Схемы и способы подключения солнечных батарей: как правильно провести монтаж солнечной панели

Шаг 1: Расчет нагрузки

Прежде, чем выбрать компоненты, необходимо рассчитать нагрузку приборов, которые будут подключаться к вашей солнечной электростанции и сколько времени они будут работать. Для этого нужно сделать следующее:


  1. Определите, какую технику (освещение, вентилятор, телевизор, насос и т.д.) вы будете подключать, и сколько времени (часов) она будет работать;
  2. Ознакомьтесь со спецификациями ваших приборов для определения их мощности;
  3. Рассчитайте величину потребляемого электричества в Ватт-часах (Вт*ч), которая равна произведению номинальной мощности ваших приборов (Вт) на время работы (ч).

Например Вы хотите включить какой-то прибор мощностью 10 ватт на 5 часов от солнечной панели. Количество потребленной электроэнергии будет: 10Вт х 5ч = 50Вт*ч. Таким же образом необходимо рассчитать общую величину потребляемой энергии, а именно рассчитать для каждого прибора и сложить полученные величины.

Пример: настольная лампа = 10Вт х 5ч = 50 Вт*ч + вентилятор = 50Вт х 2ч = 100Вт*ч, телевизор = 50Вт х 2ч = 100 Вт*ч, всего = 50 + 100 + 100 = 250 Вт*ч.

Когда закончите расчет нагрузки, пора приступать к выбору компонентов в соответствии с вашим требованием нагрузки.

Шаг 3: Выбор панелей

О том как правильно выбирать солнечных батарей в блоге магазина MyWatt есть отдельная статья, поэтому останавливаться на этом долго не будем. Рассматривать будем только  монокристаллические или поликристаллические, а аморфные и прочие тонкопленочные панели рассматривать не будем, в виду их быстрой деградации – потери мощности.

Основные отличия моно и поли:

Монокристаллические панели дороже и эффективнее, чем поликристаллические панели. Но в целом эффективность отличается незначительно, она зависит не только от типа ячейки, но и от качества самих ячеек и добросовестности производителя.

Характеристики солнечных панелей, как правило, приводятся к стандартным условиям испытаний (STC):

  • освещенность = 1 кВт/м2;
  • воздушная масса (AM) – 1,5;
  • температура – 25°C.

Как самостоятельно рассчитать мощность солнечных батарей?

Мощность солнечных батарей должна выбираться таким образом, чтобы потребляемая мощность нашими электроприборами, была восполнена обратно. Иными словами – сколько взяли, столько и нужно отдать + потери на преобразование, а также собственное потребления инвертора с контроллером заряда.

В связи с тем, что солнечный свет в течение дня поступает непостоянно и с разной интенсивностью, нельзя знать сколько выработает та или иная панель сегодня, но исходя их статистических данных это можно предположить достаточно точно.

Например, для средней полосы России в летнее время хорошим показателем считается если каждый 1 Ватт солнечной батареи выработал 6Вт*ч за световой день, но если рассматривать пасмурный, дождливый день этот показатель может быть в несколько раз меньше, поэтому при расчетах учтем этот факт и вместо 6Вт*ч, подставим 3Вт*ч.

Итак, наше потребление в Ватт-часах, с учетом КПД составило 32,5Ач * 12В = 390Вт*ч, разделим на 3Вт*ч и получим мощность солнечной батареи 130Вт, если у Вас получается не целое число – округляйте вверх.

Зимой и в весенне — осенний период запас по мощности требуется делать значительно больше, поскольку световой день короче — солнце находится над горизонтом меньше времени.

Этапы работы

Корпус

Прежде чем начать делать солнечную панель своими руками, необходимо соорудить для нее каркас. Он защищает батарею от повреждений, влаги и пыли.

Корпус собирается из влагостойкого материала: фанеры, покрытой влагоотталкивающим средством, или алюминиевых уголков, к которым силиконовым герметиком приклеивается оргстекло или поликарбонат.


