10 марта 2015 в 19:45

Мой личный опыт использования солнечных панелей без подключения к РЭС

• Энергия и элементы питания

В статье описывается самый обычный эксперимент с получением электрической энергии от солнца.

Предыстория

Захотел я переехать из города на природу. Требования были следующие:

• Недалеко от Киева, рассматривались участки до 30км
• Недалеко от родителей моих и супруги, которые остаются в Киеве
• Поменьше людей, побольше природы.

В результате было выбрано с. Зазимье, Броварского района. 10 километров до границы города. Удобно ехать домой на такси, если с машиной что-то не так. Был выбран участок, куплен. А потом местная энергокомпания «развела руками». Я был в шоке. Я рассчитывал решить вопрос максимум за 5K$, а получилось «как всегда». Таким образом я пришел к альтернативным источникам получения электроэнергии.

Первый опыт был интересным. Фундамент мы заливали с помощью генератора FIRMAN на 950Вт, небольшой бетономешалки (40л) и по выходным. Все это помещалось в Славуту. Был построен небольшой дом 18м2+чердак, на простом каркасе, в котором мы сейчас и обитаем время от времени. В основном в теплое время, конечно. Рядом в селе снимаем кусок дома на зимнее время. Речь и пойдет об электрификации этого дома.

Начало

Были куплены две солнечные панели китайского производства по 180Вт каждая. Был куплен контроллер ШИМ EPSOLAR на 20А. Два свинцово-кислотных аккумулятора по 100Ач достались по очень льготной цене и инвертор FORT FX55. Позднее мне еще подарили автомобильный преобразователь 12-220 на 300Вт. А до этого я еще купил на 150Вт без вентиляторный автомобильный преобразователь.

С оборудованием разобрались.

Вот снимок характеристик одной панели:

Вот то, что панели выдают на ХХ:

Фотография сразу после установки на крышу:

Быт, потребление

Живу я, сами понимаете, ИТ-жизнью. Убежденный фрилансер, периодически пытаюсь создать что-то большее чам самостоятельный фриланс. Кому интересно, можете зайти ко мне в гости

Все вышеописанное питает: Macbook Pro 2010, телефоны, книжки, планшеты, 3G-роутер, принтер HP LaserJet 1020. Зарядка шуруповерта, насосная станция для воды 1100Вт, пару прожекторов на улицу с датчиками движения и освещенности. Освещение в доме светодиодное 12В.

Есть так же генератор 2,5КВт Кентавр. 4-х тактный. Масло отдельно, а 95-й бензин отдельно. Расход 0,5л в час. Очень экономно получется. На нем сейчас работает бетономешалка, когда она требуется.

На кухне в мелком доме сейчас стоит газовый баллон на 4,8л, без редуктора. Типа «туристический», но работает постоянно. Хватает на две недели при готовке три раза в день. Мимо АГЗС проезжаю регулярно, так что с заправкой проблем нет.

Вот как мое хозяйство выглядело этой зимой:

Большой дом и планы на него

Как я уже писал, изначально планировалась сеть для него, поэтому куплен инвертор FORT FX55 (3500Вт / 5500Вт пусковой). Крыша спроектирована под 20 солнечных панелей 180Вт, что бы они «стали на угол 50 градусов». Широта у меня такая. Где-то вычитал, что на нашей широте и ставить надо под углом 50 градусов - это самый оптимальный угол. Аккумуляторы куплю гелевые, поставлю отдельный новый контроллер.

Будет печка, с которой я на освещение буду снимать зимой электричество (см. ru.wikipedia.org/wiki/Элемент_Пельтье). Так же с печки будет «снято»: горячая вода, водяное отопление (пол + батареи). Печка будет «двухколпаковая». Для эстетики добавлю камин.

На кухне газовая плита и газовая же (ох, и трудно было найти) духовка. Встроенная в мебель.
Вопросы? Комментарии?

Оговорюсь сразу, что несмотря на 4 балла по ТОЭ, основы электротехники я совсем не помню. Ну разве что закон Ома, который является частным случаем Второго правила Кирхгофа. Все делалось по логике и вычитанному из интернета.

