Рассмотрим пример. У нас есть 4 панели с номинальной мощностью 12В, Voc: 22,48В (это напряжение без нагрузки), на выходе мы получаем 48В. Напряжение без нагрузки = 22,48В*4=89,92В.
Солнечная электростанция на дом 200 м2 своими руками
Часто в сети встречаются упоминания о борьбе за экологию, о развитии альтернативных источников энергии. Иногда даже появляются сообщения о том, как в заброшенной деревне построили солнечную электростанцию, чтобы жители могли пользоваться благами цивилизации не только 2-3 часа в день, когда работает генератор, а постоянно. Но все это немного далеко от нашей жизни, поэтому я решил показать и рассказать на примере, как строится и работает солнечная электростанция для частного дома. Я расскажу обо всех этапах: от идеи до интеграции всего оборудования, а также расскажу об опыте ее эксплуатации. Статья будет довольно длинной, поэтому, если вам не хочется писать много букв, можете посмотреть ролик. В нем я попытался рассказать ту же историю, но вы сможете увидеть, как я сам все собрал.
Исходная ситуация: Дом площадью около 200 м2 подключен к электросети. Трехфазное подключение, общая мощность 15 кВт. Дом оборудован рядом типичных электроприборов: холодильниками, телевизорами, компьютерами, стиральными и посудомоечными машинами и т. д. Электросеть не стабильна, 6 дней подряд были перебои с электричеством от 2 до 8 часов.
Чего вы хотите добиться: чтобы больше не было перебоев в подаче электроэнергии и всегда было электричество, несмотря ни на что.
Каковы преимущества: Максимальное использование солнечной энергии, чтобы дом в основном работал на солнечных батареях, а дефицит электроэнергии брался из сети. В качестве бонуса: когда будет принят закон о продаже частной электроэнергии в сеть, вы сможете компенсировать часть своих расходов, продавая излишки генерации в общую сеть.
С чего начать?
Всегда есть как минимум два пути решения проблемы: вы можете разобраться в ней сами или кто-то другой сделает это за вас. Первый вариант — изучать теоретический материал, читать форумы, общаться с владельцами солнечных систем, бороться со своей внутренней лягушкой и, наконец, купить и установить оборудование. Второй вариант — обратиться в специализированную компанию, которая задаст вам множество вопросов, подберет и продаст вам нужное оборудование и, возможно, даже установит его за определенную плату. Я решил объединить эти два метода. Во-первых, потому что мне это интересно, а во-вторых, чтобы не попасть на продавца, который просто хочет заработать денег, продавая мне то, что мне на самом деле не нужно. Теперь пришло время немного теории, чтобы понять, как я сделал свой выбор.
На фото — пример «завоевания» денег на строительство солнечной электростанции. Обратите внимание, что солнечные панели размещены за деревом так, что на них не падает свет, и они просто не работают.
Как соединить солнечные батареи между собой
Это очень важный момент, потому что тип подключения определяет характеристики выходной мощности панелей. А это также меняет требования к проводке и другому оборудованию. У нас есть подробный материал о подключении фотоэлектрических панелей.
При выборе соединительного кабеля следует быть внимательным. Стандартные бытовые силовые модули обычно имеют сечение не менее 4 мм2, а сам кабель должен быть устойчив к ультрафиолетовому излучению.
Что нужно кроме солнечных батарей
Для сборки полной солнечной системы необходимы сами фотоэлектрические модули, которые собирают свет и преобразуют его в электричество, а также такие устройства, как
- Аккумулятор. Его задача накапливать, сохранять и отдавать энергию. То есть по сути это временное хранилище избыточной энергии. Обычно одного аккумулятора недостаточно и устанавливается комплект в зависимости от мощности электростанции.
- Контроллер заряда. Это устройство собственно контролирует заряд, отслеживая напряжение аккумулятора. При необходимости контроллер может прерывать зарядку, чтобы не допускать перезаряда, что негативно сказывается на сроке службы аккумулятора.
- Инвертор. Он получает постоянный ток от аккумулятора и преобразует в переменный 220В, что необходимо для функционирования электроприборов в доме.
