Схемы солнечных батарей

Схемы подключения солнечных батарей

Помимо подключение солнечных батарей между собой, прежде стоит рассмотреть схему общего подключения системы.
Схемы солнечных батарей

Типичная схема подключения батарей в системе приведена на картинке выше. Как видно на примере, основные её элементы это несколько солнечных батарей, соединенных параллельно, контроллер заряда акб, сами аккумуляторные батареи, инвертор для преобразования тока.

Среди слабеньких альтернативных систем выработки энергии, самыми популярными бывают 12-вольтовые системы с преобразованием в 220 вольт. Чтобы понимать, как работает такая схема, мы рассмотрим элементы поподробнее.

Батареи, поглощающие свет солнца вырабатывают энергию которая направляется по следующей цепи в схеме.

  • Контроллер заряда-разряда АКБ, будет следить за напряжением аккумуляторов.
  • Аккумулятор, накапливает генерированную электроэнергию.
  • Инвертор – преобразовывает 12-24 Вольт в переменные 220, для работы электрооборудования.

Схема подключения работает таким образом, что на входе в аккумуляторную батарею поступает регулируемое контроллером постоянное напряжение 12 или 24 вольт. Далее с помощью инвертора мы получаем сетевое напряжение как в обычной розетке.

Сетевая схема подключения

Схемы солнечных батарей

Сетевая схема подключения солнечных батарей подразумевает соединение домашней электростанции с энергосетью населенного пункта.

По сути система должна отличаться большей мощностью (обычно это от 10- до 30 кВ/ч), поскольку предназначена для продажи излишка ресурса государству.

Принцип работы простой- вся энергия или только излишки, через мощный инвертор и счетчик, отдается в общую сеть. В конце месяца производится дебет - если есть излишки, они автоматически выплачиваются хазяину на карточку.

Такая схема подключения выгодна тем, что при наличии мощной солнечной электростанции, можно не только полностью обеспечить свой дом электроэнергией, но так-же иметь дополнительный пассивный доход. Если долго нет солнечных дней- электричество можно брать с сети привычным способом.

В схему включены мощные сетевые инверторы для фотогальванических систем синхронизированного по частоте и фазе типа. Их применяют в системах бесперебойного питания, обеспечивая полную независимость потребителя от нестабильной работы сети энергоснабжения.

Сетевые подразделяются на типы: прямой и гибридный. Обыкновенные- могут работать одновременно с централизованной сетью подачи электроэнергии, не требуют наличия аккумуляторов. Гибридный инвертор — может работать в обоих случаях.

Хотя такая схема требует серьезных вложений, она очень популярна в европе, набирает обороты в нашей стане.

Схемы соединения солнечных батарей

Для работы солнечной системы панелей для дома, применяют различные варианты подключения батарей в зависимости от их количества, мощности. Преобразование тока происходит в батареях, которые сформированы в определенные группы.

Ниже представлена принципиальная схема последовательного подключения солнечных батарей .

Схемы солнечных батарей

Последовательное соединение солнечных батарей в группы, применяется в случаях, когда вам нужно поднять уровень напряжения, не изменяя мощности на одном уровне.

К примеру: если подключить два модуля мощностью по 200Вт с напряжением 12В. в итоге мы получим солнечный PV-массив 200Вт. напряжением 24В .

Важно. Стоит подчеркнуть, что схема соединения солнечных батарей в 24В - требует наличие точно такого 24В соединения аккумуляторного блока.

Параллельное соединение солнечных панелей

Схемы солнечных батарей

Параллельная схема удобна в случае, когда в силу различных причин, нужно оставить напряжение батарей согласно заводским параметрам, но есть необходимость увеличить мощность всего солнечного PV-массива.

К примеру, если взять 2 солнечные батареи мощностью 250Ват с напряжением 24В. Образование группы происходит путем подключения плюсовых проводов друг в друга, а минусовых выводов – во вторую группу. Такими образом, на выходе напряжение остается прежним как и было 24В, однако мощность возрастает в два раза- до 500 Вт.

Параллельно-последовательное подключение

Схемы солнечных батарей

Параллельно-последовательная схема, применяется когда необходимо подключить нестандартные группы батарей, или фотоэлектрические модули разной мощности.

Схема подключения инвертора

Подключение инвертора. При самостоятельной сборке домашней электростанции дома, возникает много текущих вопросов, на один из которых мы решили написать ответ. Чтобы ваша система работала правильно, нужно знать как грамотно подключить инвертор к аккумулятору чтоб ничего не спалить. Особых сложности с подключением акб не должно возникать, стоит только придерживаться основных правил.

Схемы солнечных батарей

Заводом изготовителем настоятельно рекомендуется соблюдать полярность, использовать кабели идущие в комплекте с инвертором. Во избежание больших потерь энергии, нерекомендуется их удлинять.

