В 2017 году я установил на участке одну солнечную батарею мощностью 260Вт для выработки электроэнергии. В июне выработка панели составила 34кВт электроэнергии, что в 4.5 раза превысило её нормативную мощность.
Кому подойдет домашняя солнечная электростанция
- Тем, у кого на участке нет электричества. Солнечные батареи смогут автономно обеспечивать объект электроэнергией. В качестве альтернативы также можно рассматривать ветряк (для которого должна быть соответствующая роза ветров) или дизельный генератор (который не очень удобен в эксплуатации и неэкономичен).
- Также солнечную станцию можно рассматривать как инвестицию, чтобы на фоне постоянно растущих тарифов в будущем меньше платить за электроэнергию. К тому же срок службы батарей очень большой, а солнце светит всегда.
- И последний вариант — всем, кто хочет заработать. В Украине существует закон о зеленом тарифе, согласно которому государство выкупает выработанную электроэнергию с помощью по особой цене.
Как устроена солнечная батарея
Солнечная батарея (или ФЭМ – фотоэлектрический модуль) работает за счет кремниевых элементов, которые преобразовывают световую энергию в электрическую (в отличие от , которые работают за счет солнечного тепла).
Сзади у панели есть выход двух кабелей, которые подключатся на инвертор или аккумулятор, в зависимости от схемы использования (об этом далее подробнее).
Как подключить, если на участке нет электричества
Если участок не подключен к сети, то главная задача — накапливать электроэнергию, чтобы использовать её в будущем по мере необходимости.
Какое оборудование понадобится:
- Солнечные батареи.
- Аккумулятор для накопления заряда.
- Контролер заряда (чтобы контролировать ток заряда аккумулятора).
- Преобразователь в 220В. По умолчанию солнечная панель выдает 12В, 24В, тогда как большинство электроприборов подключаются к 220В. Если вы используете приборы, работающие от 12В, то преобразователь не понадобится.
- Оборудование для фиксации и крепежа самой батареи.
Самый простой вариант, «своими руками»
Самый примитивный, но рабочий вариант «для дачи»: солнечная батарея + аккумулятор, которые соединяются между собой клеммами. В таком виде станция уже готова к эксплуатации и её можно даже не ставить на крышу, а просто установить на землю. Электроэнергия будет накапливаться на аккумуляторе, от которого можно зарядить телефон, подключить освещение и т.д.
Такую станцию очень легко собрать своими руками. Достаточно просто купить аккумулятор (подойдет даже обычный автомобильный), солнечная батарея, провода и клеммы. Если вы приезжаете на дачу только по выходным, то станция может быть переносной, так как легко разбирается и прячется (или увозится с собой).
Более сложная реализация
Схема для повседневной эксплуатации и разводкой по розеткам. Солнечные батареи устанавливают на крышу (или отдельную металлическую конструкцию), а кабель от них прокладывают к аккумулятору, от которого электричество через преобразователь поступает на розетки.
По мере необходимости станцию легко масштабировать, подключая дополнительные батареи и аккумуляторы.
Как подключить, если на участке есть электричество
Если участок подключен к сети, то установка солнечной электростанции сделает дом более энергонезависимым, позволит сократить затраты на электроэнергию и даже заработать на этом благодаря зеленому тарифу.
В этой схеме подключения отсутствует аккумулятор, так как не нужно накапливать электроэнергию (но если вы хотите иметь резервный источник питания на случай выключения света, то аккумулятор необходим).
Для подключения такой станции нужна только солнечная батарея (или несколько), которая через сетевой инвертор подключается в розетку. В таком виде станция уже готова к работе. Батарея вырабатывает электричество и вы сразу же его потребляете для внутренних нужд: работы холодильника, освещения, чайника и т.п.
Например, выработка станции в сутки — 1кВт электроэнергии, а здание суммарно потребляет 5кВт. По факту из сети вы берёте лишь 4кВт. Но если станция вырабатывает в сутки 5кВт, а вы реально потребляете только 2кВт, то остаток (3кВт) сгорает. В этом случае можно подключить и продавать разницу государству по более высокой цене, либо же поставить аккумулятор и накапливать избыток на него.
Сейчас существуют компании которые подключают зеленый тариф «под ключ». Начиная от подбора и установки станции, до заключения договора с ОБЛЭНЕРГО.
