Строительство в Севастополе — сообщество мастеров строителей и отделочников
Строительные работы в Севастополе
Солнечная батарея представляет из себя "пирог", который спекается при высокой температуре.
Этот пирог отправляют в печь, где всё это спекается - склеивается. Плёнка намертво расплавляется и прилипает к стеклу, элементы полностью герметизируются внутри, прикрываясь плотно к пленкам с обеих сторон.
>
Солнечная батарея состоит из солнечных элементов, это фотоэлектрические модули (ФЭМ), их можно назвать ячейками. Ячейки в солнечной батарее соединяются последовательно, чтобы увеличить напряжение батареи до требуемого, так-как напряжение одной ячейки составляет всего 0,6V. А для зарядки 12-ти вольтового аккумулятора требуется как минимум 14 вольт. Но напряжение солнечного элемента зависит от освещённости, и чтобы напряжение даже в пасмурную погоду было выше 14 вольт, количество ячеек в батарее обычно равно 36. Напряжение холостого хода при этом 21.6 вольта. Бывают батареи с с другим количеством ячеек, для систем на 24 вольта изготавливаются солнечные панели на 72 ячейки, а так-же на 60 ячеек.
Один солнечный элемент выдаёт напряжение максимум 0,6 вольт, но достаточно большой ток. Например ячейка размером 156×156мм с эффективностью 17% даёт ток короткого замыкания порядка 9А. Максимальная мощность одного элемента будет при просадке напряжения до 0,47-0,50 вольт. Таким образом батарея состоящая из 36 элементов будет максимально эффективна при напряжении 17-18 вольт. При этом ток под нагрузкой будет составлять чуть более 8 Ампер, а мощность порядка 150 ватт.
Но если мы используем простой PWM контроллер зарядки АКБ, то напряжение будет равно текущему напряжению аккумулятора. А если напряжение достигнет 14 вольт, то контроллер будет отключать солнечную батарею чтобы аккумулятор не перезарядился. Это я к тому что при заряде напряжение солнечной панели не 17-18 вольт, а 13-14 вольт, а это значит что батарея выдаёт не всю свою мощность, так-как ток она даёт всего 8А, отсюда 14*8=112 ватт. Таким образом 30% энергии просто теряется.
Такую-же мощность (112 ватт) можно получить если бы в солнечной батарее было не 36 элементов, а 28 элементов. При солнце была-ба такая-же мощность что и с 36 элементов, да хоть с 72 элемента, так-как ток не может быть больше 8 ампер, а напряжение проседает до напряжения АКБ. Но тогда в пасмурную погоду не будет зарядки, так-как напряжение упадет и будет ниже напряжения АКБ. Только для стабильной зарядки ставят лишние 8 солнечных элементов в батареи. Чтобы снимать до 98% энергии с солнечной батареи ставят MPPT контроллеры, которые держат панель в точке максимальной мощности и получаемую энергию преобразуют снижая напряжение на выходе и повышая ток. Так на входе контроллера будет 18 вольт и 8А, а на выходе 14 вольт и 10 Ампер.
Выпускают солнечные батареи и на 60 элементов, напряжение холостого хода которых 36 вольт, они предназначены для АКБ на 24 вольта, или если соединить две последовательно то для систем на 48 вольт. Такие батареи получаются дешевле, но в пасмурную погоду отдача панелей ниже чем у панелей состоящих их 72 элемента, и если совсем пасмурно то зарядки не будет. Но хочу отметить что в пасмурную погоду мощность солнечных батарей падает в 15-20 раз. И например если при солнце вы получали 100 ватт*ч энергии, то при затянутом облаками небе вы получите всего порядка 5 ватт. Я думаю нет особого смысла переплачивать на 30% больше за солнечные батареи чтобы в пасмурную погоду иметь такое небольшое преимущество. Хотя лучше всего чтобы снимать 98% энергии использовать MPPT контроллер.
Многие спрашивают что лучше, монокристаллические батареи или поликристаллические?
Монокристаллические панели немного дороже так-как в их производстве ячеек используется кремний высокой очистки, до 100%, и процесс образования кристаллов происходит при 1300°. КПД монокристаллических панелей немного выше, и кристаллы в ячейках направлены строго параллельно, и однородны. От этого максимальный КПД только при прямых солнечных лучах, а при свечении под углом КПД значительно падает.
Поликристаллические ячейки производятся методом осаждения паров кремния при температуре 300°, и кристаллы усаживаются неравномерно, и направлены в разные стороны. Из-за этого ниже КПД, но они лучше работают при рассеянном свете, и высоких температурах.
Но разница совсем незначительна, и зависит от качества самих ячеек, их светочувствительности и других факторов. В итоге разница не превышает 5%, и это заметно только в пасмурную погоду. Или при очень острых углах падения солнечных лучей.
e-veterok.ru Солнечная батарея это источник электрической энергии, основанный на работе фотоэлектрических преобразователей. Преимуществами солнечных батарей является отсутствие подвижных элементов, их высокая надежность и стабильность. И все это практически без ограничения срока службы. Недостатки батарей это их высокая стоимость и относительно низкий уровень КПД. Конструкция, состоящая из модулей, позволяет создавать узлы любой мощности и различным уровнем напряжения. Солнечная батарея это фотоэлектрический генератор, действие которого основано на физических свойствах полупроводников: электроны выбиваются фотонами света из внешней оболочки атомов. Электрический ток возникает при замыкании цепи. Для получения необходимого напряжения и мощности, модули соединяют параллельно или последовательно. - солнечная батарея служит более 25 лет - средний КПД солнечной батареи составляет 14% - напряжение каждой пластины кремниевого элемента составляет: с нагрузкой 0.5 В, без нагрузки 0.6 В (при инсоляции 1 кВт на кв. метр) - кремний является вторым по распространённости элементом во вселенной, хотя на солнечную энергетику его идет всего 2% - нехватка кремния в мире оценивается в 10000-15000 тонн в год - ежегодно в РФ производится около 5-6 МВт солнечных батарей, на внутреннем рынке в продажу идет всего 150кВт - в планах Швеции на 2020 год - полностью отказаться от УГВ топлива - в Германии на протяжении нескольких лет функционирует государственная программа "100000 солнечных крыш" - в США существует аналогичный проект - "Миллион солнечных крыш" Виды солнечных батарей Фотоэлектрические преобразователи (фотоэлементы) - это полупроводниковые устройства, которые прямо преобразуют солнечную энергию в электрическую. Несколько преобразователей соединенных цепью именуются солнечной батареей. Гелиоэлектростанции (ГЕЭС) - это солнечные установки, которые используют сконцентрированное солнечное излучение как источник энергии для приведения в действие тепловых агрегатов (паровая, газотурбинная, термоэлектрическая и пр. типы машин). Солнечные коллекторы (СК) - это основанные на действии солнечной энергии низкотемпературные нагревательные конструкции. Современные солнечные батареи можно разделить на несколько типов: 1) Маломощные солнечные батареи - их используют для подзарядки мобильных телефонов, КПК и прочих подобных вещей. Они обладают небольшой площадью фотомодулей и весьма дорогостоящи. Это больше игрушка, чем батарея. 2) Солнечные батареи универсального типа - они изготовлены для энергоснабжения потребителя в полевых условиях. Импортные батареи имеют высокий уровень качества изготовления и дизайн, обладают дополнительными переходниками и зачастую сносной стоимостью. Отечественные солнечные батареи могут быть как заводские, так и полусерийные. Уровни цены и качества варьируют. Исходя из этого, покупая батареи, стоит рассматривать их каждую индивидуально. Этот тип солнечных батарей часто распространен среди туристов. 3) Панели солнечных элементов – это чаще всего комплект фотопластин, которые закреплены на основании. Фактически это заготовка для построения более сложных и практичных для потребителя устройств на основе этих конструкций. Типы солнечных батарей На территории СНГ наиболее распространены солнечные батареи следующих трех типов: Электроника МЧ/1, БСК-1 и БСК-2. Эти солнечные батареи выпускаются, либо раньше выпускались многими радиоэлектронными заводами. В продаже встречаются импортные, в основном их изготовителями являются Китай и Корея, солнечные батареи, аналогичные по характеристикам батареям Электроника МЧ/1, БСК-1 и БСК-2. Эти типы солнечных батарей обеспечивают силу зарядного тока аккумуляторной батареи в пределах не более 35-50 миллиампер. Причем этот ток достигается при отличном солнечном освещении. Таким образом, при помощи общераспространенных солнечных генераторов можно подзарядить маломощные аккумуляторные батареи имеющие емкость не больше 0,45 А/ч. Стоит заметить, что аккумуляторные батареи ЦНК-0,45 обладают такой емкостью. Нужно учесть, что в летний период, особенно в июне и июли, световой промежуток, в который генератор эффективно вырабатывает электричество, в среднем продолжается не более 8-9 часов. Наибольшей производительности солнечные батареи достигают с 9 до 17 часов. Далее сила тока солнечных батарей снижается. Снижается ток, вырабатываемый солнечными батареями и при облачной погоде. Ориентировка фотоэлементов на положение Солнца, поможет увеличить