В связи с резким повышение стоимости электроэнергии, образованные люди стают все больше интересоваться подключением экономных . Неограниченное количество запасов экологически чистой энергии сегодня стало интересовать все большее количество населения планеты. Задача каждого человека заключается лишь в умении эффективно преобразовать солнечную энергию в необходимую, к примеру, электрическую или тепловую.

Получение электрической энергии стало реальной возможностью благодаря изобретению которой основан на специфических свойствах самого проводника: вырабатывать электрический ток под воздействием света.

Устройство и принцип действия системы

Базовой составляющей солнечной батареи являются фотогальванические ячейки, которые производятся из кремниевых пластин. Сама панель, на которую крепятся в дальнейшем кремниевые пластины, состоит из алюминиевой рамы со вставленным закаленным, ударопрочным, сверхпрозрачным стеклом. Поверх стекла, напоминающего по конструкции матрицу, аккуратно укладываются фотогальванические ячейки, которые соединяются между собой методом пайки.

Следует отметить, что величина солнечной батареи, которую устанавливают на поверхность здания, напрямую зависит от необходимого количества потребляемой мощности. В конце сборки всей батареи остаются 2 выхода «+» и «-».

В дальнейшем, набор полученных ячеек подвергается принудительной инкапсуляции, то есть тщательной герметизации при помощи специальной пленки или двухкомпонентного компаундома.

Далее, под воздействием солнечной энергии на кремниевых пластинах образуется разность потенциалов, которая в результате последовательного крепления ячеек между собой суммируется. Таким образом, получается сбор солнечной энергии и преобразование ее в электрическую.

Следует заметить, что напряжение солнечной батареи будет стационарно изменчиво. Такая изменчивость напрямую зависит от интенсивности светового потока, то есть времени суток и года.

Для обеспечения эффективного использования преобразованной электроэнергии, необходимо правильно осуществить подключение солнечной батареи в схеме взаимодействия с иными обслуживающими устройствами.

Реализация подключения устройства

Наибольшей популярности и распространенности, на сегодняшний день, получили 12-вольтовые системы с прямым преобразованием в 220 В переменного напряжения. Базовая схема такой батареи зачастую состоит из:

1. Солнечной батареи. Возможно нескольких, в зависимости от потребляемой мощности всего электрического оборудования.
2. Контроллера заряда-разряда аккумулятора.
3. Аккумуляторных батарей.
4. Инвертора.

Для более внятного представления работы всей схемы необходимо разобраться в работе и задаче каждого элемента.

• Диод Шоттки. Зачастую этот диод схематически не обозначается на схемах, так как считается изначально вмонтированным элементом системы. Главным предназначением таких диодов является препятствие протеканию обратного тока в ночное время суток и мало солнечную погоду.

• Контролер заряда АКБ. Является электронным устройством, способным автоматически управлять процессами зарядки и разрядки аккумулятора, а также защитить его от чрезмерной зарядки и разрядки.

Работа АКБ происходит следующим образом: в светлое время суток, когда аккумулятор осуществляет зарядку от солнечной батареи, контроллер следит за напряжением на клеммах аккумулятора, и как только оно достигает верхнего предела, процесс зарядки работа по приему энергии прекращается и ток перенаправляется к нагрузке.

В темное время суток солнечная панель не осуществляет работу, а питание всех составляющих системы осуществляется исключительно за счет предварительно заряженного аккумулятора. Как только, напряжение на клеммах аккумулятора достигло нижнего предела – контроллер производит отключение работы схемы.

Дополнительными функциями, которые контроллер осуществляет для защиты элементов реализованной схемы, являются: короткое замыкание и гроза.

• Аккумуляторная батарея. В реализации такой схемы работы системы является накопителем электрической энергии, вырабатываемой солнечной батареей на протяжении всего светового дня. Такая реализация схемы дает возможность осуществлять обслуживание электрических приборов в темное время суток.

В качестве аккумуляторной батареи можно использовать: автомобильные аккумуляторы (только на открытом пространстве), необслуживаемые аккумуляторы (специально предназначены для осуществления многократных и частых циклов зарядки-разрядки).

