Как подключить солнечную батарею

При покупке солнечной панели следует знать, что солнечные панели бывают двух видов:

  • Поликристаллические.
  • Монокристаллические.

В чём же их отличие? Панели отличаются между собой по технологии производства так называемых солнечных элементов, из которых, и состоит солнечная панель.

У поликристаллической панели активная поверхность синего цвета, а у монокристаллической панели черного, с характерными углами.

Какая панель лучше?

Поликристалл однозначно лучше, так как он работает эффективнее при пасмурной погоде и слабом солнечном свете. Монокристаллические панели имеют меньшую площадь при одинаковых мощностях с поликристаллической панелью, поэтому в пасмурную погоду монокристаллические панели работают менее эффективно.

Наиболее чаще применяются 12 вольтовые панели, которые удобней адаптировать с 12 вольтовыми аккумуляторами. Обычно под значением 12V панель подразумевается 17V — 18V, это нужно для того чтобы когда панель в пасмурную погоду производит меньшее энергии она смогла компенсировать падение напряжения.

Солнечные панели при изготовлении уже имеют подключённые диоды Шоттки, которые защищают солнечные элементы от выхода из строя в момент, когда панель перестаёт генерировать электроэнергию и становится сама потребителем электроэнергии от аккумулятора. Именно диод препятствует обратному протеканию электрического тока.

Контроллер заряда.

Контроллер заряда аккумулятора управляет процессом заряда и препятствует чрезмерному заряду и разряду аккумуляторной батареи.

Принцип работы контролера следующий. Когда панель генерирует электрический ток, аккумулятор заряжается. Когда напряжение на клеммах 12 V аккумулятора достигнет предельного значения 14 V, контроллер отключает зарядку.

Когда солнечная батарея не работает в ночное время, система работает от аккумулятора. Когда напряжение на клеммах аккумулятора достигнет нижней границы 11V, контроллер отключит его от системы, тем самым предотвратит его полный разряд. К контроллеру можно подключить потребителей постоянного тока 12V через соответствующие клеммы (обозначены рисунком лампочкой), например светодиоды для освещения помещения.

Аккумуляторная батарея.

В системе аккумуляторная батарея выполняет функцию аккумулятора электроэнергии, который подзаряжает солнечная панель. Для подключения в систему можно использовать любые свинцово-кислотные аккумуляторы, а также гелевые. В жилом помещении лучше использовать аккумуляторы закрытого типа. Обычно используются 12V автомобильные аккумуляторы.

Инвертор.

Инвертор — он же преобразователь напряжения, подключается к аккумулятору и получает на входе постоянное напряжение, обычно 12V, на выходе из инвертора мы уже получаем переменное напряжение синус 50гц, 220V, к которому можно подключать бытовые приборы, работающие от сети переменного тока 220V.

Кабель.

При монтаже стационарных солнечных панелей производители рекомендуют использовать специальный кабель, для подключения солнечных батарей, который имеет повышенную защиту изоляции от ультрафиолетовых лучей. Можно использовать обычный медный кабель с дополнительной защитой из гофры. Это касается только кабеля который идёт от панели к контроллеру, на всех остальных участках используется обычный медный кабель.

Варианты подключения

Не возникает вопросов при подключении одной панели: к соответствующим разъемам контроллера подсоединяют минус и плюс. Если же панелей много, их можно подсоединить:

  • параллельно, т.е. соединим между собой одноименные клеммы и, получив на выходе напряжение 12В;

  • последовательно, т.е. плюс первой соединить с минусом второй, а оставшиеся минус первой и плюс второй – к контроллеру. На выходе будет 24 В.

  • последовательно-параллельно, т.е. использовать смешанное подключение. Подразумевает такая схема, что несколько групп батарей соединены между собой. Внутри каждой из них панели соединены параллельно, а группы – последовательно. Эта схема на выходе дает самые оптимальные характеристики.