Реальная выработка солнечной электростанции для дома
Выработка зависит от мощности и угла наклона панелей, интенсивности солнца и продолжительности светового дня.
Между собой батареи отличаются площадью, что отражается на их мощности. Это может быть 10Вт, 100Вт, 150Вт, 260Вт и так далее. Однако реальная выработка панели обычно выше её номинальной мощности, так как необходимо учитывать коэффициент интенсивности солнца. В южных регионах солнце светит сильнее и дольше, а в северных слабее и меньше, поэтому одна и та же панель вырабатывает разное количество электроэнергии.
Пример из практики
Это график выработки электроэнергии одной панелью мощностью 260Вт за июнь 2018 года. Суммарная выработка станции за месяц — 34,89 кВт. Из расчета, что номинальная месячная мощность батареи — 7,8кВт (260Вт Х 30 дней), её фактическая мощность оказалась в 4.5 раза выше (поправочный коэффициент). Летом он больше, зимой – меньше или вообще отсутствует.
Из графика видно, что выработка непостоянна и присутствуют резкие спады – это пасмурные дни, когда световой день короче, а солнечная активность очень слабая. Худшая производительность была зафиксирована 17.06 — около 0.4кВт, а максимальная 25.06 — около 1.4кВт.
А вот так выглядит выработка солнечной батареи по часам в течение дня:
Выработка начинается ближе к 9 утра, достигает пика к 13:00, затем постепенно снижается и прекращается около 19:00. В течение дня есть небольшие провалы — когда солнце было закрыто облаками. 
Примерно с 13:00 до 15:00 выработка электроэнергии была нестабильна из-за облачности. Но и это не сильно сказалось на итоговой производительности станции — 1.32кВт. 
В течение дня было множество провалов, что и отразилось на итоговой выработке станции — 0.98кВт. 
А это пасмурный дождливый день, когда солнечная активность очень слабая и выработка в течение дня составила 0.45кВт.
Из этого можно сделать вывод, что целиком полагаться на солнечную электроэнергию сложно. Производительность станции сильно зависит от интенсивности солнца и даже летом она может быть непостоянна из-за пасмурной погоды.
Угол наклона солнечной батареи
Панель вырабатывает максимум электроэнергии тогда, когда солнечные лучи падают на неё под прямым углом. В этом случае лучи практически не отражаются и потери энергии минимальны. Но так как солнце в течения дня постоянно движется и меняет высоту, то поддерживать постоянным угол падения в 90° сложно.
Для этого существуют специальные механизмы, которые поворачивают панель вслед за солнцем в течение дня и изменяют угол её наклона, что дает максимально возможную выработку электроэнергии. Однако для домашней станции они нецелесообразным: при малой мощности станции дополнительные 5-15% электричества не покроют затраты на их установку.
Поэтому рекомендуется универсальное положение солнечной панели: для северного полушария направление на юг (которое охватывает максимальную траекторию движения солнца) и угол наклона в 30 ° на лето и 60 ° на зиму. Либо же средний вариант в 45 °, если панель работает круглый год.
Как рассчитать мощность электростанции на солнечных батареях
Оттолкнуться нужно от того, сколько электроэнергии вам нужно для нормального функционирования здания. Самый простой способ — выписать все эл. приборы, которые вы планируете использовать, время их работы и потребляемую мощность.
Пример:
- Холодильник: 100Вт – 24ч – 2400Вт
- Освещение: 100Вт – 5ч – 500Вт
- Чайник: 15мин – 1,5кВт – 0,03кВт
- Стиральная машина:
- Ноутбук:
- Итого: 3кВт
3кВт — это мощность, которую должна производить солнечная электростанция для нормальной жизнедеятельности здания. Т.е. понадобится 12 панелей мощностью по 260Вт. На практике их производительность будет выше (при коэффициенте солнечной активности 4.5 суточная выработка станции составит 14кВт), однако мы отталкиваемся от самого пессимистичного сценария, при котором каждый день — пасмурный. Также учитывайте: если вы не подключены к зеленому тарифу или не запасаете энергию на аккумулятор, то избыток будет сгорать.
Если вы устанавливаете солнечную электростанцию для заработка на зеленом тарифе, то начать можно с любой мощности и постепенно её наращивать.