Монтаж системы

Солнечные батареи устанавливаются на открытых участках под углом 45 градусов к горизонту по направлению в южную сторону. Только в таком положении можно поглотить наибольшее количество электрической энергии.

Если панель поместить на поворотное устройство, которое будет осуществлять движение по направлению светила в автоматическом режиме, то можно накопить большее количество энергии для личного пользования.

Разновидности систем

Следует отметить, что небольшие помещения, такие как частные дома и квартиры снабдить необходимым запасом электроэнергии гораздо проще, нежели большие предприятия. Поэтому для частных случаев установку системы можно осуществлять своими руками, чего не скажешь о больших и мощных производствах, на которых площадь панелей может достигать километров.

Использование солнечных батарей сегодня является отличной альтернативой рационального вложения капиталов в прогрессивную технику, которая помогает сохранить не только бюджет, но и окружающий мир.

Продолжаем нашу тему, посвященную строительству домашней солнечной электростанции. С общей информацией о , о принципах расчета солнечных панелей, а также о для автономных систем электроснабжения вы можете ознакомиться, прочитав наши предыдущие статьи. Сегодня же мы расскажем об особенностях самостоятельного изготовления солнечных панелей, о последовательности подключения электрических преобразователей и о защитных устройствах, которые должны входить в комплект солнечной электростанции.

Изготовление фотоэлектрических модулей

Стандартный фотоэлектрический модуль (панель) состоит из трех основных элементов.

1. Корпус панели.
2. Рамка.
3. Фотоэлектрические ячейки.

Самым простым по конструкции элементом солнечного модуля является его корпус. Как правило, его лицевая сторона представляет собой обыкновенный лист стекла, размеры которого соответствуют количеству солнечных ячеек.

Adoronkin Пользователь FORUMHOUSE

Стекло использовал обычное оконное – 3 мм (самое недорогое). Проводил тест: производительность модуля стекло ухудшает незначительно, так что не вижу особого смысла брать закалённое или просветлённое стекло.

Оконное стекло часто используется при изготовлении защитного корпуса для солнечных панелей. Если же вы сомневаетесь в прочности этого материала, то можно использовать стекло закаленное или обычное, но более толстое (5…6 мм). В этом случае можно не сомневаться, что фотоэлектрические элементы будут надежно защищены от проявлений разрушительной природной стихии (от града, например).

Тыльная сторона корпуса может быть изготовлена из влагостойкого материала, который будет защищать его от попадания пыли и влаги на солнечные элементы. Это может быть металлическая жесть, герметично прикрепленная к рамке с помощью заклепок и силикона или, опять же, обыкновенное стекло.

При этом наличие задней стенки на корпусе самодельной солнечной панели некоторые умельцы и вовсе не приветствуют.

Adoronkin

Тыльная сторона батареи открыта (для лучшего охлаждения), но покрыта акриловым лаком, смешанным с прозрачным герметиком.

Учитывая, что при нагреве панелей значительно падает их мощность, подобное решение выглядит оправданно. Ведь оно обеспечивает эффективное охлаждение полупроводниковых элементов и одновременно – качественную герметизацию солнечных ячеек. Все вместе гарантированно продлевает срок эксплуатации солнечных панелей.

Рамка

Рамки для самодельных солнечных панелей чаще всего изготавливают из стандартных алюминиевых уголков. Лучше использовать алюминий с покрытием – анодированный или крашенный. Если есть соблазн изготовить рамку из дерева или пластика, будьте готовы к тому, что через пару лет изделие может рассохнуться или вовсе развалиться под действием климатических факторов (исключение составляет оконный пластик).

BOB691774 Пользователь FORUMHOUSE

Покупаю там, где производят окна. Цена – 80 руб. за метр. Профиль полностью готов к работе, только запилить надо на 45° и под нагревом, углы склеить.

Рассмотрим самый простой вариант панели: панель с алюминиевой рамкой.

Детали алюминиевой рамки легко скрепляются между собой болтами или саморезами.

Впоследствии к алюминиевому уголку можно без особых усилий приклеить стеклянный корпус. Все, что для этого нужно – обычный силиконовый герметик.

