Baterii solare pentru gradina si casa: tipuri, principii de functionare si procedura de calcul a sistemelor solare

Știința ne-a oferit un moment în care tehnologia de utilizare a energiei solare a devenit disponibilă publicului.Fiecare proprietar are posibilitatea de a obține panouri solare pentru casa lor. Locuitorii de vară nu rămân în urmă în această chestiune. Ei se găsesc adesea departe de sursele centralizate de alimentare durabilă cu energie.

Vă sugerăm să vă familiarizați cu informațiile care prezintă proiectarea, principiile de funcționare și calculul unităților de lucru ale sistemului solar. Familiarizarea cu informațiile pe care le oferim vă va aduce mai aproape de realitatea furnizării site-ului dumneavoastră cu energie electrică naturală.

Pentru o înțelegere clară a datelor furnizate, sunt atașate diagrame detaliate, ilustrații, instrucțiuni foto și video.

Proiectarea și principiul de funcționare a unei baterii solare

Odinioară, mințile curioase au descoperit pentru noi substanțe naturale produse sub influența particulelor de lumină de la soare, fotoni, energie electrica. Procesul a fost numit efect fotoelectric. Oamenii de știință au învățat să controleze fenomenele microfizice.

Pe baza materialelor semiconductoare, au creat dispozitive electronice compacte - fotocelule.

Producătorii au stăpânit tehnologia combinării convertoarelor miniaturale în panouri solare eficiente. Eficiența modulelor de panouri solare din siliciu produse pe scară largă de industrie este de 18-22%.

Din descrierea diagramei se vede clar: toate componentele centralei electrice sunt la fel de importante - funcționarea coordonată a sistemului depinde de selecția lor competentă

O baterie solară este asamblată din module. Este punctul final al călătoriei fotonilor de la Soare la Pământ. De aici, aceste componente ale radiației luminoase își continuă drumul în interiorul circuitului electric ca particule de curent continuu.

Acestea sunt distribuite între baterii, sau sunt transformate în sarcini de curent electric alternativ cu o tensiune de 220 de volți, care alimentează tot felul de dispozitive tehnice de uz casnic.

O baterie solară este un complex de dispozitive semiconductoare conectate în serie - fotocelule care transformă energia solară în energie electrică.

Mai multe detalii despre specificul dispozitivului și principiul de funcționare al bateriei solare veți găsi în altul articol popular site-ul nostru.

Tipuri de module de panouri solare

Modulele-panouri solare sunt asamblate din celule solare, cunoscute altfel sub denumirea de convertoare fotoelectrice. FEP-urile de două tipuri au găsit o utilizare pe scară largă.

Ele diferă prin tipurile de semiconductori de siliciu utilizate pentru fabricarea lor, acestea sunt:

• Policristalină. Acestea sunt celule solare realizate din siliciu topit prin răcire pe termen lung. Metoda simplă de producție face prețul accesibil, dar productivitatea versiunii policristaline nu depășește 12%.
• Monocristalin. Acestea sunt elemente obținute prin tăierea unui cristal de siliciu crescut artificial în napolitane subțiri. Cea mai productivă și costisitoare opțiune. Eficiența medie este de aproximativ 17%; puteți găsi celule solare monocristaline cu performanțe mai mari.

Celulele solare policristaline au o formă pătrată plată, cu o suprafață neuniformă. Soiurile monocristaline arată ca pătrate subțiri cu o structură de suprafață uniformă cu colțuri tăiate (pseudopătrate).

Așa arată FEP-urile - convertoare fotovoltaice: caracteristicile modulului solar nu depind de tipul de elemente utilizate - acest lucru afectează doar dimensiunea și prețul

Panourile primei versiuni cu aceeași putere sunt mai mari decât cele de-a doua datorită eficienței mai mici (18% față de 22%). Dar, în medie, sunt cu zece la sută mai ieftine și sunt la mare căutare.

Puteți afla despre regulile și nuanțele alegerii panourilor solare pentru a furniza energie termică autonomă. citeste aici.

