Подключение солнечных панелей. Схема подключения солнечных батарей.

Солнечные батареи могут обеспечить электроэнергией в условиях, когда нет возможности подключения с сети электропитания.

В этой статье мы рассмотрим, как правильно подключить солнечную панель для питания бытовых электроприборов.

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.

Схема подключения солнечных батарей.

Все комплектующие нужно подключать в строгой последовательности.

Сначала нужно с помощью медного кабеля подключить аккумулятор к контроллеру плюс – плюс, минус – минус. На контроллере есть нарисованный значок аккумулятора.

Затем подключаем солнечную батарею к контроллеру плюс – плюс, минус – минус. На контролере также нарисован значок солнечной батареи возле соответствующих контактов для подключения. Если нужно установить несколько панелей, то их подключают параллельно.

Следующий шаг – подключение инвертора к аккумулятору плюс – плюс, минус – минус.

При несоблюдении полярности при подключении контроллер может выйти из строя.

Схема работы солнечной батареи.

Солнечные панели монтируются на открытых не затенённых участках с направлением на юг, под углом 45° к горизонту. Можно установить панель на автоматическое поворотное устройство, которое постепенно поворачивается по направлению к солнцу в течение дня.

Солнечная батарея под воздействием солнечных лучей, вырабатывает напряжение, которое поступает на контроллер. В свою очередь контроллер даёт зарядку на аккумулятор, который подключён к инвертору.

На инвертор поступает постоянный ток, например 12V, на выходе инвертора мы получаем переменный ток 220V, на выход инвертора подключаются потребители электроэнергии – ноутбук, телевизор и пр.

Даже небольшая солнечная электростанция может обеспечить работу таких бытовых приборов как ноутбук, телевизор, зарядные устройства для телефонов, осветительных ламп, и прочих бытовых приборов с низкой мощностью.

Альтернативный источник энергии на базе солнечных батарей – отличный вариант для организации независимого энергоснабжения. Он обеспечит высокую энергетическую эффективность не только в знойные деньки, но и в пасмурную погоду. Было бы неплохо иметь такое устройство у себя дома, не так ли?

Для этого нужно лишь грамотно подобрать технические компоненты и произвести монтаж. Сделать это может каждый, зная схемы и способы подключения солнечных батарей. Мы расскажем, как сооружается производительная система, перерабатывающая “зеленую энергию” в электричество, необходимое для питания бытового оборудования.

Кроме того, вы узнаете, как выбрать место для установки гелиопанелей и как совместить их со стационарной электросетью. Полезные советы и важные рекомендации окажут действенную помощь домашним мастерам. Для упрощения восприятия приведены тематические фотографии, схемы и видеоролики.

Планируя выполнить подключение солнечных панелей собственноручно, необходимо иметь представление, из каких элементов состоит система.

Солнечные панели состоят из комплекта , основное предназначение которых – преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Сила тока системы зависит от интенсивности света: чем ярче излучения, тем больший ток генерируется.

Помимо солнечного модуля в устройство такой электростанции входят фотоэлектрические преобразователи – контроллер и инвертор, а также подключенные к ним аккумуляторы

Основными конструктивными элементами системы выступают:

• Солнечная батарея – преобразует солнечный свет в электрическую энергию.
• Аккумулятор – химический источник тока, который накапливает сгенерированную электроэнергию.
• Контроллер заряда – следит за напряжением аккумуляторов.
• Инвертор , преобразующий постоянное электрическое напряжение аккумуляторной батареи в переменное 220В, которое необходимо для функционирования системы освещения и работы бытовой техники.
• Предохранители , устанавливаемые между всеми элементами системы и защищающие систему от короткого замыкания.
• Комплект коннекторов стандарта МС4 .

Помимо основного предназначения контроллера – следить за напряжением аккумуляторов, устройство по мере необходимости отключает те или иные элементы. Если показатель на клеммах аккумулятора в дневное время достигает отметки в 14 Вольт, что указывает на их перезарядку, контроллер прерывает зарядку.

