Схема подключения солнечных батарей: к контроллеру, к аккумулятору и обслуживаемым системам. Как правильно подключить солнечные батареи Схема соединения солнечных панелей

Любая автономная система электроснабжения, питающаяся от солнечной энергии, включает в себя несколько обязательных элементов: солнечные панели или батареи, инвертор, контроллер заряда и разряда и, конечно, аккумулятор. О нем то и пойдет речь в нашей сегодняшней статье. Как известно, солнечные батареи предназначены для получения энергии из солнечного излучения, так вот аккумуляторы для солнечных батарей, выполняют иную функцию. Их первостепенная задача – это накопление электроэнергии и последующая ее отдача.

Главная техническая характеристика аккумулятора – его емкость. По этому показателю можно определить максимальное время работы системы электроснабжения в автономном режиме. Помимо емкости следует учитывать срок службы, максимальное количество циклов заряда-разряда, температурный диапазон работы и другие показатели. Средний срок службы аккумулятора составляет 5-10 лет. Эта цифра зависит от типа аккумулятора и условий его использования.

Типы аккумуляторов

В солнечной энергетике наибольшей популярностью пользуется герметичный свинцово-кислотный аккумулятор, производимый с использованием 2 различных технологий:

1. Gelled Electrolite.
2. Absorptive Glass Mat.

Технология Gelled Electrolite стала применяться в конце 50-х годов. Она заключается в добавлении оксида 4-хвалетного кремния в электролит, что способствует переходу электролита в гелеобразное состояние. Этот метод позволяет достичь абсолютной герметичности батареи, а циркуляция газов осуществляется в многочисленных порах желеобразного электролита. Большой плюс гелевых аккумуляторов для солнечных батарей, производимых с применением технологии Gelled Electrolite, это отсутствие необходимости доливки воды в течение всей эксплуатации.

Технология Absorptive Glass Mat была разработана в 70-е годы. Она предполагает использование пористого стекловолоконного заполнителя-сепаратора. Его пропитывают электролитом и тем самым переводят в безжидкостное состояние. Дозируя количество электролита, добиваются того, чтобы заполненными оказались лишь мелкие поры, так как более крупные предназначаются для свободной циркуляции газов. AGM-батареи также не требуют дополнительного обслуживания.

Солнечные аккумуляторные батареи, производимые и по первой, и по второй технологии, обладают как достоинствами, так и недостатками. Узнать о них более подробно Вы сможете из таблиц 1 и 2.

Таблица 1. Преимущества

AGM технология	GEL технология
Абсолютно герметичная конструкция исключает возможность утечки кислоты и коррозии клемм, а также позволяет монтировать АКБ в любом положении, за исключением вверх дном.	Допускается установка аккумулятора на боковую поверхность и вверх дном. Являются более устойчивыми к глубоким разрядам.
Исключена возможность взрыва и выделения газов, но при условии правильной зарядки.	Стабильная работа при повышенной влажности и высоком уровне вибрации.
Стабильная работа батареи при температуре ниже -30°С.	Возможность эксплуатации при температурном режиме выше +50°С и ниже -35°С, а также вблизи чувствительных электронных устройств.
Увеличение срока службы за счет повышенной виброустойчивости.	Увеличение срока службы за счет использования активного материала, увеличивающего емкость аккумуляторной батареи.
Время полной зарядки аккумулятора в 7 раз меньше, чем время зарядки обычной свинцово-кислотной АКБ.	Минимальная цена в категориях «Цена/Количество месяцев службы» и «Цена/Число циклов».

Таблица 2. Недостатки

Тонкости подключения

Первое с чем нужно определиться прежде, чем выбирать аккумулятор, — это требуемая емкость. Как правило, это значение выбирается с учетом среднесуточного потребления электроэнергии, не забывая при этом и про глубину разряда, которая должна составлять не более 50-70%. Правильный режим заряда/разряда – это главное условие, которое способно продлить срок службы аккумуляторов для солнечных батарей. Также следует помнить, что слишком большой ток заряда снижает количество содержащегося в АКБ электролита, что может привести к выходу из строя аккумуляторной батареи.

Наибольшее распространение получили «солнечные» аккумуляторы с рабочим напряжением в 12 В. Как правило, их используют для сборки аккумуляторных блоков требуемого напряжения, например 24 В, 48 В и т.д. Основные параметры такого блока:

• рабочая емкость;
• ток заряда;
• ток разряда.