При этом нужно соблюдать отступы между элементами (3-4 мм), так как необходимо учитывать расширение материала при повышении температуры.

Пайка элементов

Фотоэлементы выкладываются на лицевую сторону прозрачной поверхности, так, чтобы расстояние между ними со всех сторон было 5 мм: таким образом учитывается возможное расширение фотоячеек при повышении температуры.

Фиксируются преобразователи, имеющие два полюса: положительный и отрицательный. Если вы хотите увеличить напряжение, соединяйте элементы последовательно, если ток — параллельно.

Во избежание разрядки аккумулятора ночью, в единую цепь, состоящую из всех необходимых деталей, включают диод Шоттки, подсоединяя его к плюсовому проводнику. Затем все элементы спаивают между собой.

Сборка

В готовый каркас размещаются спаянные преобразователи, на фотоячейки наносится силикон — все это накрывается слоем из ДВП, закрывается крышкой, а места соединений деталей обрабатываются герметиком.

Даже городской житель может сделать и разместить солнечную батарею на балконе своими руками. Желательно, чтобы балкон был застеклен и утеплен. Вот мы и разобрали, как сделать солнечную батарею в домашних условиях, оказалось, это совсем несложно.

С чего начать

Подсчет затрат электроэнергии. Для установления необходимой мощности системы солнечных панелей, нужно подсчитать, сколько электричества вы расходуете. Очень многое в этом вопросе зависит от того, используется ли частный дом постоянно или только как дача в определенные сезоны года. Для подсчета возьмите квитанции по оплате за электроэнергию за год и установите общее количество киловатт, затраченных за этот период, затем разделите на 12 (количество месяцев) – вы получите среднемесячный расход электроэнергии.

Расчет среднемесячного расхода потребляемого электричества

Как показывает опыт и отзывы реальных потребителей, в средней полосе России полученный результат необходимо умножить на коэффициент 16, чтобы получить необходимую мощность батарей в Ваттах.

Рассмотрим пример. За год вы потратили 1625 кВт, делим эту цифру на 12 месяцев и умножаем на коэффициент 16 – получается, 2166 Ватт. Т.е. система солнечных батарей будет обеспечивать такой дом, если ее мощность будет не менее 2200 Ватт/час

Преимущества и недостатки солнечных батарей

Для начала рассмотрим преимущества установки данной конструкции:

  • Значительная экономия денег расходов на электроэнергию. Ваша семья будет потреблять намного меньше электроэнергии от сети, за счет чего выплаты за свет значительно сократятся;
  • Независимость от работы электростанции. Если в городе свет на длительных срок отключают редко, то в дачных поселках отсутствие электричества 1-2 дня – это нормальное явление. Однако с солнечными батареями у вас будет свет несмотря на работу электростанции;
  • Долговечность. Все элементы конструкции изготавливаются из надежных сплавов металлов, песок раскаливается до максимальной температуры, пока не станет твердым, как сталь. Эксперты отмечают, что солнечные батареи обходятся без технического обслуживания десятки лет;
  • Позволяет сохранить чистоту атмосферы. Электростанции совершают непоправимый вред окружающей среде, тогда как солнечные батареи – это экологически чистое приспособление, которое никак не влияет на окружающую среду.

Установка панелей рядом с домом

Монтаж солнечных батарей на кровле


К недостаткам стоит отнести следующие пункты:

  • Бесперебойный доступ к электричеству не всегда возможен. Летом пользование солнечными батареями вполне целесообразно, тогда как в зимнее время приспособление вряд ли окажется эффективным. Однако, учитывая, что проживание в дачных домах чаще всего происходит именно в летние деньки, этот минус можно не учитывать;
  • Высокая стоимость. Как правило, постепенно выплачивать десятки тысяч рублей за конструкцию нельзя – нужно выложить всю сумму сразу. Это не под силу некоторым семьям.

