Solarne baterije za vrt i dom: vrste, principi rada i postupak izračuna solarnih sustava

Znanost nam je podarila vrijeme kada je tehnologija korištenja solarne energije postala javno dostupna.Svaki vlasnik ima priliku nabaviti solarne panele za svoj dom. Ljetni stanovnici ne zaostaju u ovom pitanju. Često se nalaze daleko od centraliziranih izvora održive opskrbe električnom energijom.

Predlažemo da se upoznate s informacijama koje prikazuju dizajn, principe rada i proračun radnih jedinica Sunčevog sustava. Upoznavanje s informacijama koje nudimo približit će vam stvarnost opskrbe vašeg mjesta prirodnom električnom energijom.

Za jasno razumijevanje navedenih podataka priloženi su detaljni dijagrami, ilustracije, fotografije i video upute.

Dizajn i princip rada solarne baterije

Jednom davno, radoznali umovi otkrili su nam prirodne tvari nastale pod utjecajem čestica sunčeve svjetlosti, fotona, električna energija. Proces je nazvan fotoelektrični efekt. Znanstvenici su naučili kontrolirati mikrofizičke fenomene.

Na temelju poluvodičkih materijala stvorili su kompaktne elektroničke uređaje – fotoćelije.

Proizvođači su ovladali tehnologijom kombiniranja minijaturnih pretvarača u učinkovite solarne ploče. Učinkovitost modula silicijskih solarnih panela koji se široko proizvode u industriji je 18-22%.

Iz opisa dijagrama jasno se vidi: sve komponente elektrane su jednako važne - koordinirani rad sustava ovisi o njihovom kompetentnom odabiru

Solarna baterija je sastavljena od modula. To je krajnja točka putovanja fotona od Sunca do Zemlje. Odavde ove komponente svjetlosnog zračenja nastavljaju svoj put unutar električnog kruga kao čestice istosmjerne struje.

Oni se raspoređuju po baterijama ili se pretvaraju u naboje izmjenične električne struje napona 220 volti koja napaja sve vrste kućnih tehničkih uređaja.

Solarna baterija je sklop serijski spojenih poluvodičkih uređaja – fotoćelija koje sunčevu energiju pretvaraju u električnu.

Više detalja o specifičnostima uređaja i principu rada solarne baterije naći ćete u drugom popularan članak naše stranice.

Vrste modula solarnih panela

Solarni paneli-moduli sastavljeni su od solarnih ćelija, inače poznatih kao fotoelektrični pretvarači. Dvije vrste FEP-a su pronašle široku upotrebu.

Razlikuju se po vrstama silicijskih poluvodiča koji se koriste za njihovu proizvodnju, a to su:

• Polikristalni. To su solarne ćelije izrađene od rastaljenog silicija dugotrajnim hlađenjem. Jednostavna metoda proizvodnje čini cijenu pristupačnom, ali produktivnost polikristalne verzije ne prelazi 12%.
• Monokristalni. To su elementi dobiveni rezanjem umjetno uzgojenog kristala silicija na tanke pločice. Najproduktivnija i skupa opcija. Prosječna učinkovitost je oko 17%; možete pronaći monokristalne solarne ćelije s višim performansama.

Polikristalne solarne ćelije su plosnatog kvadratnog oblika s nejednolikom površinom. Monokristalne varijante izgledaju kao tanki kvadrati jednolike površinske strukture s odrezanim kutovima (pseudokvadrati).

Ovako izgledaju FEP - fotonaponski pretvarači: karakteristike solarnog modula ne ovise o vrsti korištenih elemenata - to utječe samo na veličinu i cijenu

Paneli prve verzije iste snage veći su od drugih zbog niže učinkovitosti (18% prema 22%). No, u prosjeku su deset posto jeftiniji i vrlo su traženi.

Možete naučiti o pravilima i nijansama odabira solarnih ploča za opskrbu autonomnom energijom za grijanje. pročitajte ovdje.