В ночной период, когда показатель напряжения аккумуляторов достигает предельно низкой отметки в 11 Вольт, контроллер останавливает работу электростанции.

Где лучше установить панели?

Первое, что необходимо сделать перед тем, как установить и подключить солнечную батарею – определиться с местом размещения агрегата.

Подключение разнонаправленных элементов

Применяя последовательную схему монтажа солнечных батарей, чтобы не снизить эффективность работы устройств, все панели общей цепи следует размещать под одним углом и на одной плоскости.

Если же панели будут располагаться в различных плоскостях, это может привести к тому, что ближняя или более освещенная станет работать мощнее расположенных чуть дальше.

Это значит, что ближняя панель будет генерировать электричество, часть которого будет отходить для нагрева дальних панелей. И причина кроется в том, что ток течет по пути наименьшего сопротивления. Чтобы минимизировать потери, для каждой панели лучше задействовать отдельный контроллер.

Основные требования при задействовании контроллера – мощность подключаемых панелей свыше 1 кВт и удаленность между батареями на достаточно большое расстояние

Решить вопрос можно и путем установки отсекающих диодов. Их размещают внутри между пластинами. Благодаря этому, выдавая максимальный показатель мощности, пластины не перегреваются.

Немаловажное значение имеет и падение напряжения в соединениях, а также самих проводах низковольтной части системы.

Таблица несоответствия передаваемой мощности сечению провода, красным указывающая параметры, при которых возникает риск сильного пожароопасного нагрева

В качестве примера может служить тот факт, что на метровый отрезок кабеля сечением 4 мм 2 при прохождении тока показателем 80А (напряжение 12 В) значения падают на 3,19%, что составляет 30,6 Вт. При задействовании скруток падение напряжения может варьироваться в пределах от 0,1 до 0,3 В.

Совмещение гелиоэнергии и стационарной сети

Планируя использовать электроэнергию от солнца параллельно с обустроенной централизованной стационарной сетью, схему подключения делают несколько иной. И основная причина такого решения в том, что у частного потребителя нет возможности «сбрасывать» оставшуюся энергию.

А это может спровоцировать перепады напряжения длительностью до одной секунды.

При совмещении солнечной электроэнергии со стационарной централизованной сетью руководствуются все тем же правилом: чем больше источников подключается, тем сложнее становится схема

Согласно выше приведенной схеме, напряжение от гелиополя первым делом направляется в сторону АКБ, а уже оттуда и передается на нагрузку.

Проектируя такой вариант монтажа в расчет стоит брать два вида нагрузки:

• не резервируемая – свет в доме, бытовая техника и пр.;
• резервируемая – аварийное освещение, холодильник, электрический котел.

Учитывайте: чем больше емкость аккумулятора, тем больше проработают в автономном режиме резервируемые электроприборы.

Выбирая такой способ генерации энергии в сеть, будьте готовы к тому, что придется оформлять разрешение в местных энергосетях.

Несмотря на то, что вырабатывают напряжение, качество которого порой выше того, что в централизованной сети, местные энергосети не дают добро на то, чтобы электросчетчик вращался в обратную сторону.

По этой причине согласно схеме солнечные инверторы прекращают работу в момент пропадания напряжения в сети. А резервируемая нагрузка начинает «запитываться» от АКБ.

Выводы и полезное видео по теме

Видео #1. Пример сборки и монтажа системы заводского образца:

Видео #2. Как правильно установить панели:

Ничего сложного в процессе соединения нескольких панелей с другими элементами системы нет. Но для начинающего мастера процесс может стать затруднительным. Поэтому при отсутствии опыта в расчетах и навыков монтажа стоит обратиться к специалисту, владеющему необходимыми знаниями.

Хотите рассказать, как собирали собственную солнечную электростанцию для дачи или загородного дома? Возможно, вам известны тонкости процесса, не описанные в статье? Пишите, пожалуйста, комментарии в находящемся ниже блоке, задавайте вопросы, делитесь мнением и фото по теме статьи.