Теперь, когда вы знаете, какие преимущества и недостатки имеют солнечные батареи для дачи в комплекте, вы сможете взвесить все «за» и «против», и принять правильное решение.

Использование солнечной энергии для получения тепла

Наряду с использованием солнечной энергии для производства электрического тока существуют и не менее распространенные устройства по превращению энергии солнечного света в тепловую энергию. Такие установки называются солнечными коллекторами и служат элементами нагрева для систем отопления и получения горячей воды. Независимо от установленных котлов в отопительных системах и контурах горячего водоснабжения, их комбинация с высокоэффективными солнечными коллекторами позволяет экономить до 36% расходов на отопление и приготовление горячей воды.

Электроснабжение дома с использованием солнечных батарей: 1 — LED-светильники, 2 — электровентилятор, 3 — зарядное устройство для телефона, 4 — маленькая электроплита, 5 — холодильник, 6 — внешнее освещение, А — солнечные фотоэлектрические панели, В — панель управления, С — инвертор + контроллер зарядки + счетчики, D — аккумуляторы, Е — панель обесточивания (отключения), F — резервный генератор

В конструктивном исполнении солнечный коллектор из разряда ходового товара представляет собой прямоугольную панель с габаритами ориентировочно 1х2 м и с толщиной до 100 мм. Главным отличием коллекторов указанных типоразмеров является тепловой поток мощности, т.е. количество тепла, которое может передаться любому жидкому теплоносителю через контактную поверхность. По-другому этот параметр называют коэффициентом потери тепла и который имеет размерность Вт/м²×°К, т.е. передаваемое тепло через площадь для повышения температуры принимающей жидкости. Современные конструкции солнечных коллекторов имеют показатели (одна панель) по тепловой мощности от 1,2 до 5 Вт/м²×°К.

Цены солнечных коллекторов для отопления дома

Например, панель европейского качества с габаритами 1,9х1,8 м (площадь 3,5 м²) и с коэффициентом 2,7 будет стоить около 70 тыс. руб.

С учетом конкуренции аналог китайского производства может быть дешевле на 30-55%, а отечественный прототип на 10-25%.

Если говорить о требуемом комплекте, в который входят: бак, аккумулятор, насос и автоматика, тогда среднерыночная цена такой станции составит 160-170 тыс. руб. Комплект отечественного производства с аналогичными параметрами обойдется в 100-120 тыс. руб.

Монтаж солнечных коллекторов на крышу дома

Виды солнечных батарей

Вне зависимости от типа солнечной панели, система оснащается следующими элементами:

  • Контроллер солнечной батареи: электронное устройство, управляющее режимами работы, отвечающее за безопасность подключения. Без него система работать не будет.
  • Аккумулятор (или целая батарея аккумуляторов): является своеобразным буфером, обеспечивающим непрерывность подачи электроэнергии, например, ночью. Можно использовать солнечную электростанцию и без него.
  • Преобразователь постоянного тока в переменный, одновременно повышающий напряжение до необходимых 220 вольт. Если у вас нет потребителей переменного тока, можно обойтись без этого прибора.

Определившись с составом домашней электростанции, выбираем, какую панель использовать. За исключением инновационных моделей, которые находятся на стадии разработки, для потребителя доступны три типа:

