Способы подключения солнечных батарей

Особенности подключения

Солнечная панель.
Устройство, которое контролирует заряд.
Аккумулятор.
Инвертор.
Электрическая сеть дома.

Обязательно в эту схему входят предохранители от короткого замыкания и лампочка, которая показывает уровень нагрузки. Предохранители устанавливаются на провода с положительным зарядом перед аккумулятором, лампочкой, 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 наклонена под другим углом, то схема подключения предусматривает наличие контроллера для каждой панели.

Практика показала:

Монокристаллические способны генерировать ток в течение 3 десятков лет и даже больше.
Более дешевые поликристаллические будут работать на протяжении 20 лет.
Гибкие панели имеют срок службы 7-20 лет. Наиболее короткую «жизнь» имеют изделия первого поколения, наиболее длинную – изделия второго поколения. Главным минусом является быстрая деградация. В течение первых 24 месяцев работы их мощность падает на 10-40%.

Используемые на больших солнечных станциях модули смогли работать с одинаковой мощностью в течение 25 лет. Заявленные в описании характеристики выполнялись на 100%. Это говорит об отсутствии деградации. Некоторые из панелей уменьшили выработку на 10%. Производители гарантировали уменьшение выработки на 20%.

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. Аккумуляторы могут работать 2-15 лет, силовая электроника – 5-20 лет.

Принципиальные схемы солнечных батарей и вариантов их присоединения к управляющим и преобразующим устройствам не является большой сложностью. Практическая сложность общей схемы, с конкретными значениями характеристик всех элементов, заключается в правильном расчете нагрузки, настройке контроллера зарядки и контроллера отбора энергии от других источников.

На примере рисунка рассмотрим некоторые нюансы, связанные с разнонаправленностью панелей, что приводит к различной освещенности панелей. Кроме этого, рассмотрим типы контроллеров зарядки АБК.

Размещение нескольких панелей в одной плоскости не вызывает особых проблем в схемотехнике и практическом подключении. Панели, размещенные в разных плоскостях, пусть близких, работают по-другому. Более освещенная панель (более близкая к точке максимальной мощности) генерирует электричество, часть которого идет на нагрев другой панели, т.к. ток течет по пути наименьшего сопротивления.

И есть два способа избежать этих потерь:

Установить на каждую панель свой контроллер. Имеет смысл, если это мощные панели (более 1 кВт) или панели разнесены на большое расстояние.
Установить отсекающие (запирающие) диоды. Некоторые производители комплектуют диодами свои панели и предусматривают их место в распределительной коробке. Кстати, внутри панели (схема панели) предусматривается наличие диодов между модулями (пластинами), что позволяет получать максимальную мощность и не «греть» пластину с более низкими показателями.

Другая мелочь, на которую мало обращают внимание — это падение напряжения в проводах низковольтной части системы и потери в соединениях. Например, при длине кабеля 1 м сечением 4 кв. мм при прохождении тока в 80 А с напряжением 12 В падение напряжения составит 0,383 В (3,19 %) или 30,6 Вт

В «скрутках» падение составляет 0,1-0,3 В

мм при прохождении тока в 80 А с напряжением 12 В падение напряжения составит 0,383 В (3,19 %) или 30,6 Вт. В «скрутках» падение составляет 0,1-0,3 В.

Красным цветом указано несоответствие передаваемой мощности сечению провода, при котором происходит сильный пожароопасный нагрев.

Применение

Гелиосистемы применяют для обеспечения электричеством предприятий, отелей, больничных комплексов, дачных поселков, деревень, которые расположены на значительном удалении от ЛЭП либо испытывающих частые перебои со светом. Устройства, работающие на фотоэлементах можно встретить на суднах и поездах.

Гелиосистемы могут выступать вспомогательным и самостоятельным прибором для производства энергии. Их можно подключать совместно с магистральной сетью, ветровым, твердотельным и жидкостным генератором. При одновременном подключении магистрального электричества и установки на фотоэлементах, в первую очередь расходуется ток от фотоэлементов. Если его недостаточно, система начинает отбирать электроэнергию из магистральной сети. Но если произойдет отключение магистрального электричества. Электроэнергия от гелиосистемы также перестанет поступать.

