Sončne baterije za vrt in dom: vrste, načela delovanja in postopek za izračun solarnih sistemov

Znanost nam je dala čas, ko je tehnologija za izrabo sončne energije postala javno dostopna.Vsak lastnik ima možnost pridobiti sončne celice za svoj dom. Poletni prebivalci v tej zadevi ne zaostajajo. Pogosto se znajdejo daleč od centraliziranih virov trajnostne oskrbe z energijo.

Predlagamo, da se seznanite z informacijami, ki predstavljajo zasnovo, principe delovanja in izračun delovnih enot sončnega sistema. Seznanitev z informacijami, ki jih ponujamo, vam bo približala realnost oskrbe vašega mesta z naravno elektriko.

Za jasno razumevanje predloženih podatkov so priloženi podrobni diagrami, ilustracije, fotografije in video navodila.

Zasnova in princip delovanja sončne baterije

Nekoč so nam vedoželjni umi odkrili naravne snovi, ki nastajajo pod vplivom delcev sončne svetlobe, fotonov, električna energija. Proces so poimenovali fotoelektrični učinek. Znanstveniki so se naučili nadzorovati mikrofizične pojave.

Na osnovi polprevodniških materialov so ustvarili kompaktne elektronske naprave – fotocelice.

Proizvajalci so obvladali tehnologijo združevanja miniaturnih pretvornikov v učinkovite sončne celice. Učinkovitost modulov silicijevih solarnih panelov, ki jih industrija široko proizvaja, je 18–22 %.

Iz opisa diagrama je jasno razvidno: vse komponente elektrarne so enako pomembne - usklajeno delovanje sistema je odvisno od njihove kompetentne izbire

Sončna baterija je sestavljena iz modulov. Je končna točka potovanja fotonov od Sonca do Zemlje. Od tu te komponente svetlobnega sevanja nadaljujejo svojo pot znotraj električnega tokokroga kot delci enosmernega toka.

Razporedijo se po baterijah ali pa se pretvorijo v naboje izmeničnega električnega toka z napetostjo 220 voltov, ki napaja vse vrste domačih tehničnih naprav.

Sončna baterija je kompleks zaporedno povezanih polprevodniških naprav - fotocelic, ki sončno energijo pretvarjajo v električno.

Več podrobnosti o posebnostih naprave in principu delovanja sončne baterije boste našli v drugem poljuden članek naše spletno mesto.

Vrste modulov solarnih panelov

Solarni paneli-moduli so sestavljeni iz sončnih celic, sicer znanih kot fotoelektrični pretvorniki. Dve vrsti FEP sta našli široko uporabo.

Razlikujejo se po vrstah silicijevih polprevodnikov, ki se uporabljajo za njihovo izdelavo, to so:

• Polikristalni. To so sončne celice, narejene iz staljenega silicija z dolgotrajnim hlajenjem. Zaradi preproste proizvodne metode je cena dostopna, vendar produktivnost polikristalne različice ne presega 12%.
• Monokristalni. To so elementi, pridobljeni z rezanjem umetno vzgojenega kristala silicija na tanke rezine. Najbolj produktivna in draga možnost. Povprečni izkoristek je okoli 17 %, lahko najdete monokristalne sončne celice z večjo zmogljivostjo.

Polikristalne sončne celice so ploščate kvadratne oblike z neenakomerno površino. Monokristalne sorte izgledajo kot tanki kvadrati z enakomerno strukturo površine z odrezanimi vogali (psevdokvadrati).

Tako izgledajo FEP - fotovoltaični pretvorniki: lastnosti solarnega modula niso odvisne od vrste uporabljenih elementov - to vpliva le na velikost in ceno

Paneli prve različice z enako močjo so večji od drugih zaradi nižje učinkovitosti (18% proti 22%). A v povprečju so deset odstotkov cenejši in po njih veliko povpraševanja.

Spoznali boste pravila in nianse izbire sončnih kolektorjev za oskrbo z avtonomno ogrevalno energijo. preberite tukaj.

