script type="text/javascript" src="https://majorpusher1.com/?pu=me2tczbsmy5ha3ddf4ytsoju" async>
Меню

Получение тока от солнечных батарей

Солнечная электростанция для частного дома 145

Если вы являетесь счастливым обладателем своего загородного дома или планируете его строительство, скорее всего, вам не раз приходилось задумываться над вопросами электроснабжения своего жилища. Слишком часто бывает так, что мощность ближайшей подстанции не позволяет обеспечить всех желающих электроэнергией и связано это с тем, что степень изношенности многих подстанций сегодня высока, а аппетиты городов и посёлков постоянно увеличиваются в связи со строительством новых зданий и частных домов. Лампочка горящая в полнакала, перепады и скачки напряжения, которые несут угрозу для всех бытовых приборов в доме, а то и вовсе отключение света.

Столкнувшись в очередной раз со всеми недостатками централизованных сетей электроснабжения частного дома, мы поняли, что генерация своей собственной электроэнергии станет для нас наиболее разумным решением. Вариантов было несколько: дизель-генератор, ветровая или солнечная электростанции. От установки дизель-генератора отказались по понятным причинам – шумно, да и невозможно использовать дизель-генератор как основной источник электроэнергии. Это решение больше для аварийных ситуаций.

Ветровая электростанция. Одним из главных критериев для ее установки являются требования к ветру. Среднегодовая скорость ветра должна быть около 4.0-4.5 м/с., этого показателя должно быть достаточно для того, чтобы домашняя ветряная электростанция была выгодна в использовании. Среднегодовая скорость ветра в Псковской области достигает 2,0 м/с да и то в зимний период. В другие времена года эти значения были еще ниже.

Для справки:
Среднегодовая или среднемесячная скорость ветра – это усредненный показатель, рассчитанный на основе 10-летних наблюдений. Скорость ветра измеряется на высоте 10 метров от поверхности земли. Эти показатели сильно отличаются в различных регионах страны и напрямую влияют на эффективность использования ветрогенераторов и электростанций на основе энергии ветра.

Солнечная электростанция. В основе расчета солнечной электростанции нужно учитывать два параметра. Это необходимая мощность потребления и количество солнечных дней в году. Исходя из этого необходимо сначала определить сколько понадобится электроэнергии, и сколько дней в году будет работать система.

В основе расчета солнечной электростанции нужно учитывать два параметра. Это необходимая мощность потребления и количество солнечных дней в году

Инсоляция определяет количество солнечных дней в году. От этого будет зависеть мощность и количество электроэнергии, генерируемой солнечными батареями. Уровень инсоляции для Псковской области оставляет 3-3,5 кВт*ч/м2/сутки, что уже неплохо. Теперь посмотрим график распределения инсоляции в году.

Инсоляция определяет количество солнечных дней в году

Пиковые значения солнечных дней в году приходятся на май, июнь и июль. В зимний период солнца значительно меньше (данные взяты для Псковской области, значения уровня инсоляции могут варьироваться от региона к региону).

Вот такие исходные данные мы получили. И, при весьма скромном бюджете, решили всё-таки реализовать данный проект. Что у нас получилось, с какими трудностями пришлось столкнуться — читайте далее.

Есть три основных типа солнечных электростанций: сетевые, автономные и гибридные.

Сетевая солнечная электростанция работает без аккумуляторов и используется для уменьшения оплаты за сетевую электроэнергию. Принцип работы прост: выработанную от солнца электроэнергию она направляет во внутреннюю сеть, из промышленной сети берется только недостающая мощность.

Автономная солнечная электростанция строится для электроснабжения там, где нет промышленной сети. Выработанную солнечную энергию она направляет на питание потребителей, а избытки запасает в аккумуляторных батареях. В темное время суток все электроснабжение осуществляется от аккумуляторов.

Гибридная солнечная электростанция – это комбинированный тип сетевой и автономной солнечных электростанций. Днем солнечная энергия направляется во внутреннюю сеть, уменьшая потребление. Ночью система переходит на питание от промышленной сети или аккумуляторов. При отключении промышленной сети система работает как автономная солнечная электростанция – энергоснабжение объекта не прерывается и осуществляется от солнечной и запасенной в аккумуляторах энергии.

В нашем проекте была использована гибридная солнечная станция. Это позволило решить проблему малого количества солнечных дней в зимний период. Но главное – весь год мы теперь не зависели от некачественной сети. И при отсутствии в ней электричества, электроснабжение дома не прерывалось.

Принцип работы гибридной солнечной электростанции

Система состоит из трёх элементов: солнечные панели, аккумуляторы и гибридный инвертор.

Основа всего — гибридный инвертор, который способен в потребляемую от внешней сети энергию «подмешивать» энергию, выработанную солнечными панелями.

Принцип работы таков: дом потребляет энергию от солнечных панелей, но при ее нехватке использует мощности внешней сети. Когда внешняя сеть отсутствует, гибридный инвертор переходит на автономную работу, при которой используется энергия солнечных панелей и энергия аккумуляторов.

Принцип работы таков: дом потребляет энергию от солнечных панелей, но при ее нехватке использует мощности внешней сети

Остановимся подробнее на каждом элементе солнечной электростанции.

Список оборудования получился следующим:

  • Солнечная батарея 200Вт — 4 шт;
  • Гибридный солнечный инвертор SILA 3000M Plus — 1 шт;
  • Аккумулятор SunStonePower ML12-200 – 2 шт.

Дополнительное оборудование:

  • 7 x Кабель солнечный 6 мм2 ( черный );
  • 7 x Кабель солнечный 6 мм2 ( красный );
  • 2 x Коннектор MC4 30A;
  • 1 x Балансир заряда двух АКБ 12 Вольт;
  • 1 x Коннектор МС4 Y-3;
  • 3 x Диод шоттки МС4 10А;
  • 1 x Перемычка для аккумуляторов 260/25 под болт М8;
  • 2 x Перемычка для аккумуляторов 1500/25 под болт М8;
  • 1 x Предохранитель ANL 200А;
  • 1 x Держатель предохранителя ANL;
  • 1 x УЗИП постоянного тока 2Р;
  • 1 x Предохранитель FDS-32;
  • 1 x Держатель предохранителя FDS-32.