- Предохранители. Между всеми устройствами солнечной системы лучше ставить предохранители для защиты от короткого замыкания.
Рекомендации. Для самостоятельной сборки лучше приобрести комплект оборудования для всей системы, а не отдельные устройства. Таким образом, все устройства будут совместимы по параметрам и смогут обеспечить максимальную производительность системы.
Как подключить солнечную панель к контроллеру заряда
Это устройство используется в системе с аккумуляторами для контроля состояния их заряда. Это позволяет ему отводить избыточную энергию из батарей и предотвращать ее накопление при полной зарядке. К нему также подключаются устройства с низким номинальным напряжением 12 В, 24 В, 48 В и т.д. (в зависимости от способа подключения панелей).
Блок управления имеет 3 пары контактов на панели (это стандартный вариант, есть варианты с другим количеством соединений, тогда необходимо изучить инструкции производителя этих устройств):
- 1 пара контактов — подключается сеть панелей.
- 2 пара — подключаются аккумуляторы.
- 3 пара — подключается источник и низким уровнем потребления.
Для проверки оборудования рекомендуется сначала подключить батареи. Затем сами панели и затем потребителя, если он присутствует в цепи.
Важно! Необходимо соблюдать полярность всей установки, иначе она не будет работать, а сам контроллер может быть поврежден. Если вы подключаете систему к сети, это особенно важно, иначе короткое замыкание выведет из строя всю систему.
Видео обзор подключения
Подключение к аккумулятору
Как уже упоминалось, аккумуляторы подключены к контроллеру, который контролирует их заряд. С другой стороны, они подключены к преобразователю, который преобразует 12В, 24В, 48В в 220В для использования потребителями. Также важно соблюдать полярность всей цепи и использовать провода большего сечения; рекомендуемое сечение в этой части системы — 3 мм.
Можно также подключить батареи непосредственно к панелям без использования регулятора. Однако это нежелательно по ряду причин, наиболее важной из которых является «перегрев батарей», т.е. чрезмерная неконтролируемая зарядка, которая сокращает срок службы батарей.
Последовательное соединение
Из схемы видно, что отрицательный полюс первой панели соединен с положительным полюсом второй панели, а отрицательный полюс второй панели соединен с полюсом третьей панели, и так далее в том же духе. При таком соединении напряжения панелей суммируются. Цепь может даже достигать 220 В, но это делается редко.
Приведем пример для лучшего понимания. Если у нас есть 4 панели EnergyVolt с номинальным напряжением 12 В каждая, то в результате мы получим напряжение 22,48 В (без нагрузки), то есть 48 В. Напряжение без нагрузки = 22,48 В*4=89,92 В. Однако максимальный выходной ток остается прежним.
Чтобы не снижать эффективность всей системы, следует использовать солнечные модули с одинаковым значением imp.
Последовательно-параллельное соединение
Показанная здесь схема содержит модули, которые частично соединены параллельно, а частично последовательно. Таким образом, можно выбрать оптимальный режим работы электростанции, регулируя выходной ток и номинальную мощность. Для понимания стоит разобрать пример из 4 панелей со следующими характеристиками:
- Напряжение холостого хода или Voc — 22.48В;
- Номинальное напряжение 12В;
- Ток в точке максимальной мощности Imp: 5.42А.
Если 2 панели подключены параллельно, а 2 последовательно, то выходное напряжение составляет 24 В, напряжение разомкнутой цепи — 44,96 В, а ток — 5,42 А*2=10,84 А.
Схема позволяет создать сбалансированную систему, которая не нуждается в регуляторе батареи, так как отсутствует высокое пиковое напряжение. Также можно собрать солнечную систему из панелей Energowalt разной мощности, например, 2 панели по 12 вольт, а затем переключиться на 24 вольта. Если необходимо обеспечить солнечной энергией частный дом, то такая система подходит больше всего.