10 марта 2015 в 19:45

Мой личный опыт использования солнечных панелей без подключения к РЭС

• Энергия и элементы питания

В статье описывается самый обычный эксперимент с получением электрической энергии от солнца.

Предыстория

Захотел я переехать из города на природу. Требования были следующие:

• Недалеко от Киева, рассматривались участки до 30км
• Недалеко от родителей моих и супруги, которые остаются в Киеве
• Поменьше людей, побольше природы.

В результате было выбрано с. Зазимье, Броварского района. 10 километров до границы города. Удобно ехать домой на такси, если с машиной что-то не так. Был выбран участок, куплен. А потом местная энергокомпания «развела руками». Я был в шоке. Я рассчитывал решить вопрос максимум за 5K$, а получилось «как всегда». Таким образом я пришел к альтернативным источникам получения электроэнергии.

Первый опыт был интересным. Фундамент мы заливали с помощью генератора FIRMAN на 950Вт, небольшой бетономешалки (40л) и по выходным. Все это помещалось в Славуту. Был построен небольшой дом 18м2+чердак, на простом каркасе, в котором мы сейчас и обитаем время от времени. В основном в теплое время, конечно. Рядом в селе снимаем кусок дома на зимнее время. Речь и пойдет об электрификации этого дома.

Начало

Были куплены две солнечные панели китайского производства по 180Вт каждая. Был куплен контроллер ШИМ EPSOLAR на 20А. Два свинцово-кислотных аккумулятора по 100Ач достались по очень льготной цене и инвертор FORT FX55. Позднее мне еще подарили автомобильный преобразователь 12-220 на 300Вт. А до этого я еще купил на 150Вт без вентиляторный автомобильный преобразователь.

С оборудованием разобрались.

Вот снимок характеристик одной панели:

Вот то, что панели выдают на ХХ:

Фотография сразу после установки на крышу:

Быт, потребление

Живу я, сами понимаете, ИТ-жизнью. Убежденный фрилансер, периодически пытаюсь создать что-то большее чам самостоятельный фриланс. Кому интересно, можете зайти ко мне в гости

Все вышеописанное питает: Macbook Pro 2010, телефоны, книжки, планшеты, 3G-роутер, принтер HP LaserJet 1020. Зарядка шуруповерта, насосная станция для воды 1100Вт, пару прожекторов на улицу с датчиками движения и освещенности. Освещение в доме светодиодное 12В.

Есть так же генератор 2,5КВт Кентавр. 4-х тактный. Масло отдельно, а 95-й бензин отдельно. Расход 0,5л в час. Очень экономно получется. На нем сейчас работает бетономешалка, когда она требуется.

На кухне в мелком доме сейчас стоит газовый баллон на 4,8л, без редуктора. Типа «туристический», но работает постоянно. Хватает на две недели при готовке три раза в день. Мимо АГЗС проезжаю регулярно, так что с заправкой проблем нет.

Вот как мое хозяйство выглядело этой зимой:

Большой дом и планы на него

Как я уже писал, изначально планировалась сеть для него, поэтому куплен инвертор FORT FX55 (3500Вт / 5500Вт пусковой). Крыша спроектирована под 20 солнечных панелей 180Вт, что бы они «стали на угол 50 градусов». Широта у меня такая. Где-то вычитал, что на нашей широте и ставить надо под углом 50 градусов - это самый оптимальный угол. Аккумуляторы куплю гелевые, поставлю отдельный новый контроллер.

Будет печка, с которой я на освещение буду снимать зимой электричество (см. ru.wikipedia.org/wiki/Элемент_Пельтье). Так же с печки будет «снято»: горячая вода, водяное отопление (пол + батареи). Печка будет «двухколпаковая». Для эстетики добавлю камин.

На кухне газовая плита и газовая же (ох, и трудно было найти) духовка. Встроенная в мебель.
Вопросы? Комментарии?

