Соларне батерије за башту и дом: врсте, принципи рада и поступак за прорачун соларних система

Наука нам је дала време када је технологија за коришћење соларне енергије постала јавно доступна.Сваки власник има прилику да набави соларне панеле за свој дом. Летњи становници не заостају у овом питању. Често се налазе далеко од централизованих извора одрживог напајања.

Предлажемо да се упознате са информацијама које представљају дизајн, принципе рада и прорачун радних јединица соларног система. Упознавање са информацијама које нудимо приближиће вам реалност снабдевања вашег сајта природном електричном енергијом.

За јасно разумевање датих података приложени су детаљни дијаграми, илустрације, фото и видео упутства.

Дизајн и принцип рада соларне батерије

Некада су радознали умови открили за нас природне супстанце настале под утицајем честица сунчеве светлости, фотона, електрична енергија. Процес је назван фотоелектрични ефекат. Научници су научили да контролишу микрофизичке појаве.

На основу полупроводничких материјала креирали су компактне електронске уређаје – фотоћелије.

Произвођачи су савладали технологију комбиновања минијатурних претварача у ефикасне соларне панеле. Ефикасност силицијумских модула соларних панела које широко производи индустрија је 18-22%.

Из описа дијаграма се јасно види: све компоненте електране су подједнако важне - координиран рад система зависи од њиховог компетентног избора

Соларна батерија је састављена од модула. То је последња тачка путовања фотона од Сунца до Земље. Одавде, ове компоненте светлосног зрачења настављају свој пут унутар електричног кола као честице једносмерне струје.

Они се дистрибуирају по батеријама, или се претварају у пуњења наизменичне електричне струје напона од 220 волти, која напаја све врсте кућних техничких уређаја.

Соларна батерија је комплекс серијски повезаних полупроводничких уређаја - фотоћелија које претварају сунчеву енергију у електричну енергију.

Више детаља о специфичностима уређаја и принципу рада соларне батерије наћи ћете у другом популаран чланак наш сајт.

Врсте модула соларних панела

Соларни панели-модули се склапају од соларних ћелија, иначе познатих као фотоелектрични претварачи. ФЕП два типа су нашли широку примену.

Они се разликују по врстама силицијумских полупроводника који се користе за њихову производњу, а то су:

• Полицристаллине. То су соларне ћелије направљене од растопљеног силицијума кроз дуготрајно хлађење. Једноставан начин производње чини цену приступачном, али продуктивност поликристалне верзије не прелази 12%.
• Моноцристаллине. То су елементи добијени резањем вештачки узгојеног кристала силицијума у ​​танке плочице. Најпродуктивнија и најскупља опција. Просечна ефикасност је око 17%; можете пронаћи монокристалне соларне ћелије са већим перформансама.

Поликристалне соларне ћелије су равног квадратног облика са неуједначеном површином. Монокристалне сорте изгледају као танки квадрати са уједначеном структуром површине са исеченим угловима (псеудоквадрати).

Овако изгледају ФЕП - фотонапонски претварачи: карактеристике соларног модула не зависе од врсте елемената који се користе - ово утиче само на величину и цену

Панели прве верзије исте снаге су већи од других због мање ефикасности (18% према 22%). Али, у просеку су десет одсто јефтинији и веома су тражени.

Можете научити о правилима и нијансама избора соларних панела за снабдевање аутономном енергијом грејања. прочитајте овде.

Шема рада соларног напајања

Када погледате мистериозно звуче називе компоненти које чине систем за напајање соларне светлости, долази на помисао о супер-техничкој сложености уређаја.

На микро нивоу живота фотона ово је тачно. И визуелно, општи дијаграм електричног кола и принцип његовог рада изгледају врло једноставно. Од небеског тела до „Иљичеве сијалице“ има само четири корака.

Соларни модули су прва компонента електране. То су танки правоугаони панели састављени од одређеног броја стандардних плоча фотоћелија. Произвођачи праве фото панеле различите електричне снаге и напона вишекратника од 12 волти.

Уређаји равног облика се згодно налазе на површинама отвореним за директне зраке. Модуларни блокови се комбинују међусобним везама у соларну батерију. Задатак батерије је да претвори примљену сунчеву енергију, производећи једносмерну струју задате вредности.