генерируемый батареями ток, но регулировать их с целью поиска лучшего освещения нелегко. Зарядка/подзарядка аккумуляторных батарей Как выяснилось, при необходимом количестве фотоэлементов можно сконструировать солнечные батареи практически с любыми характеристиками, способные снабдить зарядом любой тип аккумуляторов. Все упирается только в цену, которую покупатель готов отдать за такие батареи. Безусловно, стоит помнить, что мощные солнечные батареи будут занимать значительную площадь для их установки. Необходимо также подметить, если солнечная батарея освещается полноценно короткий промежуток времени, то рекомендуется использовать солнечный генератор, обеспечивающий ускоренный зарядный ток, сила которого расположена в пределах разницы 0,15-0,3 от емкости аккумуляторных батарей. Зачастую в радио экспедициях высокопроизводительная работа представляется возможной и в ночное время. В темное время суток прохождение волн на многих частотных диапазонах улучшается, включается большое количество местных радиостанций. Применение солнечных модулей позволяет ночью разряжать аккумуляторные батареи во время эфирной работы, а в дневное время произвести их зарядку. Если солнечная батарея выдает силу тока, меньшую чем необходимый зарядный ток (меньше 0,08 от емкости аккумулятора), то в этом случае речь идет не о зарядке аккумулятора, а о его подзарядке. Это значит, что в светлое время суток солнечная батарея должна постоянно быть подключена к аккумуляторной батарее, постоянно ее подзаряжая. В этом процессе нужно контролировать, что бы напряжение на одном элементе аккумулятора было не менее 1,1-1,25 вольт во время его работы. Если напряжение менее 1,1 вольт, то аккумулятор нужно убрать с работы и установить на зарядку. Иначе за короткий промежуток времени напряжение на пластинах аккумуляторной батареи упадет до 1,05 вольта, а разряженную до такой степени батарею уже невозможно будет использовать без продолжительной и сильной зарядки. Это говорит о том, что всегда нужно проверять напряжение на аккумуляторе под нагрузкой. Разрядные и зарядные характеристики никель/кадмиевых аккумуляторов Для более углубленного понимания процесса зарядки аккумулятора солнечной батареей стоит рассмотреть характеристики элементов солнечных батарей. Кривая зависимости силы тока одного из элементов солнечной батареи типа БСК-2 от величины напряжения на нем отображается на графике. Этот график снимается при наиболее приемлемом освещении солнечного фотоэлемента. Такой график можно соотнести и к другим солнечным элементам батареи. Безусловно, значение максимальной силы тока зависит от мощности самого элемента солнечной батареи. Для снятия такого графика к освещенному солнцем фотоэлементу подсоединяют переменный резистор. Изменяя сопротивление переменного резистора, измеряют силу тока, поступающего в резистор и его напряжение на элементе батареи. При работе элемента солнечной батареи в нормальных условиях и без нагрузки, напряжение ЭДС на нем должно составлять примерно 0,6 В. При включении нагрузки, а после этого при уменьшении сопротивления батареи, сила тока под нагрузкой начнет расти. Напряжение на нагрузке в это время сатанеет падать. Напряжение около 0,45 В на нагрузке является наиболее благоприятным режимом функционирования солнечного элемента батареи. Если попытаться увеличить забор тока, то напряжение на фотоэлементе упадет, а ток, который им генерируется, продолжит оставаться почти неизменным. Все это говорит о том, что солнечные батареи являются почти идеальными источниками тока, а это то, что необходимо для зарядки аккумуляторных батарей. Для измерения силы тока одного элемента солнечной батареи был выстроен график зависимости рассеиваемых мощностей при сопротивлении нагрузок солнечных элементов. Этот график был снят при необходимой освещенности солнечного фотоэлемента. Чтобы построить график потребовалось измерить нагрузочное сопротивление фотоэлемента при разнообразных напряжениях в нем. После чего, исходя из значений нагрузочного сопротивления, и силы тока, протекающего в нагрузку, был выстроен график мощности, рассеиваемой под нагрузкой. Из него видно, что предельная мощность, которую отдает в нагрузку солнечный элемент, будет равняться при напряжении и нагрузке 0,45 В. Наиболее благоприятное напряжение при нагрузке (0,45 вольт) отлично от напряжения по ЭДС (0,6 В) в 0,75 раз. Отсюда следует, что для зарядки аккумуляторных батарей существует возможность применения генератора солнечной энергии, который имеет величину максимального генерируемого тока равную примерно силе тока зарядки аккумуляторов. В таком случае солнечная батарея в автоматическом режиме будет заряжать аккумуляторы нужным зарядным током при собственном освещении. Солнечную батарею следует подключать к аккумулятору через светодиод. Это нужно для того, чтобы при низком уровне солнечного освещения напряжение на элементах солнечной батареи может упасть ниже уровня напряжения на заряжаемом аккумуляторе. При этом аккумулятор вместо того чтоб заряжаться, станет разряжаться благодаря внутреннему сопротивлению солнечного электрогенератора. Буферный конденсатор C1 незаменим, если, аккумуляторные батареи будут использованы для работы в то время, когда заряжаются или подзаряжаются. Подсоединение солнечной батареи к аккумуляторам Миллиамперметр включается с солнечной батареей последовательным соединением. Его включение в цепь очень желательно. Потому что он отображает, какую величину тока потребляет аккумуляторная батарея от солнечного генератора, что предоставляет возможность определять, находится ли аккумуляторная батарея под зарядным или тренировочным токами и функционирует ли в этот момент солнечная батарея. Вместо миллиамперметра можно использовать записывающий индикатор от старого аудиомагнитофона. Шунт для такого индикатора изготовить достаточно легко. На типовой резистор «МЛТ-0,5» наматывается 1м провода ПЭЛ-0,1. К микроамперметру параллельным соединением подключается шунт и измеряется величина максимального тока, который он может измерять. Предположим, вышло 100 мА. А для зарядки аккумулятора используется батарея с максимально допустимым током 40 мА. Соответственно шкалу в 50 мА иметь гораздо удобнее. Для того, чтобы достичь такую максимальную силу тока отклонений микроамперметра, сопротивление шунта нужно вдвое увеличить. Для этого предстоит удлинить провод шунта до 2м. В соответствии с этим можно произвести практический подгон шунта и для прочих величин отклонения миллиамперметра. В полевых условиях возможно считать аккумулятор заряженным, если напряжение на его пластинах под нагрузкой равна величине не меньшей 1,25 вольт на элемент, и их ЭДС равна не менее 1,36 вольт на элемент. Если солнечную батарею использовать только лишь для подзарядки аккумулятора, то ее нужно совершать по мере надобности - по мере разряда аккумуляторной батареи. При негативных условиях подзаряд батарей может длиться весь день. В ночное время нет необходимости отключать солнечную батарею от аккумулятора, т.к. он будет отключен автоматически при помощи светодиода «VD1». Расчеты параметров солнечных батарей Можно привести пример расчетов солнечного электрогенератора, необходимого для зарядки аккумуляторных батарей. Как изображено на графиках, в процессе зарядки аккумуляторов напряжение на них будет колебаться в пределах 1,4 В. Для электропитания различной аппаратуры в походных условиях, чаще всего применяется напряжение в 12В. Такое напряжение обеспечат 10 никель/кадмиевых аккумуляторов, заключенных в последовательную цепь. Для заряда батареи состоящей из 10 никель/кадмиевых аккумуляторов, соединенных последовательной цепью, нужно обеспечить напряжение, которое будет равным 14 В (10*1,4=14). При наивысшем КПД солнечной батареи, когда напряжение на одном световом элементе станет 0,45 вольт, напряжение в 14 В может выдать солнечная батарея, которая будет состоять из 31 модуля (14/0,45=31). Стоит учесть снижение напряжения на светодиоде, которое равно 0,7 В. Отсюда следует, что солнечной батарее необходимо иметь еще два дополнительных элемента. Сумма количества светоэлементов в батарее станет равно 33 (31+2=33). Напряжение свето-ЭДС солнечной батареи состоящей из 33 модулей будет равным 19,8 В. Итак, для заряда аккумулятора напряжением в12 вольт, нужна солнечная батарея с напряжением фото ЭДС практически в 20 вольт. Батарею такого типа можно построить своими силами применяя отдельные фотоэлементы либо цепь из нескольких батарей. В документации на солнечную батарею указывается напряжение фото ЭДС. Продаются батареи напряжением фото ЭДС равным 12 и 9 вольт. Так что, при оптимальном сопротивлении, напряжение солнечных батареях составит примерно 6,75 В, для 9 В батареи, и соответственно 9 В для 12 В батареи. Цепь состоящую из двух последовательно подсоединенных солнечных батарей, имеющих напряжение свето-ЭДС в 9 и 12 В можно успешно применять для зарядки 12 В аккумулятора. Превышение суммы напряжения на 1 В допустимо. Оно будет покрыто некоторым снижением выходного напряжения солнечного генератора, которое будет