Panouri solare pentru căsuțe și case de vară: tipuri, principiul funcționării și procedura de calcul pentru sisteme solare

Știința ne-a oferit un moment în care tehnologia utilizării energiei solare a devenit publică. Fiecare proprietar are posibilitatea de a obține panouri solare pentru casă. Locuitorii de vară nu sunt prea în urmă în această chestiune. Mai des, sunt departe de surse centralizate de alimentare durabilă.

Ne oferim să facem cunoștință cu informațiile care reprezintă dispozitivul, principiile de funcționare și calculul unităților de lucru ale sistemului solar. Familiarizarea cu informațiile pe care le-am propus va aproxima realitatea furnizării site-ului dvs. de energie electrică.

Pentru o percepție clară a datelor furnizate, sunt atașate diagrame detaliate, ilustrații, instrucțiuni foto și video.

Dispozitivul și principiul funcționării bateriei solare

Odată ce ni s-au deschis mințile curioase, substanțele naturale care sunt produse sub influența particulelor de lumină de la soare, fotoni, energie electrică. Procesul a fost numit efect fotoelectric. Oamenii de știință au învățat să controleze fenomenul microfizic.

Pe baza materialelor semiconductoare, au creat dispozitive electronice compacte - fotocelule.

Producătorii au stăpânit tehnologia combinării convertoarelor în miniatură în panouri solare eficiente. Eficiența modulelor solare din panou fabricate din siliciu produse pe scară largă de industrie este de 18-22%.

Descrierea schemei arată clar: toate componentele centralei sunt la fel de importante - funcționarea coordonată a sistemului depinde de selectarea corectă a acestora

O baterie solară este asamblată din module. Este destinația finală a fotonilor de la Soare la Pământ.De aici, aceste componente ale radiațiilor luminoase își continuă traseul deja în circuitul electric sub formă de particule de curent continuu.

Acestea sunt distribuite de baterii sau sunt transformate în încărcări ale unui curent electric alternativ de 220 volți, furnizând tot felul de dispozitive tehnice pentru casă.

Bateria solară este un complex de dispozitive semiconductoare conectate în serie - fotocelule care transformă energia solară în energie electrică

Veți găsi mai multe detalii despre specificul dispozitivului și principiul funcționării bateriei solare într-un altul articol popular site-ul nostru

Tipuri de module de panouri solare

Panourile solare-module sunt asamblate din celule solare, altfel - convertoare fotoelectrice. PEC-urile de două tipuri au găsit o utilizare pe scară largă.

Acestea diferă în funcție de tipurile de semiconductor de siliciu utilizate pentru fabricarea lor, acestea sunt:

• Policristalin. Acestea sunt celule solare obținute din topirea siliciu prin răcire pe termen lung. O metodă simplă de producție determină accesibilitatea prețului, dar performanța opțiunii policristaline nu depășește 12%.
• Monocristalin. Acestea sunt elementele obținute prin tăierea plăcilor subțiri ale unui cristal de siliciu cultivat artificial. Cea mai productivă și scumpă opțiune. Eficiența medie în regiune de 17%, puteți găsi fotocelule cu un singur cristal cu performanțe mai mari.

Celule solare policristaline de formă pătrată cu o suprafață neomogenă. Soiurile monocristaline arată ca niște pătrate subțiri, cu structură omogenă, cu colțuri tăiate (pseudo-pătrate).

Așa arată convertizoarele fotoelectrice fotovoltaice: caracteristicile modulului solar nu depind de varietatea de elemente utilizate - acest lucru afectează doar dimensiunea și prețul

Panourile primei versiuni cu aceeași putere sunt mai mari decât a doua din cauza eficienței mai mici (18% față de 22%). Dar dobânda, în medie, este cu zece mai ieftină și în cerere predominantă.

Despre regulile și nuanțele de alegere a panourilor solare pentru furnizarea de energie pentru încălzirea autonomă, puteți citeste aici.