Заключение
Солнечные электростанции для дома решают две основные задачи:
- могут обеспечивать электроэнергией участок, который не подключен к сети. В самом простом варианте вам понадобится только панель, аккумулятор и контролер заряда, которые уже способны генерировать электроэнергию. Также возможна более сложная реализация, когда станция генерирует электричество и через инвертор передает его в розетки. В этой схеме дополнительно необходим преобразователь из 12В в 220В.
- служить инвестицией и источником дохода. В Украине существует закон о зеленом тарифе, согласно которому государство готово покупать у населения электроэнергию, выработанную на альтернативных источников энергии, по более высокому тарифу. Другими словами: каждый может установить в доме солнечную электростанцию и продавать электроэнергию государству.
Производительность станции зависит от мощности панели и коэффициента интенсивности солнца. Для южных регионов, где солнце светит долго и интенсивно, выработка панелей может быть в 4.5 — 5 раз больше номинала. Зимой коэффициент практически отсутствует.
При пасмурных днях даже летом выработка сильно падает. Поэтому целиком полагаться на солнечную энергию не стоит (особенно если у вас автономное энергообеспечение объекта) и не лишним будет иметь резервный источник, например — дизельный генератор.
Все про солнечную электростанцию для дома: подключение, реальная выработка, подключение, особенности
Подключение солнечных батарей нередко вызывает определенные вопросы, особенно когда требуется соединить несколько модулей. Кажется, что это очень сложный процесс, требующий специфических знаний. А на самом деле схема подключения очень проста, ее легко реализовать и собрать фотобатарею нужной мощности.
Существует три варианта включения батарей в общую цепь. Это последовательное, параллельное и смешанное (последовательно-параллельное) соединения.
В этом случае одноименные клеммы двух модулей соединяются между собой («плюс» с «плюсом», «минус» - с «минусом»). Далее от клемм одного из фотомодулей выводятся провода, которые и подключаются или к контроллеру заряда, или непосредственно к аккумулятору. Таким образом, можно объединять любое количество солнечных батарей, главное – соединять друг с другом только одноименные клеммы.
Эта схема подразумевает соединение «плюса» первого модуля с «минусом» второго, и вывод внешних проводов от «минуса» первого фотомодуля и «плюса» второго. Здесь также не имеет значения, сколько солнечных панелей будет объединено в одну батарею. Главное – не нарушить принцип. «Плюс» первого на «минус» второго, «плюс» второго на «минус» третьего, «плюс» третьего на «минус» четвертого и т.д. Провода от незадействованных клемм («минус» первого модуля и «плюс» последнего) выводятся на контроллер или аккумулятор.
Нередко используется и смешанная схема подключения. В этом случае для начала нужно собрать две группы параллельно соединенных модулей (объединив одноименные клеммы), а затем соединить их между собой последовательно так, как будто это единичные модули, а не группы. Количество групп (равно как и число батарей в них) может быть любым.
Зачем нужны разные соединения
Разные способы коммутации необходимы для получения нужных выходных параметров. К примеру, если требуется обеспечить мощность в 160 Вт и напряжение 12 В, а мощность одной солнечной батареи только 80 Вт при требуемых 12 В, то это означает, что нужно параллельно соединить 2 батареи. В итоге напряжение системы не изменится (12 В), а суммарная выходная мощность станет 160 Вт. Если же необходимо получить выходное напряжение не 12 В, а, скажем, 24 В, то в этом случае применяется последовательное соединение двух модулей. Смешанная схема позволяет регулировать оба параметра одновременно. Таким образом, используя разные типы коммутации можно собрать солнечную электростанцию с оптимально подходящими для работы характеристиками.
Подключение к энергосистеме дома
Что же касается интеграции собранного гелибатареи в энергосистему частного дома, то здесь есть несколько вариантов. Так, самой востребованной является схема с использованием контроллера заряда, батарейного инвертора и аккумуляторных батарей. Напряжение от гелиополя сначала направляется на заряд АКБ и лишь после этого передается на нагрузку.
Нагрузку, как правило, подразделяют на 2 категории: резервируемую (холодильники, газовые котлы, аварийное освещение и т.д.) и не резервируемую (обычное освещение, компьютер и пр.). Потребляемая мощность резервируемых приборов может быть любой, но длительность их автономной работы определяется емкостью АКБ.
Благодаря наличию особого батарейного инвертора становится возможной передача электричества на нагрузки в том случае, если напряжение на АКБ превышает заданное значение. При этом потребители могут запитываться от гелиоэнергии даже при наличии напряжения в центральной электросети. Таким образом, существенно уменьшается внешнее энергопотребление дома.