по причине неравномерной освещенности световых элементов, из которых состоит батарея. Также, не стоит забывать, о том что сила тока солнечной батареи не должен быть выше силы зарядного тока аккумуляторной батареи. Цепь, в составе которой две солнечных батареи напряжением в 9 вольт обеспечит глубокую зарядку аккумулятора. Они осуществят только его подзарядку, на уровень не больше 20-25% от желаемого заряда. Но подключенный к 12 В аккумуляторной батарее солнечный электрогенератор с фото ЭДС в18 В помогает "разгрузить" работу этого аккумулятора. Он поможет сгладить высокие токовые нагрузки и сможет обеспечить по мере возможности подзарядку аккумулятора. Автор: Строймарт www.stroymart.com.ua Наука подарила нам время, когда технология использования энергии солнца стала общедоступной. Заполучить солнечные батареи для дома имеет возможность всякий собственник. Дачники не отстают в этом вопросе. Они чаще оказываются вдали от централизованных источников устойчивого электроснабжения. Познание устройства, принципов работы и расчета рабочих узлов гелиосистемы приближает реальность обеспечения своего участка природным электричеством. Содержание статьи: Когда-то пытливые умы открыли для нас природные вещества, вырабатывающие под воздействием частиц света солнца, фотонов, электрическую энергию. Процесс назвали фотоэлектрическим эффектом. Ученые научились управлять микрофизическим явлением. На основе полупроводниковых материалов они создали компактные электронные приборы – фотоэлементы. Производители освоили технологию объединения миниатюрных преобразователей в эффективные гелиопанели. КПД панельных солнечных модулей из кремния широко производимых промышленностью 18-22%. Из описания схемы наглядно видно: все комплектующие элементы электростанции одинаково важны – от их грамотного подбора зависит согласованная работа системы (+) Из модулей собирается солнечная батарея. Она является конечным пунктом путешествия фотонов от Солнца до Земли. Отсюда эти составляющие светового излучения продолжают свой путь уже внутри электрической цепи как частицы постоянного тока. Они распределяются по аккумуляторам, либо подвергаются трансформации в заряды переменного электротока напряжением 220 вольт, питающего всевозможные домашние технические устройства. Солнечная батарея представляет собой комплекс последовательно соединенных полупроводниковых устройств — фотоэлементов, преобразующих солнечную энергию в электрическую Гелиопанели-модули собираются из солнечных элементов, иначе – фотоэлектрических преобразователей. Массовое применение нашли ФЭП двух видов. Они отличаются используемыми для их изготовления разновидностями полупроводника из кремния, это: Поликристаллические солнечные элементы плоской квадратной формы с неоднородной поверхностью. Монокристаллические выглядят как тонкие однородной поверхностной структуры квадраты со срезанными углами (псевдоквадраты). Так выглядят ФЭП – фотоэлектрические преобразователи: характеристики солнечного модуля не зависят от разновидности применяемых элементов – это влияет лишь на размеры и цену Панели первого исполнения при одинаковой мощности больше размером, чем вторые из-за меньшей эффективности (18% против 22%). Но процентов, в среднем, на десять дешевле и пользуются преимущественным спросом. Галерея изображений Фото из Монокристаллический элемент солнечной батареи Минусовые токоведущие линии на пластине Поликристаллические элементы для сборки солнечной батареи Стороны поликристаллического элемента гелиосистемы Когда проводишь взглядом по загадочно звучащим названиям узлов, входящих в состав системы питания солнечным светом, приходит мысль о супертехнической сложности устройства. На микроуровне жизни фотона это так. А наглядно общая схема электрической цепи и принцип ее действия выглядят очень даже просто. От светила небесного до «лампочки Ильича» всего четыре шага. Солнечные модули – первая составляющая электростанции. Это тонкие прямоугольные панели, собранные из определенного числа стандартных пластин-фотоэлементов. Производители делают фотопанели различными по электрической мощности и напряжению, кратному 12 вольтам. Галерея изображений Фото из Установка солнечных панелей на скатах крыши Монтаж на террасах, верандах, балконах мансард Гелиосистема на покатой крыше пристройки Внутренний блок солнечной мини электростанции Расположение на свободной площадке участка Сооруженный на улице блок аппаратуры для батареи Сборка солнечной панели из готовых батарей Изготовление солнечной батареи своими руками Устройства плоской формы удобно располагаются на открытых для прямых лучей поверхностях. Модульные блоки объединяются при помощи взаимных подключений в гелиобатарею. Задача батареи преобразовывать получаемую энергию солнца, выдавая постоянный ток заданной величины. Аккумуляторы – известные всем устройства накопления электрического заряда. Их роль внутри системы энергоснабжения от солнца традиционна. Когда домашние потребители подключены к централизованной сети, энергонакопители запасаются электричеством. Они также аккумулируют его излишки, если для обеспечения расходуемой электроприборами мощности достаточно тока солнечного модуля. Аккумуляторный блок отдает цепи требуемое количество энергии и поддерживает стабильное напряжение, как только потребление в ней возрастает до повышенного значения. То же происходит, например, ночью при неработающих фотопанелях или во время малосолнечной погоды. Схема энергообеспечения дома с помощью солнечных батарей отличается от вариантов с коллекторами возможностью накапливать энергию в аккумуляторе (+) Контроллер – электронный посредник между солнечным модулем и аккумуляторами. Его роль регулировать уровень заряда аккумуляторных батарей. Прибор не допускает их закипания от перезарядки или падения электрического потенциала ниже определенной нормы, необходимой для устойчивой работы всей гелиосистемы. Инвертор – переворачивающий, так дословно объясняется звучание этого слова. Да, ведь на самом деле, этот узел выполняет функцию, когда-то казавшуюся электротехникам фантастикой. Он преобразует постоянный ток солнечного модуля и аккумуляторов в переменный с разностью потенциалов 220 вольт. Именно такое напряжение является рабочим для подавляющей массы бытовых электроустройств. Поток солнечной энергии пропорционален положению светила: устанавливая модули, хорошо бы предусмотреть регулировку угла наклона в зависимости от времени года Удовольствие иметь собственную гелиостанцию стоит пока немало. Первая ступень на пути к обладания могуществом энергии солнца – определение оптимальной пиковой нагрузки в киловаттах и рационального среднесуточного энергопотребления в киловатт-часах домашнего или дачного хозяйства. Пиковая нагрузка создается необходимостью включения сразу нескольких электрических приборов и определяется их максимальной суммарной мощностью с учетом завышенных пусковых характеристик некоторых из них. Подсчет максимума потребляемой мощности позволяет выявить, жизненно нужна одновременная работа каких электроприборов, а которых не очень. Такому показателю подчиняются мощностные характеристики узлов электростанции, то есть итоговая стоимость устройства. Суточное энергопотребление электроприбора измеряется произведением его индивидуальной мощности на время, что он проработал от сети (потреблял электроэнергию) в течение суток. Общее среднесуточное энергопотребление рассчитывается как сумма израсходованной энергии электричества каждым потребителем за суточный период. Последующий анализ и оптимизация полученных данных о нагрузках и энергопотреблении обеспечат нужную комплектацию и последующую работу солнечной энергосистемы с минимальными затратами (+) Результат потребления энергии помогает рационально подойти к расходу солнечного электричества. Итог вычислений важен для дальнейшего расчета емкости аккумуляторов. От этого параметра цена аккумуляторного блока, немало стоящего компонента системы, зависит еще больше. Процесс вычислений в буквальном смысле начинается с горизонтально расположенного, в клеточку, развернутого тетрадного листа. Легкими карандашными линиями из листка получается бланк с тридцатью графами, а строками по количеству домашних электроприборов. Первая колонка чертится традиционная – порядковый номер. Второй столбик – наименование электроприбора. Третий – его индивидуальная потребляемая мощность. Столбцы с четвертого по двадцать седьмой – часы суток от 00 до 24. В них через горизонтальную дробную черту заносятся:— в числитель – время работы прибора в период конкретного часа в десятичном виде (0,0),— в знаменатель – вновь его индивидуальная потребляемая мощность (это повторение нужно для подсчета часовых нагрузок). Двадцать восьмая колоночка – суммарное время, которое работает бытовое устройство в течение суток. В двадцать девятую – записывается персональное энергопотребление прибора как результат умножения индивидуальной потребляемой мощности на время работы за суточный период. Составление развернутой спецификации потребителей с учетом почасовых нагрузок поможет оставить больше привычных приборов, благодаря их рациональному использованию (+) Тридцатая колонка тоже стандартная – примечание. Она пригодится для промежуточных подсчетов. Следующий этап расчетов – превращение тетрадного бланка в спецификацию бытовых потребителей электроэнергии. С первой колонкой понятно. Здесь проставляются порядковые номера строк. Во втором столбике вписываются наименования потребителей энергии. Рекомендуется начинать заполнение электроприборами прихожей. Далее описываются другие помещения против или по часовой стрелке (кому как удобно). Если есть второй (и т.