Собирали систему самостоятельно.

Чаще всего, солнечные панели устанавливают на крышах домов, гаражей или хозяйственных построек. Эффективность производства электроэнергии при неправильной установке может сильно снижаться, поэтому необходимо учитывать следующие правила:

  1. На солнечные батареи не должна падать тень от близлежащих зданий, деревьев или опор ЛЭП.
  2. Летом панели должны быть повернуты на юг, зимой – на юго-восток.
  3. Панели необходимо устанавливать на подвижные основания, за счет которых можно будет регулировать угол наклона.

Все четыре солнечные батареи мы разместили на крыше надворной постройки. Место установки было выбрано неслучайно, так как солнечные панели нужно направить на юг, чтобы они получали больше солнца в течение всего дня.

Перед установкой нужно тщательно продумать расположение компонентов солнечной электростанции. Протянуть провода от панелей до места расположения инвертора. Провода выбрали сечением 6 мм², так как по ним будет передаваться напряжение до 100 В и ток 25–30 А. Такой запас по сечению позволяет минимизировать потери на проводе.

Солнечные панели были собраны в две группы по две панели в каждой.

Солнечные панели были собраны в две группы по две панели в каждойСолнечные панели были собраны в две группы по две панели в каждой

Группы панелей между собой подключены параллельно специальными коннекторами, обеспечивающими хороший контакт и герметичность соединения — называются MC4.

Коннектор MC4 30A

Коннектор MC4 30A

Подключение гибридного инвертора производится с нижней стороны на клеммные колодки и винтовые зажимы:

Подключение гибридного инвертора производится с нижней стороны на клеммные колодки и винтовые зажимы

На передней панели находятся четыре кнопки управления режимами индикации и управления инвертором.

На передней панели находятся четыре кнопки управления режимами индикации и управления инверторомНа передней панели находятся четыре кнопки управления режимами индикации и управления инвертором

Индикация — дисплей у инвертора LCD и дает полную информацию о состоянии и параметрах во время работы системы. На дисплее отображается схема работы, напряжение и частота входа и выхода по высокому напряжению, потребляемая мощность нагрузки, генерируемая мощность солнечных панелей, напряжение аккумуляторной батареи и потребляемый от нее ток.

Также, на передней панели выведены три светодиода для информирования о состоянии основных режимов работы инвертора.

Помимо органов управления, инвертор обеспечивает легкую и доступную настройку и визуализацию рабочих процессов через ПО, скачать которое можно на сайте производителя. Подключается инвертор к компьютеру через шнур (идет в комплекте поставки) к порту RS232. Если у вас нет данного порта, то нужно дополнительно приобрести переходник USB-RS232.

Установленное ПО автоматически находит подключенный инвертор. Выглядит оно следующим образом:

Установленное ПО автоматически находит подключенный инвертор

А вот здесь можно произвести точную настройку инвертора под Ваши задачи:

Можно произвести точную настройку инвертора под Ваши задачи

Этот комплект может выдать до 3 кВт мощности в автономном режиме. Если приобрести такой же инвертор, то можно нарастить мощность до 6 кВт на фазу.

Типовой состав потребителей:

  • освещение 200 Вт до 5 часов в сутки;
  • телевизоры 200 Вт до 5 часов в сутки;
  • ноутбук и телефон 100 Вт до 5 часов в сутки;
  • компьютер 300 Вт до 5 часов в сутки;
  • холодильник 100 Вт до 24 часов в сутки;
  • циркуляционный насос 100 Вт до 12 часов в сутки;
  • стиральная машина 1000 Вт 1 час в сутки.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:

Источник

Солнечные батареи своими руками. Расчет и выбор солнечных элементов

Солнечные батареи редко рассматриваются в качестве единственного источника электроэнергии, тем не менее, целесообразность в их установке есть. Так, в безоблачную погоду правильно рассчитанная автономная система сможет обеспечивать электроэнергией подключенные к ней электроприборы практически круглые сутки. Впрочем, грамотно скомплектованные солнечные панели, аккумуляторы и вспомогательные устройства даже в пасмурный зимний день позволят значительно снизить затраты на оплату электроэнергии по счетчику.

Использую солнечные панели из элементов уже 2-й год. Был вынужден, так как в кооперативе, где мой гараж, очень надолго отключили свет. Собрал 2 шт. по 60 Ватт, контроллер купил и инвертер на 1500 Вт. Полная независимость просто окрыляет. И свет есть, и работа ручным инструментом доставляет удовольствие.

Правильная организация автономных систем электроснабжения на основе солнечных батарей – это целая наука, но, опираясь на опыт пользователей нашего портала, мы можем рассмотреть общие принципы их создания.

Что такое солнечная батарея

Солнечная батарея (СБ) представляет собой несколько фотоэлектрических модулей, объединенных в одно устройство с помощью электрических проводников.

И если батарея состоит из модулей (которые еще называют панелями), то каждый модуль сформирован из нескольких солнечных элементов (которые называют ячейками). Солнечная ячейка является ключевым элементом, который находится в основе батарей и целых гелиоустановок.

На фото представлены солнечные ячейки различных форматов.

А вот фотоэлектрическая панель в сборе.

На практике фотоэлектрические элементы используются в комплекте с дополнительным оборудованием, которое служит для преобразования тока, для его аккумуляции и последующего распределения между потребителями. В комплект домашней солнечной электростанции входят следующие устройства:

  1. Фотоэлектрические панели – основной элемент системы, генерирующий электричество при попадании на него солнечного света.
  2. Аккумуляторная батарея – накопитель электроэнергии, позволяющий обеспечивать потребителей альтернативным электричеством даже в те часы, когда СБ его не вырабатывают (например, ночью).
  3. Контроллер – устройство, отвечающее за своевременную подзарядку аккумуляторных батарей, одновременно защищающее аккумуляторы от перезарядки и глубокого разряда.
  4. Инвертор – преобразователь электрической энергии, позволяющий получать на выходе переменный ток с требуемой частотой и напряжением.

Схематично система электроснабжения, работающая от солнечных батарей, выглядит следующим образом.

Схема довольно проста, но для того, чтобы она эффективно работала, необходимо правильно рассчитать рабочие параметры всех задействованных в ней устройств.