Schema de lucru a alimentării cu energie solară

Când te uiți la numele care sună misterios ale nodurilor care alcătuiesc sistemul de alimentare cu energie solară, ideea vine la complexitatea super-tehnică a dispozitivului.

La nivelul micro al vieții fotonului, așa este. Și în mod clar circuitul general al circuitului electric și principiul acțiunii sale arată foarte simplu. De la lumina raiului până la „lampa lui Ilici” sunt doar patru trepte.

Modulele solare sunt prima componentă a unei centrale. Acestea sunt panouri dreptunghiulare subțiri asamblate dintr-un anumit număr de plăci fotocelulare standard. Producătorii fac panouri foto diferite în ceea ce privește puterea electrică și tensiunea, un multiplu de 12 volți.

Dispozitivele în formă de plat sunt amplasate în mod convenabil pe suprafețe expuse razelor directe. Unitățile modulare sunt combinate prin interconectarea bateriei solare. Sarcina bateriei este de a converti energia primită de soare, producând un curent constant cu o valoare dată.

Dispozitive de stocare a sarcinii electrice - baterii pentru panouri solare cunoscut de toți. Rolul lor în sistemul de alimentare cu energie de la soare este tradițional. Când consumatorii casnici sunt conectați la o rețea centralizată, magazinele de energie sunt stocate în energie electrică.

De asemenea, acumulează excesul său, dacă curentul modulului solar este suficient pentru a asigura energia consumată de aparatele electrice.

Pachetul de baterii oferă circuitului cantitatea necesară de energie și menține o tensiune stabilă imediat ce consumul său crește la o valoare crescută. Același lucru se întâmplă, de exemplu, noaptea, cu panouri foto inactive sau pe vreme ușoară însorită.

Schema de aprovizionare cu energie a casei folosind panouri solare diferă de opțiunile cu colectorii în capacitatea de a acumula energie în baterie

Controlerul este un intermediar electronic între modulul solar și baterii. Rolul său este de a regla nivelul bateriei. Dispozitivul nu permite fierberea lor de la reîncărcare sau cădere a potențialului electric sub o anumită normă, necesară funcționării stabile a întregului sistem solar.

Flip, sunetul termenului este explicat atât de literal invertor solar. Da, pentru că, de fapt, această unitate îndeplinește o funcție care părea să fi ficționat inginerilor electrici.

Acesta transformă curentul direct al modulului solar și al bateriilor în curent alternativ cu o diferență de potențial de 220 volți. Această tensiune este cea care funcționează pentru marea majoritate a aparatelor electrice de uz casnic.

Fluxul de energie solară este proporțional cu poziția stelei: instalarea modulelor, ar fi bine să se prevadă reglarea unghiului de înclinare în funcție de perioada anului

Sarcina maximă și consumul mediu zilnic de energie

Plăcerea de a avea propria stație solară este încă multă. Primul pas pe calea deținerii puterii energiei solare este de a determina încărcarea optimă a vârfului în kilowati și consumul mediu rațional de energie zilnică în ore de kilowat de casă sau casă de vară.

Încărcarea de vârf este creată de nevoia de a porni mai multe dispozitive electrice simultan și este determinată de puterea lor maximă, ținând cont de caracteristicile de pornire supraevaluate ale unora dintre ele.

Calculul consumului maxim de energie vă permite să identificați nevoia vitală pentru funcționarea simultană a aparatelor electrice și care nu sunt foarte mici. Acest indicator respectă caracteristicile de putere ale nodurilor centralei, adică costul total al dispozitivului.

Consumul zilnic de energie al unui aparat electric este măsurat de produsul energiei sale individuale pentru timpul în care a lucrat din rețea (consumul de energie electrică) timp de o zi. Consumul mediu zilnic total de energie este calculat ca suma a energiei consumate de energie electrică de către fiecare consumator pentru perioada zilnică.