Schema de funcționare a alimentării cu energie solară

Când te uiți la numele cu sunet misterios ale componentelor care alcătuiesc sistemul de energie solară, gândul vine la complexitatea super-tehnică a dispozitivului.

La nivelul micro al vieții fotonice, acest lucru este adevărat. Și din punct de vedere vizual, schema generală a circuitului electric și principiul funcționării acestuia arată foarte simplu. Există doar patru pași de la corpul ceresc la „becul Ilich”.

Modulele solare sunt prima componentă a unei centrale electrice. Acestea sunt panouri dreptunghiulare subțiri asamblate dintr-un anumit număr de plăci fotocelule standard. Producătorii produc panouri foto cu putere electrică și multipli de tensiune variați de 12 volți.

Dispozitivele cu formă plată sunt amplasate convenabil pe suprafețe deschise razelor directe. Blocurile modulare sunt combinate folosind conexiuni reciproce într-o baterie solară. Sarcina bateriei este de a converti energia solară primită, producând un curent continuu de o valoare dată.

Dispozitive de stocare a încărcăturii electrice - baterii pentru panouri solare cunoscut de toată lumea. Rolul lor în cadrul sistemului de alimentare cu energie solară este tradițional. Atunci când consumatorii casnici sunt conectați la o rețea centralizată, dispozitivele de stocare a energiei stochează energie electrică.

Ele acumulează și excesul său dacă curentul modulului solar este suficient pentru a asigura puterea consumată de aparatele electrice.

Pachetul de baterii furnizează cantitatea necesară de energie circuitului și menține o tensiune stabilă de îndată ce consumul său crește la o valoare crescută. Același lucru se întâmplă, de exemplu, noaptea când panourile foto nu funcționează sau pe vreme însorită.

Schema de alimentare cu energie pentru o casă care utilizează panouri solare diferă de opțiunile cu colectoare în capacitatea de a stoca energie într-o baterie

Controlerul este un intermediar electronic între modulul solar și baterii.Rolul său este de a regla nivelul de încărcare al bateriilor. Aparatul nu le permite să fiarbă din cauza supraîncărcării sau scăderii potențialului electric sub o anumită normă necesară pentru funcționarea stabilă a întregului sistem solar.

Inversând, așa sună termenul explicat literalmente invertor solar. Da, de fapt, această unitate îndeplinește o funcție care odată părea fantastică inginerilor electrici.

Acesta convertește curentul continuu al modulului solar și al bateriilor în curent alternativ cu o diferență de potențial de 220 volți. Aceasta este tensiunea de funcționare pentru marea majoritate a dispozitivelor electrice de uz casnic.

Fluxul de energie solară este proporțional cu poziția luminii: la instalarea modulelor, ar fi bine să se prevadă reglarea unghiului de înclinare în funcție de perioada anului.

Sarcină de vârf și consum mediu zilnic de energie

Plăcerea de a avea propria stație solară valorează încă mult. Primul pas pe calea spre valorificarea puterii energiei solare este de a determina sarcina maximă optimă în kilowați și consumul mediu rațional de energie zilnic în kilowați-oră pentru o gospodărie sau o casă de țară.

Sarcina de vârf este creată de necesitatea pornirii mai multor aparate electrice simultan și este determinată de puterea totală maximă a acestora, ținând cont de caracteristicile de pornire supraestimate ale unora dintre ele.

Calcularea consumului maxim de energie vă permite să identificați ce aparate electrice necesită funcționare simultană și care nu sunt atât de vitale. Caracteristicile de putere ale componentelor centralei electrice, adică costul total al dispozitivului, sunt supuse acestui indicator.

Consumul zilnic de energie al unui aparat electric este măsurat prin produsul puterii sale individuale și timpul în care acesta a funcționat din rețea (energie electrică consumată) în timpul zilei. Consumul zilnic mediu total de energie este calculat ca suma energiei electrice consumate de fiecare consumator pe o perioadă zilnică.

