Solárne panely pre letné chaty a domy: typy, princíp činnosti a postup výpočtu pre solárne systémy

Veda nám poskytla čas, keď sa technológia využívania slnečnej energie stala verejne dostupnou. Každý majiteľ má možnosť získať solárne panely pre dom. Letní obyvatelia nie sú v tejto veci pozadu. Častejšie nie sú od centralizovaných zdrojov trvalo udržateľného zásobovania energiou.

Odporúčame vám oboznámiť sa s informáciami, ktoré predstavujú zariadenie, s princípmi činnosti a výpočtom pracovných komponentov slnečnej sústavy. Oboznámenie sa s informáciami, ktoré sme navrhli, sa priblíži realite poskytovania prírodnej elektrickej energie na vašom webe.

Pre jasné vnímanie poskytnutých údajov sú priložené podrobné schémy, ilustrácie, fotografie a videá.

Zariadenie a princíp činnosti solárnej batérie

Keď sa pre nás zvídavé mysle otvoria, prírodné látky, ktoré sa vyrábajú pod vplyvom častíc svetla zo slnka, fotóny, elektrická energia, Tento proces sa nazýval fotoelektrický efekt. Vedci sa naučili ovládať mikrofyzikálny jav.

Na základe polovodičových materiálov vytvorili kompaktné elektronické zariadenia - fotobunky.

Výrobcovia zvládli technológiu kombinovania miniatúrnych prevodníkov na efektívne solárne panely. Účinnosť panelových solárnych modulov vyrobených z kremíka široko vyrábaných v priemysle je 18-22%.

Opis schémy jasne ukazuje: všetky komponenty elektrárne sú rovnako dôležité - koordinovaná prevádzka systému závisí od ich správneho výberu

Solárna batéria je zostavená z modulov. Je to konečný cieľ fotónov zo Slnka na Zem.Odtiaľ tieto komponenty svetelného žiarenia pokračujú vo svojej ceste už vo vnútri elektrického obvodu ako jednosmerné častice.

Sú distribuované batériami alebo sa transformujú na nabíjanie striedavého elektrického prúdu 220 voltov, ktorý zásobuje všetky druhy domácich technických zariadení.

Solárna batéria je komplex sériovo zapojených polovodičových zariadení - fotobuniek, ktoré premieňajú slnečnú energiu na elektrickú energiu

Nájdete ďalšie podrobnosti o špecifikách zariadenia a princípe fungovania solárnej batérie v inom populárny článok naše stránky.

Typy modulov solárnych panelov

Solárne panely-moduly sú zostavené zo solárnych článkov, inak - fotoelektrické prevodníky. PEC dvoch typov našli široké uplatnenie.

Líšia sa typmi kremíkových polovodičov používaných na ich výrobu, jedná sa o:

• Polykryštalické. Ide o solárne články vyrobené z taveniny kremíka dlhodobým chladením. Jednoduchosť výrobnej metódy určuje cenovú dostupnosť, ale výkonnosť polykryštalickej možnosti nepresahuje 12%.
• Monokryštalický. Toto sú prvky získané rezaním tenkých dosiek umelo vypestovaného kremíkového kryštálu. Najproduktívnejšia a najdrahšia možnosť. Priemerná účinnosť v oblasti 17%, nájdete monokryštálové fotobunky s vyšším výkonom.

Polykryštalické solárne články plochého štvorcového tvaru s nehomogénnym povrchom. Monokryštalické odrody vyzerajú ako tenké, homogénne štvorce povrchovej štruktúry s rezanými rohmi (pseudo-štvorce).

Takto vyzerajú fotovoltaické fotoelektrické meniče: vlastnosti solárneho modulu nezávisia od rôznych použitých prvkov - to má vplyv iba na veľkosť a cenu

Panely prvej verzie s rovnakým výkonom sú väčšie ako druhá z dôvodu nižšej účinnosti (18% oproti 22%). V priemere je však úrok lacnejší a má prevažujúci dopyt.

Pokiaľ ide o pravidlá a nuansy výberu solárnych panelov na dodávku energie do autonómneho vykurovania, môžete čítať tu.