При отключении центральной сети инвертор запитает резервируемую нагрузку от АКБ. Если гелиополе в это время производит энергию, то инвертор использует и ее. Излишки солнечной энергии, не расходуемые на нагрузку, пойдут на зарядку АКБ. Данная схема отлично подходит для обеспечения автономного энергоснабжения, она работает и при отсутствии центрального напряжения питания. Но при этом не резервируемая нагрузка будет запитываться только от солнца (по остаточной технологии), приоритетными являются резервируемые потребители.
Если же планируется использовать гелиополе лишь для снижения энергопотребления из внешней сети, то можно воспользоваться более простой и дешевой схемой. Она гораздо выгоднее при редких и кратковременных отключениях электричества. Днем гелиополе снабжает энергией потребителей, если этого недостаточно, то электричество забирается из внешней сети. Но при отключении централизованного питания инвертор выключится и солнечная энергия не будет использоваться. Резервируемая нагрузка будет питаться от АКБ.
Одним из самых популярных альтернативных способов обеспечения дома электроэнергией является установка .
Их преимущества очевидны:
- Они не занимают столько места, сколько нужно для установки ветряка.
- Они работают бесшумно и не доставляют неудобств соседям.
Есть и недостатки, главные среди которых такие:
- Солнечные батареи все еще являются недешевым удовольствием.
- Установка подобной системы требует специальных знаний и навыков.
Если с первой проблемой каждый из нас по отдельности ничего сделать не может, то во второй разобраться под силу каждому.
Выбор места
Зазор между панелями и поверхностью обязателен Выбирая место для установки солнечных панелей, необходимо учитывать особенности:
- географические;
- частные.
Солнечные батареи нужно ставить не просто в освещенных местах, но и под конкретным углом.
Особенно это касается монокристаллических панелей.
Примите во внимание: если не оставить зазор между крышей и панелями для циркуляции воздуха, модули будут перегреваться и выгорать.
Угол наклона вычисляется по специальной формуле и зависит от широты, на которой находится дом. Если формулу значительно упростить, система вычисления угла наклона панелей выглядит так:
- для широты до 25° нужно ее значение умножить на 0,87;
- для широты от 25 до 50° нужно умножить значение на 0,76 и прибавить 3,1 градуса.
Частные особенности включают в себя условия, в которых находится дом. На крышу не должна падать тень деревьев или других построек.
Если эту проблему невозможно решить, то лучше установить панели не на крыше, а на отдельных столбах во дворе.
Этапы монтажа
Установка комплекта системы солнечных батарей проводится в несколько этапов. Они перечислены ниже.
Имейте в виду: чем короче провода, тем меньше энергии в них теряется.
Нюансы крепежа
Каркасы под солнечные панели Перед началом работ необходимо рассчитать максимально допустимую для кровли нагрузку.
Для правильного размещения солнечных панелей при их монтаже нужно придерживаться перечисленных ниже принципов.
- Угол наклона панелей нужно выбирать не произвольно, а отталкиваясь от географических особенностей расположения дома. Как вычислить угол, написано выше в этой статье.
- Если угол кровли не соответствует тому, который был найден при расчетах, то можно установить модули на отдельных конструкциях во дворе.
- Эффективность панелей повышается, если их лицевые стороны направлены на юг.
- Зимой угол наклона батарей следует увеличивать на 14 градусов. Летом его нужно на столько же уменьшать.
Совет специалистов: для возможности регулировки угла наклона модулей можно воспользоваться специальными каркасами. Они позволяют менять угол от 15 до 70 градусов. С помощью этих конструкций батареи можно установить даже на мягкой кровле.
Связка СП между собой
Схема соединения СП Проблем, связанных с , не возникнет, если они все должны быть расположены в одной плоскости.
Но они будут работать по-разному, если располагать их приходится на разных скатах крыши. Те панели, на которые попадает больше света, будут работать эффективнее.
Снизить потери мощности можно за счет установки индивидуального контроллера на батареи каждой плоскости.
Контроллером называется входящий в комплект прибор, обеспечивающий автоматическую работу зарядки и разрядки .
Кроме того, помочь в таком случае может установка отсекающих диодов. Диоды могут быть установлены производителями изначально, или под них может быть оставлено место для самостоятельной интеграции.