Analiza și optimizarea ulterioară a datelor obținute privind sarcinile și consumul de energie va asigura configurarea necesară și funcționarea ulterioară a sistemului de energie solară la costuri minime

Rezultatul consumului de energie ajută la abordarea rațională a consumului de energie electrică solară. Rezultatul calculelor este important pentru calcularea suplimentară a capacității bateriei. Prețul acumulatorului, o componentă semnificativă a sistemului, depinde și mai mult de acest parametru.

Procedura de calcul a indicatorilor energetici

Procesul de calcul începe literalmente cu o foaie de caiet situată orizontal, pătrată, desfășurată. Cu linii ușoare de creion, din foaie se obține un formular cu treizeci de coloane și linii în funcție de numărul de aparate electrice de uz casnic.

Pregătirea pentru calcule aritmetice

Prima coloană este tradițională - un număr de serie. A doua coloană este numele aparatului electric. Al treilea este consumul individual de energie.

Coloanele patru până la douăzeci și șapte sunt orele zilei de la 00 la 24. Următoarele sunt introduse în ele printr-o linie fracțională orizontală:

• la numărător – timpul de funcționare al dispozitivului într-o anumită oră în formă zecimală (0,0);
• numitorul este din nou consumul său individual de energie (această repetiție este necesară pentru a calcula sarcinile orare).

A douăzeci și opta coloană este timpul total în care dispozitivul de uz casnic funcționează în timpul zilei.În al douăzeci și nouălea - consumul personal de energie al dispozitivului este înregistrat ca urmare a înmulțirii consumului individual de energie cu timpul de funcționare pe o perioadă zilnică.

Elaborarea unei specificații detaliate pentru consumatori, ținând cont de încărcăturile orare, va ajuta la păstrarea mai multor dispozitive obișnuite, datorită utilizării lor raționale

A treizecea coloană este, de asemenea, standard - notă. Va fi util pentru calcule intermediare.

Întocmirea specificațiilor de consum

Următoarea etapă a calculelor este transformarea formularului de notebook într-o specificație pentru consumatorii casnici de energie electrică. Prima coloană este clară. Numerele de serie ale liniilor sunt introduse aici.

A doua coloană conține numele consumatorilor de energie. Este recomandat să începeți umplerea holului cu aparate electrice. Următoarele descriu alte camere în sens invers acelor de ceasornic sau în sensul acelor de ceasornic (după cum este convenabil pentru dvs.).

Dacă există un al doilea etaj (etc.), procedura este aceeași: de pe scări - în jur. În același timp, nu trebuie să uităm de dispozitivele de pe casele scărilor și de iluminatul stradal.

Este mai bine să completați a treia coloană indicând puterea vizavi de numele fiecărui dispozitiv electric împreună cu a doua.

Coloanele patru până la douăzeci și șapte corespund fiecărei ore din zi. Pentru comoditate, le puteți desena imediat cu linii orizontale în mijlocul liniilor. Jumătățile superioare rezultate ale liniilor sunt ca numărători, cele inferioare sunt numitori.

Aceste coloane sunt completate rând cu rând. Numeratoarele sunt formatate selectiv ca intervale de timp în format zecimal (0,0), reflectând timpul de funcționare al unui anumit aparat electric într-o anumită perioadă orară. În paralel, unde se introduc numărătorii, se trec numitorii cu indicatorul puterii dispozitivului, preluat din a treia coloană.

După ce toate coloanele de oră sunt completate, treceți la calcularea timpului individual de lucru zilnic al aparatelor electrice, deplasând linie cu linie. Rezultatele sunt înregistrate în celulele corespunzătoare ale coloanei a douăzeci și opta.

În cazul în care centrala solară joacă un rol auxiliar, astfel încât sistemul să nu funcționeze inactiv, o parte din sarcină poate fi conectată la aceasta pentru o putere constantă

Pe baza puterii și a orelor de lucru, consumul zilnic de energie al tuturor consumatorilor este calculat secvenţial. Este notat în celulele coloanei a douăzeci și nouă.

Când toate rândurile și coloanele din specificație sunt completate, totalurile sunt calculate. Prin adăugarea graficelor de putere de la numitorii coloanelor de oră se obțin sarcinile fiecărei ore. Însumând consumul individual de energie zilnic al coloanei a douăzeci și nouă de sus în jos, se găsește media zilnică totală.