Adoronkin

Я брал силиконовый герметик – универсальный. Достаточно 1-го тюбика. Герметик лучше брать прозрачный. Химическую безопасность герметика по отношению к фотоэлектрическим элементам подтвердила годовая эксплуатация батареи.

В итоге получится неглубокий ящик со стеклянным дном, к которому впоследствии будут приклеены фотоэлектрические элементы.

Определяя размер корпуса и рамки, следует учитывать необходимость в зазоре между соседними фотоэлектрическими ячейками, который равен – 2…5 мм.

Пайка солнечных элементов

Самым ответственным этапом сборки солнечных модулей является спаивание фотоэлектрических элементов. Солнечные ячейки изготовлены из очень хрупкого материала, поэтому и обращения они требуют соответствующего. Те люди, которые уже имели с ними дело, впредь при покупке солнечных элементов заказывают себе ячейки с некоторым запасом по количеству (10 – 15%). Например, для изготовления панели, рассчитанной на 36 элементов, они приобретают 39 – 42 ячейки.

Тонкие шинки для спаивания солнечных ячеек, более толстые шинки (с помощью которых соседние ряды панели объединяются между собой) и солнечные ячейки лучше приобретать у одного и того же продавца. Это экономит время на поиски подходящих элементов и дает определенные гарантии их совместимости.

Пайка элементов в случае их последовательного соединения производится по следующей схеме.

Отрицательный (лицевой) контакт солнечного элемента припаивается к положительному (тыльному) контакту следующей ячейки и т. д.

Так выглядит готовая панель.

Для работы понадобятся следующие инструменты и материалы:

• Мощный паяльник 40-60 Вт (не менее).
• Флюс (флюс-маркер) – обязательно должен быть нейтральным (в противном случае припаянные контакты быстро окислятся).
• Шинки разной ширины.
• Резиновые перчатки – чтобы не вымазывать солнечные элементы (особенно их лицевую часть).

Еще нам понадобится олово. Это на тот случай, если шинка будет плохо припаиваться к контактам. Ячейки, с которыми ведется работа, располагаются на твердой и ровной поверхности. Это может быть дощечка или стекло. Для того, чтобы ячейки не скользили по рабочей поверхности стола, их можно зафиксировать с помощью кусочков изоленты, проклеенных по периметру элемента. Клеить изоленту на саму ячейку (особенно на ее лицевую часть) не следует. Свободный конец шинки следует прикрепить к столу с помощью двухстороннего скотча.

Пайка элементов и сборка панелей производятся в следующем порядке: первым делом контактная канавка пластины по всей длине промазывается флюсом. Затем плоская шинка укладывается в канавку и припаивается к контакту пластины по всей ее ширине (на отрицательном полюсе элемента).

Или в трех точках (как правило – на положительном полюсе элемента).

Количество точек припаивания зависит от конструкции элемента.

Поочередно контакты припаиваются ко всем солнечным элементам. Дополнительный припой используется только в тех случаях, когда с первого раза шинку не удается надежно припаять к пластине.

В первую очередь контакты припаиваются к лицевой (отрицательной) стороне каждой ячейки, которая будет ложиться на стеклянный корпус панели.

Шинка необходимого размера подготавливается заранее. Ее длина должна соответствовать ширине 2-х соседних пластин.

Пластины с припаянными контактами выкладываются на стеклянный корпус панели лицевой стороной вниз. После этого их можно припаивать друг к другу согласно полярности («–» каждой ячейки припаивается к «+» соседней ячейки и так далее).

Для того чтобы элементы было удобнее располагать на стеклянном корпусе панели, его поверхность можно предварительно разметить.

Sliderrr Пользователь FORUMHOUSE

На стекле нанес черным фломастером точки расположения ячеек. Расположил ячейки и зафиксировал их головками, гайками и болтами.

Гайки, ключи и другие металлические предметы в данном случае использовались в качестве груза. Зафиксировать ячейки можно также с помощью прозрачного силикона, который наносится на стекло по углам каждого элемента.