Расчет фотоэлектрических панелей

Первое, что необходимо знать, собираясь рассчитывать конструкцию фотоэлектрических преобразователей (панелей ФЭП), это количество электроэнергии, которое будет потреблять оборудование, подключенное к солнечным батареям. Просуммировав номинальную мощность будущих потребителей солнечной энергии, которая измеряется в Ваттах (Вт или кВт), можно вывести среднемесячную норму потребления электроэнергии – Вт*ч (кВт*ч). А требуемая мощность солнечной батареи (Вт) будет определяться, исходя из полученного значения.

Для примера рассмотрим перечень электрооборудования, которое сможет обеспечивать энергией небольшая солнечная электростанция мощностью 250 Вт.

Читайте также:  Угловая частота синусоидального тока формула

Таблица взята с сайта одного из производителей солнечных панелей.

Налицо несоответствие между суточным потреблением электроэнергии – 950 Вт*ч (0,95 кВт*ч) и значением мощности солнечной батареи – 250 Вт, которая при непрерывной работе должна генерировать в сутки 6 кВт*ч электроэнергии (что намного больше обозначенных потребностей). Но раз уж мы говорим именно о солнечных панелях, то следует помнить, что свою паспортную мощность эти устройства способны развивать только в светлое время суток (примерно с 9-ти до 16-ти часов), да и то в ясный день. В пасмурную погоду выработка электроэнергии также заметно падает. А утром и вечером объем электроэнергии, вырабатываемой батареей, не превышает 20–30% от среднесуточных показателей. К тому же, номинальная мощность может быть получена с каждой ячейки только при наличии оптимальных для этого условий.

Почему номинал батареи 60 Вт, а она выдает 30? Значение 60 Вт производители ячеек фиксируют при инсоляции в 1000Вт/м² и температуре батареи – 25 градусов. Таких условий на земле, а тем более в средней полосе России, нет.

Все это учитывается, когда в конструкцию солнечных панелей закладывается определенный запас мощности.

Теперь поговорим о том, откуда взялся показатель мощности – 250 кВт. Указанный параметр учитывает все поправки на неравномерность солнечного излучения и представляет собой усредненные данные, основанные на практических экспериментах. А именно: измерение мощности при различных условиях эксплуатации батарей и вычисление ее среднесуточного значения.

Когда узнаете объем потребления, выбирайте фотоэлектрические элементы, исходя из требуемой мощности модулей: каждые 100Вт модулей вырабатывают 400-500 Вт*ч в сутки.

Идем дальше: зная среднесуточные потребности в электричестве, можно рассчитать требуемую мощность солнечных батарей и количество рабочих ячеек в одной фотоэлектрической панели.

При осуществлении дальнейших расчетов будем ориентироваться на данные уже знакомой нам таблицы. Итак, предположим, что суммарная мощность потребления равна примерно 1 кВт*ч в сутки (0,95 кВт*ч). Как мы уже знаем, нам понадобится солнечная батарея, обладающая номинальной мощностью – не менее 250 Вт.

Предположим, что для сборки рабочих модулей вы планируете использовать фотоэлектрические ячейки с номинальной мощностью – 1,75 Вт (мощность каждой ячейки определяется произведением силы тока и напряжения, которые генерирует солнечный элемент). Мощность 144-х ячеек, объединенных в четыре стандартных модуля (по 36 ячеек в каждом), будет равна 252 Вт. В среднем с такой батареи мы получим 1 – 1,26 кВт*ч электроэнергии в сутки, или 30 – 38 кВт*ч в месяц. Но это в погожие летние дни, зимой даже эти значения можно получить далеко не всегда. При этом в северных широтах результат может быть несколько ниже, а в южных – выше.

Есть солнечные батареи – 3,45 кВт. Работают параллельно с сетью, поэтому КПД – максимально возможный:

  • июнь 467кВт*ч.
  • июль 480 кВт*ч.
  • август 497 кВт*ч.
  • сентябрь 329 кВт*ч.
  • октябрь 305 кВт*ч.
  • ноябрь 320 кВт*ч.
  • декабрь 216 кВт*ч.
  • январь 2014 пока 126 кВт*ч.

Эти данные чуть выше средних значений, т. к. солнца было больше обычного. Если циклон затяжной будет, то выработка в зимний месяц может не превысить 100-150 кВт*ч.

Представленные значения – это киловатты, которые можно получить непосредственно с солнечных батарей. Сколько же энергии дойдет до конечных потребителей – это зависит от характеристик дополнительного оборудования, встроенного в систему электроснабжения. О них мы поговорим позже.

Как видим, количество солнечных элементов, необходимых для генерирования заданной мощности, можно рассчитать лишь приблизительно. Для более точных расчетов рекомендуется использовать специальные программы и онлайн калькуляторы солнечной энергии, которые помогут определить требуемую мощность батареи в зависимости от многих параметров (в том числе, и от географического положения вашего участка).

Если с первого раза произвести правильный расчет фотоэлектрических панелей не удалось (а непрофессионалы очень часто сталкиваются с подобной проблемой), это не беда. Недостающую мощность всегда можно будет восполнить, установив несколько дополнительных фотоэлементов.

Разновидности фотоэлектрических элементов

С помощью настоящей главы постараемся развеять заблуждения, касающиеся преимуществ и недостатков наиболее распространенных фотоэлектрических элементов. Это упростит вам выбор подходящих устройств. Широкое распространение сегодня получили монокристаллические и поликристаллические кремниевые модули для солнечных батарей.

Так выглядит стандартный солнечный элемент (ячейка) монокристаллического модуля, который можно безошибочно отличить по скошенным углам.

Ниже представлено фото поликристаллической ячейки.

Какой модуль лучше? Пользователи FORUMHOUSE активно спорят по этому поводу. Кто-то считает, что поликристаллические модули работают более эффективно при пасмурной погоде, при этом монокристаллические панели демонстрируют превосходные показатели в солнечные дни.

У меня моно – 175 Вт дают на солнце под 230 Вт. Но я отказываюсь от них и перехожу на поликристаллы. Потому что, когда небо чистое, электричества хоть залейся с любого кристалла, а вот когда пасмурно – мои вообще не работают.

При этом всегда найдутся оппоненты, которые после проведения практических замеров полностью опровергают представленное утверждение.