Shema rada solarnog napajanja

Kada pogledate misteriozno zvuče nazive komponenti koje čine solarni svjetlosni energetski sustav, pomisao dolazi na super-tehničku složenost uređaja.

Na mikrorazini života fotona to je točno. I vizualno, opći dijagram električnog kruga i princip njegovog rada izgledaju vrlo jednostavno. Samo su četiri koraka od nebeskog tijela do “Iljičeve žarulje”.

Solarni moduli su prva komponenta elektrane. To su tanke pravokutne ploče sastavljene od određenog broja standardnih ploča fotoćelija. Proizvođači proizvode foto panele različite električne snage i napona od 12 volti.

Uređaji ravnog oblika prikladno su smješteni na površinama otvorenim za izravne zrake. Modularni blokovi spojeni su međusobnim vezama u solarnu bateriju. Zadatak baterije je pretvoriti primljenu sunčevu energiju, proizvodeći istosmjernu struju zadane vrijednosti.

Uređaji za skladištenje električnog naboja - baterije za solarne panele svima poznat. Njihova je uloga u sustavu opskrbe sunčevom energijom tradicionalna. Kada su kućanski potrošači spojeni na centraliziranu mrežu, uređaji za pohranu energije pohranjuju električnu energiju.

Oni također akumuliraju njegov višak ako je struja solarnog modula dovoljna da osigura snagu koju troše električni uređaji.

Baterija opskrbljuje strujni krug potrebnom količinom energije i održava stabilan napon čim njegova potrošnja poraste na povećanu vrijednost. Ista stvar se događa, na primjer, noću kada foto paneli ne rade ili tijekom slabog sunčanog vremena.

Shema opskrbe energijom za dom pomoću solarnih panela razlikuje se od opcija s kolektorima u mogućnosti pohranjivanja energije u bateriji

Regulator je elektronički posrednik između solarnog modula i baterija.Njegova uloga je regulirati razinu napunjenosti baterija. Uređaj ne dopušta njihovo kuhanje zbog prekomjernog punjenja ili pada električnog potencijala ispod određene norme potrebne za stabilan rad cijelog solarnog sustava.

Invertirajući, ovako zvuči doslovno objašnjenje pojma solarni pretvarač. Da, zapravo, ova jedinica obavlja funkciju koja se inženjerima elektrotehnike nekada činila fantastičnom.

Pretvara istosmjernu struju solarnog modula i baterija u izmjeničnu struju s potencijalnom razlikom od 220 volti. Ovo je radni napon za veliku većinu kućanskih električnih uređaja.

Protok sunčeve energije proporcionalan je položaju rasvjetnog tijela: kod ugradnje modula bilo bi dobro predvidjeti podešavanje kuta nagiba ovisno o godišnjem dobu.

Vršno opterećenje i prosječna dnevna potrošnja energije

Zadovoljstvo posjedovanja vlastite solarne stanice ipak puno vrijedi. Prvi korak na putu iskorištavanja snage sunčeve energije je određivanje optimalnog vršnog opterećenja u kilovatima i racionalne prosječne dnevne potrošnje energije u kilovat-satima za kućanstvo ili seosku kuću.

Vršno opterećenje nastaje potrebom uključivanja nekoliko električnih uređaja odjednom i određuje se njihovom maksimalnom ukupnom snagom, uzimajući u obzir precijenjene karakteristike pokretanja nekih od njih.

Izračun maksimalne potrošnje energije omogućuje vam da prepoznate koji električni uređaji trebaju raditi istovremeno, a koji nisu toliko vitalni. Ovom pokazatelju podliježu karakteristike snage komponenti elektrane, odnosno ukupni trošak uređaja.

Dnevna potrošnja energije električnog uređaja mjeri se umnoškom njegove pojedinačne snage i vremena rada iz mreže (potrošene električne energije) tijekom dana. Ukupna prosječna dnevna potrošnja energije izračunava se kao zbroj električne energije koju svaki potrošač potroši u jednom dnevnom razdoblju.