Кроме получения электроэнергии, естественный свет используют для обогрева зданий. В этом случае устанавливают солнечные коллекторы. Их мощностей хватает для нагрева воды до 200 С, а стоимость системы сравнима с ценой не самого качественного электрического водонагревателя, который потребляет огромное количество электричества, а нагревает от силы до 98-100 С. Преимущества коллекторов по сравнению с иными системами неоспорима:

работают на бесплатной энергии
экологически чистые
не требуют тщательного ухода
безопасные
мощные
сравнительно не дорогие

Выбираем солнечные панели для частного дома

Перед тем, как покупать солнечные панели в частный дом, узнайте:

Суточное потребление электроэнергии в помещении;
Место для установки панелей (направлены на юг при этом на них не должно быть тени и выставлен соответствующий угол наклона);
Аккумуляторы размещаются в теплом помещении при этом температуре до 25 градусов по Цельсию;
Учитывайте пиковые нагрузки электроприборов;
Сезонное или постоянное использование системы.

Для регионов с высокой световой активностью лучше всего подойдут монокристаллические батареи. Для дачи или приусадебного участка, если планируется сезонное использование лучше всего подойдут микроморфные поликристаллические модели. Они сравнительно недорогие, хорошо воспринимают рассеянный, боковой свет и работают под углом в пасмурную погоду.

Пример расчетов

Дачный участок потребляет 3-6 кВт*ч электрической энергии, но этот показатель может быть выше при использовании большого количество электроприборов или дополнительного освещения дома. Трехэтажных коттедж потребляет от 20 до 50 кВт*ч и даже больше. На основе представленной информации произведем расчет.

№	Энергопотребители	Мощность, Вт	Количество	Время работы, ч	Потребляемая мощность в сутки, кВт*ч
1	Лампа	90	3	3	1
2	Лампа	50	3	3	0,56
3	ТВ	150	1	4	0,7
4	Насос	400	1	2	1
5	Холодильник	1200	1	2	3
6	Ноутбук	400	1	2	0,8
7	Спутники	20	1	4	0,9
	Всего:	—	—	—	7 кВт (с учетом потерь)

Энергоемкость коттеджа составляет 7 кВт (с учетом потерь). Если дом находится на Юге, где солнечного света достаточно для энергообеспечения, то понадобится порядка 20 батарей. Рабочая мощность одной панели – 400 Вт. Такого количество достаточно для энергоснабжения загородного участка, где постоянно проживает семья из 4-6 человек.

Особенности подключения

Солнечная панель.
Устройство, которое контролирует заряд.
Аккумулятор.
Инвертор.
Электрическая сеть дома.

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

Лампочку и аккумуляторы подключают к контроллеру заряда.

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 смогут работать.

Как правильно подключить электрическую часть

В зависимости от вашей взаимосвязи с местной энергоснабжающей организацией, существует три основных способа подключения солнечной электростанции:

Автономный, когда к вашему дому невозможно (или просто нет желания) протянуть линию электропередач. В этом случае во время светового дня, солнечные панели накапливают энергию в аккумуляторах, а в темное время суток наступает пик потребления. Обязательно использование качественных и дорогих аккумуляторных батарей, и надежного зарядного устройства. Поскольку энергоснабжение вашего объекта напрямую зависит от количества «солнце-часов», не лишним будет подстраховаться ветровой электростанцией. Начальное вложение средств достаточно велико, зато вы навсегда забудете о счетах за электроэнергию.
Резервный, когда вы одновременно пользуетесь и местной энергосистемой, и собственной солнечной электростанцией. Какой источник считать основным, а какой резервным — зависит от емкости аккумуляторов и мощности ваших солнечных панелей. Оптимальный алгоритм использования — днем 100 % загрузка солнечных панелей, потребление из сети стремится к нулю. Ночью, когда тариф ниже, можно подпитываться от городской энергосистемы. При таком подключении вы не зависите от капризов погоды и аварий в местной электросети. Есть возможность проводить обслуживание солнечной электростанции без перерыва в энергоснабжении дома. Неплохой вариант для дачи или СНТ, где качество снабжения электроэнергией ниже плинтуса.
Комбинированное (последовательное) подключение.
Такой способ предполагает не только два источника снабжения электричеством: собственная солнечная станция и местная энергосеть, но и возможность производить избыток электричества для продажи.В зависимости от местного законодательства, есть способы продажи избытков энергии снабжающим организациям. В этом случае устанавливается специальный счетчик энергии, и заключается соответствующий договор. При формировании избыточных мощностей, они перетекают в местную электросеть, возвращая вам затраты на электростанцию. Однако этот путь требует не только технического, но и грамотного юридического сопровождения.