Объединяя между собой соседние ряды фотоэлектрических элементов, следует использовать дополнительный припой. Это повысит надежность пайки в местах соединения проводников различной ширины.

Когда все ячейки спаяны между собой, а проводники выведены наружу сквозь алюминиевую рамку панели, можно приступать к заливке солнечных элементов.

Для этого швы между соседними элементами заливаются силиконовым герметиком.

Sliderrr

Залил силиконом зазоры между панелями (немного приплюснул и срезал сопло шприца, чтобы обеспечить эстетичность шва и хороший контакт силикона со стеклом). Когда подсохло, промазал по периметру каждую панельку ещё раз. После того, как высох герметик, два раза покрыл ячейки яхтовым лаком. В дальнейшем попробую лак изоляционный.

Пользователь Mirosh вместо лака использует для заливки ячеек белый силикон, который наносит на поверхность тонким слоем при помощи шпателя. Результат – вполне удовлетворителен.

Перед окончательной сборкой каждый элемент желательно протестировать на предмет генерируемой им мощности. Сделать это можно с помощью мультиметра. Если существенных различий между силой тока и напряжением, которые генерирует каждая отдельная ячейка, нет, то можно смело включать их в состав фотоэлектрического модуля.

Установка диодов Шоттки

В конструкции солнечных панелей зачастую используются элементы, о которых мы ранее не упоминали. Это шунтирующие диоды Шоттки.

К их установке прибегают по двум причинам.

Во-первых, шунтирующие диоды ставят для того, чтобы в темное время суток или в пасмурную погоду солнечные панели не разряжали аккумулятор, входящий в комплект солнечной электростанции.

Alex МАП Пользователь FORUMHOUSE

В случае прямого подключения солнечных батарей к аккумулятору ночью на панелях высаживается напряжение, и они греются. Поэтому в схему примитивного солнечного контроллера, разработанного ещё лет 10 назад, был введён диод Шоттки (защита от ночного разряда АКБ).

Если к солнечным панелям подключен современный контроллер, то особой необходимости в защите от ночного разряда нет. Исправный контроллер, без помощи дополнительных устройств, вовремя отключит СБ от аккумулятора.

Во-вторых, если солнечный модуль закрывается тенью от стоящего рядом здания (или другого массивного предмета), то мощность этого элемента снижается. Последствия снижения мощности таковы: по отношению к остальным панелям, подключенным к затененному элементу последовательно, затененный элемент из источника тока превращается в резистивную нагрузку. Сопротивление затененного модуля сильно возрастает, а его температура значительно увеличивается.

Значительное снижение мощности – это самое безобидное из того, к чему может привести частичное затенение последовательно соединенной солнечной батареи. Ведь в конечном итоге затененный модуль перегреется и выйдет из строя. Это явление получило название «эффект горячего пятна».

Для того чтобы избежать этого эффекта, параллельно каждому последовательно подключенному модулю (или последовательному ряду солнечных ячеек) устанавливается диод Шоттки. Диод позволяет пустить электричество в обход затененной панели. В этом случае генерируемое напряжение снизится, но большой просадки тока удастся избежать.

Alex МАП

Большой ток от остальных панелей цепи, которые освещены, не прервётся, а пойдёт в обход затенённых частей панелей через диоды. Итоговое напряжение станет чуть меньше, но контроллеру это не важно. Если бы в панелях не были встроены диоды, тогда при малейшем затенении хотя бы кусочка 1 панели вся цепочка полностью бы переставала давать ток.

Иными словами, потери мощности будут соизмеримы с площадью затенения.

Диоды можно устанавливать параллельно всему модулю, а можно параллельно его отдельным рядам.

Здесь изображена схема, при которой каждый ряд ячеек, установленных в одном модуле, имеет свой диод. На практике же модуль чаще всего разделяется на 2 равные части.

HouzeR Пользователь FORUMHOUSE

Обычно для четырехрядной панели выводится средняя точка, то есть ячейки шунтируются пополам. Диоды ставят в клеммной коробке.

В любом случае, все модули солнечной панели следует располагать так, чтобы свет попадал на них равномерно. Тогда не придется решать проблему шунтирования отдельных модулей или даже ячеек.