Analiza și optimizarea ulterioară a datelor obținute privind încărcările și consumul de energie vor asigura echipamentul necesar și funcționarea ulterioară a sistemului de energie solară cu costuri minime

Rezultatul consumului de energie ajută la raționalizarea consumului de energie solară. Rezultatul calculelor este important pentru calculul suplimentar al capacității bateriei. De la acest parametru, prețul bateriei, o componentă importantă a sistemului depinde și mai mult.

Procedura de calcul a indicatorilor energetici

Procesul calculelor începe literalmente cu o foaie de caiet extinsă pe orizontală, într-o celulă. Cu linii de creion ușor dintr-o foaie obțineți un formular cu treizeci de numărate și linii după numărul de electrocasnice.

Pregătirea pentru calculele aritmetice

Prima coloană este trasată cu numărul tradițional - seria. A doua coloană este numele aparatului. Al treilea este consumul său individual de energie.

Coloanele de la al patrulea până la douăzeci și șaptelea sunt orele zilei de la 00 la 24. Următoarele sunt introduse în ele prin linia fracțională orizontală:

• în numărător - timpul de funcționare al dispozitivului în perioada unei anumite ore în formă zecimală (0,0);
• numitorul este din nou consumul său individual de energie (această repetare este necesară pentru calcularea încărcărilor pe oră).

Coloana a douăzeci și opt este timpul total în care aparatul de uz casnic funcționează în timpul zilei. La douăzeci și noua, consumul personal de energie al dispozitivului este înregistrat ca urmare a înmulțirii consumului individual de energie cu timpul de funcționare pentru perioada zilnică.

Compilarea specificațiilor detaliate ale consumatorilor, luând în considerare încărcările orare va ajuta la lăsarea dispozitivelor mai familiare datorită utilizării lor raționale.

Coloana treizeci este, de asemenea, standard - notă. Este util pentru calcule intermediare.

Specificația consumatorului

Următoarea etapă a calculelor este transformarea unui formular de caiet într-o specificație a consumatorilor de energie electrică casnici. Prima coloană este clară. Iată numerele de linie.

A doua coloană conține numele consumatorilor de energie. Se recomandă începerea completării holului de intrare cu aparate electrice. Următoarele descrie alte camere în sens invers acelor de ceasornic sau în sensul acelor de ceasornic (după cum doriți).

Dacă există un al doilea etaj (etc.), procedura este aceeași: de la scări - sens giratoriu. În același timp, nu trebuie să uitați de dispozitivele scărilor și de iluminatul stradal.

Este mai bine să completați a treia coloană cu puterea opusă numelui fiecărui dispozitiv electric de-a lungul drumului cu cel de-al doilea.

Coloanele patru până la douăzeci și șapte corespund lor la fiecare oră din zi. Pentru comoditate, acestea pot fi traversate imediat cu linii orizontale în mijlocul liniilor. Jumătățile superioare rezultate ale liniilor sunt asemănătoare numărătorilor, jumătățile inferioare sunt numitori.

Aceste coloane sunt completate linie cu linie. Numeratoarele sunt formatate selectiv ca intervale de timp în format zecimal (0,0), reflectând timpul de funcționare al unui aparat electric dat într-o anumită perioadă de oră. În paralel cu numeratorii, numitorii sunt introduși cu indicatorul de putere al dispozitivului preluat din a treia coloană.

După ce toate coloanele orare sunt pline, ele continuă să numere orele de lucru zilnice individuale ale aparatelor electrice, deplasându-se de-a lungul liniilor.Rezultatele sunt înregistrate în celulele corespunzătoare din coloana a douăzeci și opt.

În cazul în care centrala solară joacă un rol auxiliar, astfel încât sistemul să nu funcționeze inactiv, o parte din sarcină poate fi conectată la aceasta pentru o putere constantă

Pe baza puterii și a timpului de lucru, consumul zilnic de energie al tuturor consumatorilor este calculat secvențial. Se notează în celulele celei de-a douăzeci și noua coloană.