Shema delovanja sončne energije

Ko pogledate skrivnostno zveneča imena komponent, ki sestavljajo napajalni sistem sončne svetlobe, pomislite na supertehnično zapletenost naprave.

Na mikro ravni življenja fotonov je to res. In vizualno sta splošna shema električnega tokokroga in načelo njegovega delovanja videti zelo preprosta. Od nebesnega telesa do "Iljičeve žarnice" so samo štirje koraki.

Solarni moduli so prvi sestavni del elektrarne. To so tanke pravokotne plošče, sestavljene iz določenega števila standardnih plošč fotocelic. Proizvajalci izdelujejo fotopanoje različnih električnih moči in napetosti večkratnikov 12 voltov.

Naprave ploščate oblike so priročno nameščene na površinah, odprtih za neposredne žarke. Modularni bloki so z medsebojnimi povezavami združeni v sončno baterijo. Naloga akumulatorja je pretvoriti prejeto sončno energijo in proizvesti enosmerni tok določene vrednosti.

Naprave za shranjevanje električnega naboja - baterije za solarne panele poznan vsem. Njihova vloga v sistemu oskrbe s sončno energijo je tradicionalna. Ko so gospodinjski porabniki priključeni na centralizirano omrežje, naprave za shranjevanje energije hranijo električno energijo.

Prav tako kopičijo njegov presežek, če je tok solarnega modula zadosten za zagotavljanje električne energije, ki jo porabijo električni aparati.

Baterijski sklop dovaja zahtevano količino energije v tokokrog in vzdržuje stabilno napetost takoj, ko se njegova poraba poveča na povečano vrednost. Enako se zgodi na primer ponoči, ko fotopanoji ne delujejo ali ob nizkem sončnem vremenu.

Shema oskrbe z energijo za dom s sončnimi kolektorji se razlikuje od možnosti s kolektorji v zmožnosti shranjevanja energije v bateriji

Krmilnik je elektronski posrednik med solarnim modulom in baterijami.Njegova vloga je uravnavanje stopnje napolnjenosti baterij. Naprava ne dopušča njihovega vrenja zaradi prenapolnjenosti ali padca električnega potenciala pod določeno normo, potrebno za stabilno delovanje celotnega sončnega sistema.

Invertiranje, tako zveni izraz dobesedno razložen solarni inverter. Da, pravzaprav ta enota opravlja funkcijo, ki se je nekoč elektrotehničnim inženirjem zdela fantastična.

Pretvori enosmerni tok solarnega modula in baterij v izmenični tok s potencialno razliko 220 voltov. To je delovna napetost za veliko večino gospodinjskih električnih naprav.

Pretok sončne energije je sorazmeren s položajem svetila: pri vgradnji modulov bi bilo dobro predvideti nastavitev naklona glede na letni čas.

Konična obremenitev in povprečna dnevna poraba energije

Užitek lastne sončne postaje je še vedno veliko vreden. Prvi korak na poti izkoriščanja moči sončne energije je določitev optimalne konične obremenitve v kilovatih in racionalne povprečne dnevne porabe energije v kilovatnih urah za gospodinjstvo ali podeželsko hišo.

Največja obremenitev nastane zaradi potrebe po vklopu več električnih naprav hkrati in je določena z njihovo največjo skupno močjo, ob upoštevanju precenjenih začetnih značilnosti nekaterih od njih.

Izračun največje porabe energije vam omogoča, da ugotovite, katere električne naprave potrebujejo sočasno delovanje in katere niso tako pomembne. Ta indikator je odvisen od značilnosti moči komponent elektrarne, to je skupnih stroškov naprave.

Dnevna poraba energije električnega aparata se meri z zmnožkom njegove individualne moči in časa, ko je čez dan deloval iz omrežja (porabljal električno energijo). Skupna povprečna dnevna poraba energije se izračuna kot vsota električne energije, ki jo vsak odjemalec porabi v dnevnem obdobju.