Naknadnom analizom i optimizacijom dobivenih podataka o opterećenjima i potrošnji energije osigurat će se potrebna konfiguracija i kasniji rad solarnog energetskog sustava uz minimalne troškove

Rezultat potrošnje energije pomaže racionalnom pristupu potrošnji solarne električne energije. Rezultat izračuna važan je za daljnji izračun kapaciteta baterije. O ovom parametru još više ovisi cijena baterijskog paketa, značajne komponente sustava.

Postupak izračuna energetskih pokazatelja

Proces izračuna doslovno počinje s vodoravno postavljenim, kvadratnim, rasklopljenim listom bilježnice. Svjetlim crtama olovke s lista se dobiva obrazac s trideset stupaca, a crte prema broju kućanskih električnih uređaja.

Priprema za aritmetičke izračune

Prvi stupac je tradicionalan - serijski broj. Drugi stupac je naziv električnog uređaja. Treće je njegova individualna potrošnja energije.

Stupci od četiri do dvadeset i sedam su sati u danu od 00 do 24 sata. U njih se vodoravnom razlomljenom crtom upisuju:

• u brojniku – vrijeme rada uređaja tijekom određenog sata u decimalnom obliku (0,0);
• nazivnik je opet njegova pojedinačna potrošnja energije (ovo ponavljanje je potrebno za izračun satnih opterećenja).

Dvadeset osmi stupac je ukupno vrijeme rada kućanskog uređaja tijekom dana.U dvadeset devetom - bilježi se osobna potrošnja energije uređaja kao rezultat množenja individualne potrošnje energije s vremenom rada tijekom dnevnog razdoblja.

Izrada detaljne specifikacije potrošača, uzimajući u obzir opterećenja po satu, pomoći će zadržati više uobičajenih uređaja, zahvaljujući njihovoj racionalnoj upotrebi

Trideseti stupac također je standardan - napomena. Bit će korisno za srednje izračune.

Izrada potrošačkih specifikacija

Sljedeća faza izračuna je transformacija obrasca bilježnice u specifikaciju za kućanske potrošače električne energije. Prvi stupac je jasan. Ovdje se upisuju redni brojevi linija.

Drugi stupac sadrži nazive potrošača energije. Preporuča se započeti punjenje hodnika električnim uređajima. Sljedeće opisuje druge sobe u smjeru suprotnom od kazaljke na satu ili u smjeru kazaljke na satu (kako vama odgovara).

Ako postoji drugi (itd.) kat, postupak je isti: od stepenica - okolo. Pritom ne treba zaboraviti na uređaje na stubištima i uličnu rasvjetu.

Bolje je ispuniti treći stupac koji označava snagu nasuprot naziva svakog električnog uređaja zajedno s drugim.

Stupci od četiri do dvadeset i sedam odgovaraju svakom satu u danu. Radi praktičnosti, možete ih odmah nacrtati vodoravnim crtama u sredini linija. Rezultirajuće gornje polovice linija su poput brojnika, donje su nazivnici.

Ovi se stupci popunjavaju red po red. Brojnici su selektivno oblikovani kao vremenski intervali u decimalnom formatu (0,0), odražavajući vrijeme rada određenog električnog uređaja u određenom satnom razdoblju. Paralelno, gdje se upisuju brojnici, upisuju se nazivnici s pokazateljem snage uređaja, preuzet iz trećeg stupca.

Nakon što su svi stupci sati popunjeni, prijeđite na izračun pojedinačnog dnevnog radnog vremena električnih uređaja, red po red. Rezultati se bilježe u odgovarajućim ćelijama dvadeset osmog stupca.

U slučaju kada solarna elektrana ima pomoćnu ulogu, kako sustav ne bi radio u praznom hodu, na nju se može spojiti dio trošila za stalnu snagu.

Na temelju snage i radnih sati redom se izračunava dnevna potrošnja energije svih potrošača. Bilježi se u ćelijama dvadeset devetog stupca.

Kada su svi reci i stupci specifikacije popunjeni, izračunavaju se ukupni zbrojevi. Zbrajanjem grafova snage iz nazivnika satnih stupaca dobivaju se opterećenja svakog sata. Zbrajanjem pojedinačne dnevne potrošnje energije dvadeset devetog stupca odozgo prema dolje, dobiva se ukupni dnevni prosjek.