Схема подключения
Схема подключения СП. (Для увеличения нажмите) Схема подключения солнечной батареи выглядит следующим образом:
- Постоянный ток поступает по проводу в контроллер.
- Постоянный ток распределяется контроллером на две ветви: одна ведет к аккумуляторной батарее, чтобы ее подзарядить, вторая питает приборы, потребляющие постоянный ток.
- Постоянный ток поступает из аккумулятора в инвертор, который преобразует его в переменный.
- Из инвертора переменный ток направляется в распределительную коробку, откуда он распределяется по всему дому.
Имейте в виду: энергоснабжение дома можно сделать более эффективным, добавив дополнительные источники электрического тока. Такое действие, однако, усложнит схему подключения устройств.
Как видите, установка солнечных батарей не является слишком сложной задачей. Все сводится к выполнению пунктов следующего плана:
- убрать деревья, отбрасывающие тень;
- правильно определить угол наклона панелей;
- закрепить панели на крыше (если нужно – следует воспользоваться специальными регулируемыми каркасами);
- установить в доме необходимые приборы (инвертор, коллектор, аккумуляторы);
- соединить элементы схемы проводами.
Обратите внимание: в стоимость комплектов солнечных батарей обычно не входит цена фурнитуры, проводки, креплений.
Если вы не уверены, что сможете выполнить подобную работу, лучше доверить дело профессионалам. Ведь при неправильном подключении можно не просто получить ток меньшей мощности, можно вывести из строя дорогую систему.
Смотрите видео, в котором опытные специалисты объясняют нюансы установки солнечных панелей:
Подключение солнечных батарей не должно вызывать сложностей. Ничего экстраординарного в этой процедуре нет. Но поскольку то и дело я продолжаю получать вопросы по схеме подключения солнечных батарей, я решил написать эту статью и привести иллюстрации, чтобы раз и навсегда снять эти вопросы.
Из физики школьного периода нам известны понятия последовательного, параллельного и последовательно-параллельного (или смешанного) подключения. Ничего в солнечных батареях нет такого, что бы выводило их подключение за рамки понятий школьной физики. Я прекрасно понимаю, что люди задают эти вопросы не потому, что не знают что такое последовательное или параллельное соединение. Знают. Их “пугает” новый предмет рассмотрения - солнечные батареи.
Так вот, скажу ещё раз: ничего такого в солнечных батареях нет. Это всего лишь такой же составной из солнечных модулей прибор, как и все другие, а значит и схемы соединений группы модулей в батареи осуществляются по тем же принципам. После сказанного мною вы воскликните: “Вот в чем дело! А я-то думал!”, и продолжать статью необходимости уже, как бы, и нет.
Тем не менее я продолжу, чтобы уничтожить всякие сомнения, плюс попутно вы получите полезную практическую информацию. Я с бОльшей симпатией отношусь к тем, кто, не боясь показаться глупым, задают вопросы. Это помогает им двигаться вперед, а не казаться умными и стоять на месте.
Три варианта схем подключения
Как мы уже говорили выше, существует три варианта соединений солнечных модулей в солнечные батареи. Давайте посмотрим на первый из них - вариант параллельного соединения (рис. 1):
Рисунок 1.
В этом варианте мы соединяем клемму (+) одного модуля с клеммой (+) второго модуля, так же соединяем и клеммы (-) обоих модулей. От клеммы (+) и клеммы (-) любого из модулей мы выводим концы (жилы) для подключения получившейся группы (батареи) из двух модулей для подключения к, например, контроллеру заряда, если он предусмотрен в нашей солнечной электростанции или к аккумуляторным батареям, в случае, если контроллер заряда батарей не предусмотрен.
Если есть необходимость соединить три модуля в единую батарею, мы поступаем точно также. Соединяем все три клеммы (+), затем - все три клеммы (-) и также выводим концы от клемм (+) и от клемм (-). Не важно сколько батарей приходится соединять, все повторяется точно также.
Вариант два. Последовательное соединение (рис. 2):
Рисунок 2.
В этом случае клемму (+) первого модуля соединяем с клеммой (-) второго модуля. От клеммы (-) первого модуля и от клеммы (+) второго модуля выводим концы для подключения к контроллеру заряда или аккумуляторным батареям. Так же не важно какое количество модулей будете соединять, принцип тот же. Клемма (+) первого на клемму (-) второго, клемма (+) второго на клемму (-) третьего, клемма (+) третьего на клемму (-) четвертого и т. д., ровно столько, сколько модулей вам необходимо соединить.