д.) этаж, процедура та же: от лестницы – вкруговую. При этом не надо забывать про приборы на лестничных пролетах и уличное освещение. Третью графу с указанием мощности напротив названия каждого электрического прибора лучше наполнять попутно со второй. Столбцы с четвертого по двадцать седьмой соответствуют всякий своему часу суток. Для удобства их сразу можно прочеркнуть горизонтальными линиями посередине строк. Полученные верхние половины строчек – как бы числители, нижние – знаменатели. Эти столбцы заполняются построчно. Числители выборочно оформляются как временные интервалы десятичного формата (0,0), отражающие время работы данного электроприбора в тот или иной конкретный часовой период. Параллельно там, где проставляются числители, вписываются знаменатели с показателем мощности прибора, взятой из третьей графы. После того, как все часовые столбцы заполнены, переходят к подсчетам индивидуального суточного рабочего времени электроприборов, двигаясь по строчкам. Результаты фиксируются в соответствующих ячейках двадцать восьмой колоночки. В случае, когда солнечная электростанция играет вспомогательную роль, чтобы система не работала вхолостую, часть нагрузки можно подключить к ней на постоянное питание (+) На основе мощности и рабочего времени последовательно вычисляется суточное энергопотребление всех потребителей. Оно отмечается в ячеях двадцать девятого столбика. Когда все строки и столбики спецификации заполнены, производят расчеты итогов. Складывая пографно мощности из знаменателей часовых столбцов, получают нагрузки каждого часа. Просуммировав сверху вниз индивидуальные суточные энергопотребления двадцать девятой колоночки, находят общее среднесуточное. Расчет не включает собственное потребление будущей системы. Этот фактор учитывается вспомогательным коэффициентом при последующих итоговых вычислениях. Если питание от гелиоэлектростанции планируется как резервное, данные о почасовых потребляемых мощностях и об общем среднесуточном энергопотреблении помогают минимизировать расход дорогого солнечного электричества. Этого добиваются, исключая из пользования энергоемкие потребители до момента восстановления централизованного электроснабжения, особенно в часы максимальных нагрузок. Если солнечная энергосистема проектируется как источник постоянного электрообеспечения, тогда результаты часовых нагрузок выдвигаются вперед. Важно так распределить потребление электричества в течение суток, чтобы убрать намного преобладающие максимумы и сильно проваливающиеся минимумы. Исключение пиковой, выравнивание максимальных нагрузок, устранение резких провалов энергопотребления во времени позволяют подобрать наиболее экономичные варианты узлов солнечной системы и обеспечивают стабильную, главное, безаварийную долговременную работу гелиостанции. График раскроет неравномерность энергопотребления: наша задача – сдвинуть максимумы на время наибольшей активности солнца и уменьшить общий суточный расход, особенно ночной. Представленный чертеж показывает превращение полученного на основе составленной спецификации нерационального графика в оптимальный. Показатель суточного потребления снижен с 18 до 12 кВт/ч, среднесуточная почасовая нагрузка с 750 до 500 Вт. Такой же принцип оптимальности пригодится при использовании варианта питания от солнца в качестве резервного. Излишне тратиться на увеличение мощности солнечных модулей и аккумуляторных батарей ради некоторого временного неудобства, возможно не стоит. Для упрощения расчетов будет рассматриваться версия применения солнечной батареи как основного для дачи источника электрической энергии. Потребителем выступит условный дачный домик в Рязанской области, где постоянно проживают с марта по сентябрь. Наглядности рассуждениям придадут практические вычисления, основывающиеся на данных опубликованного выше рационального графика почасового энергопотребления: Значения потребуются в расчетах суммарной емкости солнечных приборов и прочих рабочих параметров. Галерея изображений Фото из Шаг 1: Подготовка к сооружению мини электростанции Шаг 2: Стандартная комплектация солнечной батареи Шаг 3: Транспортировка элементов гелиосистемы Шаг 4: Сборка батарей согласно инструкции производителя Шаг 5: Угол наклона элемента солнечной электростанции Шаг 6: Специфика расположения солнечной панели Шаг 7: Установка аппаратуры для управления гелиосистемой Шаг 8: Сборка масштабной солнечной электростанции Внутреннее рабочее напряжения всякой гелиосистемы основывается на кратности 12 вольтам, как самого распространенного номинала аккумуляторных батарей. Наиболее широко узлы гелиостанций: солнечные модули, контроллеры, инверторы – выпускаются под популярные напряжения 12, 24, 48 вольт. Более высокое напряжение позволяет использовать питающие провода меньшего сечения – а это повышенная надежность контактов. С другой стороны, вышедшие из строя аккумуляторы сети 12В, можно будет заменять по одному. В 24-вольтовой сети, рассматривая специфику эксплуатации аккумуляторных батарей, придется производить замену только парами. Сеть 48V потребует смены всех четырех батарей одной ветки. К тому же, при 48 вольтах уже существует опасность поражения электрическим током. При одинаковой емкости и примерно равной цене следует приобретать аккумуляторы с наибольшей допустимой глубиной разряда и более максимальным током Главный выбор номинала внутренней разности потенциалов системы связан с мощностными характеристиками выпускаемых современной промышленностью инверторов и должен учитывать величину пиковой нагрузки: Выбирая между надежностью проводки и неудобством замены аккумуляторов, для нашего примера остановимся на надежности. В последующем будем отталкиваться от рабочего напряжения рассчитываемой системы 24 вольта. Формула расчета требуемой от солнечной батареи мощности выглядит так: Рсм = ( 1000 * Есут ) / ( к * Син ) Где: Узнать значение инсоляции можно у региональной метеорологической службы. Оптимальный угол наклона солнечных панелей равен значению широты местности: Рассматриваемая в нашем примере Рязанская область находится на 55-й широте. Наибольшая мощность солнечных батарей достигается использованием систем слежения, сезонным изменением угла наклона панелей, применением смешанного дифферента модулей Для взятого времени с марта по сентябрь лучший нерегулируемый наклон солнечной батареи равен летнему углу 40⁰ к поверхности земли. При такой установке модулей усредненная суточная инсоляция Рязани в этот период 4,73. Все цифры есть, выполним расчет: Если брать за основу солнечной батареи 100-ваттные модули, то потребуется их 36 штук. Будут весить они килограмм 300 и займут площадь размером где-то 5 х 5 м. Подбирая аккумуляторные батареи нужно руководствоваться постулатами: Если взять для расчета показательный аккумулятор напряжением 12 вольт емкостью 100 ампер/час, несложно подсчитать, целый час он сможет обеспечить энергией потребителей суммарной мощностью 1200 ватт. Но это при полной разрядке, что крайне нежелательно. Для длительной работы аккумуляторных батарей НЕ рекомендуется снижать их заряд ниже 70%. Предельная цифра = 50%. Принимая за «золотую середину» число 60%, кладем в основу последующих вычислений энергозапас 720 Вт/ч на каждые 100 А*ч емкостной составляющей аккумулятора (1200 Вт/ч х 60%). Возможно, покупка одного аккумулятора емкостью 200 А*ч обойдется дешевле приобретения двух по 100, да и количество контактных соединений батарей уменьшится Первоначально устанавливать аккумуляторы необходимо 100% заряженными от стационарного источника тока. Аккумуляторные батареи должны полностью перекрывать нагрузки темного времени суток. Если не повезет с погодой, поддерживать необходимые параметры системы и днем. Важно учесть, что переизбыток аккумуляторов приведет к их постоянному недозаряду. Это значительно уменьшит срок службы. Наиболее рациональным решением видится укомплектование блока батареями с энергозапасом, достаточным для покрытия одного суточного энергопотребления. Чтобы узнать требующуюся суммарную емкость батарей, разделим общее суточное энергопотребление 12000 Вт/ч на 720 Вт/ч и умножим на 100 А*ч: Итого для нашего примера потребуется 16 аккумуляторов емкостью 100 или 8 по 200 А*ч, подключенных последовательно-параллельно. Грамотный подбор контроллера заряда аккумуляторных батарей (АКБ) – задача весьма специфичная. Его входные параметры должны соответствовать выбранным солнечным модулям, а выходное напряжение – внутренней разности потенциалов