Клеммные коробки для удобства располагают на тыльной стороне солнечных панелей.

Если несколько последовательно соединенных групп панелей подключается к контроллеру параллельно, то в этом случае каждая последовательная цепочка включается в общую цепь через развязывающий диод. Это позволяет избежать потерь при рассогласовании отдельных последовательных цепочек и дополнительно защитить аккумулятор от разряда в ночное время (если, вдруг, контроллер выйдет из строя).

Диоды подбираются по двум основным параметрам: по максимальной силе тока, которая будет проходить в прямом направлении (прямой ток), и по обратному напряжению. Максимальное напряжение обратного тока (Uобр.макс.) не должно привести к пробою диода. При этом рабочие характеристики диода должны немного превышать номинал панели (примерно в 1,3 – 1,5 раза).

Но здесь есть одна хитрость.

Мax94 Пользователь FORUMHOUSE

Нормальных Шоттки на большие напряжения не бывает. Это просто столбы с падением по прямому току. Так что лучше брать обычные с Urev. Max ≈ 30...100В.

Установка панелей

Как правильно крепить панели и где их устанавливать? Ответы на эти вопросы зависят от конструкции СБ и от возможностей их владельца. Единственное, о чем должны позаботиться все без исключения – это о соблюдении угла наклона. Для каждого региона этот угол будет свой, а зависит он напрямую от широты местности.

В среднем зимой угол наклона должен быть на 10°…15° выше оптимального значения, летом – на такую же величину – ниже. можно посмотреть в разделе FORUMHOUSE.

Сечение проводников

В соответствии с постулатами электротехники слишком малое сечение проводника может привести к его перегреву и даже к возгоранию. Слишком большое – это неплохо, но приведет к необоснованно завышенному удорожанию автономной системы. Поэтому задача ее создателя – найти «золотую середину».

Начнем с того, что самые толстые проводники следует устанавливать в цепи, соединяющий аккумулятор с инвертором (кстати, чем короче будет этот участок, тем лучше). Именно здесь протекают токи большой силы.

Проводники, соединяющие панели с инвертором, а также соединяющие панели между собой, можно выбирать с малым сечением. На этих участках цепи может присутствовать сравнительно высокое напряжение, но всегда будет малая сила тока.

HeliosHouse Пользователь FORUMHOUSE

16 мм² не нужно и 10 мм² не нужно. 4 – более чем достаточно. "Толстый" провод понадобится только в контуре инвертора, сечение нужно подбирать в соответствии с мощностью тока.

«Толстый» и «тонкий» – понятия растяжимые, поэтому не будем уходить от стандартов.

Учитывая, что алюминиевые проводники в домашних системах электроснабжения на сегодняшний день использовать запрещено, табличные данные распространяются на медные токопроводящие жилы с поливинилхлоридной или резиновой изоляцией.

Также, выбирая проводники, следует обращать внимание на рекомендации производителей инверторов, контроллеров и других устройств, задействованных в системе.

Защитные автоматы

В цепи солнечной электростанции, как и в цепи любого другого мощного источника электроэнергии, необходимо ставить защиту от коротких замыканий. В первую очередь автоматы или плавкие вставки должны защищать силовые кабели, идущие от аккумуляторных батарей к инвертору.

Leo2 Пользователь FORUMHOUSE

Если замкнет что в инверторе, то так и до пожара недалеко. Одно из требований к аккумуляторным системам – наличие автомата DC или плавкой вставки как минимум на одном из проводов и как можно ближе к клеммам аккумулятора.

Помимо этого, защита ставится в цепь аккумулятора и контроллера. Не стоит также пренебрегать защитой отдельных групп потребителей (потребителей постоянного тока, бытовых приборов и т. д.). Но это уже правило построения любой системы электроснабжения.

Автомат, устанавливаемый между аккумулятором и контроллером, должен иметь большой запас по току осечки. Иными словами, защита не должна сработать случайно (при увеличении нагрузки). Причина: если на ввод контроллера подается напряжение (от СБ), то в этот момент от него нельзя отключать аккумулятор. Это может привести к выходу устройства из строя.