  • Монокристаллические. Пластины «напиливаются» из единого кристалла кремния. Имеют высокий КПД (до 22 %), и длительный срок службы. Гарантия большинства производителей составляет минимум 25 лет. Практически не меняет характеристик во время всего срока службы. Относительно высокая стоимость в сравнение с аналогами. За счет высокого КПД требуется меньшая площадь покрытия: соответственно упрощается монтаж. Характерная форма ячеек — квадрат со скошенными углами.
  • Поликристаллические. Кристаллы расположены хаотично, зато процесс выращивание существенно дешевле. КПД ниже, чем у монокристаллов: порядка 18 %. Хуже работают при слабой освещенности (пасмурная погода). Имеют высокую прочность, не подвержены влиянию перепадов температур. Производство недорогое, что благоприятно сказывается на конечной стоимости. Для получения аналогичной мощности, потребуется большая площадь батарей, в сравнение с монокристаллами. Пластины занимают всю площадь поверхности, без скосов и промежутков.Моно и поликристаллические панели устанавливаются только в готовых защитных блоках. Как правило, сборка производится на заводе.
  • Аморфные тонкопленочные панели разработаны относительно недавно. Это искусственно выращенные гибкие конструкции, которые практически не имеют ограничений по способу монтажа. Главное преимущество этого типа — гибкость и возможность интеграции в отделочные элементы зданий. Внешне панели напоминают тонированное стекло, их можно устанавливать в качестве элементов декора.КПД довольно низкий, до 12 %, зато аморфные панели работают даже при слабой освещенности. Стоимость такая же, как у кристаллов, но для аналогичной мощности потребуется большая площадь покрытия. Прочность не зависит от температуры, не теряют эффективность при нагреве.

Принцип работы солнечной панели

Как уже упоминалось выше, комплект солнечной батареи для дачи состоит из четырех компонентов, главным из которых является панель. Она изготавливается из фотоэлементов. В свою очередь, фотоэлемент – это видоизмененная песчинка, которая нагревается под воздействием солнечных лучей. Взаимодействуя с тонким слоем фосфора, фотоэлементы проводят солнечную энергию к инвертору.


Батарея состоит из множества фотоэлементов

Как работает инвертор?

Инвертор – это специальное устройство, которое работает под определенным напряжением (от 150 до 1000 В). Он генерирует солнечную энергию, которая уже частично переработана панелью, в электрическую. Излишки электроэнергии, не используемые жителями дома, отправляются в аккумулятор. Там они накапливаются на случай, если произойдут перебои с электросетью.

Этапы преобразования солнечной энергии в электрическую

Так выглядит полная схема подключения панелей

Шаг 5: Выбор инвертора

Солнечные батареи получают солнечные лучи и конвертируют их в электричество, они являются источниками постоянного тока (DC), также как аккумуляторная батарея, а нам для подключения розеток требуется переменный ток с напряжением 220В. Постоянный ток (DC) преобразуется в переменный ток (AC) через устройство под названием инвертор.

Виды волн переменного тока на выходе инвертора:

  1. Прямоугольная волна – меандр;
  2. Модифицированная синусоида;
  3. Чистая синусоида.

Инвертор прямоугольной волны дешевле всех, но подходит не для всех приборов. Инвертор модифицированной синусоиды тоже не предназначен для обеспечения электричеством приборов с электромагнитными или ёмкостными компонентами, типа: микроволновых печей; холодильников; различных типов электродвигателей. Инверторы с модифицированной синусоидой работают с меньшей эффективностью, чем инверторы с чистой синусоидой.

Мы рекомендуем выбирать инверторы с чистой синусоидой.

Параметры инвертора:

  • Мощность инвертора должна быть равной или больше, чем мощность всех приборов нагрузки, включенных одновременно;
  • Если есть приборы с пусковыми токами (электродвигатели), нельзя чтобы она превышала максимальную мощность инвертора с учетом других электропотребителей;
  • Предположим, что у нас будет: телевизор (50Вт) + вентилятор (50Вт) + настольная лампа (10Вт) = 110Вт;
  • Чтобы иметь запас по мощности, выбираем инвертор от 150Вт. Так как наша система 12В, мы должны выбрать инвертор постоянного тока 12В в 220В/50Гц переменного тока с чистой синусоидой.

Примечание: Такая техника как стиральная машина, холодильник, фен, пылесос и т.д. имеют начальную потребляемую мощность во много раз больше, чем их нормальная рабочая мощность. Как правило, это вызвано наличием электрических двигателей или конденсаторов в таких приборах

Это должно быть принято во внимание при выборе мощности преобразователя (инвертора). 


С этим читают