares selecionados e a tensão de saída deve corresponder à diferença de potencial interna do sistema solar (no nosso exemplo, 24 volts).

Um bom controlador deve garantir:

1. Uma carga de bateria de vários estágios que prolonga sua vida útil em um múltiplo.
2. Mútua automática, bateria e bateria solar, conexão-desconexão em correlação com descarga de carga.
3. Reconectando a carga da bateria à bateria solar e vice-versa.

Este pequeno nó é um componente muito importante.

Se alguns consumidores (por exemplo, iluminação) forem transferidos para a fonte de alimentação direta de 12 volts do controlador, será necessário um inversor menos potente, o que significa mais barato

A escolha correta do controlador depende da operação sem problemas da bateria cara e da balança de todo o sistema.

Seleção do melhor inversor

O inversor é selecionado para fornecer um pico de carga a longo prazo. Sua tensão de entrada deve corresponder à diferença de potencial interna do sistema solar.

Para a melhor seleção, é recomendável prestar atenção aos parâmetros:

1. A forma e a frequência da corrente alternada gerada. Quanto mais perto de uma onda senoidal de 50 Hz, melhor.
2. Eficiência do dispositivo. Quanto mais 90% - mais maravilhoso.
3. Consumo próprio do dispositivo. Deve ser proporcional ao consumo geral de energia do sistema. Idealmente - até 1%.
4. A capacidade da unidade de suportar sobrecargas duplas de curto prazo.

O design mais distinto é um inversor com uma função de controlador embutida.

Montagem de um sistema solar doméstico

Fizemos uma seleção de fotos que demonstra claramente o processo de montagem de um sistema solar doméstico a partir de módulos fabricados na fábrica:

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Clipe # 1. Instalação DIY de painéis solares no telhado de uma casa:

Clipe # 2. A escolha de baterias para o sistema solar, tipos, diferenças:

Clipe # 3. Estação de energia solar do país para quem faz tudo sozinho:

Os métodos de cálculo práticos considerados passo a passo, o princípio básico da operação eficaz de uma bateria de painel solar moderna como parte de uma estação solar autônoma doméstica ajudarão os proprietários de uma casa grande em uma área densamente povoada e uma casa de campo no deserto a obter soberania energética.

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