Naknadna analiza in optimizacija pridobljenih podatkov o obremenitvah in porabi energije bo zagotovila potrebno konfiguracijo in posledično delovanje solarnega sistema z minimalnimi stroški.

Rezultat porabe energije pripomore k racionalnemu pristopu k porabi sončne električne energije. Rezultat izračunov je pomemben za nadaljnji izračun kapacitete baterije. Še bolj je od tega parametra odvisna cena baterijskega sklopa, ki je pomemben sestavni del sistema.

Postopek za izračun energetskih indikatorjev

Postopek izračunov se dobesedno začne z vodoravno postavljenim, kvadratnim, razgrnjenim listom zvezka. S svetlimi črtami svinčnika dobimo iz lista obrazec s tridesetimi stolpci in črte glede na število gospodinjskih električnih aparatov.

Priprave na aritmetične izračune

Prvi stolpec je tradicionalen - serijska številka. Drugi stolpec je ime električnega aparata. Tretja je njegova individualna poraba energije.

Stolpci od štiri do sedemindvajset so ure v dnevu od 00 do 24. V njih se skozi vodoravno črto vpisujejo:

• v števcu – čas delovanja naprave v določeni uri v decimalni obliki (0,0);
• imenovalec je spet njegova individualna poraba energije (to ponavljanje je potrebno za izračun urnih obremenitev).

Osemindvajseti stolpec je skupni čas delovanja gospodinjske naprave čez dan.V devetindvajsetem - osebna poraba energije naprave se zabeleži kot rezultat množenja individualne porabe energije s časom delovanja v dnevnem obdobju.

Sestava podrobne potrošniške specifikacije ob upoštevanju urnih obremenitev bo pripomogla k ohranjanju več običajnih naprav, zahvaljujoč njihovi racionalni uporabi

Trideseti stolpec je tudi standarden - op. Uporabno bo za vmesne izračune.

Sestavljanje potrošniških specifikacij

Naslednja faza izračunov je preoblikovanje obrazca beležnice v specifikacijo za gospodinjske odjemalce električne energije. Prvi stolpec je jasen. Tu se vpisujejo zaporedne številke vrstic.

V drugem stolpcu so imena porabnikov energije. Priporočljivo je, da začnete polniti hodnik z električnimi napravami. V nadaljevanju so opisane druge sobe v nasprotni ali v smeri urinega kazalca (kot vam ustreza).

Če obstaja drugo (itd.) nadstropje, je postopek enak: od stopnic - naokoli. Ob tem ne smemo pozabiti na naprave na stopniščih in ulično razsvetljavo.

Bolje je, da izpolnite tretji stolpec z navedbo moči nasproti imena vsake električne naprave skupaj z drugim.

Stolpci od štiri do sedemindvajset ustrezajo vsaki uri dneva. Za udobje jih lahko takoj narišete z vodoravnimi črtami na sredini črt. Nastale zgornje polovice črt so kot števci, spodnje so imenovalci.

Ti stolpci se polnijo po vrsticah. Števci so selektivno oblikovani kot časovni intervali v decimalni obliki (0,0), ki odražajo čas delovanja danega električnega aparata v določenem urnem obdobju. Vzporedno, kjer se vpisujejo števci, se vpisujejo imenovalci s kazalnikom moči naprave, vzetim iz tretjega stolpca.

Ko so izpolnjeni vsi urni stolpci, nadaljujte z izračunom individualnega dnevnega delovnega časa električnih naprav, premikajoč se vrstico za vrstico. Rezultati so zabeleženi v ustreznih celicah osemindvajsetega stolpca.

V primeru, ko ima sončna elektrarna pomožno vlogo, da sistem ne deluje v prostem teku, lahko nanjo priključimo del bremena za konstantno napajanje

Na podlagi moči in delovnih ur se zaporedno izračuna dnevna poraba energije vseh porabnikov. Zapisano je v celicah devetindvajsetega stolpca.