Будет интересно Принцип работы термостата: устройство назначение, основные функции и виды

Правила эксплуатации

Одной покупки и монтажа для счастья будет недостаточно – в обязательном порядке следует ознакомиться с правилами пользования системами сбора солнечной энергии и аккумуляторов. С целью экономии носителя энергии следует обеспечить максимально возможную передачу электроэнергии от солнечного приемника к конечному потребителю. Следует использовать аккумуляторы исключительно для накопления электричества. В этом случае срок эксплуатации будет искусственно увеличен. Этой же цели послужит защита от тряски и прочих нежелательных воздействий.

Следует держать под контролем температуру элементов питания. В случае повышения может возникнуть потребность в добавлении воды или дополнительном обслуживании. В результате понижения температуры электролит может загустеть. Оба варианта могут привести к быстрому истощению, перебоям в работе. Это значит, что владельца ждут дополнительные расходы на незапланированный ремонт. Глубокая разрядка и зарядка устройства от солнечной панели приводит к сокращению емкости. Это становится причиной преждевременного выхода из строя элементов питания. Предотвратить неприятный конец можно с помощью современных составляющих системы.

С течением времени установленной системе может понадобиться модернизация. В этом случае следует еще раз изучить технические характеристики имеющегося оборудования

Важно понять, что можно использовать повторно. Неисправные и непригодные элементы необходимо заменить либо точно такими же, либо на соответствующие аналоги. Не стоит пренебрегать возможностью переоснащения и улучшения гелиосистемы с целью повышения эффективности

Не стоит пренебрегать возможностью переоснащения и улучшения гелиосистемы с целью повышения эффективности.

О том, как выбрать аккумулятор для солнечных батарей, смотрите в следующем видео.

Устройство и принцип работы

Рисунок 1 – Общий вид солнечной батареи.

Основными составляющими солнечной батареи являются фотогальванические ячейки, сделанные из пластин кремния. Панель состоит из алюминиевой рамы, в которую вставлено закаленное, ударопрочное сверхпрозрачное стекло. На стекло в виде матрицы укладываются ячейки, которые соединяются последовательно методом пайки. Общий вид солнечной батареи приведен на рисунке 1, а типичная схема соединения ее ячеек – на рисунке 2. Количество ячеек может быть разное в зависимости от требуемой мощности. В результате этого у собранной батареи получаются два вывода – “+” и “-“. Далее этот набор ячеек подвергается инкапсуляции, то есть тщательно герметизируется специальной пленкой или заливается двухкомпонентным компаундом – веществом, похожим на эпоксидную смолу.

Под воздействием света на кремниевых элементах возникает разность потенциалов, которая в итоге суммируется, так как ячейки соединены последовательно. Напряжение солнечной батареи будет меняться, в зависимости от интенсивности освещения. Чтобы эффективно использовать полученную электроэнергию, солнечную батарею нужно правильно подключать в схему взаимодействия с другими устройствами.

Как собрать солнечную батарею своими руками

Сборка корпуса солнечной батареи

Сборка солнечных батарей, а именно, корпуса может выполняться в разных вариантах. В первом случае ее можно сделать из фанерных листов и деревянных реек, поэтому такой монтаж не представляет особой сложности. Конструкции выпиливаются по размерам, а затем соединяются между собой саморезами. Все стыки и швы предварительно промазываются герметиком. Все деревянные части покрываются краской или специальными защитными составами. Дальнейшие работы проводятся только после полного высыхания конструкции.

Немного сложнее изготовить солнечную батарею из алюминиевого уголка. В этом случае сборка каркаса происходит в следующем порядке:

Сборка из уголка прямоугольного каркаса.
В каждом углу конструкции сверлятся отверстия под крепления.
Внутренняя часть профиля по всему периметру покрывается силиконовым герметиком.
Внутрь каркаса на обработанные места укладывается текстолит или оргстекло, вырезанные по размеру. Их нужно как можно плотнее прижать к уголкам.
Внутри корпуса лист прозрачного материала фиксируется крепежными уголками, установленными по углам.
Дальнейшие работы проводятся после полного высыхания герметика. Предварительно, все внутренние поверхности протираются от пыли и загрязнений.