Разобраться детальнее с подключением альтернативных источников в доме поможет видео:

Видео: Как подключить солнечную батарею к аккумулятору

Такие электростанции с помощью аккумуляторных батарей накапливают для дома заряд Солнца и сохраняют его, резервируя в аккумуляторных банках. В Америке, Японии, европейских странах применяется нередко гибридное электроснабжение.

То есть, работают две схемы, одна из которых обслуживает оборудование низковольтное, питающееся от 12 В, другая схема – отвечает за бесперебойное снабжение энергией высоковольтного оборудования, работающего от 230 В.

Инструкция по установке солнечных батарей

Как установить?

Какие выбрать панели?

В настоящее время на российском рынке альтернативной энергетики чаще встречаются два типа солнечных батарей: монокристаллические и поликристаллические. Монокристаллические батареи отличаются большей эффективностью преобразования солнечной энергии в электрическую, чем поликристаллические батареи. При этом их стоимость также выше, чем стоимость поликристаллических батарей. Это обусловлено более сложным и дорогостоящим процессом производства.

Читайте также:

Еще один немаловажный вопрос, который встает при выборе солнечных батарей — это производитель. Конечно, больше всего солнечных батарей производится в Китае. Есть также батареи европейского и российского производства. Китайские батареи, по большей части значительно дешевле своих европейских и российских аналогов, но при этом среди них чаще встречаются некачественные экземпляры. Несмотря на это, мы остановили свой выбор на солнечных батареях китайской компании Suoyang. Они зарекомендовали себя, как качественный продукт за достаточно приемлемую цену, в чем наши инженеры смогли убедиться лично, побывав на производстве Suoyang к Китае.

Если вы определились с типом солнечных батарей и их производителем, то теперь надо правильно рассчитать необходимую для ваших нужд мощность солнечных модулей. Здесь все подробно описано. Зная требуемую мощность солнечных батарей, легко определить необходимое их количество.

Как установить?

Начнем с выбора места. Солнечные батареи можно установить практически в любом месте на крыше загородного дома, на участке рядом с домом и даже на балконе многоквартирного дома. Главное, чтобы были соблюдены основные условия для получения максимальной выработки электроэнергии. Это угол наклона относительно горизонта и ориентация.

Светопоглощающая поверхность солнечных батарей должна быть направлена на юг. Идеальные условия соблюдаются, если солнечные лучи падают на поверхность солнечной батареи под углом 90 о как можно дольше. Подберите оптимальный угол наклона для вашего региона, с учетом времени года, в котором прогнозируется максимальное потребление электроэнергии. Для каждого региона оптимальный угол наклона определяется отдельно. Например, для московского региона оптимальный угол наклона в летний период 15 o -20 о , а в зимний период 60 o -70 o . Для максимально эффективного использования солнечных батарей рекомендуется минимум два раза в год менять угол наклона.

При последовательном подключении, во избежание снижения эффективности, все панели в цепочке должны располагаться на одной плоскости, под одним углом.

Если вы решили установить солнечные батареи не на крыше, а на участке около вашего дома, не забудьте приподнять их от поверхности земли минимум на 50 см (на случай, если зимой выпадет много снега).

Солнечные батареи и тень

Даже небольшая тень негативно сказывается на выработке электричества солнечными батареями. Поэтому массив солнечных батарей рекомендуется размещать в местах не подверженных затененью. На протяжении года, тень меняет свое положение, учтите это при установке. Старайтесь не закрывать солнечные панели дополнительным стеклом, это снижает КПД панели приблизительно на 30%, даже при видимой прозрачности стекла.

Рис. 1. Световое отражение

Вентиляция солнечных батарей

Не устанавливайте нижнюю сторону солнечных батарей вплотную, между панелью и установочной плоскостью должно быть расстояние для циркуляции воздуха. При должной вентиляции нижней поверхности солнечных батарей обеспечивается рассеивание излишнего тепла, которое негативно сказывается на эффективности панелей.

Читайте также  Инфракрасный обогреватель принцип работы

Крепление солнечных батарей

В целях выполнения надежного крепления, солнечные батареи должны быть закреплены, по крайней мере, в четырех точках. Алюминиевая рама крепления рассчитана на крепление по длинной стороне, не следует использовать для крепления короткую сторону.