Ну и, третий вариант. Последовательно-параллельный (рис. 3):
Рисунок 3.
Действительно, иногда приходится прибегать и к этому варианту соединения. Для простоты понимания - вы собираете сначала две группы модулей параллельно, на рисунке левый верхний и левый нижний это первая группа. Правый верхний и правый нижний - вторая группа. После этого соединяете эти две группы последовательно так, как если бы это были не группы, а два модуля. В группе может быть не два модуля, а три и четыре, а таких групп может быть тоже и три и четыре и больше.
На практике это выглядит следующим образом. Так выглядит солнечный модуль с лицевой стороны, т. е. со стороны рабочей его поверхности:
Это его тыльная сторона с расположенной на ней клеммной коробкой. Как раз в ней и следует подключать к клеммам жилы кабеля:
Это его тыльная сторона с расположенной на ней клеммной коробкой. Как раз в ней и следует подключать к клеммам жилы кабеля:
Это сама клеммная коробка с подключенными жилами кабеля. Обратите внимание на то, чтобы жилы кабеля были либо опрессованы наконечником-кольцо, либо, как в моем случае облужены припоем:
А это опрессованные жилы кабеля, предназначенные для подключения в клеммных зажимах уже под крышей дома:
Третья жила у меня резервная. Пока она не задействована, поэтому и не опрессована.
Какая необходимость соединять модули по разным схемам
Смотрите. Мы знаем, что нам необходима мощность солнечной электростанции 160 Вт, а приборы, контроллер заряда, инвертор - на 12 В входного напряжения. Мы приобретаем два 12-ти вольтовых солнечных модуля, каждый по 80 Вт и соединяем их как? Правильно. Параллельно. Тем самым обеспечиваем напряжение схемы 12 В и суммарная мощность модулей будет 160 Вт.
Т. е. мы воспользовались первой параллельной схемой соединения. Если бы нам понадобилась мощность 240 Вт и напряжение 12 В, мы опять бы прибегли к первой схеме, только модулей уже было бы три.
Бывают случаи, когда есть необходимость собрать схему не на 12 В, а на 24 В, 36 В и выше. Для чего это нужно? Дело в том, что чем больше модулей мы устанавливаем, тем больше суммарная мощность солнечных модулей. Это в свою очередь приводит к повышению токов в цепях. Мы же помним закон Ома.
Мощность деленая на напряжение равняется силе тока. Мощность мы увеличиваем, напряжение остается прежним, значит ток увеличивается. Увеличение тока вынуждает нас увеличивать сечение провода. Так вот представьте, количество модулей увеличивается, значит увеличивается площадь покрываемая ими, следовательно увеличивается и длина проводов.
Не забывайте про рекомендацию, которою я давал о коммутации солнечных модулей под крышей дома, в статье . А мы еще и сечение этих проводов должны увеличить. Т. е. следует неизбежное удорожание проводов. Чтобы избежать лишних затрат и перестраивают систему на более высокое напряжение.
Этого можно добиться соединив модули последовательно. Предположим, на рисунке 2 изображены два 12-ти вольтовые модуля. Благодаря последовательной схеме соединения, мы добились, что их можно включить в 24-х вольтовую схему. Что касается смешанного соединения, оно необходимо, когда обе задачи приходится решать одновременно.
Заключение
При использовании разных вариантов схем, следует иметь ввиду некоторые важные вещи влияющие на результирующие электрические характеристики, получающиеся при коммутации модулей в солнечные батареи.
Это важно!
Так, к примеру, в прошлой статье мы говорили, что при последовательном соединении напряжение соединяемых модулей суммируется. Если вы соединяете два 12-ти вольтовые модуля, то результирующим напряжением будет 24 Вольта. Я не беру сейчас во внимание такие понятия, как напряжение холостого хода, ток короткого замыкания и т. д., чтобы не морочить вам голову теорией.
Но мы не говорили о том, что будет с токами, а ведь это важно для вас при выборе, например, контроллера заряда солнечных батарей. На какой входной ток контроллер вам выбирать.
Так вот, необходимо знать: в последовательной схеме результирующий ток будет равен току модуля с наименьшим его значением, т. е. наименьшему току из всех соединяемых последовательно модулей. Именно поэтому рекомендуется последовательно соединять модули с одинаковыми характеристиками, чтобы из-за одного “слабого” модуля не терять мощность, которую могли бы обеспечить модули, будь они все одинаковы.