Când toate liniile și coloanele specificației sunt completate, ele calculează totalurile. Adăugând puterea grafică de la numitorii coloanelor orare, se obțin încărcările din fiecare oră. Rezumând consumul energetic individual zilnic al celei de-a douăzeci și noua coloane de sus în jos, ei găsesc media zilnică totală.

Calculul nu include consumul propriu al sistemului viitor. Acest factor este luat în considerare de un coeficient auxiliar în calculele finale ulterioare.

Analiza și optimizarea datelor

Dacă energia solară este planificată ca rezervă, datele privind consumul de oră pe oră și consumul mediu zilnic general de energie ajută la reducerea consumului de energie solară scumpă.

Acest lucru se realizează prin eliminarea consumatorilor cu consum energetic până la refacerea alimentării centralizate, în special în orele de vârf.

Dacă sistemul de energie solară este proiectat ca o sursă de alimentare constantă, atunci rezultatele încărcărilor orare sunt împinse înainte. Este important să distribuiți consumul de energie electrică în timpul zilei, astfel încât să eliminați maximele mult mai predominante și minusurile foarte deficitare.

Excepția vârfului, egalizarea încărcărilor maxime, eliminarea scurgerilor puternice ale consumului de energie în timp vă permite să alegeți opțiunile cele mai economice pentru nodurile sistemului solar și să furnizați o funcționare stabilă, cea mai importantă, pe termen lung, fără probleme.

Graficul va dezvălui inegalitatea consumului de energie: sarcina noastră este de a schimba maximul în momentul celei mai mari activități a soarelui și de a reduce consumul zilnic total, în special noaptea.

Desenul prezentat arată transformarea obținută pe baza specificațiilor compilate ale unui program irațional în optim. Indicatorul consumului zilnic a fost redus de la 18 la 12 kW / h, sarcina medie pe oră de la 750 la 500 wați.

Același principiu al optimității este util atunci când folosiți opțiunea de alimentare de la soare ca rezervă. Nu este necesar să cheltuiți bani pentru creșterea puterii modulelor și bateriilor solare, din cauza unor inconveniente temporare.

Selectarea nodurilor centralelor solare

Pentru a simplifica calculele, vom considera versiunea utilizării unei baterii solare ca principală sursă de furnizare a energiei electrice. Consumatorul va fi o casă de țară condiționată în regiunea Ryazan, unde va avea reședința constantă din martie până în septembrie.

Calculele practice bazate pe datele din programul rațional de consum de energie pe oră publicat mai sus vor oferi claritate raționamentului:

• Consum mediu zilnic total de energie = 12.000 wați / oră.
• Consum mediu de sarcină = 500 wați.
• Sarcină maximă 1200 watt.
• Sarcina maximă 1200 x 1,25 = 1500 wați (+ 25%).

Valorile vor fi necesare în calculele capacității totale a dispozitivelor solare și a altor parametri de funcționare.

Determinarea tensiunii de funcționare a sistemului solar

Tensiunea internă de funcționare a oricărui sistem solar se bazează pe o multiplicitate de 12 volți, ca fiind cea mai obișnuită putere a bateriei. Cele mai răspândite noduri ale stațiilor solare: module solare, controlere, invertoare - sunt produse sub tensiunea populară de 12, 24, 48 volți.

Tensiunea mai mare permite utilizarea cablurilor de alimentare mai mici - și aceasta este o fiabilitate crescută a contactului. Pe de altă parte, bateriile defecte de rețea de 12 V pot fi înlocuite pe rând.

Într-o rețea de 24 de volți, având în vedere specificul funcționării bateriei, va fi necesară înlocuirea numai a perechilor. O rețea de 48V va necesita schimbarea tuturor celor patru baterii ale aceleiași ramuri. În plus, la 48 de volți există deja pericolul de electrocutare.