Рис. 2. Крепление солнечных батарей

Существует несколько способов и крепления солнечных батарей, основные из них: при помощи прижимных фиксаторов и при помощи болтового соединения через отверстия на нижней части рамки. Для крепления используйте только специально предусмотренные отверстия в раме панели. Гарантия на солнечные батареи прекращается в случае сверления дополнительных; отверстий, а также внесения изменений в конструкцию. Для крепления солнечных батарей используйте прочный крепеж из коррозионностойких материалов.

Подключение солнечных батарей

Встроенные соединительные провода устойчивы к ультрафиолетовому излучению. Сечение провода составляет 4 мм 2 . Для герметичного подключения на концах проводов предусмотрены разъемы стандарта MC4.

Рис. 3. Разъемы стандарта МС4

Всегда перед подключением солнечных батарей в систему проверяйте правильность электромонтажа. Проверьте полярность и измерьте напряжение холостого хода массива солнечных батарей, если оно отличается от паспортного значения — есть неправильное соединение.

При подключении солнечных батарей не превышайте технические требования других устройств по максимальному напряжению и допустимому току. Придерживайтесь технических требований производителей инвертора и контроллера заряда.

Не вскрывайте распаячную коробку солнечной батареи. Панели имеют все необходимые провода и соединительные разъемы для подключения к системе.

Для подключения рекомендуется использовать только одножильные медные провода с сечением в зависимости от тока и длины провода, но не менее 4 мм 2 . Изоляция провода должна быть устойчива к ультрафиолетовому излучению. Если используется провод не устойчивый к ультрафиолетовому излучению, то обязательно прокладывайте его в гофре, предназначенной для наружной прокладки. Старайтесь, чтобы провода не попадали под прямые солнечные лучи. Для подключения солнечных батарей используйте только специальные коннекторы стандарта MC4. Соединение провода и коннектора осуществляется с помощью специального обжимного инструмента или пайки.

Как собрать небольшую солнечную электростанцию

Для того чтобы собрать небольшую солнечную электростанцию, вам понадобятся:

  1. Солнечная батарея;
  2. Контроллер заряда;
  3. Аккумулятор (желательно герметичный, если вы планируете установить его в помещении);
  4. Инвертор для преобразования электрического напряжения 12В в 220В;
  5. Предохранители для защиты от короткого замыкания (желательно);
  6. Комплект коннекторов МС4 для подключения солнечной батареи к контроллеру.

Ниже представлена схема небольшой солнечной электростанции:

Рис. 4. Схема солнечной электростанции

  1. Подключите аккумулятор к контроллеру в соответствующие разъемы, соблюдая полярность. Для подключения используйте провода с сечением соответствующим мощности контроллера.
  2. Подключите солнечную батарею к контроллеру в соответствующие разъемы, также соблюдая полярность. Для безопасного подключения используйте коннекторы MC4.
  3. К соответствующим разъемам контроллера подключите нагрузку 12В.
  4. Если есть необходимость преобразовывать электрическое напряжение 12В в 220В, подключите к аккумулятору инвертор, соблюдая полярность. Не подключайте инвертор напрямую к контроллеру!
  5. К выходу инвертора подключите электрические приборы 220В.

Соблюдайте последовательность подключения элементов солнечной электростанции, чтобы избежать поломки контроллера. Заземлите солнечную батарею и установите предохранители, на соединения между контроллером и аккумулятором, а также между аккумулятором и инвертором во избежание короткого замыкания.

Коммутация фотоэлектрических солнечных модулей

Напряжение в цепи, соединенных параллельно солнечных батарей, будет равно напряжению одной солнечной батареи. Если вы соединяете 2 батареи, у которых при нагрузке напряжение равно 17,5 вольт, то на контроллер будет подано напряжение 17,5 вольт. Ток при таком соединении суммируется. Например, две солнечные батареи при хорошей солнечной освещенности выдают по 7А каждая, то суммарный ток на контроллер при параллельном соединении будет 14А.