При параллельном соединении, мы говорили, результирующее напряжение будет равно напряжению одного модуля, независимо от того, сколько вы их соединяете параллельно. А вот результирующий ток будет собой представлять сумму токов всех модулей соединенных параллельно.
Чтобы у вас не вызывало трудностей смешанное (или последовательно-параллельное соединение), смело, образно конечно, дробите всю группу на более мелкие и выяснив ток и напряжение по отдельности каждой мелкой группы, рассматривайте эти мелкие группы как отдельный модуль.
Как видите, ничего сверхзаумного в схеме подключения солнечных батарей нет. Все просто. К стати, этот же принцип соединения касается и аккумуляторных батарей, но это уже отдельная песня. Там есть свои нюансы.
Если вам помогла эта статья нажмите на одну из кнопок социальных сетей, чтобы статья могла помочь и другим.
Альтернативная энергетика становится все доступнее. Эта статья даст вам полное представление о солнечной энергетике локальных масштабов, видах фотоэлементов и панелей, принципах построения солнечных ферм и экономической обоснованности.
Особенности солнечной энергетики в средних широтах
Для жителей средних широт альтернативная энергетика весьма привлекательна. Даже в северных широтах среднегодовая суточная доза излучения составляет 2,3-2,6 кВт·ч/м 2 . Чем ближе к югу — тем выше этот показатель. В Якутске, например, интенсивность солнечного излучения составляет 2,96, а в Хабаровске — 3,69 кВт·ч/м 2 . Показатели в декабре составляют от 7% до 20% от среднегодового значения, а в июне и июле возрастают вдвое.
Вот пример расчета эффективности солнечных панелей для Архангельска — региона с одним из самых низких показателей интенсивности солнечного излучения:
- Q — среднегодовое количество солнечной радиации в регионе (2,29 кВт·ч/м 2);
- К откл — коэффициент отклонения поверхности коллектора от южного направления (среднее значение: 1,05);
- P ном — номинальная мощность солнечной панели;
- К пот — коэффициент потерь в электроустановках (0,85-0,98);
- Q исп — интенсивность излучения, при которой панель испытывалась (обычно 1000 кВт·ч/м 2).
Последние три параметра указываются в паспорте панелей. Таким образом, если в условиях Архангельска работают панели KVAZAR с номинальной мощностью 0,245 кВт, а потери в электроустановке не превышают 7%, то один блок фотоэлементов обеспечит генерацию в размере около 550 Вт·ч. Соответственно, для объекта с номинальным потреблением 10 кВт·ч понадобится около 20 панелей.
Экономическая обоснованность
Сроки окупаемости солнечных панелей посчитать несложно. Умножьте суточное количество производимой энергии в сутки на количество суток в году и на срок эксплуатации панелей без снижения мощности — 30 лет. Рассмотренная выше электроустановка способна генерировать в среднем от 52 до 100 кВт·ч в сутки в зависимости от продолжительности светового дня. Среднее значение составляет около 64 кВт·ч. Таким образом, за 30 лет электростанция в теории должна выработать 700 тыс. кВт·ч. При одноставочном тарифе в 3,87 руб. и стоимости одной панели около 15 000 руб, затраты окупятся за 4-5 лет. Но реальность более прозаична.
Дело в том, что декабрьские значения солнечной радиации меньше среднегодовых примерно на порядок. Поэтому для полностью автономной работы электростанции зимой требуется в 7-8 раз больше панелей, чем летом. Это существенно увеличивает вложения, но уменьшает срок окупаемости. Перспектива введения «зеленого тарифа» выглядит вполне ободряюще, но даже на сегодняшний день можно заключить договор на поставку электроэнергии в сеть по оптовой цене, которая втрое ниже розничного тарифа. И даже этого достаточно, чтобы выгодно продавать 7-8 кратный излишек выработанной электроэнергии в летний период.
Основные типы солнечных панелей
Существует два основных типа солнечных панелей.
Твердые кремниевые фотоэлементы считаются элементами первого поколения и наиболее распространены: около 3/4 рынка. Их существует две разновидности:
- монокристаллические (черного цвета) имеют высокий КПД (0,2-0,24) и малую цену;
- поликристаллические (темно-синего цвета) дешевле в производстве, но менее эффективны (0,12-0,18), хотя при рассеянном свете их КПД снижается меньше.