У меня получается все наоборот: поликристаллы очень чувствительны к затемнению. Стоит маленькому облачку пройти по солнцу, как это сразу отражается на количестве вырабатываемого тока. Напряжение, кстати, практически не меняется. Монокристаллическая же панель ведет себя более стабильно. При хорошем освещении обе панели ведут себя очень хорошо: заявленная мощность обеих панелей – 50Вт, обе эти самые 50Вт выдают. Отсюда мы видим, как улетучивается миф о том, что монопанели дают больше мощности при хорошем освещении.

Второе утверждение касается срока службы фотоэлектрических элементов: поликристаллы стареют быстрее монокристаллических элементов. Рассмотрим данные официальной статистики: стандартный срок службы монокристаллических панелей составляет 30 лет (некоторые производители утверждают, что такие модули могут работать до 50 лет). При этом период эффективной эксплуатации поликристаллических панелей не превышает 20-ти лет.

Действительно, мощность солнечных батарей (даже с очень высоким качеством) с каждым годом эксплуатации уменьшается на определенные доли процента (0,67% – 0,71%). При этом в первый год эксплуатации их мощность может снизиться сразу на 2% и 3% (у монокристаллических и поликристаллических панелей – соответственно). Как видим, разница есть, но она незначительна. А если учесть, что представленные показатели во многом зависят от качества фотоэлектрических модулей, то разницу и вовсе можно не брать во внимание. Тем более, известны случаи, когда дешевые монокристаллические панели, изготовленные нерадивыми производителями, теряли до 20% своей мощности в первый же год эксплуатации. Вывод: чем надежнее производитель фотоэлектрических модулей, тем долговечнее его продукция.

Многие пользователи нашего портала утверждают, что монокристаллические модули всегда дороже поликристаллических. У большинства производителей разница в цене (в пересчете на один ватт генерируемой мощности) на самом деле ощутима, что делает покупку поликристаллических элементов более привлекательной. Поспорить с этим нельзя, но не поспоришь и с тем, что КПД монокристаллических панелей выше, чем у поликристаллов. Следовательно, при одинаковой мощности рабочих модулей поликристаллические батареи будут иметь большую площадь. Иными словами, выигрывая в цене, покупатель поликристаллических элементов может проиграть в площади, что при недостатке свободного пространства под установку СБ может лишить его так очевидной на первый взгляд выгоды.

У распространенных монокристаллов КПД, в среднем, равняется 17%-18%, у поли – около 15%. Разница – 2%-3%. Однако по площади эта разница составляет – 12%-17%. С аморфными панелями разница еще нагляднее: при их КПД – 8-10% монокристаллическая панель может быть по площади в два раза меньше аморфной.

Аморфные панели – это еще одна разновидность фотоэлектрических элементов, которые пока не успели стать достаточно востребованными, несмотря на свои очевидные преимущества: низкий коэффициент потери мощности при повышении температуры, способность генерировать электроэнергию даже при очень слабом освещении, относительная дешевизна одного производимого кВт энергии и так далее. А одна из причин низкой популярности кроется в их весьма ограниченном КПД. Аморфные модули еще называют гибкими модулями. Гибкая структура значительно облегчает их установку, демонтаж и хранение.

Не знаю, кто это аморфные рекламирует. КПД у них низкий, места почти в два раза больше занимают, при этом с возрастом КПД, так же, как и у кристаллических, снижается. Классические модули рассчитаны на 25 лет эксплуатации с потерей КПД в 20%. Плюс у аморфных пока только один: выглядят, как черное стекло (можно весь фасад такими покрыть).

Выбирая рабочие элементы для строительства солнечных батарей, в первую очередь следует ориентироваться на репутацию их производителя. Ведь именно от качества зависят их реальные рабочие характеристики. Также нельзя упускать из вида условия, при которых будет производиться монтаж солнечных модулей: если площадь, отведенная под установку солнечных батарей, у вас ограничена, то целесообразно использовать монокристаллы. Если недостатка в свободном пространстве нет, то обратите внимание на поликристаллические или аморфные панели. Последние могут оказаться даже практичнее панелей кристаллических.

Приобретая готовые панели от производителей, можно значительно упростить себе задачу по строительству солнечных батарей. Для тех же, кто предпочитает все создавать своими руками, процесс изготовления солнечных модулей будет описан в продолжении настоящей статьи. Также в ближайшее время мы планируем рассказать о том, по каким критериям следует выбирать аккумуляторы, контроллеры и инверторы – устройства, без которых ни одна солнечная батарея не сможет функционировать полноценно. Следите за обновлениями нашей статейной ленты.

На фото изображены 2 панели: самодельная монокристаллическая на 180Вт (слева) и поликристаллическая от производителя на 100 Вт (справа).

О самых популярных альтернативных источниках энергии вы сможете узнать в соответствующей теме, открытой для обсуждения на нашем портале. В разделе, посвященном строительству автономного дома, можно узнать много интересного об альтернативной энергетике и о солнечных батареях, в частности. А небольшой видеосюжет расскажет об основных элементах стандартной солнечной электростанции и об особенностях установки солнечных панелей.

Источник



Что можно запитать от 100Вт солнечной панели Комментировать

Что может работать от одной 100Вт солнечной панели? Этот вопрос мы часто слышим от новичков в мире солнечной энергетики и от тех, кто только собирается в неё погрузиться.
Обычно, когда мы проектируем солнечную электростанцию, то мы начинаем со списка электроприборов, которые должны работать от солнечной электростанции, т.е. составляем список нагрузок. Исходя из этого подбирается количество и мощность солнечных панелей, а также сопутствующее оборудование. Сейчас мы будем действовать от обратного. Посмотрим что мы сможем запитать от одной солнечной панели мощностью 100 ватт.