Во избежание последствий форс-мажорных ситуаций, рекомендуется установить предохранитель или подключать оборудование через автоматический выключатель. При первом подключении инвертора к аккумулятору- вас может несколько напугать характерное искрение - это нормально.

Схема подключения аккумуляторных батарей

Подключение блока АКБ к инвертору. Источники бесперебойного питания (инверторы) работают на различном напряжении постоянного тока от аккумуляторных батарей, которое зависит от параметров завода производителя.

Потому нередко приходится подбирать индивидуальные схемы подключения аккумуляторных блоков под различные мощности используемого оборудования. Для реализации таких потребностей существует несколько вариантов соединения.

Схемы солнечных батарей

Комментарии

*****

Схема подключения солнечных панелей

Солнечные батареи представляют собой очень выгодный способ стать независимым от плохой работы общей электросети. Кроме этого, созданная ими электрическая энергия является абсолютно бесплатной. Это очень важный плюс, и вместе с другими преимуществами он легко затмевает недостатки солнечных батарей. Поэтому многие хотят купить, установить и подключить их. Если первый процесс является простым, то второй и третий требуют некоторых знаний.

Особенности подключения

  1. Солнечная панель.
  2. Устройство, которое контролирует заряд.
  3. Аккумулятор.
  4. Инвертор.
  5. Электрическая сеть дома.

Схемы солнечных батарейОбязательно в эту схему входят предохранители от короткого замыкания и лампочка. которая показывает уровень нагрузки. Предохранители устанавливаются на провода с положительным зарядом перед аккумулятором, лампочкой, а также инвертором.

Лампочку и аккумуляторы подключают к контроллеру заряда.

Эта схема предусматривает наличие одной солнечной панели или нескольких, работающих с одинаковой нагрузкой.

Несколько батарей соединены одним проводом, площадь поперечного сечения которого всегда больше 4 мм². Если планируется установить на крыше дома несколько солнечных панелей, и часть из них будет наклоненной под несколько иным углом, чем другие, то схема подключения уже предусматривает наличие контроллера для каждой панели.

Это обусловлено тем, что эффективность солнечных батарей. размещенных под углом, который отличается от угла наклона других, будет выше. В результате производимый ими ток пойдет не только к общему контроллеру, но и к менее производительным панелям. Это приведет к нагреву и падению производительности. Поэтому не все приборы, используемые хозяевами дома, смогут работать.

Роль каждого элемента в схеме

Солнечная панель генерирует электрический ток. Она сразу готова к монтажу. Установить можно либо монокристаллическую, либо поликристаллическую панель. Сейчас больше плюсов имеет первый тип.

Контроллер заряда предназначен для управления подзарядкой аккумуляторных батарей. Он работает так, что на его выходе формируется напряжение в 13,7 В. Этого недостаточно для полного заряда аккумуляторной батареи. Как известно, для ее заряда нужно использовать зарядное устройство, которое дает 16,2 В на выходе.

Контроллер заряда получил такие характеристики специально. Ведь бывают моменты, когда жители дома не используют электрический ток, и в это время аккумулятор может перезарядиться. А этого допускать нельзя.

Однако этот элемент имеет такой минус: позволяет электрическому току двигаться назад к размещенной на крыше загородного дома солнечной панели. Днем обратное движение не происходит, однако, с приходом ночи, ситуация меняется. Поэтому специалисты рекомендуют сделать так:

  • заменить его на диоды или аналоговые коммутаторы;
  • установить дополнительные аккумуляторы.

Аналоговые коммутаторы или диоды не позволяют току двигаться к панели. Однако они не ограничивают зарядку аккумуляторов. Поэтому надо либо отключать батареи, либо установить дополнительные. Второй подход является лучшим, ведь формируется дополнительный запас электрического тока. А это большой плюс.Схемы солнечных батарей

Более прогрессивной заменой контроллера, а также диодов, является специальная система управления зарядом аккумуляторов. Конечно, она дорогая, что повышает стоимость и так недешевой автономной системы электроснабжения.

Функцией инвертора является преобразование постоянного тока в переменный и поднятия напряжения с 12 В до 220 В. Кроме того, он следит за уровнем разряда батарей. При критическом уровне он перестанет работать.

Срок службы такой схемы

Единой цифры нет. Это потому, что каждый из элементов имеет свои характеристики и рассчитан на свой срок службы. Наиболее долго среди них могут служить солнечные панели .

Практика показала такое:

  • монокристаллические панели способны генерировать ток в течение 3 десятков лет и даже больше;
  • более дешевые поликристаллические порадуют своей работой на протяжении 20 лет.
  • гибкие панели имеют срок службы, равный 7-20 лет. Наиболее короткую «жизнь» имеют изделия первого поколения, наиболее длинную — изделия второго поколения. При этом главным среди их минусов является быстрая деградация. В течение первых 24 месяцев работы их мощность падает на 10-40%.