Calculul nu include consumul propriu al viitorului sistem. Acest factor este luat în considerare de coeficientul auxiliar în calculele finale ulterioare.

Analiza si optimizarea datelor obtinute

Dacă energia de la o centrală solară este planificată ca rezervă, datele privind consumul orar de energie și consumul total mediu zilnic de energie ajută la minimizarea consumului de energie solară costisitoare.

Acest lucru se realizează prin excluderea consumatorilor mari consumatoare de energie de la utilizare până la restabilirea sursei de alimentare centralizată, în special în timpul orelor de sarcină de vârf.

Dacă sistemul de energie solară este conceput ca o sursă de alimentare constantă cu energie electrică, atunci rezultatele sarcinilor orare apar.Este important să distribuim consumul de energie electrică pe parcursul zilei în așa fel încât să eliminăm maximele mult predominante și minimele foarte scăzute.

Eliminarea sarcinilor de vârf, nivelarea sarcinilor maxime și eliminarea scăderilor bruște ale consumului de energie de-a lungul timpului fac posibilă selectarea celor mai economice opțiuni pentru componentele sistemului solar și asigurarea unei funcționări stabile și, cel mai important, fără probleme pe termen lung a stației solare.

Graficul va scoate la iveală denivelarea consumului de energie: sarcina noastră este să deplasăm maximele la momentul de cea mai mare activitate solară și să reducem consumul total zilnic, în special pe timp de noapte.

Desenul prezentat prezintă transformarea unui program irațional obținut pe baza unei specificații într-unul optim. Rata de consum zilnic a fost redusă de la 18 la 12 kW/h, sarcina medie orară zilnică de la 750 la 500 W.

Același principiu al optimității este util atunci când utilizați opțiunea de energie solară ca rezervă. Poate că nu merită să cheltuiți prea mulți bani pentru creșterea puterii modulelor solare și a bateriilor de dragul unor neplăceri temporare.

Selectarea componentelor centralei solare

Pentru a simplifica calculele, vom lua în considerare versiunea de utilizare a bateriei solare ca principală sursă de energie electrică pentru grădină. Consumatorul va fi o casă de țară condiționată în regiunea Ryazan, unde locuiește permanent din martie până în septembrie.

Calcule practice bazate pe datele din graficul rațional al consumului orar de energie publicat mai sus vor da claritate raționamentului:

• Consumul total mediu zilnic de energie = 12.000 wați/oră.
• Consum mediu de sarcină = 500 wați.
• Sarcina maxima 1200 wati.
• Sarcină de vârf 1200 x 1,25 = 1500 wați (+25%).

Valorile vor fi solicitate la calcularea capacității totale a dispozitivelor solare și a altor parametri de funcționare.

Determinarea tensiunii de funcționare a sistemului solar

Tensiunea internă de funcționare a oricărui sistem solar se bazează pe un multiplu de 12 volți, care este cea mai comună evaluare a bateriei. Cele mai utilizate componente ale stațiilor solare: module solare, controlere, invertoare sunt produse pentru tensiuni populare de 12, 24, 48 volți.

O tensiune mai mare permite utilizarea cablurilor de alimentare cu o secțiune transversală mai mică - și aceasta înseamnă o fiabilitate crescută a contactului. Pe de altă parte, bateriile de 12 V defecte pot fi înlocuite pe rând.

Intr-o retea de 24 de volti, avand in vedere specificul bateriilor de functionare, va trebui sa le inlocuiesti doar in perechi. O rețea de 48 V va necesita schimbarea tuturor celor patru baterii dintr-o ramură. În plus, la 48 de volți există deja pericolul de electrocutare.

Cu aceeași capacitate și aproximativ același preț, ar trebui să achiziționați baterii cu cea mai mare adâncime de descărcare admisă și un curent maxim mai mare

Principala alegere a valorii nominale a diferenței interne de potențial a sistemului este legată de caracteristicile de putere ale invertoarelor produse de industria modernă și ar trebui să țină cont de mărimea sarcinii de vârf:

• de la 3 la 6 kW – 48 volți,
• de la 1,5 la 3 kW – egal cu 24 sau 48V,
• până la 1,5 kW – 12, 24, 48V.