Електрични уређаји за складиштење пуњења - батерије за соларне панеле свима познат. Њихова улога у систему снабдевања соларном енергијом је традиционална. Када су потрошачи у домаћинству повезани на централизовану мрежу, уређаји за складиштење енергије складиште електричну енергију.

Они такође акумулирају њен вишак ако је струја соларног модула довољна да обезбеди снагу коју троше електрични уређаји.

Батерија снабдева коло потребном количином енергије и одржава стабилан напон чим се његова потрошња повећа на повећану вредност. Иста ствар се дешава, на пример, ноћу када фото панели не раде или током слабог сунчаног времена.

Шема снабдевања енергијом за дом који користи соларне панеле разликује се од опција са колекторима у могућности складиштења енергије у батерији

Контролер је електронски посредник између соларног модула и батерија.Његова улога је да регулише ниво напуњености батерија. Уређај им не дозвољава да прокључају услед прекомерног пуњења или пада електричног потенцијала испод одређене норме неопходне за стабилан рад целог соларног система.

Обрнуто, овако буквално звучи појам објашњено соларни инвертер. Да, у ствари, ова јединица обавља функцију која је електроинжењерима некада изгледала фантастично.

Конвертује једносмерну струју соларног модула и батерија у наизменичну струју са потенцијалном разликом од 220 волти. Ово је радни напон за огромну већину електричних уређаја у домаћинству.

Проток сунчеве енергије је пропорционалан положају светиљке: приликом уградње модула било би добро предвидети подешавање угла нагиба у зависности од доба године.

Вршно оптерећење и просечна дневна потрошња енергије

Задовољство да имате сопствену соларну станицу и даље много вреди. Први корак на путу ка искоришћавању моћи соларне енергије је одређивање оптималног вршног оптерећења у киловатима и рационалне просечне дневне потрошње енергије у киловат-сатима за домаћинство или сеоску кућу.

Вршно оптерећење настаје потребом да се истовремено укључи неколико електричних уређаја и одређује се њиховом максималном укупном снагом, узимајући у обзир прецењене почетне карактеристике неких од њих.

Израчунавање максималне потрошње енергије вам омогућава да идентификујете који електрични уређаји захтевају истовремени рад, а који нису толико витални. Карактеристике снаге компоненти електране, односно укупни трошкови уређаја, подлежу овом индикатору.

Дневна потрошња енергије електричног апарата мери се производом његове појединачне снаге и времена рада из мреже (потрошене електричне енергије) током дана. Укупна просечна дневна потрошња енергије израчунава се као збир електричне енергије коју потроши сваки потрошач током дневног периода.

Накнадна анализа и оптимизација добијених података о оптерећењима и потрошњи енергије обезбедиће неопходну конфигурацију и накнадни рад система соларне енергије уз минималне трошкове.

Резултат потрошње енергије помаже да се рационално приступи потрошњи соларне електричне енергије. Резултат прорачуна је важан за даљи прорачун капацитета батерије. Цена батерије, значајне компоненте система, још више зависи од овог параметра.

Поступак за израчунавање енергетских индикатора

Процес прорачуна буквално почиње са хоризонтално постављеним, квадратним, несавијеним листом свеске. Са светлим линијама оловке из листа се добија образац са тридесет колона, а линије према броју кућних електричних апарата.

Припрема за аритметичка израчунавања

Прва колона је традиционална - редни број. Друга колона је назив електричног уређаја. Трећа је индивидуална потрошња енергије.

У колонама од четири до двадесет седам су сати у дану од 00 до 24. У њих се кроз хоризонтални разломак уписује:

• у бројиоцу – време рада уређаја током одређеног сата у децималном облику (0,0);
• именилац је опет његова индивидуална потрошња енергије (ово понављање је потребно за израчунавање сатних оптерећења).

Двадесет осма колона је укупно време рада уређаја за домаћинство током дана.У двадесет деветом - лична потрошња енергије уређаја се бележи као резултат множења појединачне потрошње енергије са временом рада током дневног периода.