Этапы подключения панелей к оборудованию СЭС
Подключение солнечных модулей — это поэтапный процесс, который может быть выполнен в различном порядке. Обычно панели соединяются вместе, затем собираются приборы и батареи, после чего панели подключаются к приборам. Это удобный и безопасный вариант, который позволяет проверить правильность подключения всех компонентов перед подачей питания. Давайте рассмотрим эти шаги подробнее:
К аккумулятору
Как подключить солнечную панель к батарее.
Внимание. Прежде всего, необходимо уточнить, что подключение панелей непосредственно к аккумулятору не используется. Неконтролируемая выработка энергии опасна для батарей и может привести как к перезарядке, так и к перерасходу. Обе ситуации катастрофичны, так как могут привести к необратимому повреждению батареи.
По этой причине необходимо установить регулятор между фотоэлементами и батареями для обеспечения нормальной зарядки и выработки энергии. Кроме того, на выходе регулятора обычно устанавливается инвертор для преобразования накопленной энергии в стандартное напряжение 220 В 50 Гц. Это наиболее удачная и эффективная система, позволяющая оптимально заряжать батареи и не превышать их емкость.
Перед подключением солнечного модуля к батарее все компоненты системы должны быть настроены и проверены на согласованность. Невыполнение этого требования может привести к потере одного или нескольких модулей.
Иногда для подключения модулей без контроллера используется упрощенная схема. Этот вариант используется, когда неизвестно, что ток от коллекторов приведет к перезарядке батарей. Этот метод используется часто:
- в регионах с коротким световым днем
- низким положением солнца над горизонтом
- маломощными солнечными панелями, не способными обеспечить избыточный заряд АКБ
При использовании этого метода необходимо обезопасить систему, установив защитный канал. Он размещается как можно ближе к батареям и защищает их от короткого замыкания. Панели при этом не страдают, но батареи подвергаются большому риску. Кроме того, плавящиеся провода могут вызвать пожар, который представляет опасность для всего дома и людей. Поэтому первоочередной задачей владельца является обеспечение надлежащей защиты, которую необходимо решить до ввода комплекта в эксплуатацию.
К контроллеру
Второй способ часто используется владельцами частных домов или загородных коттеджей для организации низковольтной сети освещения. Они покупают недорогой блок управления и подключают к нему солнечные батареи. Устройство компактное, размером примерно с книгу среднего формата. На передней панели у него три пары контактов. Первая пара контактов используется для подключения солнечных модулей, вторая — для подключения аккумулятора, а третья — для освещения или других низковольтных устройств.
На первую пару контактов первоначально подается напряжение 12 В или 24 В от батарей. Это пробный шаг, чтобы проверить, правильно ли работает блок управления. Если блок управления правильно определяет состояние заряда батарей, можно приступать к подключению.
Важно! Подключите солнечные модули ко второй (главной) паре контактов. Важно, чтобы полярность не была обратной, иначе система не будет работать.
Низковольтные светильники или другие потребители, работающие от постоянного тока 12 (24) В, подключаются к третьей паре контактов. Этот комплект не должен быть подключен ни к чему другому. Если необходимо обеспечить электроэнергией бытовые приборы, необходимо собрать полный комплект оборудования, т.е. частную СЭС.
Экономическая обоснованность
Срок окупаемости солнечных батарей легко рассчитать. Умножьте количество ежедневно вырабатываемой энергии на количество дней в году, и срок службы панелей без снижения мощности — 30 лет. Описанная выше электрическая система способна генерировать в среднем от 52 до 100 кВт/ч в день, в зависимости от продолжительности светового дня. Среднее значение составляет около 64 кВтч. Таким образом, теоретически электростанция должна вырабатывать 700 000 кВт/ч в течение 30 лет. При одноставочном тарифе в 3,87 рубля и цене панели около 15 000 рублей затраты амортизируются за четыре-пять лет. Однако реальность гораздо более трезвая.
Дело в том, что цены на солнечную радиацию в декабре на порядок ниже среднегодовых. По этой причине для полностью автономной работы электростанции зимой требуется в 7-8 раз больше панелей, чем летом. Это значительно увеличивает инвестиционные затраты, но сокращает срок окупаемости. Перспективы «зеленой цены» весьма многообещающи