Schéma práce so solárnym napájaním

Keď sa pozriete na záhadne znejúce názvy uzlov, ktoré tvoria solárny systém, ide o supertechnickú zložitosť zariadenia.

Na mikro úrovni života fotónu je to tak. Všeobecne je zrejmé, že obvod elektrického obvodu a princíp jeho činnosti sú veľmi jednoduché. Od nebeského svetla až po „Iljičovu lampu“ sú iba štyri stupne.

Solárne moduly sú prvou súčasťou elektrárne. Sú to tenké obdĺžnikové panely zostavené z určitého počtu štandardných fotobuniek. Výrobcovia robia z fotografických panelov rozdielne elektrické napájanie a napätie, čo je násobok 12 voltov.

Ploché zariadenia sú vhodne umiestnené na povrchoch vystavených priamym lúčom. Modulárne jednotky sa kombinujú prepojením solárnej batérie. Úlohou batérie je prevádzať prijatú energiu slnka a vytvárať konštantný prúd danej hodnoty.

Elektrické nabíjačky - batérie pre solárne panely známe všetkým. Ich úloha vo vnútri systému dodávky energie zo slnka je tradičná. Ak sú domáci spotrebitelia pripojení k centralizovanej sieti, sklady energie sa ukladajú do elektrickej energie.

Zhromažďujú tiež jeho prebytok, ak je prúd solárneho modulu dostatočný na zabezpečenie energie spotrebovanej elektrickými zariadeniami.

Akumulátor dodáva okruhu potrebné množstvo energie a udržuje stabilné napätie, len čo jeho spotreba stúpne na zvýšenú hodnotu. To isté sa stane napríklad v noci pri nečinných fotografických paneloch alebo za slnečného počasia.

Schéma zásobovania energiou domu pomocou solárnych panelov sa líši od možností kolektorov v možnosti akumulovať energiu v batérii

Regulátor je elektronický sprostredkovateľ medzi solárnym modulom a batériami. Jeho úlohou je regulovať úroveň nabitia batérie. Zariadenie neumožňuje ich varenie z dobíjania alebo klesania elektrického potenciálu pod určitú normu, ktoré sú potrebné na stabilnú prevádzku celej slnečnej sústavy.

Flip, zvuk termínu je tak doslovne vysvetlený solárny invertor, Áno, pretože v skutočnosti táto jednotka vykonáva funkciu, ktorá sa kedysi zdala fikciou elektrotechnikom.

Konvertuje jednosmerný prúd solárneho modulu a batérií na striedavý prúd s potenciálnym rozdielom 220 voltov. Je to toto napätie, ktoré pracuje pre veľkú väčšinu domácich elektrických spotrebičov.

Tok slnečnej energie je úmerný polohe hviezdy: inštalácia modulov, bolo by pekné zabezpečiť nastavenie uhla sklonu v závislosti od ročného obdobia.

Špičkové zaťaženie a denná priemerná spotreba energie

Potešenie mať vlastnú solárnu stanicu je stále veľa. Prvým krokom na ceste k získaniu energie solárnej energie je stanovenie optimálneho špičkového zaťaženia v kilowattoch a racionálnej priemernej dennej spotreby energie v kilowatthodinách domu alebo letnej chaty.

Špičkové zaťaženie je vyvolané potrebou zapnúť niekoľko elektrických zariadení súčasne a je určené ich maximálnym celkovým výkonom, berúc do úvahy nadhodnotené počiatočné charakteristiky niektorých z nich.

Výpočet maximálnej spotreby energie vám umožňuje identifikovať životne dôležitú potrebu súbežnej prevádzky, ktorých elektrických spotrebičov a ktoré nie sú veľmi. Tento ukazovateľ sa riadi výkonovými charakteristikami uzlov elektrárne, tj celkovými nákladmi na zariadenie.

Denná spotreba energie spotrebiča sa meria súčinom jeho individuálnej energie počas doby, počas ktorej pracoval na deň (spotrebovaná elektrina). Celková priemerná denná spotreba energie sa vypočíta ako súčet spotrebovanej energie elektriny každým spotrebiteľom za denné obdobie.