Cu aceeași capacitate și un preț aproximativ egal, ar trebui să cumpărați baterii cu cea mai mare adâncime admisă de descărcare și cu un curent maxim

Alegerea principală a valorii nominale a diferenței de potențial intern a sistemului este legată de caracteristicile de putere ale invertoarelor produse de industria modernă și ar trebui să țină cont de sarcina maximă:

• de la 3 la 6 kW - 48 volți,
• de la 1,5 la 3 kW - egală cu 24 sau 48V,
• până la 1,5 kW - 12, 24, 48V.

Alegând între fiabilitatea cablajului și inconvenientul înlocuirii bateriilor, de exemplu, ne vom concentra pe fiabilitate. În viitor, vom construi pe tensiunea de funcționare a sistemului calculat 24 de volți.

Module solare pentru baterii

Formula pentru calcularea puterii necesare unei baterii solare arată astfel:

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

în cazul în care:

• Rcm = puterea bateriei solare = puterea totală a modulelor solare (panouri, W),
• 1000 = fotosensibilitate acceptată a convertoarelor fotoelectrice (kW / m²)
• Mâncă = necesitatea consumului zilnic de energie (kW * h, în exemplul nostru = 18),
• k = coeficientul sezonier ținând cont de toate pierderile (vara = 0,7; iarna = 0,5),
• Sin = valoarea tabulară a insolării (fluxul de radiații solare) la panta optimă a panourilor (kW * h / m²).

Puteți afla valoarea insolării de la serviciul meteorologic regional.

Unghiul optim de înclinare a panourilor solare este egal cu latitudinea zonei:

• primăvara și toamna,
• plus 15 grade - iarna,
• minus 15 grade vara.

Regiunea Ryazan luată în considerare în exemplul nostru este situată la a 55-a latitudine.

Cea mai mare putere a panourilor solare este obținută folosind sisteme de urmărire, modificări sezoniere în unghiul de înclinare a panourilor, utilizarea de module de decupare mixte

Pentru perioada luată din martie până în septembrie, cea mai bună înclinare neregulată a bateriei solare este egală cu unghiul de vară de 40⁰ față de suprafața pământului. Cu această instalare de module, insolvența medie zilnică a Ryazan în această perioadă este de 4,73. Toate numerele sunt acolo, hai să facem calculul:

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

Dacă luăm module de 100 de wați ca bază a bateriei solare, atunci 36 dintre ele vor fi necesare. Vor cântări 300 de kilograme și vor ocupa o suprafață de aproximativ 5 x 5 m.

Diagrame de cablare dovedite pe teren și opțiuni pentru conectarea panourilor solare dat aici.

Amenajarea unității de alimentare a bateriei

Când alegeți bateriile, trebuie să fiți ghidați de postulatele:

1. Bateriile convenționale auto nu sunt adecvate în acest scop. Bateriile cu energie solară sunt etichetate „SOLAR”.
2. Achiziționarea bateriilor trebuie să fie identică numai din toate punctele de vedere, de preferință dintr-un lot din fabrică.
3. Camera în care se află bateria trebuie să fie caldă. Temperatura optimă când bateriile oferă o putere completă = 25⁰C. Când scade până la -5⁰C, capacitatea bateriei scade cu 50%.

Dacă luăm o baterie exponențială cu o tensiune de 12 volți și o capacitate de 100 amperi / oră pentru calcul, nu este dificil de calculat, pentru o oră întreagă va putea oferi consumatorilor o putere totală de 1200 wați. Dar acest lucru este cu descărcarea completă, ceea ce este extrem de nedorit.

Pentru o durată de viață lungă a bateriei, NU se recomandă reducerea încărcăturii lor sub 70%. Cifra limită = 50%. Luând 60% ca sol mediu, punem rezerva de energie de 720 W / h pentru fiecare 100 A * h a componentei capacitive a bateriei (1200 W / h x 60%) ca bază pentru calculele ulterioare.