Пайка проводов и соединение фотоэлементов

Все элементы для солнечных батарей отличаются повышенной хрупкостью и требуют аккуратного обращения. Перед началом пайки они протираются, чтобы поверхность была идеально чистой. Элементы с припаянными проводниками все равно следует проверить и устранить обнаруженные недостатки.

На каждой фотопластинке имеются контакты с различной полярностью. Вначале проводники припаиваются к ним, а уже потом соединяются между собой.

При использовании шин вместо проводов, необходимо учитывать следующие особенности:

Шины размечаются и разрезаются на требуемое количество полосок.
Контакты пластин протираются спиртом, после чего на них наносится тонкий слой флюса, с одной стороны.
Шина прикладывается по всей длине контакта, после чего по ней нужно провести разогретым паяльником.
Пластина переворачивается, и такая же операция повторяется на другой стороне.

Паяльник во время монтажа нельзя сильно прижимать к пластине, иначе она может лопнуть. На лицевой стороне после пайки не должно оставаться неровностей. Если они остались, нужно еще раз пройти паяльником по шву.

Чтобы не ошибиться с размещением пластин, перед тем как их собирать, на поверхность листа рекомендуется нанести разметку с учетом всех размеров и зазоров. После этого фотоэлементы укладываются на свои места. Затем контакты панелей соединяются между собой с обязательным соблюдением полярности.

Нанесение герметизирующего слоя

Перед тем как самому герметизировать конструкцию, нужно выполнить тестирование и проверить солнечные батареи на работоспособность. Она выносится на солнце, после чего на выводах шин замеряется напряжение. Если оно в пределах нормы, можно приступать к нанесению герметика.

Один из наиболее подходящих вариантов предполагает следующие действия:

Силиконовый герметик наносится на самодельные солнечные батареи капельками по краям корпуса и между пластинами. После этого края фотоэлементов аккуратно прижимаются к прозрачному основанию и должны прилегать к нему как можно плотнее.
На каждый край пластинок укладывается небольшой груз, после чего герметик полностью высыхает, а фотоэлементы надежно фиксируются.
В самом конце аккуратно промазываются края рамки и все стыки между пластинами. На данном этапе герметиком покрывается все, кроме самих пластинок, он не должен попасть на их оборотную сторону.

Окончательная сборка солнечной панели

После всех операций остается лишь полностью собрать солнечную батарею в домашних условиях.

В этом случае порядок действий будет следующий:

В боковой части корпуса устанавливается соединительный разъем, к которому подключаются диоды Шоттки.
С лицевой стороны вся сборка пластинок солнечной батареи закрывается прозрачным защитным экраном и герметизируется, чтобы исключить попадание влаги внутрь конструкции.
Для обработки лицевой стороны рекомендуется использовать специальный лак, например, PLASTIK-71.
После сборки выполняется окончательная проверка, после чего солнечная батарея из подручных средств сделанная своими руками может устанавливаться на свое место.

Как сделать солнечную батарею своими руками

Повер банк с солнечной батареей

Обзор солнечных батарей для туристов

Установка солнечных батарей

Солнечные батареи: альтернативная энергия

Солнечная батарея из старых транзисторов

Те, кто занимается ремонтом радиоаппаратуры, со временем накапливают свой стратегический запас радиодеталей. Среди них могут оказаться транзисторы или диоды в металлическом корпусе. Для ремонта современных аппаратов они уже не подходят из–за больших габаритов, но собрать из старых транзисторов небольшую фотопанель — вполне реально.

Лучше всего из подручных материалов найти транзисторы типа КТ или П:

Чтобы добраться до фотоэлемента, необходимо аккуратно срезать ее верхнюю часть. Под ней и находится кремневый полупроводниковый элемент — фотоэлемент. Срезать крышечку можно, если зажать аккуратно деталь в тиски, ножовкой по металлу.

Под ней видна пластина. Именно она и будет основным элементом в будущей схеме.

Есть три выводных контакта:

база;
эмиттер;
коллектор.

Нам нужен коллектор. Именно он обладает хорошей разностью потенциалов.

Соберите начальную цепочку по схеме:

Собирать все элементы необходимо на ровной поверхности из диэлектрического материала. Исходя из параметров будущей фотопанели, собирается последовательная цепочка из деталей. И потом набирается параллельная группа из таких цепочек.

Если один транзистор способен выдавать 0,35 В и силу тока при КЗ в 0,25 мкА, то подобрать расчетное количество цепочек из радиодеталей можно опираясь на эти характеристики.