Následnou analýzou a optimalizáciou získaných údajov o zaťažení a spotrebe energie sa zabezpečí potrebné vybavenie a následná prevádzka solárneho systému s minimálnymi nákladmi

Výsledok spotreby energie pomáha racionalizovať spotrebu solárnej energie. Výsledok výpočtov je dôležitý pre ďalší výpočet kapacity batérie. Z tohto parametra závisí cena batérie, veľa užitočnej súčasti systému, ešte viac.

Postup výpočtu energetických ukazovateľov

Proces výpočtu doslova začína horizontálne usporiadaným v bunke rozbaleným listom poznámkového bloku. Svetlé ceruzky z hárku dostanú formulár s tridsiatimi počtami a čiary podľa počtu domácich spotrebičov.

Príprava na aritmetické výpočty

Prvý stĺpec je nakreslený tradične - sériové číslo. Druhý stĺpec je názov zariadenia. Treťou je individuálna spotreba energie.

Stĺpce od štvrtej do dvadsiatej siedmej sú hodiny dňa od 00 do 24. V horizontálnej zlomkovej čiare sa do nich vkladajú tieto údaje:

• v čitateli - prevádzkový čas zariadenia v perióde konkrétnej hodiny v desiatkovej forme (0,0);
• menovateľ je opäť jeho individuálna spotreba energie (toto opakovanie je potrebné na výpočet hodinového zaťaženia).

Dvadsiaty ôsmy stĺpec je celkový čas, počas ktorého domáci spotrebič pracuje počas dňa. Na dvadsiatom deviatom mieste sa zaznamenáva osobná spotreba energie zariadenia ako výsledok vynásobenia individuálnej spotreby energie prevádzkovým časom za denné obdobie.

Zostavenie podrobných špecifikácií spotrebiteľov pri zohľadnení hodinového zaťaženia pomôže opustiť známe zariadenia z dôvodu ich racionálneho používania.

Tridsiaty stĺpec je tiež štandardný - poznámka. Je to užitočné pre priebežné výpočty.

Špecifikácia spotrebiteľa

Ďalšou fázou výpočtov je transformácia formy prenosného počítača na špecifikáciu domácich odberateľov elektrickej energie. Prvý stĺpec je jasný. Tu sú čísla riadkov.

Druhý stĺpec obsahuje názvy spotrebiteľov energie. Odporúča sa začať s plnením vstupnej haly elektrickými spotrebičmi. Nasledujúci text opisuje ďalšie miestnosti proti smeru hodinových ručičiek alebo v smere hodinových ručičiek (podľa vášho želania).

Ak existuje druhé (atď.) Poschodie, postup je rovnaký: zo schodov - kruhový objazd. Zároveň by sme nemali zabúdať na schodiskové zariadenia a pouličné osvetlenie.

Je lepšie naplniť tretí stĺpec energiou oproti názvu každého elektrického zariadenia na ceste za druhým.

Stĺpce štyri až dvadsať sedem zodpovedajú ich každej hodine dňa. Kvôli prehľadnosti môžu byť okamžite prečiarknuté vodorovnými čiarami uprostred čiar. Výsledné horné polovice riadkov sú ako čitatelia, dolné polovice sú menovatelia.

Tieto stĺpce sú vyplnené riadok po riadku. Čitatelia sú selektívne formátovaní ako časové intervaly desatinného formátu (0,0), ktoré odrážajú prevádzkový čas daného elektrického zariadenia v konkrétnom hodinovom období. Paralelne s čitateľmi sa zadávajú menovatele s indikátorom výkonu zariadenia z tretieho stĺpca.

Keď sú všetky hodinové stĺpce plné, začnú počítať individuálny denný pracovný čas elektrických spotrebičov, ktorý sa pohybuje po línii.Výsledky sú zaznamenané v zodpovedajúcich bunkách dvadsiateho ôsmeho stĺpca.

V prípade, že solárna elektráreň zohráva pomocnú úlohu tak, že systém nepracuje na voľnobežných otáčkach, je možné k nemu pripojiť časť záťaže na konštantný výkon.

Na základe sily a pracovného času sa postupne vypočítava denná spotreba energie všetkých spotrebiteľov. Je zaznamenaná v bunkách dvadsiateho deviateho stĺpca.