Poate că achiziția unei baterii cu o capacitate de 200 Ah va costa mai puțin decât achiziționarea a două pentru 100, iar numărul de contacte cu bateria va scădea

Inițial, bateriile trebuie instalate încărcate 100% de la o sursă de curent staționar. Bateriile trebuie să acopere complet sarcina întunericului. Dacă nu aveți noroc cu vremea, mențineți parametrii de sistem necesari în timpul zilei.

Este important să luăm în considerare că o supraabundență a bateriilor va duce la o supraîncărcare constantă a acestora. Acest lucru va reduce semnificativ durata de serviciu. Cea mai rațională soluție este de a echipa unitatea cu baterii cu o rezervă de energie suficientă pentru a acoperi un consum de energie zilnic.

Pentru a afla capacitatea totală necesară a bateriei, împărțim consumul total zilnic de energie de 12.000 W / h cu 720 W / h și înmulțim cu 100 A * h:

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

Total pentru exemplul nostru, avem nevoie de 16 baterii cu o capacitate de 100 sau 8 la 200 Ah *, conectate în serie-paralel.

Alegerea unui controler bun

Selecție competentă controler de încărcare a bateriei (Baterie) - o sarcină foarte specifică. Parametrii de intrare trebuie să corespundă modulelor solare selectate, iar tensiunea de ieșire ar trebui să corespundă diferenței de potențial intern a sistemului solar (în exemplul nostru, 24 de volți).

Un controler bun trebuie să asigure:

1. O încărcare a bateriei în mai multe etape, care își prelungește durata de viață efectivă cu un multiplu.
2. Baterie reciprocă automată, baterie și solar, conexiune-deconectare în corelare cu încărcare-descărcare.
3. Reconectarea încărcării de la baterie la cea solară și invers.

Acest nod mic este o componentă foarte importantă.

Dacă unii consumatori (de exemplu, iluminat) sunt transferați la alimentarea directă de 12 volți de la controler, va fi nevoie de un invertor mai puțin puternic, ceea ce înseamnă mai ieftin

Alegerea corectă a regulatorului depinde de funcționarea fără probleme a bateriei scumpe și de soldul întregului sistem.

Selectarea celui mai bun invertor

Invertorul este selectat astfel încât să poată oferi o încărcare de vârf pe termen lung. Tensiunea sa de intrare trebuie să corespundă diferenței de potențial intern a sistemului solar.

Pentru cea mai bună selecție, se recomandă să acordați atenție parametrilor:

1. Forma și frecvența curentului alternativ generat. Cu cât este mai aproape de o undă sinusoidală de 50 Hz, cu atât mai bine.
2. Eficiența dispozitivului. Cu cât 90% mai mare - cu atât mai minunat.
3. Consumul propriu al dispozitivului. Trebuie să fie proporțional cu consumul total de energie al sistemului. În mod ideal - până la 1%.
4. Capacitatea unității de a rezista la suprasarcini duble pe termen scurt.

Cel mai distinct design este un invertor cu funcție de control integrat.

Montarea unui sistem solar casnic

V-am făcut o selecție foto care demonstrează clar procesul de asamblare a unui sistem solar casnic din module fabricate în fabrică:

Concluzii și video util pe această temă

Clip # 1. Instalarea DIY a panourilor solare pe acoperișul unei case:

Clip # 2. Alegerea bateriilor pentru sistemul solar, tipuri, diferențe:

Clip # 3. Centrala solară din țară pentru cei care fac totul singuri:

Metodele de calcul pas-cu-pas considerate, principiul de bază al funcționării eficiente a unei baterii moderne cu panou solar, ca parte a unei stații solare autonome, va ajuta proprietarii unei case mari dintr-o zonă dens populată și a unei case de țară din pustie să câștige suveranitatea energetică.

Vrei să împărtășești experiența personală pe care ai acumulat-o în timpul construcției unui mini sistem solar sau doar a bateriilor? Aveți întrebări pentru care ați dori să primiți un răspuns și ați găsit defecte în text? Vă rugăm să lăsați comentarii în blocul de mai jos.