гелиосистемы (в нашем примере – 24 вольта). Хорошему контроллеру обязательно надлежит обеспечивать: Этот небольшой по размерам узел – очень важный компонент. Если часть потребителей (например, освещение) перевести на прямое питание 12 вольт от контроллера, инвертор понадобится менее мощный, значит более дешевый От правильного выбора контроллера зависит безаварийная работа дорогостоящего аккумуляторного блока и сбалансированность всей системы. Инвертор выбирается такой мощности, чтобы смог обеспечивать долговременную пиковую нагрузку. Его входное напряжение обязано соответствовать внутренней разности потенциалов гелиосистемы. Для лучшего варианта подбора рекомендуется внимание обращать на параметры: Наиотличнейшее исполнение – инвертор со встроенной функцией контроллера. Видеофильмы наглядно раскроют тему статьи. Показ установки солнечных батарей на крышу дома своими руками: Выбор аккумуляторных батарей для гелиосистемы, виды, отличия: Дачная солнечная электростанция для тех, кто все делает сам: Рассмотренные пошаговые практические приемы расчетов, основной принцип эффективной работы современной солнечной панельной батареи в составе домашней автономной гелиоэлектростанции помогут хозяевам и большого дома густонаселенного района, и дачного домика в глуши обрести энергетическую суверенность. sovet-ingenera.com Солнечные батареи можно купить для электроснабжения частного дома, дачи или другого помещения. Сложность их выбора состоит в необходимости создания сбалансированной системы из разных элементов. К ним относятся: фотопанели и аккумулятор, инвертор и контроллер. Солнечная батарея представляет собой независимый источник электроэнергии. Устройство состоит из ряда полупроводников, которые преобразовывают солнечное излучение в ток. Размер поглощающих панелей варьируется от пары миллиметров до нескольких метров. Батарея состоит из двух слоев с разной проводимостью. Солнечная энергия выбивает электроны из катода и они попадают в пустоши анода. Получается их круговорот. Исторически первым фотоэлементом был селен. Но его производительность была низкой. В 1954 представители телекоммуникационной компании США предложили заменить его кремнием. И уже через 4 года был запущен спутник на фотоэлементе из него. Эффективность монокристаллического материала составляет 17 %, а поликристаллического – 15 %. Со времен производства первых солнечных батарей их стоимость существенно упала. Для продолжительности срока службы, устройства элементы шунтуются диодами. Что уменьшает итоговое сопротивление цепи. Обычно их размещают на каждой четверти длины батареи. Такая конструкция особенно важна, когда часть панелей находится в тени. Диоды не позволяют превращаться им в потребителей тока. Накапливаемое электричество сохраняется в аккумуляторе. Напряжение которого меньше, чем поступающий потенциал. Процесс заряда и его скорость проверяется специальным контроллером. Эффективными считаются свинцовые и гелевые устройства для накопления энергии. Срок их эксплуатации составляет 10 - 15 лет. Избыточный ток поглощает резистор. Для преобразования постоянного напряжения в переменное используют инверторы. Производительность солнечной батареи зависит от угла ее наклона и стороны света, в которую она направлена. Так, максимальный результат будет от такого размещения устройства: Покупают солнечные батареи для дачи, частного дома, отелей в курортных городах. Пользователи отмечают ряд их конкурентных преимуществ: Использование солнечных батарей сопровождается рядом недостатков: Стоимость автономного энергоснабжения зависит от ее мощности и производительности. И чем она больше, тем меньше цена единиц ее составляющих. Мощные солнечные батареи можно купить от 330 до 530 у.е. Для того, чтобы обеспечить электроэнергией дом на 4 человека потребуется вложиться на 15 – 25 тыс. у.е. В Западной Европе спрос на альтернативные источники питания выше, поскольку там достаток людей выше. К тому же, есть возможность передачи накопленной энергии в общую сеть. При этом закупочная цена со стороны государства выше, чем тарифы при потреблении. Целесообразно использовать мощность солнечных батарей при недостатке электроэнергии в регионе. Например, в курортном городе, где в «сезон» вводятся ограничения потребления. Или же дом находится вдали от источника питания. И прокладка сети проводов дороже, чем стоимость батарей. Лучше использовать энергию солнца, когда ее поступление не закрывают туманы и плохая погода. Например, на юге страны на возвышенности. Для большей эффективности солнечной батареи следуйте инструкции установки, которая идет от производителя. При выборе системы солнечного источника питания, необходимо учитывать максимальную силу, требуемую от нее. Она вычисляется суммированием мощностей всех бытовых инструментов и других электропотребителей. Также надо определить среднесуточную норму. Она зависит от режима автономности от общей сети. Полная замена привычного источника питания, сопровождается отключением от городского электроснабжения. Требуемое количество мощности определяется по показателям счетчика за предыдущие периоды. При этом целесообразно учитывать возможных будущих электрических потребителей, задел на которые лучше сделать заранее. Обычно необходимо не менее 600 кВт в месяц для обеспечения дома на 3 – 4 человека. При частичном электроснабжении, основная мощность идет от сети, остальная – от солнечных батарей. Приборы, устройства и системы, требующие больше 2 кВт/ч или 5 кВт/сутки остаются на традиционном источнике питания. Например, пол с подогревом, электрический бойлер, стиральная машина, обогреватель, утюг. Для такого режима потребуется 2 – 2,5 кВт/ч. Умеренное электроснабжение меняет привычный стиль жизни. Емкие работы, как большая стирка, выполняются периодически 1 – 2 раза в месяц. В период высокой активности солнца. Нагрев воды также ограничивается до почасовой подачи. Для системы необходимо 150 кВт в месяц при возможном среднем потреблении энергии в 4 – 6 кВт/ч. Пиковая мощность может достигать 10 кВт/ч. При базовом режиме используется 100 кВт в месяц. Хозяева находятся в состоянии экономии энергии, постоянно контролируют включение света и других потребителей тока. Работы, требующие большой мощности, проводятся до обеда. Чтобы до вечера аккумулятор накопил достаточное количество заряда. Аварийный режим используется в экстренных ситуациях и в течение нескольких дней. После, предполагается восстановление привычного уровня электроснабжения от сети. Используется для обеспечения основных надобностей жителей дома. Среднее потребление энергии в сутки не превышает 2 кВт при пиковом значении в 6 кВт/ч. После определения уровня требуемой энергии можно приступать к выбору конкретной системы солнечных батарей. Солнечные батареи имеют такие характеристики: При выборе фотоэлементов необходимо учитывать все вышеперечисленные показатели. Для достижения необходимого уровня напряжения, панели параллельно соединяются в блоки. Важно понимать, что для объединения используются однотипные элементы. Но, если выбор между большой батареей или парой маленьких, то лучше отдать предпочтение первому варианту. Поскольку в нем отсутствуют дополнительные соединения, что увеличивает надежность конструкции. Обычно размеры панелей составляют 1 – 2 м² при мощности в 220 – 250 Вт. Современные батареи изготавливают из кремния. Сколько стоит солнечная батарея зависит от ее типа. Фотопанели бывают моно- и поликристаллические. Первые, отличаются большей эффективностью на уровне 17,5% при сравнительном показателе в 15% аналога. Но их стоимость выше. Но в готовой конструкции при пересчете получаемой энергии на затраты, стоимость 1 Ватт приблизительно равна. Срок эксплуатации панелей одинаковый. А вот активность солнца отличается не постоянством в разные периоды года. Поэтому предпочтительней приобретение монокристаллических фотоэлементов. Номинальное напряжение является показателем, на который рассчитано устройство в условиях нормальной работы. При этом максимальное - выше на 5 – 10 %. В случае с солнечными батареями отдайте предпочтение 24-х вольтовым панелям. Больший показатель встречается редко. А устройства на 12 В предназначены для малых систем. Их обычно используют по архитекторским соображениям, когда ограничено пространство под батарею. Установка способна работать при определенной температуре. Оптимальным решением является диапазон от -40°С до +90°С. По отзывам потребителей, солнечные батареи исправно функционируют в течение 20 – 25 лет. При этом их эффективность снижается на 7 – 8 % каждые 10 лет. Контроллер монтируется между солнечной батареей и аккумулятором. Он управляет уровнем напряжения, идущего от фотопанелей, в зависимости от уровня заряда накопителя энергии. Так при 100% накопления, предупреждается перезаряд отключением подачи напряжения в аккумулятор. Дорогостоящие технологии отслеживают изменение входящих потоков и балансируют их. Так достигается максимально возможная продуктивность батарей в любой период суток и времени года. Контроллеры Maximum Power Point Tracking