Keď sú vyplnené všetky riadky a stĺpce špecifikácie, vypočítajú súčty. Sčítaním grafickej sily od menovateľov hodinových stĺpcov sa získa zaťaženie každej hodiny. Ak zhrnieme individuálnu dennú spotrebu energie dvadsiateho deviateho stĺpca zhora nadol, zistia celkový denný priemer.

Výpočet nezahŕňa vlastnú spotrebu budúceho systému. Tento faktor sa berie do úvahy pomocným koeficientom v následných konečných výpočtoch.

Analýza a optimalizácia údajov

Ak je solárna energia plánovaná ako záloha, údaje o hodinovej spotrebe energie a celkovej priemernej dennej spotrebe energie pomáhajú minimalizovať spotrebu drahej solárnej energie.

To sa dosiahne odstránením energeticky náročných spotrebiteľov z používania až do obnovenia centralizovaného zásobovania energiou, najmä počas špičkových hodín.

Ak je solárny systém navrhnutý ako zdroj konštantného napájania, výsledky hodinových zaťažení sa posunú dopredu. Je dôležité distribuovať spotrebu elektriny počas dňa takým spôsobom, aby sa odstránili omnoho viac prevládajúce maximá a veľmi zlyhávajúce minimá.

Výnimka maxima, vyrovnanie maximálneho zaťaženia, eliminácia prudkých poklesov spotreby energie v čase vám umožňuje zvoliť najúspornejšie možnosti pre uzly solárnej sústavy a poskytnúť stabilnú, najdôležitejšiu, bezproblémovú dlhodobú prevádzku solárnej stanice.

Graf odhalí nerovnosti spotreby energie: našou úlohou je posunúť maximá v čase najvyššej slnečnej aktivity a znížiť celkovú dennú spotrebu, najmä v noci.

Predložený nákres ukazuje transformáciu dosiahnutú na základe zostavených špecifikácií iracionálneho plánu v optimálnej miere. Ukazovateľ dennej spotreby sa znížil z 18 na 12 kW / h, priemerné hodinové zaťaženie zo 750 na 500 wattov.

Rovnaký princíp optimality je užitočný pri použití možnosti napájania zo slnka ako zálohy. Z dôvodu dočasných ťažkostí nie je potrebné míňať peniaze na zvyšovanie výkonu solárnych modulov a batérií.

Výber uzlov solárnych elektrární

Na zjednodušenie výpočtov budeme považovať verziu použitia solárnej batérie za hlavný zdroj dodávky elektrickej energie. Spotrebiteľom bude podmienený vidiecky dom v regióne Ryazan, v ktorom má trvalé bydlisko od marca do septembra.

Praktické výpočty založené na údajoch z vyššie uvedeného racionálneho hodinového harmonogramu spotreby energie objasnia zdôvodnenie:

• Celková priemerná denná spotreba energie = 12 000 wattov / hodinu.
• Priemerná spotreba záťaže = 500 wattov.
• Maximálne zaťaženie 1200 wattov.
• Špičkové zaťaženie 1200 x 1,25 = 1 500 wattov (+ 25%).

Hodnoty sa budú vyžadovať pri výpočtoch celkovej kapacity solárnych zariadení a ďalších prevádzkových parametrov.

Stanovenie prevádzkového napätia slnečnej sústavy

Vnútorné prevádzkové napätie ktoréhokoľvek solárneho systému je založené na množstve 12 voltov, čo je najbežnejšia batéria. Najčastejšie uzly solárnych staníc: solárne moduly, regulátory, invertory - sú vyrábané pod populárnym napätím 12, 24, 48 voltov.

Vyššie napätie umožňuje použitie menších prívodných vodičov - a to zvyšuje spoľahlivosť kontaktu. Na druhej strane je možné poškodené sieťové batérie 12 V vymeniť naraz.

V 24-voltovej sieti bude potrebné pri výmene batérií vymeniť iba páry. 48V sieť bude vyžadovať výmenu všetkých štyroch batérií z rovnakej vetvy. Okrem toho už pri 48 voltoch existuje nebezpečenstvo úrazu elektrickým prúdom.