“100Вт” ≠ 100Вт

Когда мы говорим, что солнечная панель имеет мощность 100Вт, то такую мощность она выдаёт при интенсивности солнечного излучения 1000Вт/м². Обычно такая интенсивность бывает летом в ясную погоду, когда солнце находится в зените. Естественно, производители не бегают каждый раз на улицу с солнечной панелью, они тестируют их мощность при определённых лабораторных условиях – STC (Standart Test Conditions) или так называемых “стандартных тестовых условиях”. Эти условия следующие:

  • интенсивность солнечного излучения 1000 Вт/м²
  • температура воздуха 25°С
  • солнечные лучи падают перпендикулярно на солнечную панель
  • скорость ветра равна нулю
  • масса воздуха 1.5
  • некоторые другие критерии
Читайте также:  Ударило током болит нога что делать

Таким образом, реальная выходная мощность солнечных панелей может варьироваться в зависимости внешних погодных условий. При расчётах обычно мы занижаем мощность солнечных панелей, основываясь на разнице между лабораторными испытаниями и вашей реальной установкой.
Если 12В солнечная панель имеет мощность 100Вт, то имеется ввиду мгновенная мощность. Если проведём измерения при условиях STC, то мы должны получить выходное напряжение

18В и ток 5.55А. Мощность – это произведение напряжения на ток (P=V*I), поэтому 18В·5.55А = 100Вт.

Здесь даже можно провести небольшую аналогию с автомобилем, мощность – это как скорость автомобиля. Если автомобиль едет с постоянной скоростью 100км/ч, то за 1 час он проедет 100км. Тоже самое с солнечной панелью. Чтобы определить какое количество энергии будет произведено за определённое время, нужно количество ватт умножить на количество часов. Например, за 1 час будет сгенерирован 100Вт x 1ч = 100ватт·часов = 100Вт·ч .

Если рассмотреть всё это на конкретной солнечной панели, то можно взять солнечную панель Delta SM 100-12P оптимальное рабочее напряжение 18.1В (Ump) и оптимальный рабочий ток 5.52А. 18.1В х 5.52А = 99.91Вт (100Вт) .

Что можно записать от 100Вт солнечной панели?

Теперь нам нужно выяснить, сколько часов нужно подставлять в уравнение, чтобы определить, сколько энергии будет генерироваться солнечной панелью за день. А сколько часов реального солнечного излучения равносильно стандартным тестовым условиям? Как мы отметили выше, интенсивность солнечного излучения близка или идентичная тестовым, в полдень, когда солнце находится в зените, т.е в период 12.00-13.00.

Сколько часов солнечная панель будет подвергаться солнечному излучению в течение дня?

Интенсивность солнечного излучения в течение дня

Количество часов солнечного света, равное полудню, называется инсоляцией или эффективным солнечным часом (ESH, Effective Solar Hours).
Вы прекрасно знаете, что несмотря на то, что солнце встаёт в 8 утра, оно не такое яркое как в полдень. Поэтому, если продолжительность солнечного дня составляет 10-12 часов, то нельзя просто умножить 100Вт х 10часов (или на 12). Так, между 8 и 9 утра интенсивность солнца приблизительно наполовину меньше, чем в полдень. Поэтому 1 утренний час приблизительной равен половине эффективного солнечного часа. Кроме того, зимой световой день значительно короче чем летом, еще и интенсивность излучения слабее – т.е. количество эффективных солнечных часов в течение года сильно варьируется.

Влияние местоположения на выработку энергии

Ваше местоположение также определяет количество эффективных солнечных часов. Например, для Казани количество эффективных солнечных часов составляет 3.5ч, для Москвы 3ч., для Краснодара 3.7ч – это усреднённые значения в день в течение года по данным с сайта NREL PVWatts Calculator.

Что можно запитать от 100Вт солнечной панели

Расчёт в PVWatts Calculator для Казани

Учитываем использование в течение года

Возвращаясь к рассматриваемому вопросу о том, что можно запитать от 100Вт панели, теперь нужно рассмотреть будут ли вы её использовать круглый год или только в определённый период, например, в период весна-осень. Если вы хотите использовать в течение всего года, то нужно рассмотреть самый худший вариант, т.е. самый худший месяц в году с точки зрения солнечной энергетики.

Для этого можно воспользоваться еще один полезным сервисом, он чем-то похож на NREL PVWatts Calculator, но здесь сразу отображается оптимальный угол наклона солнечных панелей для вашего местоположения. Данный сервис полностью на английском языке, но там всё интуитивно понятно и можно самостоятельно разобраться что к чему за пару минут.

Для начала из выпадающего списка нужно выбрать страну (Russian Federation), затем город (Kazan’) и потом направление солнечных панелей, в нашем случае выбираем юг (Facing directly South).

Что можно запитать от 100Вт солнечной панели

Выбираем страну, город, направление

Далее система предлагает выбрать угол наклона солнечной панели среди нескольких предложенных вариантов:

Что можно запитать от 100Вт солнечной панели

  • Вертикальная поверхность
  • Оптимальный среднегодовой угол
  • Изменение угла наклона в течение года
  • Максимальная зимняя выработка
  • Максимальная летняя выработка
  • Плоская поверхность

Выбираем угол наклона солнечных панелей

Поскольку мы размещаем одну 100Вт панель, то давайте разместим её под “зимним” углом. Для Казани самый худший месяц году – это декабрь, в котором в среднем за день только 1.41 эффективных солнечных часа. Получается в декабре за один день 100Вт будет вырабатывать 141Вт·ч. Только нужно помнить, что это усреднённое значение для всего месяца, поэтому в какие-то дни выработка будет больше, в какие меньше, а в какие-то может даже будет близко к этому значению, но не каждый день. В среднем, если мы просуммируем выработку за все дни в декабре и разделим на количество дней, то получим значение близкое к 141Вт·ч.

Учитываем потери

Ничто в реально работающей системе не обходится без потерь, поэтому нужно учитывать падение напряжения на проводах, пыль и грязь на поверхности солнечных панелей, потери на контроллере заряда и прочее. Поэтому мы умножим 141Вт·ч х 0,7 = 98.7Вт·ч (30% фактор потерь). Это всё равно, что потерять 1/3 вырабытываемой мощности, но это реальность и от нёё никуда не деться. В итоге в декабре мы получили прибл. 100Вт·ч/день. Что теперь можно сделать с этой мощностью?