Последовательное соединение солнечных батарей

Напряжение в цепи, соединенных последовательно солнечных батарей будет равно сумме напряжений солнечных батарей в данном соединении.

Если вы соединяете 2 батареи, у которых напряжение в точке максимальной мощности равно 17,5 вольт, то на контроллер будет подано напряжение 35 вольт. Ток при таком соединении будет равен току самой слабой солнечной батареи. Например, одна солнечная батарея имеет ток в точке максимальной мощности 7,5А, а другая 7,3А — ток поданный на контроллер будет равен 7,3А. Именно по этой причине не рекомендуется подключать последовательно МОНОкристаллические и ПОЛИкристаллические панели.

Солнечные батареи можно и нужно подключать последовательно-параллельно, если у вас много солнечных батарей, то вы сможете построить систему, у которой напряжения и токи будут оптимально подобраны для вашего солнечного контроллера.

Для коммутации солнечных батарей используются специальные разъемы (коннекторы) типа МС4, которые вы можете купить в интернет-магазине Реалсолар:

Коннектор МС4 универсальный

Разъемы типа МС4 для кабеля сечением 2.5, 4, 6 мм 2

Разъемы для параллельного соединения солнечных батарей

Удлиненные разъемы для параллельного соединения солнечных батарей

Разъемы для параллельного соединения трех солнечных батарей

Схема подключения солнечных батарей

Владельцы готовых модулей должны узнать выходное напряжение и подключить модули к контроллеру. Сами контроллеры бывают на 12В, 24В или сразу на 12/24В. Для батарей, которые рассчитаны на 12-вольтные АКБ и контроллеры, подключение производится напрямую (от батарей к контроллеру и от контроллера к АКБ). В некоторых случаях для получения нужного напряжения батареи соединяются последовательно. Рассмотрим три способа соединения, которые будут применимы и для самостоятельной сборки модулей из солнечных ячеек.

Способы соединения:

  • Последовательно. В этом случае плюс одной панели подключается к минусу второй. Оставшиеся неподключенными плюсы и минусы отводятся на контроллер. В итоге вы сможете получить напряжение 24В.
  • Параллельно. Одинаковые клеммы подключаются друг к другу: плюс к плюсу и минус к минусу. Так вы сможете увеличить количество отдаваемого тока и создать соединение с напряжением в 12В.
  • Последовательно-параллельно. Работает для подключения нескольких групп модулей. Внутри группы все соединения производятся параллельно (плюс на плюс и минус на минус). А между собой группы подключаются последовательно.

Полезная информация! При последовательном соединении вы увеличиваете напряжение, а при параллельном — объем отдаваемого тока.

Обзор солнечной батареи 5В

В процессе эволюции человечество научилось добывать электрическую энергию, используя природные ресурсы. Это могут быть полезные ископаемые (теплоэлектростанции, использующие нефть, уголь или атомные, использующие ядерное топливо), водные ресурсы (гидроэлектростанции), поток ветра (ветроэлектростанции). Солнечные батареи – это набирающий популярность источник дешевого электричества, получаемого из солнечных лучей. Солнечная батарея состоит из фотоэлементов на основе кремния, которые прямо преобразуют солнечную энергию в постоянный электрический ток.

К преимуществам солнечных батарей относятся:

постоянство – если полезные ископаемые могут закончиться, то наcчет солнечной энергии беспокоиться не стоит;

обширная область использования – могут применяться как в сельской местности, так и в космосе.

Однако у солнечных батарей есть и недостатки:

cсолнечное освещение – непостоянная величина и КПД (коэффициент полезного действия) батареи будет снижаться в пасмурную погоду.

Солнечная батарея 5В 1.2 Вт (рис. 1) идеально подходит для зарядки небольших аккумуляторных батарей и питания маломощных устройств.