целесообразно использовать в больших системах. А при обеспечении энергией частного дома достаточно упрощенной модели. Например, типа PWM. Такие устройства при уровне заряда аккумулятора от 80% уменьшают напряжение солнечной батареи и поддерживают его. Для сравнения контроллеры ON/OFF, которые являются самым дешевым аналогом, просто отключают систему. Также важно, чтобы контролирующий блок мог компенсировать температуру и предполагал выбор типа аккумуляторной батареи. Производители солнечных батарей при отказе от контроллера рекомендуют постоянно измерять вольтметром заряд аккумулятора. И при необходимости вручную отключать систему. Поскольку при перезаряде уменьшается срок службы накопителя. Инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное. Показатель входного напряжения должен соотноситься с мощностью устройства. Так при его силе в 600 Вт достаточно U = 24 В, и соответственно 48 В при большей мощности. Если говорить о видах инвертора, то меньше всего хлопот доставит синусоидальное устройство. Косвенным показателем является вес оборудования. Поскольку трансформатор отличается значительной массой, то условно на 100 Вт идет 1 кг инвертора. И поэтому качественный преобразователь в 1000 Вт весит 8 – 10 кг. Номинальная выходящая мощность должна равняться силе всех электрических потребителей. Аккумулятор стоит выбирать, исходя из количества энергии, которое он будет накапливать. Для этого определяется суточная потребность в энергии на разные потребители. При этом делается корректировка в дополнительные 10% на потери преобразования в инверторе. Если солнечные батареи будут автономным источником питания, то важно максимальное возможное количество заряда аккумулятора. А при резервном или аварийном режиме системы необходимо отдавать предпочтение аккумуляторам с большим сроком службы. Стартейные батареи нуждаются в постоянном обслуживании и используются при малой силе системы. Гелевые аналоги не так требовательны в уходе и способны накапливать больше энергии. Герметичные и заливные аккумуляторы обеспечивают длительное время работы при высоких мощностях. AGM используются преимущественно для резервного режима энергосбережения. При одинаковых характеристиках, лучшими реальными показателями будет обладать более тяжелый аналог. Солнечные батареи требуют большего ухода, чем стационарная сеть. Их поверхность надо систематически очищать от загрязнений. Таких как, птичий помет, пыль, следы от осадков. Так как загрязненные панели поглощают меньше солнечной энергии. Для чистки достаточно помыть их потоком воды из шланга. А для снятия снега использовать палку по типу старой швабры с резиновой прослойкой. Также необходимо обрезать ветки деревьев, которые кидают тень на поверхность батарей. В идеале лучше, чтобы в прилежащей территории дома высоких насаждений не было вовсе. Два раза в год проверяйте состояние креплений системы. При необходимости смените их. strport.ru Электротехнические параметры, которые указаны в паспорте солнечной панели – это статистические данные, полученные в результате лабораторных измерений при определенных условиях. Поэтому не стоит рассчитывать на получение указанных в паспорте параметров и реальных условиях. Необходимо учитывать, что указанные параметры солнечных панелей были вычислены при стандартных условиях тестирования (STC) солнечных панелей: Вольтамперная характеристика солнечной панели (ВАХ): На данном графике показана ВАХ солнечной панели, то есть зависимость тока от напряжения. Давайте рассмотрим основные электрические характеристики, показанные на данном графике: Uxx – напряжение холостого хода Iкз — ток короткого замыкания Up – напряжение максимальной мощности Ip – ток максимальной мощности Pm – максимальная мощность (на графике обозначена точкой пересечения пунктирных линий) И другие не менее важные характеристики, такие как номинальное напряжение и температурный коэффициент. Напряжение холостого хода (обозначается Uхх или Voc) – это напряжение солнечной панели без подключения нагрузки. Напряжение холостого хода можно измерить, подключив мультиметр на выводы солнечной панели (плюс к плюсу, минус к минусу), при этом нагрузка должна отсутствовать, то есть солнечная панель должна быть отключена от любых других приборов (контроллера инвертора, аккумулятора и т.д.). Ток, при напряжении холостого хода равен нулю, так как он никуда не течёт. Напряжение холостого хода указывается в паспорте, а также на шильдике сзади солнечной панели. Напряжение холостого хода важно для определения максимально возможного напряжения, которое может выдавать солнечная панель или несколько солнечных панелей, соединенных последовательно. Используя коэффициент температурной коррекции напряжения, можно вычислить максимально возможное напряжение солнечного модуля при низкой температуре. Это напряжение не должно быть выше, чем максимально допустимого напряжения контроллера или инвертора. Ток короткого замыкания (обозначается как Iкз или Isc) – максимальное значение тока в режиме холостого хода, то есть без нагрузки. В случае замыкания выводов панели между собой или же в случае пробоя проводника на землю возникнет ток такой величины. Теоретически – это максимальный ток, который выдает солнечная панель при стандартных условиях (STC). Но практически, когда мы подключаем реальную нагрузку к солнечной панели, ток уменьшается. Напряжение максимальной мощности (обозначается Uмм или Vmp) – это напряжение при работе солнечной панели с максимальной эффективностью, т.е. когда она выдает свою пиковую мощность при стандартных тестовых условиях (STC). При подключении солнечной панели к аккумулятору или нагрузке рабочее напряжение сильно отличается от напряжение максимальной мощности, порой на несколько вольт. Ток максимально мощности (обозначается Iмм или Imp) – это максимально возможный ток, который может давать солнечная панель под нагрузкой с напряжением максимальной мощности Vmp при стандартных тестовых условиях (STC). Максимальная мощность (обозначается Pm) – максимальная мощность солнечной панели при стандартных условиях тестирования (STC). Максимальная мощность равна произведению напряжения максимальной мощности на ток максимальной мощности (Pm= Vmp* Imp). Следовательно, если Вы приобретаете солнечную панель мощностью 100Вт, это означает, что она сможет выдавать 100 Вт только при освещенности 1000Вт/кв.м при температуре 25 градусов С и напряжении нагрузки в цепи равном напряжению максимальной мощности. Например, возьмем светодиодную лампочку, мощностью 60Вт 12В и подключим её к солнечной панели FSM-100M мощностью 100 Вт и Iкз=5,82 Ампер, тогда напряжение всей цепи увеличивается до напряжения нагрузки (12 В) и ток по закону Ома уменьшается и будет равен 5А (мощность подключаемой нагрузки 100Вт разделить на напряжение в цепи 12В). А если мы возьмем лампу 100Вт 12В и так же подключим к данной солнечной панели? Давайте посчитаем необходимый ток для этой лампочки: 100Вт/12В=8,33 А. Но данная панель не способна выдать такой ток для питания данной лампочки. При 12 В и стандартных условиях тестирования, мощность данной солнечной панели будет примерно 72 Вт (исходя из вольтамперной характеристики солнечной панели), а это означает, что при 12 В она сможет дать ток равный 6 А. А нам нужно 8,33 А. Лампочка в этом случае не загорится. Для того, чтобы повысить эффективность солнечных модулей используют специальный MPPT-контроллеры. Эти контроллеры, во-первых, в реальном времени отслеживают точку максимальной мощности при реальных условиях работы солнечной панели, когда освещенность НЕ 1000Вт/кв.м и температура отличается от 25 градусов по Цельсию. И из этих данных высчитывают напряжение и ток максимальной мощности солнечной. А во-вторых, они преобразуют напряжение максимальной мощности в напряжение в цепи под нагрузкой с пропорциональным увеличением тока. Номинальное напряжение – этот параметр используется только в случае, когда солнечная панель используются для заряда аккумуляторов. Так как напряжение на аккумуляторах – это не постоянная величина и меняется со степенью заряда аккумулятора, то было принято брать усредненное и округленное значение напряжения на аккумуляторе для простоты расчёта. По номинальному напряжению можно легко подобрать солнечные панели к аккумуляторам. Например, для аккумуляторов с номинальным напряжением необходима солнечная панель с номинальным напряжением 12В. Но это не значит, что реальное напряжение на аккумуляторе будет 12 В, оно может быть от 10 В до 14,4 В, в зависимости от типа аккумулятора и его степени заряда (10 В — он полностью разряжен, 14,4 В- он полностью заряжен.). Следовательно, и реальное напряжение на солнечной панели не будет равно 12 В, по аналогии с лампочкой: при прямом соединении солнечной панели к аккумуляторам, напряжение солнечной панели будет равно напряжению на аккумуляторе в данный момент времени. По мере заряда аккумулятора, её напряжение будет увеличиваться. Для того, чтобы полностью зарядить аккумулятор с номинальным напряжением 12В необходимо довести его до 14,5 В (или даже до 15 В, если