Порядок подключения

Сборка электрической цепи происходит в следующем порядке:

1. Подключение контроллера к аккумулятору.
2. Подключение к контроллеру солнечных панелей.
3. Подключение к контроллеру группы потребителей постоянного тока.
4. Подключение инвертора к аккумуляторным батареям.
5. Подключение нагрузки к выходу инвертора.

Подобная последовательность подключения поможет уберечь контроллер и инвертор от повреждений.

Вы можете узнать от участников нашего портала, посетив соответствующую тему. Тем, кого всерьез заинтересовала , мы рекомендуем посетить еще один полезный раздел, посвященный обмену опытом в этой области. В заключение предлагаем вашему вниманию видеосюжет, который расскажет о том, как правильно монтируются и подключаются солнечные батареи.

Существуют 3 варианта соединения солнечных панелей между собой:

Последовательное соединение

Параллельное соединение

Последовательно-параллельное соединение солнечных панелей.

Данная статья как раз для того, чтобы разобраться в каждом из них.

Возможные варианты подключения солнечных батарей (солнечных панелей)

Существуют 3 варианта соединения солнечных батарей между собой:

Последовательное соединение;

Параллельное соединение;

Последовательно-параллельное соединение.

Для того чтобы разобраться чем они отличаются, обратимся к основным характеристикам солнечных батарей:

Номинальное напряжение солнечной батареи - как правило 12В или 24В;
. Напряжение при пиковой мощности Vmp - напряжение при которой батарея выдает максимальную мощность;
. Напряжение холостого хода Voc - напряжение в отсутствии нагрузки (важно при выборе контроллера заряда);

Напряжение максимальное в системе Vdc - определяет максимальное количество батарей объединенных вместе;
. Ток Imp - ток при максимальной мощности батареи;
. Ток Isc - ток короткого замыкания, максимально возможный ток батареи.

Мощность солнечной батареи определяется как произведение Напряжения и тока в точке максимальной мощности - Vmp х Imp

В зависимости от того какая схема подключения солнечных батарей выбрана, будут определяться характеристики системы солнечных батарей и подбираться соответствующий контроллер заряда.

Рассмотрим каждую схему соединения:

1) Последовательное соединение солнечных батарей :

При таком соединении минусовая клемма первой батареи соединяется с плюсовой клеммой второй, минусовая второй с клеммой третьей и так далее.

При последовательном соединении нескольких батарей, напряжение их всех будет складываться. Ток системы будет равен току батареи с минимальным током. По этой причине не рекомендуется соединять последовательно батареи с различным значением тока максимальной мощности, поскольку работать они будут не в полную силу.

Рассмотрим на примере:

Имеем 4 солнечных монокристаллических батареи со следующими характеристиками:

Номинальное напряжение: 12В
. Напряжение при пиковой мощности Vmp: 18.46 В
. Напряжение холостого хода Voc: 22.48В
. Напряжение максимальное в системе Vdc: 1000В
. Ток в точке максимальной мощности Imp: 5.42А
. Ток короткого замыкания Isc: 5.65А

Соединив последовательно 4 таких батареи мы получим на выходе номинальное напряжение 12Вх 4=48В. Напряжение холостого хода = 22,48В х 4=89,92В и Ток в точке максимальной мощности равный 5,42А. Эти три параметра задают нам ограничения при выборе контроллера заряда.

2) Параллельное соединение солнечных батарей

В данном случае батареи соединяются при помощи специальных Y - коннекторов. У таких коннекторов имеется два входа и один выход. К входам подключаются клеммы одинакового знака.

При таком соединении напряжение на выходе каждой батареи будет равны между собой и равны напряжению на выходе из системы батарей. Ток от всех батарей будет складываться. Такое соединение позволяет, не поднимая напряжения увеличить ток от них.

Рассмотрим на примере все тех же 4х батарей:

Соединив параллельно 4 таких батареи мы получим номинальное напряжение на выходе равное 12В, Напряжение холостого хода останется 22,48В, но ток при этом будет равен 5,42А х 4 = 21,68А.