Технические характеристики

Максимальная выходная мощность: 1.2 Вт;

Напряжения холостого хода: 5 В;

Рабочий ток: 200 мА;

Коэффициент полезного действия (КПД) : 17%;

Читайте также  Установка газового духового шкафа

Размеры: 70 х 55 х 3 (±0.2) мм;

Схема устройства солнечной электростанции

Рассмотрим, как устроена и работает гелиосистема для загородного дома. Главное ее назначение – преобразовать энергию солнца в электричество 220 В, которое является основным источником питания для домашних электроприборов.

Основные части, из которых состоит СЭС:

  1. Батареи (панели), преобразующие солнечное излучение в ток постоянного напряжения.
  2. Контроллер, регулирующий заряд АКБ.
  3. Блок аккумуляторных батарей.
  4. Инвертор, преобразующий напряжение АКБ в 220 В.

Конструкция батареи продумана таким образом, что позволяет оборудованию функционировать в различных погодных условиях, при температуре от -35ºС до +80ºС.

Выходит, что правильно установленные панели будут работать с одинаковой производительностью и зимой, и летом, но при одном условии – в ясную погоду, когда солнце отдает максимальное количество тепла. В пасмурную эффективность работы резко снижается.

Вес одной батареи на 300 Вт равен 20 кг. Чаще всего панели монтируют на крышу, фасад или специальные стойки, установленные рядом с домом. Необходимые условия: разворот плоскости в сторону солнца и оптимальный наклон (в среднем 45° к поверхности земли), обеспечивающий перпендикулярное падение солнечных лучей.

При возможности устанавливают трекер, отслеживающий движение солнца и регулирующий положение панелей.

Контроллер выполняет насколько функций. Кроме основной – автоматической регулировки заряда АКБ, он контролирует подачу энергии от солнечных батарей, предохраняя тем самым аккумулятор от полной разрядки. При полном заряде контроллер автоматически отключает АКБ от системы. Современные устройства оборудованы панелью управления с дисплеем, показывающим напряжение батарей.

Для самодельных гелиосистем лучшим выбором являются гелевые аккумуляторы, отличающиеся сроком бесперебойного функционирования 10-12 лет. После 10-летней работы их емкость уменьшается примерно на 15-25 %. Это необслуживаемые и абсолютно безопасные устройства, не выделяющие вредных веществ.

Задача инвертеров — преобразовывать постоянное напряжение от АКБ в переменное напряжение 220 В. Они отличаются такими техническими характеристиками, как мощность и качество получаемого напряжения. Синусовое оборудование способно обслуживать наиболее «капризные» к качеству тока приборы – компрессоры, бытовую электронику.

Обзор бытовой СЭС:

Стоит знать, что бытовые электростанции способны обслуживать постоянно работающий холодильник, периодически запускаемый погружной насос, телевизор, систему освещения. Чтобы обеспечить энергией функционирование котла или даже микроволновки, потребуется более мощное и очень дорогое оборудование.

Существуют и другие, более сложные схемы, однако данное решение является универсальным и наиболее востребованным в быту.

Как правильно установить солнечную батарею

Начать надо с того, что выбрать место для установки и подключения солнечной батареи. Во-первых, определитесь с площадью – батареи могут быть громоздки и нужно, чтобы хватило места. Во-вторых, важна степень освещенности места установки, чем больше, тем лучше – в таком случае гелиосистема будет максимально эффективна. Хорошим выбором может быть крыша, стены, фасад частного дома, прилегающая к нему территория, балкон многоквартирного дома.

При установке солнечных батарей нужно соблюдать правильный угол наклона относительно горизонта и ориентацию солнечной конструкции – светопоглощающая лицевая (или фасадная) поверхность панелей должна быть направлена на юг. Максимум отдачи солнечная панель дает, когда лучи света падают под углом 90º. Поэтому продумайте в зависимости от вашего региона и климатических условий такое расположение солнечных панелей, чтобы угол падения света был оптимальным максимальное время в течение светового дня. Возможно, для более эффективной работы солнечной батареи угол наклона придется периодически менять, в зависимости от сезона или погоды. Если вы ставите солнечную батарею на крыше дома, предпочтительно, чтобы угол наклона был около 45º. При меньших углах солнечные батареи устанавливают на дополнительные спецконструкции, которые помогают обеспечить нужный угол наклона, жесткость системы и ее устойчивость.