Оговорюсь сразу, что несмотря на 4 балла по ТОЭ, основы электротехники я совсем не помню. Ну разве что закон Ома, который является частным случаем Второго правила Кирхгофа. Все делалось по логике и вычитанному из интернета.

Принципиальные схемы солнечных батарей и вариантов их присоединения к управляющим и преобразующим устройствам не является большой сложностью. Практическая сложность общей схемы, с конкретными значениями характеристик всех элементов, заключается в правильном расчете нагрузки, настройке контроллера зарядки и контроллера отбора энергии от других источников.

На примере рисунка рассмотрим некоторые нюансы, связанные с разнонаправленностью панелей, что приводит к различной освещенности панелей. Кроме этого, рассмотрим типы контроллеров зарядки АБК.

Размещение нескольких панелей в одной плоскости не вызывает особых проблем в схемотехнике и практическом подключении. Панели, размещенные в разных плоскостях, пусть близких, работают по-другому. Более освещенная панель (более близкая к точке максимальной мощности) генерирует электричество, часть которого идет на нагрев другой панели, т.к. ток течет по пути наименьшего сопротивления.

И есть два способа избежать этих потерь:

• Установить на каждую панель свой контроллер. Имеет смысл, если это мощные панели (более 1 кВт) или панели разнесены на большое расстояние.
• Установить отсекающие (запирающие) диоды. Некоторые производители комплектуют диодами свои панели и предусматривают их место в распределительной коробке. Кстати, внутри панели (схема панели) предусматривается наличие диодов между модулями (пластинами), что позволяет получать максимальную мощность и не "греть" пластину с более низкими показателями.

Другая мелочь, на которую мало обращают внимание - это падение напряжения в проводах низковольтной части системы и потери в соединениях. Например, при длине кабеля 1 м сечением 4 кв. мм при прохождении тока в 80 А с напряжением 12 В падение напряжения составит 0,383 В (3,19 %) или 30,6 Вт. В "скрутках" падение составляет 0,1-0,3 В.

Красным цветом указано несоответствие передаваемой мощности сечению провода, при котором происходит сильный пожароопасный нагрев.

Контроллер зарядки АКБ

Контроллер зарядки батареи предназначен для перераспределения генерируемой электроэнергии. Приоритетом является поддержание АБК в заряженном состоянии, а при полной зарядке - направление энергии на инвертор.

Различают два способа организации контроля зарядки:

• PWM (ШИМ) контроллер - устройство, генерирующее собственные измерительные импульсы с частотой (около 1 Гц) для контроля состояния батареи в широком диапазоне характеристик (широко-импульсный). Схема с простой релейной логикой, т.е. выше напряжения на АКБ (кислотные АКБ - 16,2 В) - выключил зарядку, ниже - снова включил.
• MPPT-контроллер с процессором постоянно отслеживает положение точки максимальной мощности (ТММ) солнечной батареи по току и напряжению. Другое плечо контроллера отслеживает состояние АКБ. Процессор сопоставляет данные и определяет значения тока и напряжения, направляемые на АКБ в зависимости от уровня зарядки.

Оба типа контроллеров обеспечивают комфортный режим работы батареи и не имеют решающих преимуществ друг перед другом. Преимуществом МРРТ можно назвать наглядность процесса его работы и возможность накопления информации.

Схема солнечной батареи с дополнительными источниками тока

Надежность электроснабжения с применением солнечной батареи значительно повышается, когда она работает в комплексе с другими источниками или, как дополнительный источник к системе централизованного энергоснабжения. В любом случае общая схема усложняется появлением дополнительных устройств контроля и управления.

Солнечная батарея и ветрогенератор

Схемы, в которых соседствуют различные источники энергии, должны строиться на общей характеристике - одинаковое напряжение источников, т.к. иначе потребуются разные контроллеры зарядки и, возможно, инверторы (если разброс по мощности источников большой), а схема блока АКБ позволяет подстраиваться под напряжение источников.

Подключение источника с генератором переменного тока с параметрами сети несколько изменяет схему подключения. На рисунке представлен самый общий вариант без блока подзарядки АКБ (контроллер и трансформатор с выпрямителем, которые отбирают энергию от внешнего источника переменного тока).

Схема подключения усложняется в случае, если автономная система подключена к централизованной сети. В России не отрегулированы ситуации, когда частный потребитель может отдавать излишки энергии в сеть. Кроме этого, переключение не бывает "гладким", т.е. происходит перепад напряжения длительностью 0,3-1 секунды в зависимости от сложности переключателя.

Сложность схемы подключения возрастает с подключением других источников. Вот некоторые вопросы, которые приходится рассматривать при сложной комплектации:

• Согласование характеристик источников, устройств управления и преобразования энергии,
• Надежность системы, в сочетании с проблемами утилизации избыточной энергии.

В целом ряде ситуаций могут оказать помощь наши специалисты. Для этого можно использовать сервисы сайта: онлайн-консультант и форму обратной связи.

Решил для новичков отдельно написать статью о вариантах подключения Солнечных батарей. Многие не знают как правильно соединить солнечные батареи в цепь, какой использовать провод, где ставить диоды, ну а дольше можно развернуть если напишите под темой.

И так начнем с варианта подключения 12 вольтовых СБ:

Провода от солнечных батарей лучше использовать 2 кв /мм до 100 Ватт, 2.5 Кв /мм до 150 Ватт, 3 кв/мм 200 Ватт и т.д.

На шесть солнечных батарей по 4 А *6 =24 А, сечение провода должно быть минимум 6 кв/мм, лучшим вариантом 12 кв/мм.

Плюсы такой системы: мах ток, более дешевое исполнение не желе на другое напряжение, Широкая применяемость такого подключения, Множество приборов рассчитано на питание именно 12 Вольт.

Минус: Дорогие инверторы с чистым синусом.

Подключение 12 вольтовых солнечных батарей чтобы получить на выходе напряжение для зарядки 24 вольтовых АКБ:

На выходе соединив 2 последовательно мы получаем повышенное напряжение ток же будет равен самой слабой из двух СБ.

Провода от солнечных батарей лучше использовать 2 кв /мм до 150 Ватт, 2.5 Кв /мм до 250 Ватт, 3 кв/мм 350 Ватт И т.д.

Провода к которым подключаем Солнечные батареи выбираем из расчета длины провода От всех СБ до контроллера.

На три пары солнечных батарей по 4 А *3 =12 А, сечение провода должно быть минимум 4 кв/мм, лучшим вариантом 8 кв/мм.

Плюсы: Дешевые инверторы, дешевле обходятся провода для сопряжения СБ и контроллера. Если вы имеете четное количество СБ, и одинаковых АКБ, то вы можете без труда переделать вашу 12 вольтовую систему на 24 вольта.

Минус: нельзя подключать разные панели в паре чтобы не было просадки по току! Панели рассчитанные именно на это напряжение, слишком громоздкие, для нормальной зарядки двух АКБ подключенных последовательно на 180 -200 А. Сложности в правильном подключении.

Рассмотрим подключение 48 вольтовых СБ:

На выходе соединив 4 последовательно мы получаем повышенное напряжение ток же будет равен самой слабой СБ.

Провода от солнечных батарей лучше использовать 3 кв /мм до 400 Ватт

Провода к которым подключаем Солнечные батареи выбираем из расчета длины провода От всех СБ до контроллера.

На четыре солнечных батарей по 4А *1 =4А, сечение провода должно быть минимум 3 кв/мм, лучшим вариантом 6 кв/мм.

Плюсы: ну не знаю я какие + у этих систем!, кроме как толщина проводов.

Минусы: Дорогой контроллер заряда, дорогие СБ, дорогие АКБ. Сложности в монтаже если собирать систему одному, требуется повышенный контроль напряжений, доп. установка систем защиты.