Если же АКБ соединяются параллельно , то суммироваться будет не напряжение, а емкость . Напряжение же в этом случае останется неизменным. Но прежде, чем подключать батареи параллельно, необходимо выровнять на них напряжение.

Следующее условие – это температурный режим. Практически все АКБ для солнечной батареи способны выдерживать как низкие, так и очень высокие температуры. Но не стоит злоупотреблять этим, ведь увеличение температуры АКБ на 10°С приводит к ускорению всех химических процессов в 2 раза. А при заряде разница температур окружающей среды и батареи составляет 10-15°С, объясняется это процессом рекомбинации кислорода. Решить эту проблему поможет естественный обдув аккумуляторной батареи. Соблюдение всех правил – это залог долгой эксплуатации аккумулятора, об этом следует помнить.

Использование солнечной батареи, у которой максимальное значение генерируемого тока примерно равно току зарядки аккумулятора, позволяет автоматически заряжать АКБ при освещении. В этом случае следует предусмотреть некоторые правила подключения солнечной батареи к аккумулятору. Схема приведена на рисунке ниже.

Первое, что необходимо учесть – это подключение аккумулятора через диод (на схеме VD1). Такой способ поможет решить сразу 2 проблемы:

1. При плохом освещении напряжение солнечной батареи может стать ниже, чем напряжение на аккумуляторе. Без диода это приведет к разряду аккумулятора через внутреннее сопротивление солнечной панели вместо заряда.
2. Применение диода исключает необходимость отключения солнечной батареи от аккумулятора в темное время суток.

Помимо диода рекомендуется последовательное подключение миллиамперметра к солнечной батарее. Он позволяет определить ток какой величины потребляет аккумулятор солнечной энергии. Так вы сможете без проблем узнать, работает солнечная панель или нет. Если же Вы планируете использовать аккумулятор во время его зарядки или подзарядки, позаботьтесь о подключении в схему буферного конденсатора (на схеме С1).

Статью подготовила Абдуллина Регина

Небольшое видео о параллельном и последовательном подключении батарей:

В связи с резким повышение стоимости электроэнергии, образованные люди стают все больше интересоваться подключением экономных . Неограниченное количество запасов экологически чистой энергии сегодня стало интересовать все большее количество населения планеты. Задача каждого человека заключается лишь в умении эффективно преобразовать солнечную энергию в необходимую, к примеру, электрическую или тепловую.

Получение электрической энергии стало реальной возможностью благодаря изобретению которой основан на специфических свойствах самого проводника: вырабатывать электрический ток под воздействием света.

Устройство и принцип действия системы

Базовой составляющей солнечной батареи являются фотогальванические ячейки, которые производятся из кремниевых пластин. Сама панель, на которую крепятся в дальнейшем кремниевые пластины, состоит из алюминиевой рамы со вставленным закаленным, ударопрочным, сверхпрозрачным стеклом. Поверх стекла, напоминающего по конструкции матрицу, аккуратно укладываются фотогальванические ячейки, которые соединяются между собой методом пайки.

Следует отметить, что величина солнечной батареи, которую устанавливают на поверхность здания, напрямую зависит от необходимого количества потребляемой мощности. В конце сборки всей батареи остаются 2 выхода «+» и «-».

В дальнейшем, набор полученных ячеек подвергается принудительной инкапсуляции, то есть тщательной герметизации при помощи специальной пленки или двухкомпонентного компаундома.

Далее, под воздействием солнечной энергии на кремниевых пластинах образуется разность потенциалов, которая в результате последовательного крепления ячеек между собой суммируется. Таким образом, получается сбор солнечной энергии и преобразование ее в электрическую.

Следует заметить, что напряжение солнечной батареи будет стационарно изменчиво. Такая изменчивость напрямую зависит от интенсивности светового потока, то есть времени суток и года.

Для обеспечения эффективного использования преобразованной электроэнергии, необходимо правильно осуществить подключение солнечной батареи в схеме взаимодействия с иными обслуживающими устройствами.