Схемы солнечных батарейИнтересно то, что используемые на больших солнечных станциях модули смогли работать с одинаковой мощностью в течение 25 лет. То есть заявленные в описании характеристики выполнялись на 100%. Это говорит об отсутствии деградации. Некоторые из панелей уменьшили выработку на 10%. Производители же гарантировали уменьшение выработки на 20%.

Стоит сказать, что независимо от срока использования светочувствительные элементы никогда не теряют своей производительности. То есть может пройти 50 лет, и они могут производить такое же количество электроэнергии. На ухудшение выработки влияет разрушения защитных пленок, которые позволяют влаге проникать внутрь панели и вызывать коррозию всех соединений. Этот минус приводит к увеличению сопротивления, чрезмерному нагреву, разрушению соединений.

Что касается срока службы других элементов схемы, то аккумуляторы могут работать 2-15 лет, силовая электроника — 5-20 лет.

Недостатки автономной системы

Главным образом их вызывают недостатки солнечных батарей. А они таковы:

  1. Невозможность создавать ток ночью, а также в пасмурную погоду.
  2. Малая плотность мощности. С 1 м² добывается 170 Вт. Аналогичный показатель угля, нефти, газа и атомной энергетики значительно выше.
  3. Большая цена. Ее сильно повышает использование редких в природе и потому дорогих компонентов. Ими являются теллурий натрий и селенид меди индия галлия.

Похожие статьи:

Схемы солнечных батарей Как произвести расчет солнечных панелей Схемы солнечных батарей Качества хорошего инвертора для солнечных панелей Схемы солнечных батарей Уличное освещение от светильников на солнечных батареях Схемы солнечных батарей Особенности фонтанов на солнечных батареях

*****

Схемы подключения солнечных батарей загородного дома

30.01.2015 1 комменатрий 17 512 просмотров

Если Вы решили сделать уличное освещение на солнечных батареях либо просто хотите организовать независимое электроснабжение участка, первым делом нужно выбрать подходящую электростанцию и разобраться с ее подключением. Как первый, так и второй момент может вызвать множество вопросов, особенно у новичков в электрике. Чтобы читатели «Сам электрика » умели соединять панели между собой и подключать их к домашней сети далее мы рассмотрим наиболее эффективные схемы подключения солнечных батарей к контроллеру, аккумулятору и сети загородного дома!

Итак, первое, о чем Вы должны иметь представление – из чего состоит комплект солнечной электростанции. Основные элементы системы представлены следующими устройствами:Схемы солнечных батарей

Схемы солнечных батарей

  1. Батареи, поглощающие свет солнца. Данные модули преобразовывают естественный свет в электрическую энергию.
  2. Контроллер заряда-разряда АКБ, который следит за напряжением аккумуляторов. Если в дневное время суток аккумуляторы перезаряжены (на клеммах 14 Вольт), контроллер отключает процесс зарядки. Если ночью АКБ разрядились (напряжение предельно низкое – 11 Вольт), контроллер предотвращает дальнейшую работу электростанции.
  3. Аккумулятор, который предназначен для накопления сгенерированной электроэнергии.
  4. Инвертор – преобразовывает 12 Вольт в переменные 220, необходимые для работы домашних электроприборов, системы освещения и бытовой техники.

Обращаем Ваше внимание на то, что между всеми устройствами: контроллером, инвертором, нагрузкой и аккумулятором желательно поставить предохранители, которые защитят систему при возникновении короткого замыкания в сети !

В простейшем исполнении схема подключения солнечных батарей к контроллеру, аккумулятору, инвертору и нагрузке выглядит следующим образом:Схемы солнечных батарей

Как Вы видите, особых сложностей в подключении нет, главное соблюдать полярность и подключать все штекеры в нужные разъемы контроллера. В таком варианте очень сложно что-то перепутать. А вот если Вы решили использовать электроэнергию от солнца одновременно со стационарной сетью, схема подключения солнечных батарей должна выглядеть следующим образом:Схемы солнечных батарей

Тут нужно пояснить: резервируемая нагрузка – это резервное освещение. котел и, к примеру, холодильник. Не резервируемая – бытовая техника, свет в доме и т.д. Чем больше емкость аккумулятора, тем дольше смогут проработать резервируемые электроприборы в автономном режиме!

Со схемой подключения солнечных батарей к сети переменного тока разобрались. Теперь нужно рассмотреть не менее важную часть вопроса – правильное соединение панелей между собой.