U izračun nije uključena vlastita potrošnja budućeg sustava. Ovaj faktor se uzima u obzir pomoćnim koeficijentom u kasnijim konačnim izračunima.

Analiza i optimizacija dobivenih podataka

Ako se kao rezerva planira napajanje iz solarne elektrane, podaci o satnoj potrošnji energije i ukupnoj prosječnoj dnevnoj potrošnji energije pomažu minimizirati potrošnju skupe solarne električne energije.

To se postiže isključivanjem energetski intenzivnih potrošača iz uporabe do uspostave centralizirane opskrbe električnom energijom, posebice u satima vršnog opterećenja.

Ako je solarni sustav koncipiran kao izvor konstantnog napajanja, tada dolaze do izražaja rezultati satnih opterećenja.Važno je rasporediti potrošnju električne energije tijekom dana na takav način da se eliminiraju prevladavajući visoki i vrlo niski niski.

Uklanjanje vršnih opterećenja, izjednačavanje maksimalnih opterećenja i eliminacija naglih padova u potrošnji energije tijekom vremena omogućuju odabir najekonomičnijih opcija za komponente solarnog sustava i osiguravaju stabilan, i što je najvažnije, dugotrajan rad solarne stanice bez problema.

Grafikon će otkriti neravnomjernost potrošnje energije: naš zadatak je pomaknuti maksimume u vrijeme najveće solarne aktivnosti i smanjiti ukupnu dnevnu potrošnju, posebice noću.

Prikazani crtež prikazuje transformaciju iracionalnog rasporeda dobivenog na temelju specifikacije u optimalni. Dnevna potrošnja smanjena je sa 18 na 12 kW/h, prosječno dnevno satno opterećenje sa 750 na 500 W.

Isti princip optimalnosti koristan je kada se kao rezerva koristi opcija solarne energije. Možda se ne isplati trošiti previše novca na povećanje snage solarnih modula i baterija radi nekih privremenih neugodnosti.

Izbor komponenti solarne elektrane

Da bismo pojednostavili izračune, razmotrit ćemo verziju korištenja solarne baterije kao glavnog izvora električne energije za vrt. Potrošač će biti uvjetna seoska kuća u regiji Ryazan, gdje stalno borave od ožujka do rujna.

Praktični izračuni temeljeni na podacima iz gore objavljenog racionalnog rasporeda potrošnje energije po satu dat će jasnoću obrazloženju:

• Ukupna prosječna dnevna potrošnja energije = 12.000 watt/sat.
• Prosječna potrošnja opterećenja = 500 vata.
• Maksimalno opterećenje 1200 W.
• Vršno opterećenje 1200 x 1,25 = 1500 vata (+25%).

Vrijednosti će biti potrebne pri izračunu ukupnog kapaciteta solarnih uređaja i ostalih radnih parametara.

Određivanje radnog napona solarnog sustava

Interni radni napon bilo kojeg solarnog sustava temelji se na višekratniku od 12 volti, što je najčešća vrijednost baterije. Najraširenije komponente solarnih stanica: solarni moduli, kontroleri, pretvarači proizvode se za popularne napone od 12, 24, 48 volti.

Viši napon omogućuje korištenje opskrbnih žica manjeg presjeka - a to znači povećanu pouzdanost kontakta. S druge strane, pokvarene baterije od 12 V mogu se mijenjati jednu po jednu.

U mreži od 24 volta, s obzirom na specifičnosti rada baterija, morat ćete ih zamijeniti samo u paru. Mreža od 48 V će zahtijevati promjenu sve četiri baterije jedne grane. Osim toga, kod 48 volti već postoji opasnost od strujnog udara.