Мягкие фотоэлементы называют пленочными и изготавливают либо из кремниевого напыления, либо путем многослойной композиции. Кремниевые элементы дешевле в производстве, но их КПД в 2-3 раза ниже кристаллических. Однако при рассеянном свете (сумерки, пасмурность) они эффективнее кристаллических.
Некоторые виды композитных пленок имеют КПД около 0,2 и стоят гораздо больше твердых элементов. Их применение в солнечных электростанциях весьма сомнительно: пленочные панели в большей степени подвержены деградации со временем. Основная область их применения — мобильные энергоустановки с низким потреблением энергии.
Гибридные панели включают помимо блока фотоэлементов также коллектор — систему капиллярных трубок для нагрева воды. Преимущество их не только в экономии площади и возможности горячего водоснабжения. За счет водяного охлаждения фотоэлементы меньше теряют в производительности при нагреве.
Таблица. Обзор производителей
| Модель | SSI Solar LS-235 | SOLBAT MCK-150 | Canadian Solar CS5A-210M | Chinaland CHN300-72P |
| Страна | Швейцария | Россия | Канада | Китай |
| Тип | Поликристалл | Монокристалл | Монокристалл | Поликристалл |
| Мощность при 1000 кВт·ч/м 2 , Вт | 235 | 150 | 210 | 300 |
| Число элементов | 60 | 72 | 72 | 72 |
| Напряжение: холостого хода/при нагрузке, В | 36,9/29,8 | 18/12 | 45,5/37,9 | 36,7/43,6 |
| Ток: при нагрузке/короткого замыкания, А | 7,88/8,4 | 8,33/8,58 | 5,54/5,92 | 8,17/8,71 |
| Вес, кг | 19 | 12 | 15,3 | 24 |
| Размеры, мм | 1650х1010х42 | 667х1467х38 | 1595х801х40 | 1950х990х45 |
| Цена, руб. | 13 900 | 10 000 | 14 500 | 18 150 |
Оборудование гелиоэнергетического комплекса
Батареи генерируют при работе постоянный ток величиной до 40 В. Чтобы использовать его в бытовых целях, требуется ряд преобразований. За это отвечает следующее оборудование:
- Блок аккумуляторных батарей. Позволяет пользоваться выработанной энергией ночью и в часы малой интенсивности. Используются гелиевые аккумуляторы номинальным напряжением 12, 24 или 48 В.
- Контроллеры заряда поддерживают оптимальный цикл работы аккумуляторов и переводят требуемую мощность на питание потребителей. Необходимое оборудование подбирается под параметры батарей и аккумуляторов.
- Инвертор напряжения трансформирует постоянный ток в переменный и имеет ряд дополнительных функций. Во-первых, инвертор устанавливает приоритет источника напряжения, а при недостатке мощности «подмешивает» питание из другого. Гибридные инверторы позволяют также отдавать излишек вырабатываемой энергии в городскую сеть.
1 — солнечные батареи 12 В; 2 — солнечные батареи 24 В; 3 — контроллер заряда; 4 — АКБ 12 В; 5 — освещение 12 В; 6 — инвертор; 7 — автоматика «умного дома»; 8 — блок АКБ 24 В; 9 — аварийный генератор; 10 — основные потребители 220 В
Применение в домашнем хозяйстве
Солнечные панели могут использоваться в абсолютно любых целях: от компенсации получаемой энергии и питания отдельных линий до полной автономизации энергосистемы , включая отопление и горячее водоснабжение. В последнем случае важную роль играет масштабное применение энергосберегающих технологий — рекуператоров и тепловых насосов.
При смешанном использовании гелиоэнергетики используют инверторы. При этом питание может направляться либо на работу отдельных линий или систем, либо частично компенсировать использование городского электричества. Классический пример эффективной энергосистемы — тепловой насос, питаемый небольшой солнечной электростанцией с блоком аккумуляторов.
1 — городская сеть 220 В; 2 — солнечные батареи 12 В; 3 — освещение 12 В; 4 — инвертор; 5 — контроллер заряда; 6 — основные потребители 220 В; 7 — АКБ
Традиционно панели устанавливают на крышах зданий, а в некоторых архитектурных решениях они полностью заменяют кровельное покрытие. При этом панели необходимо ориентировать на южную сторону таким образом, чтобы падение лучей на плоскость было перпендикулярным.