заряд происходит при низкой температуре). Для этого необходимо зарядное устройство, выдающее напряжение до 15 В. Или любой другой источник напряжения, в нашем случае это солнечная панель. Для зарядки аккумулятора солнечная панель должна выдавать реальное напряжение не ниже 15 В. У солнечных панелей с номинальным напряжением 12 В конструктивно предусмотрено, что их напряжение максимальной мощности будет равно примерно 17 В и выше. Это необходимо для того, чтобы скомпенсировать потери при повышенной температуре или недостаточном освещении, а также потери на проводах. Так как реальные условия эксплуатации далеки от стандартных тестовых условий (STC). С появлением MPPT контроллеров для заряда 12 вольтовых уже необязательно иметь солнечную панель с тем же номинальным напряжением 12 В. Ведь MPPT контроллер преобразует напряжение солнечной панели с пропорциональным увеличением тока. Это позволило производителям солнечных панелей больше ориентироваться на мощность панелей и их размер, а не на напряжение. Так появились солнечные панели с напряжением, совершенно не связанным с напряжением на аккумуляторах. Теперь напряжение солнечных панелей определяется количеством солнечных элементов, соединенных последовательно. Каждый солнечный элемент имеет напряжение примерно 0,5 В. Так можно сказать, что солнечная панель, имеющая 36 последовательно соединенных солнечных элементов, имеет номинальное напряжение 12 В Температурный коэффициент – это коэффициент на который следует умножать основные электрические характеристики солнечной панели при изменении тестовой температуры данной солнечной панели. Например, если температурный коэффициент TK(Pm)=-0,45%/°С, то это означает, что при повышении температуры на каждый градус, максимальная мощность будет уменьшаться на 0,45%. То есть, если при 25°С, мощность солнечной панели 100Вт, то при 30°С её мощность значительно снизиться и будет равна примерно 97,75 Вт. autonomy-energy.ru В наше время практически каждый может собрать и получить в свое распоряжение свой независимый источник электроэнергии на солнечных батареях (в научной литературе они называются фотоэлектрическими панелями). Дорогостоящее оборудование со временем компенсируется возможностью получать бесплатную электроэнергию. Важно, что солнечные батареи – это экологически чистый источник энергии. За последние годы цены на фотоэлектрические панели упали в десятки раз и они продолжают снижаться, что говорит о больших перспективах при их использовании. В классическом виде такой источник электроэнергии будет состоять из следующих частей: непосредственно, солнечной батареи (генератора постоянного тока), аккумулятора с устройством контроля заряда и инвертора, который преобразует постоянный ток в переменный. Солнечные батареи состоят из набора солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей), которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в электрическую. Большинство солнечных элементов производят из кремния, который имеет довольно высокую стоимость. Этот факт определят высокую стоимость электрической энергии, которая получается при использовании солнечных батарей. Распространены два вида фотоэлектрических преобразователей: сделанные из монокристаллического и поликристаллического кремния. Они отличаются технологией производства. Первые имеют кпд до 17,5%, а вторые – 15%. Наиболее важным техническим параметром солнечной батареи, которая оказывает основное влияние на экономичность всей установки, является ее полезная мощность. Она определяется напряжением и выходным током. Эти параметры зависят от интенсивности солнечного света, попадающего на батарею. Электродвижущая сила отдельных солнечных элементов не зависит от их площади и снижается при нагревании батареи солнцем, примерно на 0,4% на 1 гр. С. Выходной ток зависит от интенсивности солнечного излучения и размера солнечных элементов. Чем ярче солнечный свет, тем больший ток генерируется солнечными элементами. Зарядный ток и отдаваемая мощность в пасмурную погоду резко снижается. Это происходит за счет уменьшения отдаваемой батареей тока. Если освещенная солнцем батарея замкнута на какую либо нагрузку с сопротивлением Rн, то в цепи появляется электрический ток I, величина которого определяется качеством фотоэлектрического преобразователя, интенсивностью освещения и сопротивлением нагрузки. Мощность Pн, которая выделяется в нагрузке определяется произведением Pн = IнUн, где Uн напряжение на зажимах батареи. Наибольшая мощность выделяется в нагрузке при некотором оптимальном ее сопротивлении Rопт, которое соответствует наибольшему коэффициенту полезного действия (кпд) преобразования световой энергии в электрическую. Для каждого преобразователя имеется свое значение Rопт, которая зависит от качества, размера рабочей поверхности и степени освещенности. Солнечная батарея состоит из отдельных солнечных элементов, которые соединяются последовательно и параллельно для того, чтобы увеличить выходные параметры (ток, напряжение и мощность). При последовательном соединении элементов увеличивается выходное напряжение, при параллельном – выходной ток. Для того, чтобы увеличить и ток и напряжение комбинируют два этих способа соединения. Кроме того, при таком способе соединения выход из строя одного из солнечных элементов не приводит в выходу из строя всей цепочки, т.е. повышает надежность работы всей батареи. Таким образом, солнечная батарея состоит из параллельно-последовательно соединенных солнечных элементов. Величина максимально возможного тока отдаваемого батареей прямо пропорциональна числу параллельно включенных, а электродвижущая сила - последовательно включенных солнечных элементов. Так, комбинируя типы соединения, собирают батарею с требуемыми параметрами. Солнечные элементы батареи шунтируются диодами. Обычно их 4 – по одному, на каждую ¼ часть батареи. Диоды предохраняют от выхода из строя части батареи, которые по какой-то причине оказались затемненными, т. е. если в какой-то момент времени свет на них не попадает. Батарея при этом временно генерирует на 25% меньшую выходную мощность, чем при нормальном освещении солнцем всей поверхности батареи. При отсутствии диодов эти солнечные элементы будут перегреваться и выходить из строя, так как они на время затемнения превращаются в потребителей тока (аккумуляторы разряжаются через солнечные элементы), а при использовании диодов они шунтируются и ток через них не идет. Получаемая электрическая энергия накапливается в аккумуляторах, а затем отдается в нагрузку. Аккумуляторы – химические источники тока. Заряд аккумулятора происходит тогда, когда к нему приложен потенциал, который больше напряжения аккумулятора. Число последовательно и параллельно соединенных солнечных элементов должно быть таким, чтобы рабочее напряжение подводимое к аккумуляторам с учетом падения напряжения в зарядной цепи немного превышало напряжение аккумуляторов, а нагрузочный ток батареи обеспечивал требуемую величину зарядного тока. Например, для зарядки свинцовой аккумуляторной батареи 12 В необходимо иметь солнечную батарею состоящую из 36 элементов. При слабом солнечном свете заряд аккумуляторной батареи уменьшается и батарея отдает электрическую энергию электроприемнику, т.е. аккумуляторные батареи постоянно работают в режиме разряда и подзаряда. Это процесс контролируется специальным контроллером. При циклическом заряде требуется постоянное напряжение или постоянный ток заряда. При хорошей освещенности аккумуляторная батарея быстро заряжается до 90% своей номинальной емкости, а затем с меньшей скоростью заряда до полной емкости. Переключение на меньшую скорость заряда производится контроллером зарядного устройства. Наиболее эффективно использование специальных аккумуляторов – гелевых (в батарее в качестве электролита применяется серная кислота) и свинцовыех батарей, которые сделанны по AGM-технологии. Этим батареям не нужны специальные условия для установки и не требуется обслуживание. Паспортный срок службы таких батарей – 10 - 12 лет при глубине разряда не более 20%. Аккумуляторные батареи никогда не должны разряжаться ниже этого значения, иначе их срок службы резко сокращается! Аккумулятор подсоединяется к солнечной батарее через контроллер, который контролирует ее заряд. При заряде батареи на полную мощность к солнечной батареи подключается резистор, который поглощает избыточную мощность. Для того чтобы преобразовать постоянное напряжение от аккумуляторной батареи в переменное напряжение, которой можно использовать для питания большинства электроприемников совместно с солнечной батарей можно использовать специальные устройства – инверторы. Без использования инвертора от солнечной батареи можно питать электроприемники, работающие на постоянном напряжении, в т.