S istim kapacitetom i približno istom cijenom trebali biste kupiti baterije s najvećom dopuštenom dubinom pražnjenja i većom maksimalnom strujom

Glavni izbor nominalne vrijednosti unutarnje razlike potencijala sustava povezan je s karakteristikama snage pretvarača proizvedenih u modernoj industriji i treba uzeti u obzir veličinu vršnog opterećenja:

• od 3 do 6 kW – 48 volti,
• od 1,5 do 3 kW – jednako 24 ili 48V,
• do 1,5 kW – 12, 24, 48V.

Birajući između pouzdanosti ožičenja i neugodnosti zamjene baterija, za naš ćemo se primjer usredotočiti na pouzdanost. Naknadno ćemo krenuti od radnog napona izračunatog sustava, 24 volta.

Opremanje baterije solarnim modulima

Formula za izračun snage potrebne za solarnu bateriju izgleda ovako:

Rcm = (1000 * Esut) / (k * Sin),

Gdje:

• Rcm = snaga solarne baterije = ukupna snaga solarnih modula (panela, W),
• 1000 = prihvaćena fotonaponska osjetljivost (kW/m²)
• Esut = dnevni zahtjev za potrošnjom energije (kWh, u našem primjeru = 18),
• k = sezonski koeficijent koji uzima u obzir sve gubitke (ljeto = 0,7; zima = 0,5),
• Syn = tablična vrijednost insolacije (fluks sunčevog zračenja) pri optimalnom nagibu panela (kW*h/m²).

Vrijednost insolacije možete saznati u svojoj regionalnoj meteorološkoj službi.

Optimalni kut nagiba solarnih panela jednak je geografskoj širini područja:

• u proljeće i jesen,
• plus 15 stupnjeva - zimi,
• minus 15 stupnjeva – ljeti.

Regija Ryazan koju razmatramo u našem primjeru nalazi se na geografskoj širini 55.

Najveća snaga solarnih panela postiže se korištenjem sustava praćenja, sezonskim promjenama kuta nagiba panela i korištenjem mješovitih trim modula.

Za vrijeme uzeto od ožujka do rujna, najbolji neregulirani nagib solarne ploče jednak je ljetnom kutu od 40° u odnosu na površinu zemlje. Uz ovu instalaciju modula, prosječna dnevna insolacija Ryazana u tom razdoblju je 4,73. Svi brojevi su tu, idemo računati:

Rcm = 1000 * 12 / (0,7 * 4,73) ≈ 3600 vata.

Ako uzmemo module od 100 W kao osnovu za solarnu bateriju, trebat će nam ih 36. Bit će teški 300 kilograma i zauzimat će prostor veličine oko 5 x 5 m.

Dijagrami ožičenja ispitani na terenu i mogućnosti povezivanja solarnih panela dani su ovdje.

Raspored jedinice za napajanje baterije

Prilikom odabira baterija morate se voditi sljedećim načelima:

1. Obični automobilski akumulatori NISU prikladni za ovu svrhu. Baterije solarnih elektrana označene su natpisom “SOLAR”.
2. Trebali biste kupovati samo baterije koje su identične u svim aspektima, po mogućnosti iz iste tvorničke serije.
3. Prostorija u kojoj se nalazi baterija mora biti topla. Optimalna temperatura kada baterije proizvode punu snagu = 25⁰C. Kada padne na -5⁰C, kapacitet baterije se smanjuje za 50%.

Ako se za izračun uzme reprezentativna 12-voltna baterija kapaciteta 100 ampera/sat, lako je izračunati da ona može potrošačima opskrbiti energijom ukupne snage 1200 watta tijekom cijelog sata. Ali ovo je s potpunim pražnjenjem, što je krajnje nepoželjno.

Za dugotrajnost baterije, NE preporučuje se smanjiti njihovu napunjenost ispod 70%. Granica = 50%. Uzimajući broj 60% kao "zlatnu sredinu", temeljimo naknadne izračune na rezervi energije od 720 Wh za svakih 100 Ah kapacitivne komponente baterije (1200 Wh x 60%).