Схемы солнечных батарей

Модули на крыше загородного дома

Одна панель подключается к контроллеру без проблем – плюс и минус нужно подсоединить к соответствующим разъемам контроллера. А что делать, если у Вас несколько батарей в системе? Тут можно воспользоваться одной из следующих схем соединения солнечных панелей:

  • Параллельная. В этом случае нужно подключить одноименные клеммы друг с другом: плюс к плюсу, минус к минусу. В результате напряжение на выходе останется все тех же 12 Вольт.Схемы солнечных батарей
  • Последовательная. Плюс первой панели нужно подключить к минусу второй. Оставшийся плюс второй батареи и минус первой нужно подсоединить к контроллеру. Итог – на выходе 24 вольта, что может иногда понадобиться в домашних условиях.Схемы солнечных батарей
  • Смешанная (последовательно-параллельная). Данная схема подключения солнечных панелей подразумевает соединение между собой нескольких групп батарей. Внутри каждой группы устройства соединяются параллельно, а уже потом последовательно, как показано на картинке. Такой вариант позволит сделать наиболее подходящие на выходе характеристики напряжения.Схемы солнечных батарей

Также рекомендуем просмотреть видео, на котором доходчиво объясняется вся последовательность подключения:

Обзор правильного подсоединения

Вот и все, что хотелось рассказать Вам о том, какие бывают схемы подключения солнечных батарей загородного дома к электрической сети переменного тока. Как Вы видите, разводка проводов не сложная, главное быть внимательным и определиться, какая нагрузка должна быть на выходе. Очень важный момент, на котором и хотелось бы завершить данную статью – ни в коем случае не подключайте инвертор напрямую к контроллеру. Такое соединение будет губительным для домашней электростанции!

Обзор правильного подсоединения

*****

Схема устройства солнечной батареи и принцип работы

Альтернативные источники энергии, преобразующие солнечный свет в электричество, становятся все более востребованными в быту и промышленности. Они используются в авиации, космических разработках, электронике, для создания экологически безопасного транспорта. Но самой перспективной считается отрасль энергообеспечения зданий: питание бытовых приборов и системы отопления дома, нагрев горячей воды. К преимуществам относят: независимость от времени года и коммунальных служб, возможность аккумулирования запаса энергии, надежность и долгий срок службы. Но для достижения максимального эффекта от применения важно знать принцип действия батарей и соблюдать условия их монтажа и эксплуатации.

Схемы солнечных батарей

Описание устройства, разновидности

Фотоэлектрические преобразователи или солнечные аккумулирующие батареи представляют собой пластину со свойствами полупроводника, вырабатывающую постоянный ток при попадании на нее световых лучей. Основой может быть кремний (наиболее распространенный вид) и его соединения с медью, галлием, кадмием, индием, амфорные, органические или химические фотоэлементы, полимерная пленка.

Каждый материал имеет свой коэффициент ФЭП солнечных лучей (от 5 до 30 %) и, как следствие — вырабатывает определенную мощность при равной интенсивности светового потока. Многое зависит от площади батареи, одиночный кристалл полупроводника производит незначительное количество энергии, в среднем для получения 0,15 кВт потребуется 1 м2 панели. Исключение составляют инновационные многослойные полимерные соединения (монокристаллы), их КПД достигает 30 %, но эта технология еще недоступна рядовому потребителю.

Помимо пластины, в схему солнечной батареи входят вспомогательные приборы (для передачи, распределения и аккумулирования энергии):

  • Инвертор или преобразователь постоянного тока.
  • Накопитель для бесперебойной работы системы в ночное время или в пасмурную погоду.
  • Стабилизатор напряжения.
  • Контроллер для отслеживания заряда.

В зависимости от площади используются миниатюрные маломощные батареи (до 10 Вт) либо большие стационарные панели. Первые относятся к переносным (популярны для зарядки ноутбука, калькулятора, мобильных устройств). Вторые чаще служат для энергоснабжения и отопления дома, размещаются обычно на крыше. Так как мощность батарей полностью пропорциональна солнечной интенсивности, стало целесообразным размещать отслеживающие панели (изменяющие угол расположения, в зависимости от движения Солнца). Толщина вариантов из полупроводника незначительна (от 10 мкм до 10 см), но с учетом вспомогательных приборов модули весят больше, что учитывается при просчете нагрузки на стропила и поверхность крыши.

Схемы солнечных батарей

Принцип фотоэлектрического преобразования

Для того чтобы понять как работает солнечная батарея, следует вспомнить школьный курс физики. При попадании света на пластину из двух слоев полупроводников разной проводимости возникает эффект p-n перехода, электроны из катода покидают свои атомы и захватываются на уровне анода. При подключении в схему нагрузки (аккумулятора) они отдают свою положительно заряженную энергию и возвращаются в n-слой. Это явление более известно как «внешний фотоэффект», а двухслойная пластина как «фотоэлемент». Чаще всего применяется один и тот же материал: базовый полупроводник с определенным типом проводимости покрывается слоем с противоположным зарядом, но с высокой концентрацией легирующих примесей.