Alegând între fiabilitatea cablajului și inconvenientul înlocuirii bateriilor, pentru exemplul nostru ne vom concentra pe fiabilitate. Ulterior, vom pleca de la tensiunea de funcționare a sistemului calculat, 24 volți.

Echiparea bateriei cu module solare

Formula pentru calcularea puterii necesare de la o baterie solară arată astfel:

Рcm = (1000 * Esut) / (k * Sin),

Unde:

• Rcm = puterea bateriei solare = puterea totală a modulelor solare (panouri, W),
• 1000 = sensibilitate fotovoltaică acceptată (kW/m²)
• Esut = consumul zilnic de energie necesar (kWh, în exemplul nostru = 18),
• k = coeficient sezonier luând în considerare toate pierderile (vara = 0,7; iarnă = 0,5),
• Syn = valoarea tabelată a insolației (fluxul de radiație solară) la înclinarea optimă a panourilor (kW*h/m²).

Puteti afla valoarea insolatiei de la serviciul dumneavoastra meteorologic regional.

Unghiul optim de înclinare al panourilor solare este egal cu latitudinea zonei:

• primavara si toamna,
• plus 15 grade - iarna,
• minus 15 grade – vara.

Regiunea Ryazan luată în considerare în exemplul nostru este situată la latitudinea 55.

Cea mai mare putere a panourilor solare este atinsă prin utilizarea sistemelor de urmărire, modificări sezoniere ale unghiului de înclinare a panourilor și utilizarea modulelor de tăiere mixte.

Pentru perioada din martie până în septembrie, cea mai bună înclinare nereglementată a panoului solar este egală cu un unghi de vară de 40⁰ față de suprafața pământului. Cu această instalare de module, insolația medie zilnică a Ryazan în această perioadă este de 4,73. Toate numerele sunt acolo, hai să facem calculul:

Rcm = 1000 * 12 / (0,7 * 4,73) ≈ 3.600 wați.

Dacă luăm module de 100 de wați ca bază pentru bateria solară, atunci vom avea nevoie de 36 dintre ele. Acestea vor cântări 300 de kilograme și vor ocupa o suprafață de aproximativ 5 x 5 m.

Scheme de cablare testate pe teren și opțiuni de conectare a panourilor solare sunt date aici.

Amenajarea unei unități de alimentare cu baterie

Atunci când alegeți bateriile, trebuie să vă ghidați după următoarele principii:

1. Bateriile auto obișnuite NU sunt potrivite în acest scop. Bateriile centralelor solare sunt marcate cu inscripția „SOLAR”.
2. Ar trebui să cumpărați numai baterii care sunt identice din toate punctele de vedere, de preferință din același lot din fabrică.
3. Camera în care se află acumulatorul trebuie să fie caldă. Temperatura optimă când bateriile produc putere maximă = 25⁰C. Când scade la -5⁰C, capacitatea bateriei scade cu 50%.

Dacă luați pentru calcul o baterie reprezentativă de 12 volți cu o capacitate de 100 amperi/oră, este ușor de calculat că poate furniza energie consumatorilor cu o putere totală de 1200 de wați pentru o oră întreagă. Dar aceasta este cu descărcare completă, ceea ce este extrem de nedorit.

Pentru o durată lungă de viață a bateriei, NU este recomandat să reduceți încărcarea lor sub 70%. Cifra limită = 50%. Luând numărul 60% drept „medie de aur”, calculele ulterioare se bazează pe rezerva de energie de 720 Wh pentru fiecare 100 Ah din componenta capacitivă a bateriei (1200 Wh x 60%).