Pri rovnakej kapacite a približne rovnakej cene by ste mali kúpiť batérie s najväčšou povolenou hĺbkou vybíjania a maximálnym prúdom

Hlavná voľba menovitej hodnoty rozdielu vnútorného potenciálu systému je spojená s výkonovými charakteristikami meničov vyrábaných moderným priemyslom a mala by sa zohľadniť maximálna záťaž:

• od 3 do 6 kW - 48 voltov,
• od 1,5 do 3 kW - rovná sa 24 alebo 48 V,
• do 1,5 kW - 12, 24, 48V.

Pri výbere medzi spoľahlivosťou elektroinštalácie a nepríjemnosťou pri výmene batérií sa v našom príklade zameriame na spoľahlivosť. V budúcnosti budeme stavať na prevádzkovom napätí vypočítaného systému 24 voltov.

Solárne moduly batériových zdrojov

Vzorec na výpočet energie potrebnej zo solárnej batérie vyzerá takto:

Rcm = (1 000 * Yesut) / (k * Sin),

kde:

• Rcm = výkon solárnej batérie = celkový výkon solárnych modulov (panely, W),
• 1000 = akceptovaná fotocitlivosť fotoelektrických prevodníkov (kW / m²)
• Jesť = potreba dennej spotreby energie (kW * h, v našom príklade = 18),
• k = sezónny koeficient zohľadňujúci všetky straty (leto = 0,7; zima = 0,5),
• Sin = tabuľková hodnota slnečného žiarenia (tok slnečného žiarenia) pri optimálnom sklone panelov (kW * h / m²).

Hodnotu izolácie môžete zistiť z regionálnej meteorologickej služby.

Optimálny uhol sklonu solárnych panelov sa rovná zemepisnej šírke oblasti:

• na jar a na jeseň,
• plus 15 stupňov - v zime,
• mínus 15 stupňov v lete.

Región Ryazan uvedený v našom príklade sa nachádza na 55. zemepisnej šírky.

Najvyšší výkon solárnych panelov sa dosahuje pomocou sledovacích systémov, sezónnymi zmenami v uhle sklonu panelov, použitím zmiešaných trimovacích modulov.

Za obdobie od marca do septembra sa najlepší neregulovaný sklon solárnej batérie rovná letnému uhlu 40 ° k povrchu Zeme. Pri tejto inštalácii modulov je priemerná denná izolácia Ryazanu v tomto období 4,73. Všetky čísla sú tu, urobme výpočet:

Pcm = 1 000 * 12 / (0,7 * 4,73) ~ 3 600 wattov.

Ak vezmeme 100 W moduly ako základ solárnej batérie, bude potrebných 36 z nich. Vážia 300 kilogramov a zaberajú plochu približne 5 x 5 m.

Overené schémy zapojenia a možnosti pripojenia solárnych panelov uvedené tu.

Usporiadanie batériovej jednotky

Pri výbere batérií sa musíte riadiť postulátmi:

1. Bežné autobatérie nie sú na tento účel vhodné. Solárne batérie sú označené „SOLAR“.
2. Získané batérie by mali byť rovnaké vo všetkých ohľadoch, pokiaľ možno z jednej výrobnej šarže.
3. Miestnosť, kde sa nachádza batéria, by mala byť teplá. Optimálna teplota pri úplnom vybití batérií = 25 ° C. Ak klesne na -5 ° C, kapacita batérie klesne o 50%.

Ak vezmeme na výpočet exponenciálnu batériu s napätím 12 voltov a kapacitou 100 ampér / hodinu, nie je ťažké vypočítať, za celú hodinu bude môcť spotrebiteľom poskytnúť celkový výkon 1200 wattov. Je to však s úplným vybitím, čo je mimoriadne nežiaduce.

Z dôvodu dlhej výdrže batérie sa NIKDY neodporúča znížiť ich nabitie pod 70%. Hodnota limitu = 50%. Ak vezmeme 60% ako strednú zem, položíme energetickú rezervu 720 W / h na každých 100 A * h kapacitnej zložky batérie (1200 W / h x 60%) ako základ pre ďalšie výpočty.