Этот принцип работы солнечных батарей неизменен с момента открытия эффекта; именно на границе зон осуществляется электронно-дырочный переход. При воздействии солнечных лучей в обоих направлениях проходит движение разнозаряженных частиц, при замыкании контура ФЭП они осуществляют работу на нагрузку. Для полноценной передачи (сбора и отвода электронов) используется контактная система (внешняя сторона батареи напоминает сетку или гребенку, а тыльная обычно сплошная). Чем выше площадь p-n перехода и коэффициент фотоэлектрического преобразования полупроводника, тем большую мощность производит устройство. Физическое явление и принцип работы не зависят от температуры воздуха, важна лишь интенсивность солнечного света. Как следствие, на величину КПД панели оказывают влияние погодные условия, климат, сезон, географическая широта.

Схемы солнечных батарей

Способы повысить эффективность батареи

Даже в средней полосе России установка солнечных аккумуляторов окупается за 3–5 лет, ведь лучи абсолютно бесплатны и доступны круглый год. Но для полноценного отопления дома в 100 м2 полезной площади потребуется около 30 м2 панелей. Для усиления принципа фотоэффекта рекомендуется провести следующие работы:

  1. Разместить батареи на южной стороне под углом не менее 30°.
  2. Не монтировать солнечные панели под тенью высоких деревьев.
  3. Раз в 2 года очищать поверхность от грязи.
  4. Установить отслеживающие солнечный свет системы.

Полностью отказываться от внешнего энергоснабжения не стоит, даже современные комплексы не способны аккумулировать достаточное количество энергии для полноценного обеспечения здания при длительной непогоде. Лучше всего использовать их как часть комбинированной системы.

*****

Рассчитываем и изготавливаем солнечные батареи своими руками

Уже не одно десятилетие человечество ищет альтернативные источники энергии, способные хотя бы частично заменить существующие. И самыми перспективными из всех на сегодняшний день представляются два: ветро‑ и солнечная энергетика.

Правда, ни тот ни другой не могут предоставить непрерывного производства. Это связано с непостоянством розы ветров и суточно‑погодно‑сезонными колебаниями интенсивности солнечного потока.

Сегодняшняя энергетика предлагает три основных метода получения электрической энергии, но все они тем или иным образом вредны для окружающей среды:

  • Топливная электроэнергетика — самая экологически грязная, сопровождается значительными выбросами в атмосферу углекислого газа, сажи и бесполезной теплоты, вызывая сокращение озонового слоя. Добыча топливных ресурсов для нее также наносит значительный вред природе.
  • Гидроэнергетика связана с очень значительными ландшафтными изменениями, затоплением полезных земель, причиняет ущерб рыбным ресурсам.
  • Атомная энергетика — самая экологически чистая из трёх, но требует очень значительных расходов на поддержание безопасности. Любая авария может быть связана с нанесением непоправимого долголетнего вреда природе. К тому же требует специальных мер по утилизации отходов использованного топлива.

Солнечная батарея — что это такое

Схемы солнечных батарейСтрого говоря, получить электроэнергию от солнечного излучения можно несколькими способами, но большинство из них используют промежуточное её преобразование в механическую, вращающую вал генератора и только затем в электрическую.

Такие электростанции существуют, они используют в работе двигатели внешнего сгорания Стирлинга, имеют неплохой КПД, но у них есть и существенный недостаток: чтобы собрать как можно больше энергии солнечного излучения, требуется изготовление огромных параболических зеркал с системами слежения за положением солнца.

Надо сказать, что существуют решения, позволяющие улучшить ситуацию, но все они достаточно дорогостоящие.

Есть методы, дающие возможность прямого преобразования энергии света в электрический ток. И хотя явление фотоэффекта в полупроводнике селене было открыто уже в 1876 году, но только в 1953 году, с изобретением кремниевого фотоэлемента, появилась реальная возможность создания солнечных батарей для получения электроэнергии.

В это время уже появляется теория, позволившая объяснить свойства полупроводников, и создать практическую технологию их промышленного производства. К сегодняшнему дню это вылилось в настоящую полупроводниковую революцию.

Работа солнечной батареи основана на явлении фотоэффекта полупроводникового p-n перехода, по сути представляющего собой обычный кремниевый диод. На его выводах при освещении возникает фото‑эдс величиной 0,5

Схемы солнечных батарей При использовании электрических генераторов и батарей необходимо учитывать различия, которые существуют между фазным и линейным напряжением. Подключая трехфазный электродвигатель в соответствующую сеть, можно в три раза увеличить его выходную мощность.