Не стоит забывать, что собранная батарея из светодиодов будет нуждаться в охлаждении. Поэтому не рекомендуется размещать детали плотно и близко друг от друга. Так будет лучше работать естественная вентиляция.

Опытные мастера знают, что такая конструкция неудобна из–за больших габаритов. Гораздо практичней солнечная батарея из диодов своими руками.

В любом случае попробовать спаять альтернативный источник энергии есть смысл по двум причинам:

Как минимум, будут пристроены старые радиодетали.
От него можно запитать электронные часы или даже небольшой радиоприемник.

Солнечная батарея и ветрогенератор

Схемы, в которых соседствуют различные источники энергии, должны строиться на общей характеристике — одинаковое напряжение источников, т.к. иначе потребуются разные контроллеры зарядки и, возможно, инверторы (если разброс по мощности источников большой), а схема блока АКБ позволяет подстраиваться под напряжение источников.

Подключение источника с генератором переменного тока с параметрами сети несколько изменяет схему подключения. На рисунке представлен самый общий вариант без блока подзарядки АКБ (контроллер и трансформатор с выпрямителем, которые отбирают энергию от внешнего источника переменного тока).

Схема подключения усложняется в случае, если автономная система подключена к централизованной сети. В России не отрегулированы ситуации, когда частный потребитель может отдавать излишки энергии в сеть. Кроме этого, переключение не бывает «гладким», т.е. происходит перепад напряжения длительностью 0,3-1 секунды в зависимости от сложности переключателя.

Сложность схемы подключения возрастает с подключением других источников. Вот некоторые вопросы, которые приходится рассматривать при сложной комплектации:

Согласование характеристик источников, устройств управления и преобразования энергии,
Надежность системы, в сочетании с проблемами утилизации избыточной энергии.

В целом ряде ситуаций могут оказать помощь наши специалисты. Для этого можно использовать сервисы сайта: онлайн-консультант и форму обратной связи.

Альтернативный источник энергии на базе солнечных батарей – отличный вариант для организации независимого энергоснабжения. Он обеспечит высокую энергетическую эффективность не только в знойные деньки, но и в пасмурную погоду. Было бы неплохо иметь такое устройство у себя дома, не так ли?

Для этого нужно лишь грамотно подобрать технические компоненты и произвести монтаж. Сделать это может каждый, зная схемы и способы подключения солнечных батарей. Мы расскажем, как сооружается производительная система, перерабатывающая «зеленую энергию» в электричество, необходимое для питания бытового оборудования.

Кроме того, вы узнаете, как выбрать место для установки гелиопанелей и как совместить их со стационарной электросетью. Полезные советы и важные рекомендации окажут действенную помощь домашним мастерам. Для упрощения восприятия приведены тематические фотографии, схемы и видеоролики.

Планируя выполнить подключение солнечных панелей собственноручно, необходимо иметь представление, из каких элементов состоит система.

Солнечные панели состоят из комплекта , основное предназначение которых – преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Сила тока системы зависит от интенсивности света: чем ярче излучения, тем больший ток генерируется.

Помимо солнечного модуля в устройство такой электростанции входят фотоэлектрические преобразователи — контроллер и инвертор, а также подключенные к ним аккумуляторы

Основными конструктивными элементами системы выступают:

Солнечная батарея – преобразует солнечный свет в электрическую энергию.
Аккумулятор – химический источник тока, который накапливает сгенерированную электроэнергию.
Контроллер заряда – следит за напряжением аккумуляторов.
Инвертор, преобразующий постоянное электрическое напряжение аккумуляторной батареи в переменное 220В, которое необходимо для функционирования системы освещения и работы бытовой техники.
Предохранители, устанавливаемые между всеми элементами системы и защищающие систему от короткого замыкания.
Комплект коннекторов стандарта МС4.

Помимо основного предназначения контроллера – следить за напряжением аккумуляторов, устройство по мере необходимости отключает те или иные элементы. Если показатель на клеммах аккумулятора в дневное время достигает отметки в 14 Вольт, что указывает на их перезарядку, контроллер прерывает зарядку.

В ночной период, когда показатель напряжения аккумуляторов достигает предельно низкой отметки в 11 Вольт, контроллер останавливает работу электростанции.

Схемы сборки и подключения солнечных батарей