Реализация подключения устройства

Наибольшей популярности и распространенности, на сегодняшний день, получили 12-вольтовые системы с прямым преобразованием в 220 В переменного напряжения. Базовая схема такой батареи зачастую состоит из:

1. Солнечной батареи. Возможно нескольких, в зависимости от потребляемой мощности всего электрического оборудования.
2. Контроллера заряда-разряда аккумулятора.
3. Аккумуляторных батарей.
4. Инвертора.

Для более внятного представления работы всей схемы необходимо разобраться в работе и задаче каждого элемента.

• Диод Шоттки. Зачастую этот диод схематически не обозначается на схемах, так как считается изначально вмонтированным элементом системы. Главным предназначением таких диодов является препятствие протеканию обратного тока в ночное время суток и мало солнечную погоду.

• Контролер заряда АКБ. Является электронным устройством, способным автоматически управлять процессами зарядки и разрядки аккумулятора, а также защитить его от чрезмерной зарядки и разрядки.

Работа АКБ происходит следующим образом: в светлое время суток, когда аккумулятор осуществляет зарядку от солнечной батареи, контроллер следит за напряжением на клеммах аккумулятора, и как только оно достигает верхнего предела, процесс зарядки работа по приему энергии прекращается и ток перенаправляется к нагрузке.

В темное время суток солнечная панель не осуществляет работу, а питание всех составляющих системы осуществляется исключительно за счет предварительно заряженного аккумулятора. Как только, напряжение на клеммах аккумулятора достигло нижнего предела – контроллер производит отключение работы схемы.

Дополнительными функциями, которые контроллер осуществляет для защиты элементов реализованной схемы, являются: короткое замыкание и гроза.

• Аккумуляторная батарея. В реализации такой схемы работы системы является накопителем электрической энергии, вырабатываемой солнечной батареей на протяжении всего светового дня. Такая реализация схемы дает возможность осуществлять обслуживание электрических приборов в темное время суток.

В качестве аккумуляторной батареи можно использовать: автомобильные аккумуляторы (только на открытом пространстве), необслуживаемые аккумуляторы (специально предназначены для осуществления многократных и частых циклов зарядки-разрядки).

Монтаж системы

Солнечные батареи устанавливаются на открытых участках под углом 45 градусов к горизонту по направлению в южную сторону. Только в таком положении можно поглотить наибольшее количество электрической энергии.

Если панель поместить на поворотное устройство, которое будет осуществлять движение по направлению светила в автоматическом режиме, то можно накопить большее количество энергии для личного пользования.

Разновидности систем

Следует отметить, что небольшие помещения, такие как частные дома и квартиры снабдить необходимым запасом электроэнергии гораздо проще, нежели большие предприятия. Поэтому для частных случаев установку системы можно осуществлять своими руками, чего не скажешь о больших и мощных производствах, на которых площадь панелей может достигать километров.

Использование солнечных батарей сегодня является отличной альтернативой рационального вложения капиталов в прогрессивную технику, которая помогает сохранить не только бюджет, но и окружающий мир.

Одним из наиболее практичных источников альтернативной энергии считается солнечная батарея. Она способна накапливать и преобразовывать свет в электричество даже в условиях облачности. Тем не менее, ее стоимость не позволяет отечественному потребителю перейти на независимое электроснабжение. Решение - самодельная солнечная батарея.

Устройство солнечной батареи

В отношении солнечной батареи, как нельзя к месту, фраза все гениальное - просто. Устройство состоит из двух элементов:

• блоков преобразователей;
• корпуса батареи.

Все остальное - это контакты, микросхемы и дополнительные гаджеты, которые нужны исключительно для увеличения функциональных возможностей солнечной батареи.

Блок преобразователь - это кремниевая пластина, которая изготовлена либо монокристаллическим, либо поликристаллическим методом. Первый вариант, более эффективный, второй - более дешевый.

Корпус батареи, как правило, изготавливают из пластика. Это обычная плита, к которой крепятся блоки преобразователи.

Электрическая схема солнечной батареи

Правильное подключение блоков преобразователей - это главный залог успешной работы солнечной батареи. При параллельном подключении увеличивается сила тока, при последовательном - напряжение. Для того, чтобы оба эти параметра были максимальными, используют параллельно-последовательное подключение.

От перегревания и перегорания контактов при сверх нагрузках защищают диоды, по одному на каждую четверть фотоэлемента. Если диодов нет, то блок преобразователь выйдет из строя после первого дождя.