Израда детаљне спецификације потрошача, узимајући у обзир оптерећења по сату, помоћи ће да се задржи више уобичајених уређаја, захваљујући њиховој рационалној употреби

Тридесета колона је такође стандардна – прим. Биће корисно за средње прорачуне.

Израда спецификација потрошача

Следећа фаза прорачуна је трансформација формулара свеске у спецификацију за потрошаче електричне енергије у домаћинству. Прва колона је јасна. Овде се уносе серијски бројеви линија.

Друга колона садржи називе потрошача енергије. Препоручљиво је започети пуњење ходника електричним уређајима. У наставку су описане друге просторије у смеру супротном од казаљке на сату или у смеру казаљке на сату (како вама одговара).

Ако постоји други (итд.) спрат, поступак је исти: са степеница - около. Истовремено, не треба заборавити на уређаје на степеништима и уличном осветљењу.

Боље је попунити трећу колону указујући на снагу насупрот називу сваког електричног уређаја заједно са другом.

Колоне од четири до двадесет седам одговарају сваком сату у дану. Ради практичности, можете их одмах нацртати хоризонталним линијама у средини линија. Добијене горње половине линија су као бројиоци, доње су имениоци.

Ове колоне се попуњавају ред по ред. Бројачи су селективно форматирани као временски интервали у децималном формату (0,0), који одражавају време рада датог електричног уређаја у одређеном часовном периоду. Паралелно, где се уносе бројиоци, уносе се имениоци са индикатором снаге уређаја, узетим из треће колоне.

Након што се попуне све колоне са сатима, прелази се на обрачун појединачног дневног радног времена електричних уређаја, померајући се ред по ред. Резултати се бележе у одговарајућим ћелијама двадесет осме колоне.

У случају када соларна електрана има помоћну улогу, тако да систем не ради у празном ходу, део оптерећења се може прикључити на њу за константну снагу

На основу снаге и радних сати, редом се обрачунава дневна потрошња енергије свих потрошача. Забележено је у ћелијама двадесет девете колоне.

Када се попуне сви редови и колоне спецификације, израчунавају се збројеви. Сабирањем графика снага из именилаца сатних колона добијају се оптерећења сваког сата. Сумирањем индивидуалне дневне потрошње енергије двадесет девете колоне од врха до дна, добија се укупан дневни просек.

Обрачун не укључује сопствену потрошњу будућег система. Овај фактор се узима у обзир помоћним коефицијентом у каснијим коначним прорачунима.

Анализа и оптимизација добијених података

Ако је енергија из соларне електране планирана као резервна, подаци о потрошњи енергије по сату и укупној просечној дневној потрошњи енергије помажу да се потрошња скупе соларне електричне енергије минимизира.

Ово се постиже искључивањем енергетски интензивних потрошача из употребе све док се централизовано напајање не успостави, посебно током вршног оптерећења.

Ако је соларни систем замишљен као извор константног напајања, онда се јављају резултати сатних оптерећења.Важно је да се потрошња електричне енергије распореди током дана на такав начин да се елиминишу преовлађујући високи и веома ниске падове.

Елиминисање вршних оптерећења, изједначавање максималних оптерећења и елиминисање наглих падова у потрошњи енергије током времена омогућавају одабир најекономичнијих опција за компоненте соларног система и осигуравају стабилан, и што је најважније, несметан дуготрајан рад соларне станице.

Графикон ће открити неуједначеност потрошње енергије: наш задатак је да померимо максимуме на време највеће сунчеве активности и смањимо укупну дневну потрошњу, посебно ноћу.

Приказани цртеж приказује трансформацију ирационалног распореда добијеног на основу спецификације у оптималан. Дневна потрошња смањена је са 18 на 12 кВ/х, просечно дневно сатно оптерећење са 750 на 500 В.

Исти принцип оптималности је користан када се опција соларне енергије користи као резервна копија. Можда не вреди трошити превише новца на повећање снаге соларних модула и батерија зарад неких привремених непријатности.

Избор компоненти соларне електране

Да бисмо поједноставили прорачуне, размотрићемо верзију коришћења соларне батерије као главног извора електричне енергије за башту. Потрошач ће бити условна сеоска кућа у Рјазанској области, где стално бораве од марта до септембра.