Следуя определенным рекомендациям, с минимальными затратами по ресурсам и времени можно изготовить силовую часть высокочастотного импульсного преобразователя для бытовых нужд. Изучить структурные и принципиальные схемы таких блоков питания можно здесь.

Конструктивно каждый элемент солнечной батареи выполнен в виде кремниевой пластины площадью в несколько см 2. на которой сформировано множество соединённых в единую цепь таких фотодиодов. Каждая такая пластина является отдельным модулем, дающим при солнечном освещении определённое напряжение и ток.

Соединяя такие модули в батарею и комбинируя параллельно‑последовательное их подключение, можно получить широкий диапазон значений выходной мощности.

Преимущества и недостатки этого вида энергии

Схемы солнечных батарейОсновные недостатки солнечных батарей:

  • Большая неравномерность и нерегулярность энергоотдачи в зависимости от погоды, и сезонной высоты солнца.
  • Ограничение мощности всей батареи, если затенена хотя бы одна её часть.
  • Зависимость от направления на солнце в различное время суток. Для максимально эффективного использования батареи нужно обеспечивать её постоянную направленность на солнце.
  • В связи с вышесказанным, необходимость аккумулирования энергии. Наибольшее потребление энергии приходится на то время, когда выработка её минимальна.
  • Большая площадь, требующаяся для конструкции достаточной мощности.
  • Хрупкость конструкции батареи, необходимость постоянной очистки её поверхности от загрязнений, снега и т. п.
  • Модули солнечной батареи работают наиболее эффективно при 25°C. Во время работы же они нагреваются солнцем до значительно более высокой температуры, сильно снижающей их эффективность. Чтобы поддерживать КПД на оптимальном уровне, необходимо обеспечивать охлаждение батареи.

Следует заметить, что постоянно появляются разработки солнечных элементов, использующих новейшие материалы и технологии. Это позволяет постепенно устранять недостатки, присущие солнечным батареям или уменьшать их влияние. Так, КПД новейших элементов, использующих органические и полимерные модули, достигает уже 35% и есть ожидания достижения 90%, а это делает возможным при тех же размерах батареи получить много бòльшую мощность, либо, сохранив энергоотдачу, значительно уменьшить габариты батареи.

Кстати, средний КПД автомобильного двигателя не превышает 35%, что позволяет говорить о достаточно серьёзной эффективности солнечных панелей.

Появляются разработки элементов на основе нанотехнологий, одинаково эффективно работающих под разными углами падающего света, что избавляет от необходимости их позиционирования.

Таким образом, уже сегодня можно говорить о преимуществах солнечных батарей по сравнению с другими источниками энергии:

  • Отсутствие механических преобразований энергии и движущихся частей.
  • Минимальные расходы на эксплуатацию.
  • Долговечность 30

50 лет.

  • Тишина при работе, отсутствие вредных выбросов. Экологичность.
  • Мобильность. Батарея для питания ноутбука и зарядки аккумулятора для светодиодного фонарика вполне поместится в небольшом рюкзаке.
  • Независимость от наличия постоянных источников тока. Возможность подзарядки аккумуляторов современных гаджетов в полевых условиях.
  • Нетребовательность к внешним факторам. Солнечные элементы можно разместить в любом месте, на любом ландшафте, лишь бы они достаточно освещались солнечным светом.

    Конструктивные особенности

    Схемы солнечных батарейВ приэкваториальных районах Земли средний поток солнечной энергии составляет в среднем 1,9 кВт/м 2. В средней полосе России он находится в пределах 0,7

    1,0 кВт/м 2. КПД классического кремниевого фотоэлемента не превышает 13%.

    Как показывают опытные данные, если прямоугольную пластину направить своей плоскостью на юг, в точку солнечного максимума, то за 12‑часовой солнечный день она получит не более 42% суммарного светового потока из‑за изменения угла его падения.

    Это означает, что при среднем солнечном потоке 1 кВт/м 2. 13% КПД батареи и её суммарной эффективности 42% удастся получить за 12 часов не более 1000 x 12 x 0,13 x 0,42 = 622,2 Втч, или 0,6 кВтч за день с 1 м 2. Это при условии полного солнечного дня, в облачную погоду — значительно меньше, а в зимние месяцы эту величину нужно разделить ещё на 3.

    Учитывая потери на преобразование напряжения, схему автоматики, обеспечивающую оптимальный зарядный ток аккумуляторов и предохраняющую их от перезаряда, и прочие элементы можно принять за основу цифру 0,5 кВтч/м 2. Этой энергией можно в течение 12 часов поддерживать ток заряда аккумулятора 3 А при напряжении 13,8 В.

    То есть для заряда полностью разряженной автомобильной батареи ёмкостью 60 Ач потребуется солнечная панель в 2 м 2. а для 50 Ач — примерно 1,5 м 2 .