Možda će kupnja jedne baterije s kapacitetom od 200 Ah koštati manje od kupnje dvije baterije od 100 Ah, a broj kontaktnih spojeva baterije će se smanjiti

U početku, baterije moraju biti instalirane 100% napunjene iz stacionarnog izvora napajanja. Punjive baterije moraju potpuno pokrivati ​​opterećenja u mraku. Ako nemate sreće s vremenom, održavajte potrebne parametre sustava tijekom dana.

Važno je uzeti u obzir da će višak baterija dovesti do njihovog stalnog nedovoljnog punjenja. To će značajno smanjiti životni vijek. Čini se da je najracionalnije rješenje opremiti jedinicu baterijama s rezervom energije dovoljnom za pokrivanje jedne dnevne potrošnje energije.

Da biste saznali potreban ukupni kapacitet baterije, podijelite ukupnu dnevnu potrošnju energije od 12000 Wh sa 720 Wh i pomnožite sa 100 A*h:

12 000 / 720 * 100 = 2500 A*h ≈ 1600 A*h

Ukupno, za naš primjer trebat će nam 16 baterija kapaciteta 100 ili 8 od 200 Ah, spojenih serijski paralelno.

Odabir dobrog regulatora

Kompetentan odabir regulator punjenja baterije (AKB) vrlo je specifičan zadatak. Njegovi ulazni parametri moraju odgovarati odabranim solarnim modulima, a izlazni napon mora odgovarati unutarnjoj razlici potencijala solarnog sustava (u našem primjeru 24 volta).

Dobar regulator mora osigurati:

1. Višestupanjsko punjenje baterija, koje višestruko produljuje njihov učinkovit radni vijek.
2. Automatsko međusobno, baterijsko i solarno spajanje-isključivanje u korelaciji s punjenjem-pražnjenjem.
3. Ponovno spajanje opterećenja s baterije na solarnu bateriju i obrnuto.

Ova mala jedinica je vrlo važna komponenta.

Ako se neki potrošači (npr. rasvjeta) prebace na izravno napajanje od 12 volti iz regulatora, bit će potreban inverter manje snage, što znači jeftiniji

Od pravilnog odabira regulatora ovisi besprijekoran rad skupog akumulatora i uravnoteženost cijelog sustava.

Odabir najboljeg pretvarača

Pretvarač je odabran s takvom snagom da može osigurati dugotrajno vršno opterećenje. Njegov ulazni napon mora odgovarati unutarnjoj razlici potencijala Sunčevog sustava.

Za najbolju opciju odabira preporuča se obratiti pozornost na sljedeće parametre:

1. Oblik i frekvencija dovedene izmjenične struje. Što je bliže sinusoidi od 50 herca, to bolje.
2. Učinkovitost uređaja. Što je više od 90%, to je divnije.
3. Vlastita potrošnja uređaja. Mora biti razmjeran ukupnoj potrošnji energije sustava. Idealno - do 1%.
4. Sposobnost čvora da izdrži kratkotrajna dvostruka preopterećenja.

Najizvrsniji dizajn je pretvarač s ugrađenom funkcijom kontrolera.

Montaža solarnog sustava za kućanstvo

Napravili smo vam izbor fotografija koje jasno pokazuju proces sastavljanja solarnog sustava za kućanstvo od tvornički izrađenih modula:

Zaključci i koristan video na tu temu

Video #1. Uradi sam demonstracija postavljanja solarnih panela na krov kuće:

Video #2. Izbor baterija za solarni sustav, vrste, razlike:

Video #3. Seoska solarna elektrana za one koji sve rade sami:

Razmotrene korak-po-korak praktične metode proračuna, osnovno načelo učinkovitog rada moderne solarne baterije kao dijela kućne autonomne solarne stanice pomoći će vlasnicima i velike kuće u gusto naseljenom području i seoske kuće u divljini kako bi stekao energetski suverenitet.

Želite li podijeliti svoje osobno iskustvo koje ste stekli tijekom izgradnje mini solarnog sustava ili samo baterija? Imate li pitanja na koja biste željeli dobiti odgovor ili ste pronašli nedostatke u tekstu? Ostavite komentare u bloku ispod.