Так как напряжение и сила тока на солнечной батарее не соответствуют параметрам бытовой техники, необходимо осуществить накопление и перераспределение электроэнергии. Для этого подключаются два аккумулятора. Первый, является накопительным, второй - резервным.

Наличие двух аккумуляторов объясняется тем, что в хорошую солнечную погоду зарядка идет достаточно быстро, поэтому необходимо куда-то девать избыточную энергию. За процессом следит специальный контроллер, сделанный по принципу реостата. При достижении 80-90% заряда основного аккумулятора, контроллер переводит подачу электричества на дополнительный.

Важно: принцип работы описан поверхностно, поскольку для создания самодельной солнечной батареи особого значения не имеет.

Принцип солнечной батареи: как это работает

Блоки преобразователи или фотоэлемнты - это кремниевые пластины. Кремний или силиций - это морской песок, вернее это вещество наиболее соответствует чистому силицию по химическому составу. Песок, имеет ту же атомную решетку, что и алмаз. Хрупкость материала связанна с более длинным расстоянием между атомами. Именно эта схожесть позволила существенно удешевить технологию производства солнечных батарей и запустить ее на конвейер.

В чистом виде, кремний является полупроводником, поэтому его кристаллизуют. Поликристаллы изготовить проще, но они имеют значительно больше граней, в результате чего электроны не могут двигаться прямолинейно. Монокристалл обеспечивает прямолинейное поступательное движение частиц. Кроме того, электропроводность повышается добавлением в кристаллическую решетку атомов мышьяка или фосфора.

Еще одно интересное свойство силиция - он невидим для инфракрасного излучения. Таким образом, фотоэлемнты поглощают только полезную часть солнечного спектра.

Преобразование света проходит по следующему принципу:

• солнечная энергия попадает на кремниевые пластины;
• они нагреваются и высвобождают электроны;
• электроны начинают активное движение от пластин по проводникам;
• проводники заряжают аккумулятор.

Конструкция солнечных батарей

Переходя от теории к практике, первым делом, необходимо выполнить расчеты и определить количество блоков преобразователей. Для этого необходимо определить мощность солнечного света. На входе в атмосферу она составляет около 1300 Вт/м², но возле земли, особенно в облачную погоду, редко превышает 200 Вт/м², при этом следует понимать, что около 40% спектра - бесполезное инфракрасное излучение, т.е. реальная мощность всего 120 Вт/м². В солнечную погоду, когда солнце в зените, мощность возрастает до 500-600 Вт/м², но закладываться на такие высокие показатели не стоит, поэтому будем считать по минимуму.

Интенсивное солнечное излучение на протяжении года составляет в среднем 9 часов. Следовательно, солнечная батарея площадью 1 м² за день производит 120*9=1 кВт электроэнергии. При этом нужно учесть еще и КПД, максимальное - 25%. Таким образом, за сутки с солнечной батареи площадью 1 м² можно получить около 0,3 кВт электроэнергии. Если на дворе стоит солнечная погода, то около 0,6 кВт.

Далее необходимо рассчитать количество потребляемой энергии за день. Для этого нужно разделить предыдущие показания счетчика на 30. Т.е. если в прошлом месяце было израсходовано 300 кВт, то расход в день составит 10 кВт в сутки. Чтобы полностью обеспечить такой дом электроэнергией потребуется примерно 20 м² солнечных батарей.

Важно: для качественного и бесперебойного электроснабжения понадобятся дорогие аккумуляторы для солнечных батарей. Это обстоятельство объясняется не только большой емкостью, но и устойчивостью электролита к постоянному режиму зарядки-разрядки.

Производство солнечных батарей

Процедура самостоятельной сборки не требует особых навыков и сводится к выполнению простой инструкции:

1. Изготовить основу для фотоэлементов.

2. Подготовить основу к неблагоприятным факторам окружающей среды.

3. Закрепить блоки преобразователи.

4. Соединить блоки проводами.

5. Защитить фотоэлементы при помощи установки стеклянной крышки.

6. Подключить выход к аккумулятору.

С каждым из пунктов нужно разобраться детальнее, чтобы в последствии не было ошибок. Например, для основы используют либо твердый пластик, либо дерево. Другие материалы категорически не допускаются по технике безопасности. Пластик более прост в обработке, но от высоких температур он быстро теряет свои свойства. Термостойкие модификации стоят, как правило, дороже чем дерево.

Деревянная основа изготавливается из обычной фанеры не менее 4 мм в толщину. Вырезается основание, размеры которого зависят от количества и размеров фотоэлементов. По краю основания устанавливается защитная гарда или бортик. Такой же бортик должен быть по периметру каждого фотоэлемента. Лучше, если он будет изготовлен из рейки или деревянного массива.

В получившихся квадратиках нужно просверлить дырки под контакты. В зависимости от размеров фотоэлементов, их число равняется 4, 6 или 8. Для сверления лучше использовать сверло в 6 или 8 мм, чтобы отверстие было достаточно большим и контакты не соприкасались с деревом. В идеале каждое отверстие желательно обработать жидкой резиной или битумом. Это исключит возможность возгорания.

Далее заготовку нужно обработать защитными антисептиками, прогрунтовать и покрасить. Краска, как не сложно догадаться, должна быть белой, чтобы не рассеивать солнечную энергию. Кроме того, акрилосодержащие краски лучше не использовать, поскольку они подвержены разрушению под воздействием прямых солнечных лучей.

Блоки преобразователи крепятся либо на клей, но в таком случае их повторное использование будет невозможно, либо вставляются в специальные защелки. Если размер солнечной батареи небольшой, до 1 м², допускается фиксация фотоэлементов без дополнительного крепления.

Следующий шаг - соединение всех контактов. Делать это можно либо параллельно, либо последовательно. Так как смешанная схема предполагает наличие дополнительного дорогостоящего оборудования и на реальное КПД влияет достаточно опосредованно. Для соединения контактов нужен паяльник и качественный припой, лучше, если это будет серебро.

Совет: работать с солнечными батареями намного удобнее при помощи газовых паяльников, поскольку они обеспечивают больше мобильности.

Когда конструкция готова, ее необходимо защитить от попадания влаги и мусора. Для этого подойдет ударопрочное оргстекло. Установка солнечных батарей предполагает минимальное участие в процессе преобразования и накопления электроэнергии, поэтому на защитном коробе экономить не стоит. Способ фиксации - молекулярный клей.

Совет: подобное клеящее вещество лучше покупать в узкопрофильных, специализированных магазинах, поскольку в строительных гипермаркетах, и тем более, на рынке, найти настоящий молекулярный клей практически невозможно.

Аккумулятор имеет два полюса, важно подключить фотоэлементы так, чтобы полюсность была одинаковой. Иначе, солнечная батарея спалит аккумулятор.

Еще один принципиальный момент подключения солнечных батарей - вольтаж. Напряжение на выходе должно быть на 30-40% больше, чем напряжение на аккумуляторе, иначе процесс зарядки не пойдет. Это обстоятельство является главным минусом любой солнечной батареи. Единственное решение проблемы - установка трансформатора, который будет выравнивать напряжение от аккумулятора к электросети. При этом не стоит забывать, что порядка 30% электроэнергии будут потеряны.

Система солнечных батарей

Описанная инструкция справедлива по отношению к одной солнечной батарее, но для обеспечения дома электричеством понадобится несколько таких изделий. Чтобы определить, как связывать между собой отдельные солнечные батареи, необходимо для начала определиться с порядком их работы. Варианта есть два:

• несколько малоемких аккумуляторов, подающих ток на трансформатор;
• один мощный аккумулятор.

Схема подключения солнечных батарей от нескольких аккумуляторов, также, имеет свои вариации:

• каждый отдельный аккумулятор питает конкретный прибор;
• все аккумуляторы передают электричество на трансформатор, который обеспечивает электричеством дом.

Первый вариант предпочтительнее, поскольку позволяет уменьшить нагрузку на отдельно взятый аккумулятор. Для реализации такой схемы солнечная батарея и прибор подключаются к источнику питания напрямую. При использовании трансформатора необходимо создать стационарную электроразводку. Этот вариант более актуален для мощных аккумуляторов.

Применение на практике

Учитывая, что стоимость новых фотоэлементов начинается от 900 руб. за штуку, а для сборки одной батареи их нужно не менее 30, становится очевидным - альтернативная энергетика является очень дорогим удовольствием. Определенным выходом станет приобретение б/у элементов солнечных батарей. Это снизит стоимость минимум вдвое.

Для изготовления батареи площадью 1 м², при использовании стандартных фотоэлементов, понадобится 60 шт. кремниевых пластин. Стоимость одной батареи 60*900=54 000 руб. Т.е. для полного перехода на независимое электропитание понадобится вложить более миллиона рублей.

Из-за такой дорогой стоимости, солнечные батареи применяются только в качестве вспомогательного электропитания. Наиболее часто встречается освещение на солнечных батареях. И этому есть вполне логичное объяснение.

При использовании энергосберегающих ламп на 20 или 40 В, достаточно собрать небольшую батарею, цена которой, вместе с аккумулятором и дополнительными материалами, будет около 30 000 руб. Этой батареи с лихвой хватит, чтобы обеспечить освещение не только внутри дома, но и на улице. Вместо стандартных включателей, устанавливают светореагирующие тумблеры, которые автоматически включают освещение при снижении интенсивности солнечного света. В доме лучше установить стандартные выключатели или диммеры.

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.

Гелиоэнергетика – это настоящая находка для получения дешевой электроэнергии. Однако даже одна солнечная батарея стоит достаточно дорого, а для того чтобы организовать эффективную систему их нужно немалое количество. Поэтому многие решаются собрать солнечную батарею своими руками. Для этого нужно уметь немного паять, так как все элементы системы собираются в дорожки, а потом крепятся на основание.

Основная и довольно сложная задача – найти и купить фотоэлектрические преобразователи. Они представляют собой кремниевые пластины, которые преобразовывают солнечную энергию в электричество. Фотоэлементы делятся на два типа: монокристаллические и поликристаллические. Первые более эффективны и отличаются высоким КПД – 20-25%, а вторые всего до 20%. Поликристаллические фотоэлементы ярко синие и менее дорогостоящие. А моно- можно отличить по форме – она не квадратная, а восьмиугольная, и цена на них выше.

Если паять получается не очень хорошо, то для подключения солнечной батареи своими руками рекомендуется приобретать готовые фотоэлементы с проводниками. Если же присутствует уверенность, что припаять элементы получится самостоятельно, не повредив преобразователь, можно приобрести набор, в котором проводники приложены отдельно.

Самостоятельно вырастить кристаллы для фотоэлементов — довольно специфическая работа, и сделать её практически нереально в домашних условиях. Поэтому фотоэлементы лучше покупать готовые.

Как выбрать и где приобрести преобразователи

Дешевле будет приобрести фотоэлементы на китайских интернет-площадках, хоть, конечно же, там зачатую продаются заводские детали, имеющие брак. Для старта и это неплохо, тем более, что цена у них ниже. А после того, как придет опыт в сборке батарей, можно брать более качественные детали с завода.

Некоторые продавцы продают преобразователи все скопом запаянные в воск, дабы во время транспортировки они не повредились, ведь кремниевые пластины хрупкие, как хрусталь. Очищение их от воска – весьма трудоёмкое занятие. Для начала необходимо погрузить их в горячую воду и после того, как воск расплавится, очень осторожно разделить их. После нужно опустить каждый фотоэлемент в мыльный раствор, а потом в чистую горячую воду. И так, пока воск не отстанет от пластин полностью. Потом нужно разложить их сушиться на махровом полотенце. В общем, это лишние хлопоты, так что лучше покупать пластины без воска.

На проверенных китайских площадках Ebay и Alibaba приобретать фотоэлементы для установки солнечных батарей своими руками надёжно. Для покупки нужно зарегистрироваться и вписать в поисковую строку нужный запрос. На экран выведется несколько предложений.

Выбирать нужно не только из тех соображений, что понравился именно этот товар – необходимо обязательно обращать внимание на отзывы и рейтинг продавца. Если нет желания переплатить за товар вдвое из-за платной доставки, нужно посмотреть, есть ли у выбранного товара опция «бесплатная доставка». Если нет – это неподходящий вариант, так как это — чересчур затратное дело.

Деньги за товар нужно перечислить сразу. Продавцу они попадут только после подтверждения о получении товара покупателем. Платить можно прямо платежной картой или через промежуточные сервисы – всё зависит от степени доверия к таким торговым интернет-ресурсам. Возвратить товар тоже можно, но лучше сразу отовариваться у продавца с хорошей репутацией, дабы избежать тяжб по поводу возврата. Посылка может идти и месяц, и полтора – это уже во власти почты.

Пайка и сборка панелей

Сборку солнечных панелей своими руками можно разделить на три этапа:

1. Изготовление каркаса;
2. Пайка фотоэлектрических преобразователей;
3. Установка их в каркас и герметизация.

Каркас можно сбить из деревянных планок или сварить из алюминиевых уголков. Так или иначе, его габариты, форма и выбор материалов для изготовления напрямую зависят от того, как он будет монтироваться.

Необходимые материалы и инструменты

Для сборки солнечной батареи понадобятся следующие материалы:

• алюминиевый или стальной уголок сечением 25х25;
• болты 5х10 мм – 8 шт;
• гайки 5 мм – 8 шт;
• стекло или поликарбонат 5-6 мм;
• клей – герметик Sylgard 184;
• клей – герметик Ceresit CS 15;
• поликристаллические преобразователи;
• флюс фломастер (смесь канифоли и спирта);
• серебряная лента для подключения к панелям;
• лента для шины;
• тонкий припой;
• поролон – 3 см, опилки или стружка;
• плотная полиэтиленовая пленка 10 мкм.

Инструменты, которые понадобятся для сборки:

• напильник;
• ножовка по металлу с полотном 18;
• дрель, сверла на 5 и 6 мм;
• ключи рожковые;
• паяльник.

Этапы сборки

Сборка состоит из нескольких этапов:

1. Для начала нужно определиться с размерами рамы каркаса. Они будут зависеть от габаритов самих панелей и их количества. При расположении солнечных батарей на крыше, панели могут полностью покрыть скат или занять небольшую его часть – тут нет определенных правил, поэтому какая ширина и длина будет у рамы, выбирает сам сборщик.
2. Сверху каркаса необходимо установить стекло для того чтобы защитить фотоэлементы от разрушения. Закрепить его можно тонким слоем силиконового герметика, а вот эпоксидную смолу для этих целей лучше не использовать, так как снять стекло в случае необходимости проведения ремонтных работ и не повредить панели будет крайне сложно.
3. При подключении солнечных батарей к сети схему лучше выбрать смешанную, так как она оптимальна. Собранные панели укладываются в ранее подготовленный каркас. На этом этапе важно не перепутать тыльную сторону панели с лицевой.
4. Чтобы защитить заднюю часть батареи во время сборки, можно сделать поролоновый мат и обернуть его в полиэтиленовую пленку. Также подойдут опилки или стружка, но главное, чтоб их частицы не остались на элементах.
5. После этого нужно убрать пузырьки воздуха, которые образуются между фотоэлементами и стеклом, так как их присутствие помешает эффективной работе батареи. Для этого на панели нужно уложить груз, а на мягкий мат твердый лист фанеры. Таким образом, фотоэлементы оказываются зажатыми и так их нужно оставить на полсуток. Потом груз убирается, а фанера и мат снимаются. Монтировать батарею после этого пока рано, надо чтоб герметик полностью схватился.
6. Последний этап – это изготовление задней стенки батареи из ДСП или ДВП с подложкой – это предотвратит деформацию панелей.

Возможные места установки

В качестве места установки можно предложить несколько различных вариантов:

1. Если решено осуществить монтаж солнечных батарей на крыше, то её уклон должен быть не больше 40 градусов. Такой вариант предполагает использование профилей в качестве несущей конструкции для солнечной батареи. Если же уклон кровли от 30-40 градусов, можно поставить солнечные панели без кронштейна.
2. Для установки солнечной батареи на плоской крыше, придется изготовить каркас со специальной наклонной подставкой, так как конструкция должна находиться под уклоном к крыше дома.
3. На стене установка солнечных батарей осуществляется довольно редко. В этом случае, как и в других, понадобится стальной наклонный каркас, который обеспечит расположение батареи под уклоном.
4. Если в зимнюю пору для местности характерны обильные осадки, то установку можно расположить на земле. Для этого понадобится опереть её на специальную штангу.
5. Батарею можно разместить на крыше балкона или лоджии, в случае если это верхний этаж частного дома или квартира находится на последнем этаже. Если инсоляция позволяет, то установить солнечную панель можно и на внешней стороне балкона.

Схемы подключения системы

Схема подключения солнечных батарей состоит из нескольких устройств:

1. Солнечная панель , которая будет аккумулировать свет, и преобразовывать его в электричество.
2. Контроллер , который будет отслеживать уровень заряда в устройстве. Когда аккумуляторы заряжены, это приспособление автоматически отключает зарядку, а когда уровень заряда упадет, контроллер снова заработает.
3. Аккумулятор , который нужен для сбора сгенерированной энергии.
4. Инвертор – это устройство создает нужное напряжение для сети, получая из аккумулятора электроэнергию и преобразовывая её в 220 В.

Между всеми участниками сети должны быть обязательно установлены предохранители, дабы избежать короткого замыкания и поломки одного из устройств.

Если планируется использовать одну солнечную панель, то здесь всё понятно.

При установке же двух и более для начала необходимо выбрать одну из следующих схем подключения солнечных батарей загородного дома или квартиры:

• Параллельная. Такой способ укладки панелей происходит посредством соединения одноименных клемм. Напряжение при этом не меняется и остается на том же уровне.
• Последовательная. В такой схеме плюс одного из фотоэлементов подключается к минусу другого. Осуществить такое соединение достаточно просто, однако на выходе получится 24 В.
• Смешанная. Такая система состоит из нескольких групп. Элементы внутри группы соединяются параллельно, а крайние панели групп объединяются между собой последовательно.

Последняя параллельно-последовательная схема подключения солнечных батарей является оптимальной для того, чтобы сэкономить на приобретении контроллера, поскольку мощное устройство для такой схемы не понадобится. В такой системе создается баланс между высокими напряжениями, которые возникают при последовательном соединении и большими токами параллельной схемы.

Монтаж конструкции

Первостепенно надо определиться с местом установки – или прямо на крыше, или с использованием в качестве подставки каркаса из специальных ферм. Как крепить гибкую солнечную батарею на крышу? Её нужно закрепить болтами к профилям, что и место сэкономит и имеет эстетически привлекательный вид.

Если же решено установить панели на фермы, то необходимо:

1. Приобрести фермы. Так как они продаются в виде уголков, их потребуется самостоятельно собрать.
2. Соединить элементы каркаса болтами.
3. Определится с местом установки панелей.
4. Крепление солнечной батареи к ферме происходит посредством болтового соединения. Это следует выполнять тщательно, чтобы любые погодные условия не могли повлиять на прочность конструкции.
5. Последний этап – это подсоединение всех участников в сеть: батареи, аккумулятора, контроллера и инвертора.

Как избежать распространенных ошибок

При сборке и монтаже обратите внимание на следующие нюансы:

1. Не нужно осуществлять сборку на каркасе с задней стенкой из брусьев, так как дерево может разбухнуть и конструкция деформируется. Кроме того, брус очень утяжеляет её.
2. Нельзя использовать в качестве крышки оргстекло, так как оно перегревается и за счёт этого контакты между панелями приходят в негодность, а сама система может разгерметизироваться.
3. Соединительные клеммы – не лучший вариант объединения панелей друг с другом, так как в случае ремонта их невозможно будет разъединить — лучше пользоваться специально предназначенными для этого коннекторами.

1. Панели необходимо тщательно очищать от снега, грязи и пыли, так как это существенно снижает поглощение солнечной энергии устройством.
2. Пышные кроны высоких деревьев, которые препятствуют попаданию солнечных лучей на батарею, придется проредить. Если дом находится в тени других построек, то установка солнечных панелей целесообразна разве что только поликристаллических, и то эффективность будет снижена.
3. Прежде чем приниматься за сборку панелей, нужно произвести небольшой расчёт. Для начала нужно проанализировать, сколько киловатт нужно получить из системы в день. Одна панель способна выработать 0,12 кВт, так что может быть, что при небольшом потреблении их установка окупится лет через 50, поэтому она не целесообразна. В зависимости от требуемой средней дневной нормы и подбирается количество панелей.
4. При монтаже солнечных батарей своими руками, панели лучше ориентировать на юг, так как в солнечные часы с этой стороны поступает максимальное количество солнечной энергии.

Видео

Смотрите в нашем видео подробную инструкцию по сборке солнечной батареи.