    Для того чтобы получить такую мощность можно приобрести готовые панели, выпускающиеся в диапазоне электрических мощностей 10

    300 Вт. Например, одна 100 Вт панель за 12‑ти часовой световой день с учётом коэффициента 42% как раз обеспечит 0,5 кВтч.

    Такая панель китайского производства из монокристаллического кремния с очень неплохими характеристиками стоит сейчас на рынке около 6400 р. Менее эффективная на открытом солнце, но имеющая лучшую отдачу в пасмурную погоду поликристаллическая — 5000 р.

    При наличии определённых навыков в монтаже и пайке радиоэлектронной аппаратуры можно попробовать собрать подобную солнечную батарею и самому. При этом не стоит рассчитывать на очень большой выигрыш в цене, кроме того, готовые панели имеют заводское качество как самих элементов, так и их сборки.

    Но продажа таких панелей организована далеко не везде, а их транспортировка требует очень жёстких условий и обойдётся достаточно дорого. Кроме того, при самостоятельном изготовлении появляется возможность, начав с малого, постепенно добавлять модули и наращивать выходную мощность.

    Подбор материалов для создания панели

    В китайских интернет‑магазинах, а также на аукционе eBay предлагается широчайший выбор элементов для самостоятельного изготовления солнечных батарей с любыми параметрами.

    Ещё в недалёком прошлом самодельщики приобретали пластины, отбракованные при производстве, имеющие сколы или другие дефекты, но существенно более дешёвые. Они вполне работоспособны, но имеют немного пониженную отдачу по мощности. Учитывая постоянное снижение цен, сейчас это уже вряд ли целесообразно. Ведь теряя в среднем 10% мощности, мы теряем и в эффективной площади панели. Да и внешний вид батареи, состоящей из пластин с отколотыми кусочками выглядит довольно кустарно.

    Можно приобрести такие модули и в российских онлайн‑магазинах, например, molotok.ru предлагает поликристаллические элементы с рабочими параметрами при световом потоке 1,0 кВт/м 2 :

    • Напряжение: холостого хода — 0,55 В, рабочее — 0,5 В.
    • Ток: КЗ — 1,5 А, рабочий — 1,2 А.
    • Рабочая мощность — 0,62 Вт.
    • Габариты — 52х77 мм.
    • Цена 29 р.

    Совет: Надо учитывать, что элементы очень хрупкие и при транспортировке часть из них может быть повреждена, поэтому при заказе следует предусмотреть некоторый запас по их количеству.

    Изготовление солнечной батареи для дома своими руками

    Для изготовления солнечной панели нам понадобится подходящая рама, которую можно сделать самостоятельно или подобрать готовую. Из материалов для нее лучше всего использовать дюралюминий, он не подвержен коррозии, не боится сырости, долговечен. При соответствующей обработке и покраске для защиты от атмосферных осадков подойдёт и стальная, и даже деревянная.

    Совет: Не стоит делать панель очень больших размеров: она будет неудобна в монтаже элементов, установке и обслуживании. К тому же маленькие панели имеют низкую парусность, их можно удобнее разместить под требуемыми углами.

    Рассчитываем комплектующие

    Определимся с размерами нашей рамы. Для зарядки 12-ти вольтового кислотного аккумулятора требуется рабочее напряжение не ниже 13,8 В. Примем за основу 15 В. Для этого нам придётся соединить последовательно 15 В / 0,5 В = 30 элементов.

    Совет: Выход солнечной панели следует подключать к аккумулятору через защитный диод во избежание его саморазряда в темное время суток через солнечные элементы. Так что на выходе нашей панели будет: 15 В – 0,7 В = 14,3 В.

    Чтобы получить зарядный ток 3,6 А, нам необходимо соединить в параллель три таких цепочки, или 30 x 3 = 90 элементов. Это будет нам стоить 90 x 29 р. = 2610 р.

    Совет: Элементы солнечной панели соединяются параллельно‑последовательно. Необходимо соблюдать равенство количества элементов в каждой последовательной цепочке.

    Таким током мы можем обеспечить стандартный режим заряда для полностью разряженного аккумулятора ёмкостью 3,6 x 10 = 36 Ач.

    Реально эта цифра будет меньше из‑за неравномерности солнечного освещения в течение дня. Таким образом, для заряда стандартной автомобильной батареи 60 Ач, нам нужно будет соединить параллельно две таких панели.

    Эта панель может нам обеспечить электрическую мощность 90 x 0,62 Вт ≈ 56 Вт.

    Или в течение 12‑часового солнечного дня с учётом поправочного коэффициента 42% 56 x 12 x 0,42 ≈ 0,28 кВтч.

    Разместим наши элементы в 6 рядов по 15 штук. Для установки всех элементов нам потребуется поверхность:

    • Длина — 15 x 52 = 780 мм.
    • Ширина — 77 x 6 = 462 мм.