Практични прорачуни на основу података из горе објављеног рационалног распореда потрошње енергије по сату даће јасноћу у образложењу:

• Укупна просечна дневна потрошња енергије = 12.000 вати/сат.
• Просечна потрошња оптерећења = 500 вати.
• Максимално оптерећење 1200 вати.
• Максимално оптерећење 1200 к 1,25 = 1500 вати (+25%).

Вредности ће бити потребне за израчунавање укупног капацитета соларних уређаја и других радних параметара.

Одређивање радног напона соларног система

Унутрашњи радни напон било ког соларног система заснива се на вишеструком напону од 12 волти, што је најчешћа оцена батерије. Најраспрострањеније компоненте соларних станица: соларни модули, контролери, инвертори се производе за популарне напоне од 12, 24, 48 волти.

Већи напон омогућава употребу доводних жица мањег попречног пресека - а то значи повећану поузданост контакта. С друге стране, неисправне 12В батерије могу се заменити једну по једну.

У мрежи од 24 волта, с обзиром на специфичности рада батерија, мораћете да их замените само у паровима. Мрежа од 48 В ће захтевати промену све четири батерије једне гране. Осим тога, на 48 волти већ постоји опасност од струјног удара.

Са истим капацитетом и приближно истом ценом, требало би да купите батерије са највећом дозвољеном дубином пражњења и већом максималном струјом

Главни избор номиналне вредности унутрашње разлике потенцијала система је везан за карактеристике снаге претварача које производи савремена индустрија и треба да узме у обзир величину вршног оптерећења:

• од 3 до 6 кВ – 48 волти,
• од 1,5 до 3 кВ – једнако 24 или 48 В,
• до 1,5 кВ – 12, 24, 48В.

Бирајући између поузданости ожичења и непријатности замене батерија, за наш пример ћемо се фокусирати на поузданост. Затим ћемо поћи од радног напона израчунатог система, 24 волта.

Опремање батерије соларним модулима

Формула за израчунавање снаге потребне за соларну батерију изгледа овако:

Рцм = (1000 * Есут) / (к * Син),

Где:

• Рцм = снага соларне батерије = укупна снага соларних модула (панела, В),
• 1000 = прихваћена фотонапонска осетљивост (кВ/м²)
• Есут = дневна потреба потрошње енергије (кВх, у нашем примеру = 18),
• к = сезонски коефицијент који узима у обзир све губитке (лето = 0,7; зима = 0,5),
• Син = табеларно приказана вредност инсолације (флукс сунчевог зрачења) при оптималном нагибу панела (кВ*х/м²).

Вредност инсолације можете сазнати у вашој регионалној метеоролошкој служби.

Оптимални угао нагиба соларних панела једнак је географској ширини подручја:

• у пролеће и јесен,
• плус 15 степени – зими,
• минус 15 степени – лети.

Рјазанска област која се разматра у нашем примеру налази се на географској ширини 55.

Највећа снага соларних панела постиже се коришћењем система за праћење, сезонским променама угла нагиба панела и употребом мешовитих трим модула

За време од марта до септембра, најбољи нерегулисани нагиб соларног панела је једнак летњем углу од 40⁰ према површини земље. Са овом уградњом модула, просечна дневна инсолација Рјазања током овог периода је 4,73. Сви бројеви су ту, хајде да израчунамо:

Рцм = 1000 * 12 / (0,7 * 4,73) ≈ 3600 вати.

Ако као основу за соларну батерију узмемо модуле од 100 вати, онда ће нам требати 36 њих. Биће тешки 300 килограма и заузимаће површину величине око 5 к 5 м.

Шеме ожичења тестиране на терену и опције повезивања соларних панела дате су овде.

Распоред батерије за напајање

Приликом избора батерија, морате се руководити следећим принципима:

1. Обичне аутомобилске батерије НИСУ погодне за ову сврху. Батерије соларних електрана су означене натписом „СОЛАР“.
2. Требало би да купујете само батерије које су идентичне у свим аспектима, по могућности из исте фабричке серије.
3. Просторија у којој се налази батерија мора бити топла. Оптимална температура када батерије производе пуну снагу = 25⁰Ц. Када падне на -5⁰Ц, капацитет батерије се смањује за 50%.