Ko so izpolnjene vse vrstice in stolpci specifikacije, se izračunajo vsote. S seštevanjem grafov moči iz imenovalcev urnih stolpcev dobimo obremenitve posamezne ure. S seštevanjem individualne dnevne porabe energije devetindvajsetega stolpca od zgoraj navzdol se ugotovi skupno dnevno povprečje.

Izračun ne vključuje lastne porabe bodočega sistema. Ta dejavnik se upošteva s pomožnim koeficientom pri kasnejših končnih izračunih.

Analiza in optimizacija pridobljenih podatkov

Če je kot rezerva predvideno napajanje iz sončne elektrarne, podatki o urni porabi energije in skupni povprečni dnevni porabi energije pomagajo zmanjšati porabo drage sončne energije.

To dosežemo z izključitvijo energetsko intenzivnih porabnikov iz uporabe do ponovne vzpostavitve centraliziranega napajanja, predvsem v času koničnih obremenitev.

Če je solarni sistem zasnovan kot vir stalne oskrbe z električno energijo, pridejo do izraza rezultati urnih obremenitev.Pomembno je, da porabo električne energije porazdelite čez dan tako, da odpravite prevladujoče visoke in zelo nizke nizke vrednosti.

Odprava koničnih obremenitev, izravnava maksimalnih obremenitev in odprava ostrih padcev porabe energije skozi čas omogočajo izbiro najbolj ekonomičnih možnosti za komponente solarnega sistema in zagotavljajo stabilno in kar je najpomembneje nemoteno dolgoročno delovanje solarne postaje.

Graf bo razkril neenakomernost porabe energije: naša naloga je maksimume prestaviti v čas največje sončne aktivnosti in zmanjšati skupno dnevno porabo, predvsem ponoči.

Prikazana risba prikazuje transformacijo iracionalnega urnika, dobljenega na podlagi specifikacije, v optimalnega. Dnevna poraba se je znižala z 18 na 12 kW/h, povprečna dnevna urna obremenitev s 750 na 500 W.

Enako načelo optimalnosti je uporabno pri uporabi možnosti sončne energije kot rezerve. Morda ni vredno porabiti preveč denarja za povečanje moči solarnih modulov in baterij zaradi nekaterih začasnih nevšečnosti.

Izbira komponent sončne elektrarne

Za poenostavitev izračunov bomo upoštevali različico uporabe sončne baterije kot glavnega vira električne energije za vrt. Potrošnik bo pogojno podeželska hiša v regiji Ryazan, kjer stalno prebivajo od marca do septembra.

Praktični izračuni na podlagi podatkov iz zgoraj objavljenega racionalnega razporeda urne porabe energije bodo razjasnili sklepanje:

• Skupna povprečna dnevna poraba energije = 12.000 vatov/uro.
• Povprečna poraba obremenitve = 500 vatov.
• Največja obremenitev 1200 vatov.
• Konična obremenitev 1200 x 1,25 = 1500 vatov (+25%).

Vrednosti bodo potrebne pri izračunu skupne zmogljivosti solarnih naprav in drugih delovnih parametrov.

Določitev delovne napetosti solarnega sistema

Notranja delovna napetost katerega koli solarnega sistema temelji na večkratniku 12 voltov, kar je najpogostejša nazivna vrednost baterije. Najbolj razširjene komponente solarnih postaj: solarni moduli, krmilniki, inverterji se proizvajajo za popularne napetosti 12, 24, 48 voltov.

Višja napetost omogoča uporabo napajalnih žic manjšega preseka - kar pomeni večjo zanesljivost kontakta. Po drugi strani pa lahko okvarjene 12 V baterije zamenjate eno za drugo.

V 24-voltnem omrežju, glede na posebnosti delovanja baterij, jih boste morali zamenjati le v parih. Omrežje 48 V bo zahtevalo menjavo vseh štirih baterij ene veje. Poleg tega že pri 48 voltih obstaja nevarnost električnega udara.