Poate că achiziționarea unei baterii cu o capacitate de 200 Ah va costa mai puțin decât achiziționarea a două baterii de 100 Ah, iar numărul de conexiuni de contact ale bateriei va fi redus

Inițial, bateriile trebuie instalate 100% încărcate de la o sursă de alimentare staționară. Bateriile reîncărcabile trebuie să acopere complet încărcăturile în întuneric. Dacă aveți ghinion cu vremea, mențineți parametrii necesari de sistem în timpul zilei.

Este important să țineți cont de faptul că un exces de baterii va duce la o subîncărcare constantă a acestora. Acest lucru va reduce semnificativ durata de viață. Soluția cea mai rațională pare să fie dotarea unității cu baterii cu o rezervă de energie suficientă pentru a acoperi un consum zilnic de energie.

Pentru a afla capacitatea totală necesară a bateriei, împărțiți consumul total de energie zilnic de 12000 Wh la 720 Wh și înmulțiți-l cu 100 A*h:

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

În total, pentru exemplul nostru vom avea nevoie de 16 baterii cu o capacitate de 100 sau 8 de 200 Ah, conectate în serie-paralel.

Alegerea unui controler bun

Selecție competentă controler de încărcare a bateriei (AKB) este o sarcină foarte specifică. Parametrii săi de intrare trebuie să corespundă modulelor solare selectate, iar tensiunea de ieșire trebuie să corespundă diferenței interne de potențial a sistemului solar (în exemplul nostru, 24 volți).

Un controler bun trebuie să ofere:

1. Încărcarea bateriei în mai multe etape, care le multiplica durata de viață efectivă.
2. Conectare-deconectare mutuală automată, baterie și baterie solară în corelație cu încărcare-descărcare.
3. Reconectarea sarcinii de la baterie la bateria solară și invers.

Această unitate mică este o componentă foarte importantă.

Dacă unii consumatori (de exemplu, iluminatul) sunt trecuți la sursa de alimentare directă de 12 volți de la controler, va fi necesar un invertor mai puțin puternic, ceea ce înseamnă mai ieftin

Alegerea corectă a controlerului determină funcționarea fără probleme a unui acumulator scump și echilibrul întregului sistem.

Alegerea celui mai bun invertor

Invertorul este selectat cu o astfel de putere încât poate asigura sarcina de vârf pe termen lung. Tensiunea sa de intrare trebuie să corespundă diferenței interne de potențial a sistemului solar.

Pentru cea mai bună opțiune de selecție, se recomandă să acordați atenție următorilor parametri:

1. Forma și frecvența curentului alternativ alimentat. Cu cât este mai aproape de o sinusoidă de 50 de herți, cu atât mai bine.
2. Eficiența dispozitivului. Cu cât este mai mare de 90%, cu atât mai minunat.
3. Consumul propriu al aparatului. Trebuie să fie proporțional cu consumul general de energie al sistemului. Ideal - până la 1%.
4. Capacitatea unui nod de a rezista supraîncărcărilor duble pe termen scurt.

Cel mai excelent design este un invertor cu o funcție de controler încorporată.

Asamblarea unui sistem solar de uz casnic

V-am făcut o selecție de fotografii care demonstrează clar procesul de asamblare a unui sistem solar de uz casnic din module fabricate din fabrică:

Concluzii și video util pe această temă

Videoclipul #1. Demonstrație de instalare a panourilor solare pe acoperișul unei case:

Videoclipul #2. Selectarea bateriilor pentru un sistem solar, tipuri, diferențe:

Videoclipul #3. Centrală solară de țară pentru cei care fac totul singuri:

Metodele practice de calcul pas cu pas luate în considerare, principiul de bază al funcționării eficiente a unei baterii moderne de panouri solare ca parte a unei stații solare autonome de casă va ajuta atât proprietarii unei case mari într-o zonă dens populată, cât și a unei case de țară. în sălbăticie pentru a câștiga suveranitatea energetică.

Ați dori să împărtășiți experiența dvs. personală pe care ați acumulat-o în timpul construcției unui mini sistem solar sau doar a bateriilor? Aveți întrebări la care ați dori să vi se răspundă sau ați găsit neajunsuri în text? Vă rugăm să lăsați comentarii în blocul de mai jos.