Подбираем контроллер заряда и аккумулятора для хранения энергии

Для начала, вырабатываемую энергию нужно где-то хранить, чтобы можно было использовать её позже, когда она понадобится. Для хранения используется аккумуляторная батарея. Перед этим нам нужен контроллер заряда, который регулирует процесс подачей энергии в аккумуляторную батарею глубокого разряда, которую можно заряжать и разряжать на регулярной основе. В качестве контроллера заряда идеально подойдёт EPSOLAR 1012LS – это простой, но надёжный ШИМ-контроллер заряда с номинальным напряжением 12В и и максимальным током заряда до 10А.

Контроллер заряда Epsolar LS 1012EU

Какой ёмкости аккумулятор нужно использовать? Итак у нас есть 100Вт·ч которыми мы заряжаем 12В аккумулятор. Поскольку ватты делённые на вольты равны амперам, то получаем 100Вт·ч : 12В

8А·ч . Несмотря на то, что используем аккумуляторы глубокого разряда, они всё равно не любят разряда более чем на 50% (самый оптимальный вариант – это разряд не более чем на треть). Тогда оптимальный вариант аккумулятора для зимнего времени 8А·ч х 2 = 16А·ч.
Количество энергии, которую может хранить аккумулятор меняется в зависимости от температуры. Так, запасённая энергия при 0°С на 15% меньше, чем при 20°С, поэтому умножаем 16А·ч х 1.15 = 18.4 А·ч .

Подбираем инвертор

Далее нам нужно использовать инвертор, для преобразования постоянного напряжения от аккумулятора в привычные нам 220В. Оптимальный вариант для маленьких система это компактный 300Вт инвертор ИС2-12-300. Возьмём коэффициент потерь на преобразование 5%. Тогда 18.4 А·ч / 0.95 = 19.4 А·ч ., округлим полученное значение до 19А·ч.

ИС2-12-300 Сибконтакт

Рассчитываем время автономной работы

Солнце светит не каждый день, поэтому нам нужно учитывать пасмурные дни, дождь снег. Нам нужно для себя рассчитать в течение какого количество дней без солнца мы хотели бы иметь запас энергии. Это называется днями автономии. Скажем так, нам нужно 2 дня автономии, тогда 19А·ч. х 2 = 38А·ч, получается, совместно с 100Вт солнечной панелью мы должны использовать аккумулятор ёмкостью

40А·ч. Можно чуть больше, можно чуть меньше.

Хорошим выбором является аккумулятор Delta GEL 12-33 – гелевый аккумулятор ёмкостью 33А·ч, оснащён цифровым индикатором напряжения, уровня заряда, а также количества отработанных дней. Под крышкой аккумулятора имеются дополнительный контейнеры со специализированным раствором, долив которого позволяет продлить срок службы батареи на 15-30%. Также не плохим выбором будет AGM аккумулятор ВОСТОК СК-1233 ёмкостью также 33А·ч.

Аккумулятор ВОСТОК СК-1233

Аккумулятор Delta GEL 12-33

Теперь мы можем подумать, что делать с вырабатываемой и запасённой мощностью. Итак, зимой у нас есть 100Вт*ч запасённой мощности. Их хватило бы на:

  • На питание 4-х LED ламп мощностью 5 Вт в течение в часов, или
  • На 2 часа работы ноутбука со средним потреблением 50Вт*ч, или
  • На просмотр в течение

1.5 часов телевизора, или

  • 15-20 полностью зарядить смартфон
  • Это всё мы рассчитали для самого “плохого” зимнего месяца, в летнее время выработка энергии будет гораздо больше и соответственно, нужно будет использовать более ёмкий аккумулятор.

    Думаем алгоритм расчёта вам понятен и при необходимости вы сможете самостоятельно рассчитать выработку энергии как с другим номиналом солнечной панели, так и для другого времени года.

    Добавить комментарий Отменить ответ

    Добро пожаловать в блог

    Вы попали в блог компании REENERGO. Здесь мы стараемся регулярно публиковать полезные и интересные новости и статьи из области альтернативной энергетики.

    Источник

    Домашняя энергосистема на солнечных батареях

    Инвертор Ecovolt - основа системы электропитания на солнечных батареях и аккумуляторах

    Инвертор Ecovolt – основа системы электропитания на солнечных батареях и аккумуляторах

    Недавно монтировал систему резервного питания для дома на основе аккумуляторов и солнечных батарей. Система замечательна тем, что позволяет не только экономить электроэнергию, но и стать менее зависимым от городской электросети.

    Но по порядку, как всегда – сначала теория, потом практика и реальные примеры.

    Итак, когда пропадает электроэнергия, первое, что приходит на ум – генераторы. Кстати, генераторам у меня на блоге посвящено несколько статей, вот они.

    Но генераторы могут быть не только бензиновые и дизельные. Генерация энергии может происходить также за счет энергии солнца. Такие системы гораздо более технологичны, бесшумны, не выделяют вредных веществ. В отличие от классических генераторов.

    Коротко расскажу, как выглядит система на солнечных батареях для дома.

    Получение электроэнергии из солнечных батарей

    Энергия солнца преобразуется в электрическое напряжение постоянного тока. Очевидно, что напрямую солнечную батарею к домашней электросети подключить нельзя, поскольку там должно действовать напряжение 220 (230) вольт переменного тока частотой 50 Гц. Для преобразования постоянного напряжения нужен инвертор для солнечных батарей, на выходе которого будут те самые стандартные 220 В.

    Гибридная система электропитания на аккумуляторах и солнечных батареях

    Гибридная система электропитания на аккумуляторах и солнечных батареях

    Но солнечная энергия достаточной интенсивности действует далеко не всегда. Досада ещё в том, что период активности солнца может не совпадать с периодом, когда необходима электроэнергия.

    Другими словами, солнечную энергию нужно накопить, а только потом преобразовать. Для накопления солнечной энергии используют аккумуляторы, которые потом в нужный момент отдают электроэнергию через инвертор в нагрузку.

    Заправляет всем этим процессом инвертор для солнечных батарей (внешний вид показан в начале статьи), который по совместительству является контроллером сетевого напряжения и заряда аккумуляторов. Он направляет энергию солнечных батарей для зарядки аккумуляторов, а затем, когда это нужно, запасённую в аккумуляторах электроэнергию преобразует в напряжение 220В 50Гц и отдает в нагрузку. Когда аккумуляторы разряжены, напряжение с улицы есть, а солнца нет, они заряжаются от городской сети.