Ако за прорачун узмете репрезентативну батерију од 12 волти капацитета 100 ампера/час, лако је израчунати да она може да обезбеди енергију потрошачима укупне снаге 1200 вати током читавог сата. Али ово је са потпуним пражњењем, што је изузетно непожељно.

За дуготрајан радни век батерија, НЕ препоручује се смањење њиховог пуњења испод 70%. Граница = 50%. Узимајући број 60% као „златну средину“, накнадне прорачуне заснивамо на резерви енергије од 720 Вх за сваких 100 Ах капацитивне компоненте батерије (1200 Вх к 60%).

Можда ће куповина једне батерије капацитета 200 Ах коштати мање од куповине две батерије од 100 Ах, а број контактних прикључака батерије ће се смањити

У почетку, батерије морају бити инсталиране 100% напуњене из стационарног извора напајања. Пуњиве батерије морају потпуно покрити терет у мраку. Ако немате среће са временом, одржавајте потребне параметре система током дана.

Важно је узети у обзир да ће вишак батерија довести до њиховог сталног недовољног пуњења. Ово ће значајно смањити век трајања. Чини се да је најрационалније решење да се јединица опреми батеријама са резервом енергије довољном да покрије једну дневну потрошњу енергије.

Да бисте сазнали потребан укупан капацитет батерије, поделите укупну дневну потрошњу енергије од 12000 Вх са 720 Вх и помножите са 100 А*х:

12.000 / 720 * 100 = 2500 А*х ≈ 1600 А*х

Укупно, за наш пример ће нам требати 16 батерија капацитета 100 или 8 од 200 Ах, повезаних серијски паралелно.

Избор доброг контролера

Компетентна селекција контролер пуњења батерије (АКБ) је врло специфичан задатак. Његови улазни параметри морају одговарати одабраним соларним модулима, а излазни напон мора одговарати унутрашњој разлици потенцијала соларног система (у нашем примеру 24 волта).

Добар контролор мора да обезбеди:

1. Вишестепено пуњење батерија, што умножава њихов ефективни радни век.
2. Аутоматско међусобно, батеријско и соларно повезивање-искључивање у корелацији са пуњењем-пражњењем.
3. Поновно повезивање оптерећења са батерије на соларну батерију и обрнуто.

Ова мала јединица је веома важна компонента.

Ако се неки потрошачи (на пример, осветљење) пребаце на директно напајање од 12 волти из контролера, биће потребан инвертер мање снаге, што значи јефтинији

Правилан избор контролера одређује несметан рад скупе батерије и баланс целог система.

Избор најбољег претварача

Инвертер је изабран са таквом снагом да може да обезбеди дуготрајно вршно оптерећење. Његов улазни напон мора одговарати унутрашњој разлици потенцијала соларног система.

За најбољу опцију избора, препоручује се да обратите пажњу на следеће параметре:

1. Облик и фреквенција доведене наизменичне струје. Што је ближе синусоиди од 50 херца, то боље.
2. Ефикасност уређаја. Што је виших 90%, то је дивније.
3. Сопствена потрошња уређаја. Мора бити сразмерно укупној потрошњи енергије система. Идеално - до 1%.
4. Способност чвора да издржи краткорочна двострука преоптерећења.

Најизврснији дизајн је инвертер са уграђеном функцијом контролера.

Монтажа соларног система за домаћинство

Направили смо вам избор фотографија који јасно показује процес склапања соларног система за домаћинство од фабрички направљених модула:

Закључци и користан видео на тему

Видео #1. Уради сам демонстрација постављања соларних панела на кров куће:

Видео #2. Избор батерија за соларни систем, врсте, разлике:

Видео #3. Сеоска соларна електрана за оне који све раде сами:

Разматране практичне методе прорачуна корак по корак, основни принцип ефикасног рада савремене батерије соларног панела као дела кућне аутономне соларне станице помоћи ће власницима и велике куће у густо насељеном подручју и сеоске куће. у дивљини да би стекао енергетски суверенитет.

Да ли бисте желели да поделите своје лично искуство које сте стекли током изградње мини соларног система или само батерија? Имате ли питања на која бисте желели да добијете одговор или сте пронашли недостатке у тексту? Молимо оставите коментаре у блоку испод.