ч. различную портативную технику, энергосберегающие источники света, например, те же светодиодные лампы. Автор текста: Андрей Повный. Текст впервые опубликован на сайте Electrik.info. Перепечатано с согласия редакции. recyclemag.ru Солнечные электростанции, в основу работы которых положен принцип прямого преобразования энергии солнечного излучения в электричество, заняли прочные позиции в общей системе энергообеспечения Земли. С каждым годом мощности этих энергоустановок растет. Если в 2004 году доля электричества, производимого всеми гелиевыми электростанциями, составляли 0.01% от общего производства электричества на Земле, то через десять лет, в 2014, эта доля уже составляла 0.79%. Для сооружения таких электростанций требуется огромное количество кремния – основного полупроводникового материала, который вырабатывает электрический ток при облучении его солнечным светом. С точки зрения эффективности наиболее подходящим для этой цели является чистый монокристаллический кремний. При сборке каждого модуля – независимо от того, предназначен ли этот модуль для установки в мощной промышленной электростанции или в маленькой домашней – большое внимание уделяется качеству каждой ячейки. Размеры ячеек в различных модулях могут быть различными, но в одном модуле все ячейки должны быть строго одного типоразмера. Дело в том, что мощность модуля находится в прямой зависимости от качества каждой ячейки и ее характеристик. Важнейшим параметром является вольт-амперная характеристика солнечной батареи. В сущности, речь идет о параметрах каждой отдельно взятой ячейки, входящей в состав батареи. Ведь мощность модуля в целом – это суммарная мощность ячеек, из которых он состоит. В общем случае вольт-амперная характеристика (ВАХ) – это зависимость тока, протекающего через электрическую цепь от напряжения, приложенного к этой цепи. В случае солнечной батареи эта характеристика рассматривается при наличии дополнительных условий, которые в мировой практике были стандартизированы и применяются сейчас при проектировании всех подобных систем во всем мире. Согласно этим стандартам ВАХ солнечных элементов определяется при мощности излучения солнца равной 1000 ватт на один квадратный метр. При этом температура элементов должна быть равна +25°С, а измерения должны производиться на широте 45°. На графике обозначены важнейшие точки вольт-амперной характеристики полупроводникового фотопреобразователя – Uxx и Iкз. Для определения рабочих параметров ячеек на этом же графике показана кривая, характеризующая мощность исследуемого фотоэлектрического элемента. Этот график является функцией мощности ячейки в зависимости от нагрузки. Из графика следует, что номинальная мощность того или иного элемента определена как максимально возможная мощность при стандартных исходных параметрах. Напряжение, при котором достигается максимальная мощность, является рабочим напряжением и обозначается Up. Соответственно ток, соответствующий максимальной мощности, является рабочим и обозначается Ip. Понятно, что при нулевых значениях тока или напряжения система не работает, мощность равна нулю. Система в работе, когда ток и напряжение достигают величин, сопоставимых с их рабочими значениями. При этом, как правило, модуль набирается из большего количества ячеек, чем это необходимо для получения рабочего напряжения. Например, для получения значения рабочего напряжения 12 вольт набирается такое количество элементов, чтобы на выходе модуля получить напряжение в 16 – 17 вольт. Это делается для того, чтобы скомпенсировать падение рабочего напряжения из-за нагрева элемента под воздействием солнечных лучей. Дело в том, что у кремниевых полупроводников напряжение холостого хода уменьшается на 0.4% при увеличении температуры ячейки на 1°С. В то же время значение тока короткого замыкания увеличивается на 0.07% при увеличении температуры на 1°С. Если освещенность ячейки меняется, то прямо пропорционально степени освещенности изменяется и значение тока короткого замыкания. В то же время изменение освещенности практически не сказывается на величине напряжения холостого хода. Эффективность солнечной ячейки вычисляется как отношение значения максимальной мощности ее к значению общей мощности излучения солнца, определенной по международным стандартам (STC). Чтобы получить необходимые рабочее напряжение и требуемую мощность, фотоэлектрические элементы соединяются в электрические цепи. Эти цепи могут быть последовательными или параллельными. При соединении нескольких ячеек в единую электрическую цепь и получают солнечную батарею. При этом выходная мощность батареи всегда оказывается меньше значения арифметической суммы мощностей ячеек, из которых составлена сама батарея. Это обуславливается потерями, возникающими из-за рассогласования характеристик однотипных ячеек. Как было сказано выше, для каждой солнечной батареи подбираются ячейки с максимально приближенными характеристиками. Как физическими (типоразмеры), так и электрическими (вольт-амперные характеристики). Чем более строго производятся контроль и подбор элементов для каждого солнечного модуля, то есть чем меньше разброс характеристик, тем выше электрические показатели всего модуля, тем выше его мощность. Проведенные исследования показали, что если последовательно соединить десять элементов, имеющих разброс характеристик до 10%, то потери мощности составят около 6%. Если ужесточить отбор и снизить разброс характеристик до 5%, то потери мощности уменьшатся до 2%. В процессе эксплуатации солнечной батареи может возникнуть ситуация, когда один или несколько элементов будут затенены. В этом случае при последовательном соединении затененные ячейки будут рассеивать мощность, которую производят ячейки, получающие световое излучение в полном объеме. При этом затененные элементы будут быстро нагреваться и в конечном итоге выйдут из строя. Это, естественно, увеличивает нагрузку на исправные цепи, что приводит к неисправности всей солнечной батареи. Чтобы это не происходило, параллельно каждой ячейке (или группе последовательно соединенных ячеек) подключается байпасный диод. И, наконец, еще одна точка на графике. Это точка МРР – точка максимальной мощности. Мощность всех солнечных модулей определяется всегда именно по этой точке. И контроллеры МРРТ заряда аккумуляторов работают в режиме отслеживания точки МРР при всех режимах зарядки аккумуляторов, а не на последнем, что повышает их эффективность. В этой точке напряжение выше номинального, поэтому заряд аккумуляторов происходит быстрее, чем при использовании контроллеров других типов (например, работающих на принципе широтно-импульсной модуляции). Тем самым при использовании контроллера МРРТ количество электроэнергии, полученной от одного гелиевого модуля на 10% - 30% больше, чем при использовании контроллера ШИМ (при равном количестве солнечного излучения). В современных технологических линиях по производству ячеек для солнечных батарей на всех этапах изготовления установлены тонко юстированные приборы, следящие за качеством изделий. Точно такому же строжайшему контролю подвергаются и все электрические характеристики изготовленных элементов. Только при таких условиях собранный гелиевый модуль в состоянии вырабатывать именно ту мощность, которая была рассчитана при его разработке. solarb.ruЭлектрические характеристики солнечных панелей. Напряжение солнечной батареи
Устройство и принцип работы солнечных батарей
Приветствую вас на сайте е-ветерок.ру - я не буду грузить вас ненужной информацией о структуре солнечных элементов и полупроводников, о том что они состоят из выращенных кристаллов кремния, которые являются кварцевым песком, прочей химией и физикой. Об этом вы можете почитать здесь О солнечных панелях Давайте сразу перейдём к конечному продукту и его характерристикам.
Типы и параметры солнечных батарей
Солнечные батареи для дачи и дома: принцип работы и устройство
Устройство и действие солнечной батареи
Виды солнечных модулей-панелей
Схема работы солнечного электроснабжения
Пиковая нагрузка и среднесуточное энергопотребление
Порядок расчета энергетических показателей
Подготовка к арифметическим расчетам
Составление спецификации потребителей
Анализ и оптимизация полученных данных
Подбор узлов гелиоэлектростанции
Определение рабочего напряжения гелиосистемы
Комплектование батареи солнечными модулями
Обустройство аккумуляторного энергоблока
Выбор хорошего контроллера
Подбор инвертора лучшего исполнения
Полезное видео по теме
Cолнечные батареи - советы по выбору, характеристики
Оглавление:
Как устроена и работает солнечная батарея
Преимущества и эффективность автономных устройств
Недостатки солнечных батарей для дома
Когда солнечные батареи целесообразны
Режимы автономного электроснабжения
Выбор панелей солнечных батарей
Выбор контроллера и инвертора
Выбор аккумуляторов
Обслуживание солнечной батареи
Характеристики солнечных панелей | Автономная энергия
Как устроены и работают солнечные батареи
Солнечная энергетика становится все более популярной во всем мире. Вместе с коллегами из специализированного портала Elektrik мы разбирались, как устроена солнечная батарея, из чего она состоит и куда отправляется получаемая энергия.
Вольт-амперная характеристика солнечной батареи
Вольт-амперная характеристика солнечной ячейки
Зависимость мощности и напряжения солнечной батареи от температуры