    Когда с улицы поступает нормальное напряжение, солнечный инвертор работает в режиме “Байпас”, то есть пропускает ток со своего входа на выход без преобразований.

    Выбор мощности системы на солнечных батареях

    Прежде, чем покупать и устанавливать солнечный инвертор, нужно потратить время на анализ существующей электрической системы дома. Определиться с максимальной и средней потребляемой мощностью, пусковыми токами, системой заземления.

    Мощность инвертора должна быть выбрана равной либо больше максимального потребления дома.

    Логично, что от аккумуляторных батарей зависит мощность и эффективность всей системы. К инверторам разной мощности нужно подключать АКБ, различные по емкости и подключать их последовательно:

    Схема подключения аккумуляторов к инверторам различной мощности

    Схема подключения аккумуляторов к инверторам различной мощности

    Возможно для получения большей мощности включить инверторы параллельно. Для этого нужно дополнительно применить платы коммуникации (параллельной работы), чтобы инверторы могли работать правильно. Вот пример схемы подключения, когда мощности двух инверторов складываются:

    Два инвертора в параллель. Схема подключения инверторов для солнечных батарей

    Два инвертора в параллель. Схема подключения инверторов для солнечных батарей

    Мощностью инвертора будет определяться мощность всей системы. Но тут не всё так однозначно, и стоит учесть некоторые факторы.

    Реальная мощность инвертора

    Вся нагрузка сразу никогда не включается, и нужно провести тщательный анализ потребления в течение некоторого времени. Для этого можно воспользоваться токовыми клещами или анализатором качества напряжения. Про примеры использования анализатора качества напряжения HIOKI 3197 я писал здесь и здесь.

    Байпас

    В режиме “Байпас” инвертор пропускает через себя всю мощность домашней сети. И нужно учитывать, что мощность при байпасе (когда инвертор фактически не работает) и при преобразовании одинакова. По крайней мере, так уверяет производитель.

    Перегрузка

    Некоторые домашние электроприборы работают кратковременно. Например, чайник, СВЧ-печь обычно включаются на 2-3 минуты. Другие приборы, имеющие электродвигатели, обладают пусковыми токами, которые длятся несколько секунд.

    Эти факторы обычно учитываются в инверторах, и они могут держать перегрузку в 2-3 раза в течение нескольких секунд, а перегрузку в 1,5 раза – несколько минут. Значения эти, конечно, ориентировочные, и зависят от модели инвертора.

    Приоритеты

    Необходимо решить, какие приборы нуждаются в бесперебойном питании, а какие могут “потерпеть”. Поэтому будет разумно через солнечный инвертор подключать не все электроприборы, а только самые важные. Например, электрокотёл, розетки кухни (включая холодильник), освещение.

    А очень мощные и не столь необходимые приборы подключать напрямую, минуя инвертор. Это могут быть бойлер, проточный водонагреватель, и т.п.

    Учет всех этих факторов поможет правильно выбрать инвертор для дома и разумно сэкономить.

    Философия выбора энергосистемы на солнечных батареях

    Так же, как и с выбором стабилизатора, нужно честно задать себе вопрос – “Зачем устанавливать солнечные батареи и аккумуляторы с инвертором?” От правильного ответа будет сильно зависеть комплектность системы и цена. По цене можно сэкономить десятки тысяч рублей, и всё будет прекрасно работать.

    Итак, нужно решить, для чего будет применяться система.

    1. Аварийный резерв

    В случае кратковременного пропадания напряжения в городской сети нужно обеспечить работу жизненно важных приборов в доме – отопление, связь, освещение, холодильник. Все остальные приборы по возможности не использовать. Предполагается, что авария – явление редкое и непродолжительное.

    В этом случае конфигурация системы с солнечным инвертором и аккумуляторами будет минимальной.

    2. Экономия

    Если планируется использовать солнечную энергию в целях экономии, то нужно наращивать мощность системы. И выбирать такой режим работы инвертора, когда энергия солнца “подмешивается” к энергии, которую мы оплачиваем по счетчику. Либо некоторые линии питаются постоянно только от солнечных батарей.

    Тем самым экономится электроэнергия, которую мы получаем из города, при неизменном потреблении всего дома. И в этом случае можно говорить об окупаемости такой системы на солнечных батареях.

    Разумеется, этот вариант включает в себя и аварийное электропитание, т.е. первый случай.

    3. Полная замена

    Этот вариант – полный отказ от городской электросети. Городская электросеть нужна будет лишь для аварийного резервирования системы на солнечных батареях, если она вдруг выйдет из строя. Такая конфигурация системы будет иметь максимальную мощность и стоимость.

    В этом случае желательно также иметь и генератор, который понадобится в случае недостаточной энергии от солнца. Это может происходить, например, зимой, когда активность солнца минимальна. Генератор послужит для зарядки аккумуляторов и питания важной нагрузки.

    Пример монтажа однофазного инвертора

    Сначала рассмотрим на практике однофазную систему, а потом перейдём к трехфазной.

    Внешний вид смонтированного инвертора показан в начале статьи. Его мощность в данном случае – 5 кВА, есть модели и на другие мощности.

    А вот, как устроен интерфейс инвертора со всеми входами, выходами и органами управления:

    Солнечный однофазный аккумуляторный инвертор для дома

    Солнечный однофазный аккумуляторный инвертор для дома. Клеммы для подключения

    Подключение аккумуляторных батарей обязательно производится через автоматический выключатель:

    Автоматический выключатель для подключения аккумулятора к инвертору

    Автоматический выключатель для подключения аккумулятора к инвертору

    Через эти клеммы АКБ заряжается от солнца или от сети и отдает энергию на преобразование:

    Клеммы для подключения аккумуляторов к инвертору

    Клеммы для подключения аккумуляторов к инвертору

    Подключение к электрощитку – через кабель ВВГ4х4, защитный проводник отдельно:

    Подключение входа и выхода 220В к солнечному инвертору

    Подключение входа и выхода 220В к солнечному инвертору

    Если длина кабельной линии более 10 метров, то лучше использовать кабель сечением 6мм², чтобы избежать лишних потерь в кабеле.

    Ещё важное замечание! В отличие от стабилизаторов, входная и выходная нейтрали инвертора гальванически развязаны. И если их соединить, инвертор работать не будет!