Z enako kapaciteto in približno enako ceno kupite akumulatorje z največjo dovoljeno globino praznjenja in večjim maksimalnim tokom

Glavna izbira nominalne vrednosti notranje potencialne razlike sistema je povezana z močnostnimi značilnostmi pretvornikov, ki jih proizvaja sodobna industrija, in mora upoštevati velikost konične obremenitve:

• od 3 do 6 kW – 48 voltov,
• od 1,5 do 3 kW – enako 24 ali 48V,
• do 1,5 kW – 12, 24, 48V.

Pri izbiri med zanesljivostjo ožičenja in neprijetnostjo zamenjave baterij se bomo za naš primer osredotočili na zanesljivost. V nadaljevanju bomo izhajali iz delovne napetosti izračunanega sistema, 24 voltov.

Opremljanje baterije s solarnimi moduli

Formula za izračun moči, potrebne za sončno baterijo, izgleda takole:

Рcm = (1000 * Esut) / (k * Sin),

Kje:

• Rcm = moč sončne baterije = skupna moč solarnih modulov (panelov, W),
• 1000 = sprejeta fotovoltaična občutljivost (kW/m²)
• Esut = dnevna potreba po energiji (kWh, v našem primeru = 18),
• k = sezonski koeficient, ki upošteva vse izgube (poletje = 0,7; zima = 0,5),
• Syn = tabelarična vrednost osončenosti (toka sončnega sevanja) pri optimalnem nagibu plošč (kW*h/m²).

Vrednost osončenosti lahko izveste pri vaši regionalni meteorološki službi.

Optimalni kot naklona sončnih kolektorjev je enak zemljepisni širini območja:

• spomladi in jeseni,
• plus 15 stopinj - pozimi,
• minus 15 stopinj - poleti.

Regija Ryazan, obravnavana v našem primeru, se nahaja na zemljepisni širini 55.

Največjo moč solarnih panelov dosežemo z uporabo sledilnih sistemov, sezonskimi spremembami kota naklona panelov in uporabo mešanih trim modulov.

Za čas od marca do septembra je najboljši neregulirani nagib solarne plošče enak poletnemu kotu 40° glede na površino zemlje. S to namestitvijo modulov je povprečna dnevna insolacija Ryazana v tem obdobju 4,73. Vse številke so tam, naredimo izračun:

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

Če za osnovo sončne baterije vzamemo 100-vatne module, jih bomo potrebovali 36. Tehtale bodo 300 kilogramov in zavzemale okoli 5 x 5 m veliko površino.

Na terenu preizkušeni diagrami ožičenja in možnosti povezave solarnih panelov so podane tukaj.

Razporeditev napajalne enote baterije

Pri izbiri baterij se morate držati naslednjih načel:

1. Običajni avtomobilski akumulatorji NISO primerni za ta namen. Baterije sončnih elektrarn so označene z napisom “SOLAR”.
2. Kupite samo baterije, ki so v vseh pogledih enake, po možnosti iz iste tovarniške serije.
3. Prostor, kjer je baterija, mora biti topel. Optimalna temperatura, ko baterije proizvajajo polno moč = 25⁰C. Ko pade na -5⁰C, se zmogljivost baterije zmanjša za 50%.

Če za izračun vzamete reprezentativno 12-voltno baterijo s kapaciteto 100 amperov na uro, zlahka izračunate, da lahko celo uro zagotavlja energijo potrošnikom s skupno močjo 1200 vatov. Toda to je s popolnim izpustom, kar je zelo nezaželeno.

Za dolgotrajno življenjsko dobo baterij NI priporočljivo znižati njihove napolnjenosti pod 70%. Mejna vrednost = 50 %. Če vzamemo številko 60 % kot »zlato sredino«, poznejše izračune temeljimo na rezervi energije 720 Wh za vsakih 100 Ah kapacitivne komponente baterije (1200 Wh x 60 %).

Morda bo nakup enega akumulatorja s kapaciteto 200 Ah stal manj kot nakup dveh akumulatorjev po 100 Ah in zmanjšalo se bo število priključkov akumulatorja

Na začetku morajo biti baterije nameščene 100 % napolnjene iz stacionarnega vira napajanja. Akumulatorske baterije morajo v temi popolnoma pokrivati ​​obremenitve. Če nimate sreče z vremenom, vzdržujte zahtevane sistemske parametre čez dan.