    Для свободного размещения всех пластин примем габариты нашей рамы: 900×500 мм.

    Совет: Если есть готовые рамы с другими габаритами, можно пересчитать количество элементов в соответствии с приведёнными выше намётками, подобрать элементы других типоразмеров, попробовать разместить их, комбинируя длину и ширину рядов.

    Также нам потребуются:

    • Паяльник электрический 40 Вт.
    • Припой, канифоль.
    • Монтажный провод.
    • Силиконовый герметик.
    • Двусторонний скотч.

    Этапы изготовления

    Для монтажа панели необходимо подготовить ровное рабочее место достаточной площади с удобным подходом со всех сторон. Сами пластины элементов лучше разместить отдельно в стороне, где они будут защищены от случайных ударов и падений. Брать их следует аккуратно, по одной.

    Схемы солнечных батарей Устройства защитного выключения повышают безопасность домашней электросети, снижая вероятность поражения электричеством и возникновения пожаров. Детальное ознакомление с характерными особенностями разных видов выключателей дифференциального тока подскажет, какой выбрать УЗО для квартиры и дома.

    При эксплуатации электросчетчика возникают ситуации, когда его надо заменить и заново подключить — об этом можно прочитать тут.

    Обычно для изготовления панели используют способ приклеивания предварительно распаянных в единую цепь пластин элементов на плоскую основу‑подложку. Мы предлагаем другой вариант:

    1. Вставляем в раму, хорошо закрепляем и герметизируем по краям стекло или кусок плексигласа.
    2. Раскладываем на нем в соответствующем порядке, приклеивая их двусторонним скотчем, пластины элементов: рабочей стороной к стеклу, выводами для пайки — к задней стороне рамы.
    3. Положив раму на стол стеклом вниз, мы сможем удобно распаивать выводы элементов. Выполняем электрический монтаж в соответствии с выбранной принципиальной схемой включения.
    4. Склеиваем окончательно пластины с задней стороны скотчем.
    5. Подкладываем какую‑либо демпфирующую прокладку: листовую резину, картон, ДВП и т. п.
    6. Вставляем в раму заднюю стенку и герметизируем её.

    При желании вместо задней стенки можно залить раму сзади каким‑нибудь компаундом, например, эпоксидкой. Правда, это уже исключит возможность разборки и ремонта панели.

    Схема подключения электроснабжения дома с использованием наших батарей

    Конечно, одной батареи в 50 Вт не хватит для обеспечения энергией даже небольшого домика. Но с её помощью уже можно реализовать в нем освещение, используя современные светодиодные светильники.

    Для комфортного существования городского жителя сейчас в сутки требуется не менее 4 кВтч электроэнергии. Для семьи — соответственно количеству её членов.

    Схемы солнечных батарейСледовательно, солнечная батарея частного дома для семьи из трёх человек должна обеспечивать 12 кВтч. Если предполагается электроснабжение жилища только от солнечной энергии нам нужна будет солнечная батарея площадью, не менее 12 кВтч / 0,6 кВтч/м 2 = 20 м 2 .

    Эту энергию необходимо запасти в аккумуляторных батареях, ёмкостью 12 кВтч / 12 В = 1000 Ач, или примерно 16 батарей по 60 Ач.

    Для нормальной работы аккумуляторной батареи с солнечной панелью и её защиты потребуется контроллер заряда.

    Чтобы преобразовать 12 В постоянного тока в 220 В переменного, нужен будет инвертор. Хотя сейчас на рынке уже в достаточном количестве представлено электрооборудование на напряжения 12 или 24 В.

    Совет: В низковольтных сетях электроснабжения действуют токи значительно более высоких значений, поэтому для выполнения проводки к мощному оборудованию следует выбирать провод соответствующего сечения. Проводка для сетей с инвертором выполняется по обычной схеме 220 В.

    Делаем выводы

    При условии аккумулирования и рационального использования энергии, уже сегодня нетрадиционные виды электроэнергетики начинают создавать солидную прибавку в общем объёме её выработки. Можно даже утверждать, что они постепенно становятся традиционными.

    Учитывая значительно снизившийся в последнее время уровень энергопотребления современной бытовой техники, применение энергосберегающих осветительных приборов и значительно увеличившийся КПД солнечных батарей новых технологий, можно сказать, что уже сейчас они способны обеспечивать электроэнергией небольшой частный дом в южных странах с большим количество солнечных дней в году.

    В России же они вполне могут применяться, как резервные или дополнительные источники энергии в комбинированных системах электроснабжения, а если эффективность их удастся повысить хотя бы до 70%, то вполне реально будет и их использование в качестве основных поставщиков электроэнергии.

    Видео о том, как изготовить прибор для сбора солнечной энергии самому

  • Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *