Мой личный опыт использования солнечных панелей без подключения к рэс. Какую выбрать схему подключения солнечных батарей загородного дома

Наши сотрудники регулярно предоставляют консультации на предмет установки солнечных электростанций различных типов, а также компания Best Energy предоставляет полный комплекс услуг для установки солнечной электростанции «под ключ» . Реже бывает применение автономной системы электроснабжения на основе солнечных батарей для автомобильного транспорта и недавно к нашим специалистам поступил интересный вопрос о том, как правильно соединить две солнечные батареи разной мощности: последовательно или параллельно? Ответ на этот вопрос было принято решение опубликовать на сайте в разделе поддержки по продукции альтернативных источников энергии, доработав его в полноценный формат статьи.

Схемы соединения солнечных батарей

Всего существует три схемы соединения солнечных панелей, которые могут применяться: параллельное, последовательное и параллельно-последовательное. В зависимости от мощности солнечной электростанции и напряжения постоянного тока может применяться одна из выбранных схем. Остановимся подробнее на каждой и опишем принцип работы.

Параллельное соединение солнечных панелей

Данная схема подходит для тех случаев, когда необходимо оставить напряжение на одном уровне, но повысить мощность солнечного PV-массива. Приведем пример на двух солнечных панелях мощность 100В с напряжением 12В. Соединение происходит путем подключения положительных соединений в одну группу, а отрицательных выводов – во вторую группу. Такими образом, напряжение остается прежним 12В, а мощность возрастает до 200 Вт.

Рисунок 1. Параллельное соединение солнечных панелей (12В 200Вт).

Последовательное соединение солнечных панелей

Последовательное соединение применяется в тех ситуациях, когда необходимо поднять уровень напряжения, но зафиксировать мощность на одном уровне. На схеме отражено соединение двух солнечных панелей мощностью 100Вт с напряжением 12В, когда в итоге получаем солнечный PV-массив 24В 100Вт.

Рисунок 2. Последовательное соединение солнечных панелей (24В 100Вт).

Параллельно-последовательное соединение солнечных панелей

Более сложной схемой соединения солнечных батарей будет параллельно-последовательный тип. Зачастую подобная схема применяется для относительно мощных солнечных массивов. Применение этой схемы дает возможность как поднять номинальное напряжение соединенных панелей, так и увеличить мощность. На примере показано, как можно соединить четыре панели с напряжением 12В и мощностью 100Вт. После соединения получаем солнечный PV-массив с напряжением 24В и мощностью 200Вт.

Рисунок 3. Параллельно-последовательное соединение солнечных панелей (24В 200Вт).

Соединение солнечных батарей разной мощности

Когда требуется соединить вместе солнечные батареи разной мощности, то может применяться две вышеописанные схемы: параллельная и последовательная. Однако необходимо учитывать возможности применяемого MPPT-контроллера. Так, чтобы подключить батареи параллельно, максимальный выходной ток должен соответствовать току MPPT-контроллера и наоборот, для соединения разных по мощности солнечных модулей последовательно, MPPT-контроллер обязательно должен иметь более высокое рабочее напряжение, чем сумма напряжения холостого хода двух модулей.

Рисунок 4. Параллельное и последовательной соединение солнечных панелей разной мощности.

Как видно по приведенным расчетам, производительность выше на 5,5% при последовательном соединении. Рекомендуем использовать этот вариант.

Внимание! Соединение солнечных батарей разной мощности несколько снижает производительность MPPT-контроллера и делает болеет трудным поиск точки максимальной мощности, но такая система также будет нормально работать при необходимости. 3 /5 на основе 24 голосов

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.

Солнечные батареи – очень выгодный способ стать независимым от плохой работы общей электросети. Кроме этого, созданная ими электрическая энергия является абсолютно бесплатной.

Особенности подключения

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

Солнечная батарея является альтернативным источником питания, чаще всего их используют, когда нет возможности подключиться к обычной электроэнергии. Важно не только приобрести или собрать фотоэлемент, но и правильно подключить его к дому для подачи питания.

Схема солнечной батареи

В зависимости от производителя и формы установки, устройство может содержать следующие компоненты:

• солнечные панели;
• контроллер для заряда;
• несколько инверторов;
• провода для соединения.

На что обратить внимание при установке

Расчет для подключения солнечных батарей (Нажмите для увеличения) не сильно привередливы, а потому их можно установить практически в любом месте вашей крыши, балкона или же прямо на участке загородного дома. Главное в подключении, это соблюдение двух правил, без которых потребление электроэнергии будет практически невозможным :

• угол наклона от горизонта;
• ориентация расположения.

Так, поверхность должна стоять лицом на юг, так как чем больше лучей попадет на батарею под 90 градусов, тем лучше будет работать устройства. Нельзя назвать точные координаты и принцип размещения ведь все это зависит от вашей местности, климата, продолжительности времени года и является абсолютно уникальным. Если вы житель Московского региона, то ваш угол наклона будет составлять 15-20 градусов летом, и от 60 до 70 градусов зимой. Для того, чтобы батареи приносили максимальный эффект, необходимо менять их расположение каждое лето и зиму.

Имейте ввиду: солнечные установки не должны контактировать с холодными температурами, а потому если вы хотите установить их прямо на участке, поднимите фотоэлементы на 50 сантиметров от уровня земли, это убережет их от снега и переохлаждения.

Крепление устройства

Схема подключения солнечных панелей (Нажмите для увеличения) Солнечные батареи необходимо качественно закрепить в четырех точках, причем делать это необходимо на длинной стороне, во избежание повреждений.

Вы сможете сами выбрать наиболее удобный способ для крепления фотоэлементов:

• фиксаторами;
• болтами через отверстия внизу рамки.

Не стоит делать новые дырки для того, чтобы прикрепить панель, обычно, рамы уже предусматривают все варианты. Если же вы каким-либо образом повредите панель или же просверлите в ней дополнительные дыры, ваша гарантия больше не будет действовать.

Подключение батареи

Схема подключения солнечных батарей (Нажмите для увеличения) Структура солнечной батареи достаточно сложная, а потому при сборке необходимо последовательно производить подключение всех компонентов, соответственно схеме:

1. Возьмите кабель из меди и подключите аккумулятор к контроллеру с помощью кабеля (в нем есть специальный значок батареи), плюсом к плюсу, и соответственно минусом к минусу.
2. Подключите фотоэлемент к контролеру таким же образом. Чтобы не перепутать, на контролере вы увидите знак солнечной батареи. Если вы хотите подключить не одну батарею, а несколько, то каждую последующую необходимо устанавливать параллельно предыдущей.
3. После этого приступайте к подключению инвертора к аккумулятору, по принципу – плюсом к плюсу, минусом к минусу.

Обратите внимание: если последовательность подключения будет прервана, контроллер может сломаться.

Как подключить солнечную панель, смотрите в следующем видео:

Альтернативная энергетика становится все доступнее. Эта статья даст вам полное представление о солнечной энергетике локальных масштабов, видах фотоэлементов и панелей, принципах построения солнечных ферм и экономической обоснованности.

Особенности солнечной энергетики в средних широтах

Для жителей средних широт альтернативная энергетика весьма привлекательна. Даже в северных широтах среднегодовая суточная доза излучения составляет 2,3-2,6 кВт·ч/м 2 . Чем ближе к югу — тем выше этот показатель. В Якутске, например, интенсивность солнечного излучения составляет 2,96, а в Хабаровске — 3,69 кВт·ч/м 2 . Показатели в декабре составляют от 7% до 20% от среднегодового значения, а в июне и июле возрастают вдвое.

Вот пример расчета эффективности солнечных панелей для Архангельска — региона с одним из самых низких показателей интенсивности солнечного излучения:

• Q — среднегодовое количество солнечной радиации в регионе (2,29 кВт·ч/м 2);
• К откл — коэффициент отклонения поверхности коллектора от южного направления (среднее значение: 1,05);
• P ном — номинальная мощность солнечной панели;
• К пот — коэффициент потерь в электроустановках (0,85-0,98);
• Q исп — интенсивность излучения, при которой панель испытывалась (обычно 1000 кВт·ч/м 2).

Последние три параметра указываются в паспорте панелей. Таким образом, если в условиях Архангельска работают панели KVAZAR с номинальной мощностью 0,245 кВт, а потери в электроустановке не превышают 7%, то один блок фотоэлементов обеспечит генерацию в размере около 550 Вт·ч. Соответственно, для объекта с номинальным потреблением 10 кВт·ч понадобится около 20 панелей.

Экономическая обоснованность

Сроки окупаемости солнечных панелей посчитать несложно. Умножьте суточное количество производимой энергии в сутки на количество суток в году и на срок эксплуатации панелей без снижения мощности — 30 лет. Рассмотренная выше электроустановка способна генерировать в среднем от 52 до 100 кВт·ч в сутки в зависимости от продолжительности светового дня. Среднее значение составляет около 64 кВт·ч. Таким образом, за 30 лет электростанция в теории должна выработать 700 тыс. кВт·ч. При одноставочном тарифе в 3,87 руб. и стоимости одной панели около 15 000 руб, затраты окупятся за 4-5 лет. Но реальность более прозаична.

Дело в том, что декабрьские значения солнечной радиации меньше среднегодовых примерно на порядок. Поэтому для полностью автономной работы электростанции зимой требуется в 7-8 раз больше панелей, чем летом. Это существенно увеличивает вложения, но уменьшает срок окупаемости. Перспектива введения «зеленого тарифа» выглядит вполне ободряюще, но даже на сегодняшний день можно заключить договор на поставку электроэнергии в сеть по оптовой цене, которая втрое ниже розничного тарифа. И даже этого достаточно, чтобы выгодно продавать 7-8 кратный излишек выработанной электроэнергии в летний период.

Основные типы солнечных панелей

Существует два основных типа солнечных панелей.

Твердые кремниевые фотоэлементы считаются элементами первого поколения и наиболее распространены: около 3/4 рынка. Их существует две разновидности:

• монокристаллические (черного цвета) имеют высокий КПД (0,2-0,24) и малую цену;
• поликристаллические (темно-синего цвета) дешевле в производстве, но менее эффективны (0,12-0,18), хотя при рассеянном свете их КПД снижается меньше.

Мягкие фотоэлементы называют пленочными и изготавливают либо из кремниевого напыления, либо путем многослойной композиции. Кремниевые элементы дешевле в производстве, но их КПД в 2-3 раза ниже кристаллических. Однако при рассеянном свете (сумерки, пасмурность) они эффективнее кристаллических.

Некоторые виды композитных пленок имеют КПД около 0,2 и стоят гораздо больше твердых элементов. Их применение в солнечных электростанциях весьма сомнительно: пленочные панели в большей степени подвержены деградации со временем. Основная область их применения — мобильные энергоустановки с низким потреблением энергии.

Гибридные панели включают помимо блока фотоэлементов также коллектор — систему капиллярных трубок для нагрева воды. Преимущество их не только в экономии площади и возможности горячего водоснабжения. За счет водяного охлаждения фотоэлементы меньше теряют в производительности при нагреве.

Таблица. Обзор производителей

Оборудование гелиоэнергетического комплекса

Батареи генерируют при работе постоянный ток величиной до 40 В. Чтобы использовать его в бытовых целях, требуется ряд преобразований. За это отвечает следующее оборудование:

1. Блок аккумуляторных батарей. Позволяет пользоваться выработанной энергией ночью и в часы малой интенсивности. Используются гелиевые аккумуляторы номинальным напряжением 12, 24 или 48 В.
2. Контроллеры заряда поддерживают оптимальный цикл работы аккумуляторов и переводят требуемую мощность на питание потребителей. Необходимое оборудование подбирается под параметры батарей и аккумуляторов.
3. Инвертор напряжения трансформирует постоянный ток в переменный и имеет ряд дополнительных функций. Во-первых, инвертор устанавливает приоритет источника напряжения, а при недостатке мощности «подмешивает» питание из другого. Гибридные инверторы позволяют также отдавать излишек вырабатываемой энергии в городскую сеть.

1 — солнечные батареи 12 В; 2 — солнечные батареи 24 В; 3 — контроллер заряда; 4 — АКБ 12 В; 5 — освещение 12 В; 6 — инвертор; 7 — автоматика «умного дома»; 8 — блок АКБ 24 В; 9 — аварийный генератор; 10 — основные потребители 220 В

Применение в домашнем хозяйстве

Солнечные панели могут использоваться в абсолютно любых целях: от компенсации получаемой энергии и питания отдельных линий до полной автономизации энергосистемы , включая отопление и горячее водоснабжение. В последнем случае важную роль играет масштабное применение энергосберегающих технологий — рекуператоров и тепловых насосов.

При смешанном использовании гелиоэнергетики используют инверторы. При этом питание может направляться либо на работу отдельных линий или систем, либо частично компенсировать использование городского электричества. Классический пример эффективной энергосистемы — тепловой насос, питаемый небольшой солнечной электростанцией с блоком аккумуляторов.

1 — городская сеть 220 В; 2 — солнечные батареи 12 В; 3 — освещение 12 В; 4 — инвертор; 5 — контроллер заряда; 6 — основные потребители 220 В; 7 — АКБ

Традиционно панели устанавливают на крышах зданий, а в некоторых архитектурных решениях они полностью заменяют кровельное покрытие. При этом панели необходимо ориентировать на южную сторону таким образом, чтобы падение лучей на плоскость было перпендикулярным.