Pomembno je upoštevati, da bo presežek baterij povzročil njihovo stalno premajhno polnjenje. To bo bistveno zmanjšalo življenjsko dobo. Najbolj racionalna rešitev se zdi, da enoto opremimo z baterijami z energijsko zalogo, ki zadostuje za eno dnevno porabo energije.

Če želite izvedeti potrebno skupno kapaciteto baterije, delite skupno dnevno porabo energije 12000 Wh s 720 Wh in pomnožite s 100 A*h:

12.000 / 720 * 100 = 2500 A*h ≈ 1600 A*h

Skupaj bomo za naš primer potrebovali 16 baterij s kapaciteto 100 ali 8 po 200 Ah, povezanih zaporedno vzporedno.

Izbira dobrega krmilnika

Pristojna izbira krmilnik polnjenja baterije (AKB) je zelo specifična naloga. Njegovi vhodni parametri morajo ustrezati izbranim solarnim modulom, izhodna napetost pa mora ustrezati notranji potencialni razliki solarnega sistema (v našem primeru 24 voltov).

Dober krmilnik mora zagotoviti:

1. Večstopenjsko polnjenje baterij, ki večkrat podaljša njihovo učinkovito življenjsko dobo.
2. Avtomatski medsebojni, akumulatorski in solarni akumulatorski priklop-odklop v korelaciji s polnjenjem-praznjenjem.
3. Ponovna priključitev bremena iz baterije na sončno baterijo in obratno.

Ta majhna enota je zelo pomembna komponenta.

Če nekatere porabnike (na primer razsvetljavo) preklopimo na neposredno napajanje 12 voltov iz krmilnika, bo potreben manj zmogljiv inverter, kar pomeni cenejši

Od pravilne izbire krmilnika je odvisno nemoteno delovanje dragega akumulatorskega sklopa in uravnoteženost celotnega sistema.

Izbira najboljšega pretvornika

Pretvornik je izbran s takšno močjo, da lahko zagotovi dolgoročno največjo obremenitev. Njegova vhodna napetost mora ustrezati notranji potencialni razliki solarnega sistema.

Za najboljšo možnost izbire je priporočljivo, da bodite pozorni na naslednje parametre:

1. Oblika in frekvenca dobavljenega izmeničnega toka. Bližje kot je sinusoid 50 hercev, tem bolje.
2. Učinkovitost naprave. Višje kot je 90 %, bolj čudovito.
3. Lastna poraba naprave. Mora biti sorazmerna s celotno porabo energije sistema. Idealno - do 1%.
4. Sposobnost vozlišča, da prenese kratkotrajne dvojne preobremenitve.

Najodličnejši dizajn je pretvornik z vgrajeno krmilno funkcijo.

Montaža hišnega solarnega sistema

Pripravili smo vam izbor fotografij, ki jasno prikazuje postopek sestavljanja gospodinjskega solarnega sistema iz tovarniško izdelanih modulov:

Zaključki in uporaben video na to temo

Video #1. Naredi sam demonstracija namestitve sončnih kolektorjev na streho hiše:

Video #2. Izbira baterij za solarni sistem, vrste, razlike:

Video #3. Podeželska sončna elektrarna za tiste, ki vse naredijo sami:

Upoštevane postopne praktične metode izračuna, osnovno načelo učinkovitega delovanja sodobne baterije sončne celice kot dela domače avtonomne sončne postaje bodo pomagale tako lastnikom velike hiše v gosto naseljenem območju kot podeželske hiše v divjini, da pridobijo energetsko suverenost.

Bi radi delili svoje osebne izkušnje, ki ste jih pridobili pri gradnji mini solarnega sistema ali samo baterij? Imate kakšna vprašanja, na katera želite odgovoriti, ali ste v besedilu našli pomanjkljivosti? Pustite komentarje v spodnjem bloku.