Možno nákup jednej batérie s kapacitou 200 Ah bude stáť menej ako nákup dvoch za 100 a počet kontaktov batérie sa zníži

Najskôr musia byť batérie vložené 100% nabité zo stacionárneho zdroja prúdu. Batérie musia úplne pokryť záťaž tmy. Ak nemáte zlé počasie, udržiavajte počas dňa potrebné systémové parametre.

Je dôležité vziať do úvahy, že nadmerné množstvo batérií povedie k ich neustálemu nabíjaniu. Tým sa výrazne zníži životnosť. Najracionálnejším riešením je vybavenie jednotky batériami s energetickou rezervou postačujúcou na pokrytie jednej dennej spotreby energie.

Aby sme zistili požadovanú celkovú kapacitu batérie, delíme celkovú dennú spotrebu energie 12 000 W / h na 720 W / ha vynásobíme 100 A * h:

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

Spolu pre náš príklad potrebujeme 16 batérií s kapacitou 100 alebo 8 pri 200 Ah *, zapojených sériovo paralelne.

Výber dobrého ovládača

Kompetentný výber regulátor nabíjania batérie (Batéria) - veľmi špecifická úloha. Jeho vstupné parametre by mali zodpovedať vybraným solárnym modulom a výstupné napätie by malo zodpovedať rozdielu vnútorného potenciálu solárneho systému (v našom príklade 24 voltov).

Dobrý kontrolór musí zabezpečiť:

1. Viacstupňové nabíjanie batérie, ktoré predlžuje ich efektívnu životnosť o viacnásobok.
2. Automatická vzájomná batéria, batéria a solárna batéria, odpojenie spojenia v korelácii s vybíjaním.
3. Opätovné pripojenie záťaže z batérie na solárnu batériu a naopak.

Tento malý uzol je veľmi dôležitou súčasťou.

Ak sa niektorí spotrebitelia (napríklad osvetlenie) prevedú na priame 12 V napájanie z ovládača, bude potrebný menej výkonný menič, čo znamená lacnejšie

Správny výber ovládača závisí od bezporuchovej prevádzky drahej batérie a vyváženia celého systému.

Výber najlepšieho meniča

Menič je zvolený tak, aby poskytoval dlhodobé špičkové zaťaženie. Jeho vstupné napätie musí zodpovedať rozdielu vnútorného potenciálu solárnej sústavy.

Pre najlepší výber sa odporúča venovať pozornosť parametrom:

1. Tvar a frekvencia generovaného striedavého prúdu. Čím bližšie k sínusovej vlne 50 Hz, tým lepšie.
2. Účinnosť zariadenia. Čím vyššia je 90% - tým nádhernejšia.
3. Vlastná spotreba zariadenia. Musí zodpovedať celkovej spotrebe energie systému. V ideálnom prípade - do 1%.
4. Schopnosť jednotky odolávať krátkodobému dvojitému preťaženiu.

Najvýraznejšou konštrukciou je menič so zabudovanou funkciou regulátora.

Zostavenie domácej slnečnej sústavy

Urobili sme pre vás výber fotografií, ktorý jasne demonštruje proces montáže domáceho solárneho systému z modulov vyrobených v továrni:

Závery a užitočné video na túto tému

Klip č. 1. Inštalácia solárnych panelov na strechu domu:

Klip č. 2. Výber batérií pre solárnu sústavu, typy, rozdiely:

Klip č. 3. Krajina solárna elektráreň pre tých, ktorí robia všetko sami:

Uvažované metódy výpočtu krok za krokom, základný princíp efektívnej prevádzky modernej batérie solárneho panela ako súčasti domácej autonómnej solárnej stanice, pomôžu majiteľom veľkého domu v husto osídlenej oblasti a vidieckeho domu v divočine získať energetickú suverenitu.

Chcete sa podeliť o osobné skúsenosti, ktoré ste získali pri stavbe mini solárneho systému alebo len batérií? Máte nejaké otázky, na ktoré by ste chceli dostať odpoveď, našli ste v texte nejaké nedostatky? Prosím, zanechajte komentár v bloku nižšie.