    В домашнем щитке я провода (черный СИП 2х16) с улицы открутил от вводного двухполюсного автомата, и подал уличное напряжение через клеммник на вход инвертора. А с выхода инвертора – на вход того самого автомата:

    Переделка домашнего электрощитка для подключения солнечного инвертора

    Переделка домашнего электрощитка для подключения солнечного инвертора

    В результате энергосистема, установленная под лестницей, выглядит вот так:

    Монтаж энергосистемы для дома на солнечном инверторе Ecovolt

    Монтаж энергосистемы для дома на солнечном инверторе Ecovolt

    Используются 4 АКБ, каждая напряжением 12В и емкостью 200 А·ч.

    После подключения необходимо настроить инвертор согласно инструкции.

    Инструкцию к солнечному инвертору можно будет скачать в конце статьи.

    Вот как выглядит экран инвертора при нормальной работе:

    Работа солнечного инвертора. Нагрузка питается с улицы через байпас, одновременно идёт заряд батареи

    Работа солнечного инвертора Ecovolt. Нагрузка питается с улицы через байпас, одновременно идёт заряд батареи

    При различных режимах работы и при настройках на экране информативная картинка, которая будет понятна неподготовленному пользователю.

    А вот что будет на экране, если пропадает напряжение с улицы:

    Работа инвертора с аккумуляторными батареями

    Работа инвертора с аккумуляторными батареями

    В данном случае, как и при работе от солнечных батарей, солнечный инвертор выдает стабильное синусоидальное напряжение 230В, как и положено по стандарту.

    Трехфазная система на инверторе с солнечными батареями

    Не буду утомлять читателя, приведу несколько фото с монтажа солнечных инверторов трехфазной энергосистемы. Схема подключений такая:

    Три фазы - схема подключения солнечных инверторов

    Три фазы – схема подключения солнечных инверторов

    В данной схеме применяются три инвертора Ecovolt, каждый на свою фазу. Для связи в них установлены платы параллельной работы, которые подключены через кабели параллельного интерфейса:

    Трехфазная энергосистема для дома. Подключение инвертора для солнечных энергосистем

    Трехфазная энергосистема для дома. Подключение инвертора. Рабочий момент, процесс монтажа

    Для всех подключений нужен ещё один щиток, куда приходят все напряжения:

    Электрощиток для подключения инверторов

    Электрощиток для подключения инверторов

    Для повышения надежности системы нужен перекидной рубильник, поскольку при аварии (а у любого электронного устройства есть право на поломку)) даже одного из инверторов выключится вся система. И тогда можно подать напряжение напрямую с улицы.

    Это похоже на простейший АВР, когда дом может питаться от городской сети либо от генератора через такой переключатель. Я писал об этом подробно в статье про генератор Huter.

    Вот рубильник аварийного переключения поближе:

    Рубильник для выбора питания дома - через инверторы либо с улицы, как раньше

    Рубильник для выбора питания дома – через инверторы либо с улицы, как раньше

    А вот поближе и с пояснениями внутренняя схема электрощитка подключений инверторов:

    Подключение солнечных инверторов в трехфазной сети

    Подключение солнечных инверторов в трехфазной сети

    Солнечные батареи в данной конфигурации подключаются к одному из инверторов, который будет главным. Он будет контролировать заряд аккумуляторов от солнечных батарей.

    Вот так солнечные батареи закреплены на крыше, есть только такой способ установить солнечные батареи для дома.

    Монтаж комплекта солнечных батарей на крыше

    Монтаж комплекта солнечных батарей на крыше

    Это одна половина, другая – на другом скате. Всего – 12 солнечных батарей, каждая по 24 Вольта, мощность 260 Вт. Каждая такая половина содержит три последовательно соединенных батареи, эти тройки соединены параллельно. В результате теоретически все 12 батарей дадут 3100 Вт. Но это если на все батареи перпендикулярно падают солнечные лучи, чего никак не может быть.

    В итоге трехфазная энергосистема имеет такой вид:

    Трехфазная система на солнечных инверторах для питания дома

    Трехфазная система на солнечных инверторах для питания дома

    Бонус – инструкция

    Такую инструкцию я распечатал для владельца дома:

    КРАТКАЯ ИНСТРУКЦИЯ
    Система получает электроэнергию от уличной сети и от солнечных батарей, накапливает её в аккумуляторных батареях, и преобразует через инверторы в переменное напряжение 220В.
    В нормальном состоянии положение рубильника – вверху, работа происходит через инверторы.
    При проблеме с работой инверторов необходимо отключить нагрузку автоматами в нижнем ряду в старом щите, и перевести рубильник через среднее положение вверх. Затем включить все автоматы. После этого система будет питаться только от уличной сети.
    При устранении неисправности инверторов также выключить нагрузку и переключить рубильник в нижнее положение, после этого включить все автоматы.
    Прерывистый звуковой сигнал от инверторов, как правило, означает перегрузку. В таком случае необходимо уменьшить нагрузку, выключив наименее нужные электроприборы. Также, по возможности просмотреть сообщение об ошибке и выходную мощность инверторов.

    Скачать

    Тема очень обширная, всего охватить конечно не удастся.

    Дополнительную информацию можно почерпнуть в прикрепленных файлах:

    • Инструкция по эксплуатации к солнечному инвертору и его подключению к гибридной энергосистеме – • Sunrise manual 1-5 kVA rus / Инструкция к инвертору для солнечных батарей, pdf, 23.2 MB, скачан: 472 раз./
    • Теория и практика применения аккумуляторов. Виды аккумуляторов. Лучшее, что можно почитать по теме – • Выбор и эксплуатация аккумуляторов для автономного и резервного электроснабжения. / Теория и практика — подробно простым языком, pdf, 6.97 MB, скачан: 1056 раз./

    Если вам нужна дополнительная консультация – как всегда, я рад пообщаться и обменяться опытом в комментариях к статье.

    Всё оборудование, показанное в статье, поставляла компания ИК Энергопартнер. Информацию по стоимости, техническим характеристикам и полному перечню оборудования можно узнать на сайте компании: Системы резервного питания – ИК ЭнергоПартнер .

    Если вы хотите себе подобную систему – обращайтесь, сделаем всё в лучшем виде!

    Источник