3) Последовательно-параллельное соединение солнечных батарей

Последний тип соединения объединяет в себе два предыдущих. Применяя данную схему соединения батарей, мы можем регулировать напряжение и ток на выходе из системы нескольких батарей, что позволит подобрать наиболее оптимальный режим работы всей солнечной электростанции.

В случае такого подключения соединенные последовательно цепочки батарей объединяют параллельно.

Вернемся к нашему примеру с 4-мя батеями:

Соединив по 2 батареи последовательно и затем объединим их соединив цепочки батарей параллельно мы получим следующее. Номинальное напряжение на выходе будет равно сумме двух последовательно соединенных батарей 12В х 2=24В, напряжение холостого хода будет равно 22,48В х 2=44,96В, а ток при этом будет равен 5,42А х2=10,84А.

Такое соединение позволит максимально сэкономить на покупке контроллера заряда, поскольку от него не потребуется выдерживать больших напряжений как в случае последовательного соединения или больших токов как в случае параллельного соединения. Именно поэтому соединяя панели между собой необходимо стремится к балансу между токами и напряжениями.

О том как подобрать контроллер заряда можно прочитать

Долгое время уделом солнечных батарей были либо громоздкие панели спутников и космических станций, либо маломощные фотоэлементы карманных калькуляторов. Это было связано с примитивностью первых монокристаллических кремниевых фотоэлементов: они имели не только низкий КПД (не более 25% в теории, на практике – около 7%), но и заметно теряли эффективность при отклонении угла падения света от 90˚. Учитывая, что в Европе в облачную погоду удельная мощность солнечного излучения может падать ниже 100 Вт/м 2 , для получения сколько-нибудь значительной мощности требовались слишком большие площади солнечных батарей. Поэтому первые солнечные электростанции строились только в условиях максимальной мощности светового потока и ясной погоды, то есть в пустынях вблизи экватора.

Значительный прорыв в создании фотоэлементов вернул интерес к солнечной энергетике: так, наиболее дешевые и доступные поликристаллические кремниевые элементы, хотя и имеют меньший КПД, чем у монокристаллических, но зато и менее чувствительны к условиям работы. на основе поликристаллических пластин выдаст достаточно стабильное напряжение при переменной облачности . Более современные фотоэлементы на основе арсенида галлия имеют КПД до 40%, но слишком дороги для изготовления солнечной батареи своими руками.

На видео идет рассказ об идее постройки солнечной батареи и ее реализации

Стоит ли делать?

Во многих случаях солнечная батарея окажется очень полезной : например, владелец частного дома или дачи, расположенного вдалеке от электросети, сможет даже от компактной панели поддержать свой телефон заряженным, подключить маломощные потребители наподобие автомобильных холодильников.

С этой целью выпускаются и продаются готовые компактные панели, выполненные в виде быстро сворачиваемых сборок на основе из синтетической ткани. В средней полосе России такая панель размером около 30х40 см сможет обеспечить мощность в пределах 5 Вт при напряжении 12 В.

Более крупная батарея сможет обеспечить до 100 Вт электрической мощности. Казалось бы, это не так много, но стоит вспомнить принцип работы небольших : в них вся нагрузка запитывается через от батареи аккумуляторов, которые заряжаются от маломощного ветряка. Таким образом становится возможным использование более мощных потребителей.

Использование аналогичного принципа при постройке домашней солнечной электростанции делает ее более выгодной по сравнению с ветряком: летом солнце светит большую часть дня, в отличие от непостоянного и часто отсутствующего ветра. По этой причине аккумуляторы смогут набирать заряд днем гораздо быстрее, а сама солнечная панель гораздо проще в установке, чем требующий высокой мачты .

Есть свой смысл и в использовании солнечной батареи исключительно как источника аварийного питания. Например, если в частном доме установлен газовый котел отопления с циркуляционными насосами, при отключении электропитания можно через импульсный преобразователь (инвертор) запитать их от аккумуляторов, которые поддерживаются заряженными от солнечной батареи, сохраняя систему отопления работоспособной.

Телевизионный сюжет на эту тему