Для установки и монтажа солнечной батареи используют специальный крепеж, в том числе рейлинги, к которым крепится сама панель. Солнечная батарея при установке должна быть зафиксирована, как минимум, в четырех точках при помощи прижимных фиксаторов или болтов по наружной длинной стороне алюминиевой рамы. Предпочтительно использовать специальные отверстия/посадочные места для крепления, предусмотренные в конструкции.

Если солнечные батареи подключены между собой цепочкой, следите, чтобы они располагались в одной плоскости и под одним углом – так их работа будет эффективнее. Если вы устанавливаете солнечные батареи на прилегающем к дому участке, выбирайте открытое и максимально незатененное место, без деревьев, кустов или каких-то сооружений, которые могут отбрасывать тень. Также не забудьте про циркуляцию воздуха между поверхностью установки и грунтом – нужно приподнять панели минимум на полметра от земли.

При правильной установке производительность солнечных батарей будет одинаковой как зимой, так и летом, но только при ясной и солнечной погоде (зимой иногда даже эффективней из-за отсутствия перегрева). Конструкция солнечных батарей продумана так, чтобы все оборудование могло работать в разных климатических условиях и выдерживать температуру от +80ºС до –35ºС.

Разные способы коммутации необходимы для получения нужных выходных параметров. К примеру, если требуется обеспечить мощность в 160 Вт и напряжение 12 В, а мощность одной солнечной батареи только 80 Вт при требуемых 12 В, то это означает, что нужно параллельно соединить 2 батареи. В итоге напряжение системы не изменится (12 В), а суммарная выходная мощность станет 160 Вт. Если же необходимо получить выходное напряжение не 12 В, а, скажем, 24 В, то в этом случае применяется последовательное соединение двух модулей. Смешанная схема позволяет регулировать оба параметра одновременно. Таким образом, используя разные типы коммутации можно собрать солнечную электростанцию с оптимально подходящими для работы характеристиками.

Что же касается интеграции собранного гелибатареи в энергосистему частного дома, то здесь есть несколько вариантов. Так, самой востребованной является схема с использованием контроллера заряда, батарейного инвертора и аккумуляторных батарей. Напряжение от гелиополя сначала направляется на заряд АКБ и лишь после этого передается на нагрузку.

Нагрузку, как правило, подразделяют на 2 категории: резервируемую (холодильники, газовые котлы, аварийное освещение и т.д.) и не резервируемую (обычное освещение, компьютер и пр.). Потребляемая мощность резервируемых приборов может быть любой, но длительность их автономной работы определяется емкостью АКБ.

Благодаря наличию особого батарейного инвертора становится возможной передача электричества на нагрузки в том случае, если напряжение на АКБ превышает заданное значение. При этом потребители могут запитываться от гелиоэнергии даже при наличии напряжения в центральной электросети. Таким образом, существенно уменьшается внешнее энергопотребление дома.

При отключении центральной сети инвертор запитает резервируемую нагрузку от АКБ. Если гелиополе в это время производит энергию, то инвертор использует и ее. Излишки солнечной энергии, не расходуемые на нагрузку, пойдут на зарядку АКБ. Данная схема отлично подходит для обеспечения автономного энергоснабжения, она работает и при отсутствии центрального напряжения питания. Но при этом не резервируемая нагрузка будет запитываться только от солнца (по остаточной технологии), приоритетными являются резервируемые потребители.

Если же планируется использовать гелиополе лишь для снижения энергопотребления из внешней сети, то можно воспользоваться более простой и дешевой схемой. Она гораздо выгоднее при редких и кратковременных отключениях электричества. Днем гелиополе снабжает энергией потребителей, если этого недостаточно, то электричество забирается из внешней сети. Но при отключении централизованного питания инвертор выключится и солнечная энергия не будет использоваться. Резервируемая нагрузка будет питаться от АКБ.