Сонячна електростанція своїми руками. Підбір компонентів.

1. Сонячні електростанції. Схема електропостачання будинки від сонячних батарей

Наши партнеры ArtmMisto

Спробуємо зрозуміти підхід до вибору автономної сонячної системи, які фактори мають більше, а які менше значення.

Перш за все, треба визначити, скільки енергії вам знадобиться в місяць, і, щоб вартість сонячної електростанції не стала фантастично високою, у міру можливості зменшити потреби. Потім необхідно визначити, скільки сонячної енергії можна отримати в тій місцевості, де буде працювати сонячна установка. Приблизні дані наводяться в метеорологічних довідниках, деяку інформацію по сонячної інсоляції можна знайти в Інтернеті. Зазвичай рівень сонячної інсоляції виражається в Ватах / м2 з розбивкою по місяцях. Причому сезонні коливання можуть бути дуже значними.

Сонячні електростанції. Схема електропостачання будинки від сонячних батарей

Як вибирати сонячну батарею?

Якщо передбачається використовувати сонячну електростанцію цілий рік, розрахунок треба проводити по місяцях з найгіршими параметрами по інсоляції (звичайно, якщо передбачається використовувати тільки сонячну енергію). ККД сонячних батарей для розрахунків треба приймати не вище 14% (а краще 12%), тому що, незважаючи на ККД елементів 16 або навіть 17% (а частіше використовуються елементи з ККД 14-15%), частина випромінювання відіб'ється від поверхні скла закриває елементи (навіть якщо використовується антиблікове скло), частина випромінювання погаситься в товщині скла, тому що не вся поверхня сонячної батареї закрита кремнієвими пластинами (між ними є зазори 2-3 мм). Крім цього деякі елементи мають обрізані кути, що також зменшує корисну площу. Деякі виробники приводять приблизну вироблення енергії в місяць при різних рівнях сонячного випромінювання.

Карта інсоляції Росії. Тривалість сонячного сяйва.

Тепер, щоб визначити кількість сонячних батарей, необхідно розділити бажану потреба в енергії на можливу вироблення енергії однією батареєю в ті місяці, коли буде використовуватися сонячна електростанція. Природно, розрахунок ведеться по самим найгіршим параметрам по інсоляції.

Наприклад, установка буде експлуатуватися цілий рік, потреба в енергії 100 кВт год / місяць, одна батарея з обраних вами зробить в грудні не більше 2 кВт-годину енергії, 100: 2 = 50 батарей. При тих же умовах, але невідомої продуктивності батареї, а відомої її площі 0,7 м², визначаємо, що за місяць буде вироблено приблизно 20 х 0,7 х 0,12 (ККД) = 1,68 кВт-год енергії (інсоляція в грудні становить приблизно 20 кВт-год / м²). Для визначення кількості сонячних батарей необхідно розділити бажану кількість енергії на вироблення однієї батареї: 100: 1,68 = 59,5 шт., Округляємо в більшу сторону 60 шт.

Слід зазначити, що всі ці розрахунки носять приблизний, орієнтовний характер, тому що кількість сонячних днів може сильно відрізнятися в різні роки. Завжди треба враховувати, що запас тільки покращує параметри системи.

збільшення продуктивності сонячних батарей - це окрема велика тема. Можна відзначити лише кілька способів збільшення продуктивності:

Вибір оптимального кута установки. Бажано, щоб поверхня сонячної батареї розташовувалася перпендикулярно до променів сонця, з максимальним відхиленням в ту чи іншу сторону на не більше, ніж 15 °. У зв'язку з тим, що сонце в плині року постійно змінює висоту над горизонтом, бажано встановлювати сонячні батареї під тим кутом, який забезпечує максимальний виграш по продуктивності в потрібний час. Наприклад, якщо передбачається використовувати сонячну електростанцію цілий рік, то батареї встановлюють під кутом + 15 ° до широти місцевості, а якщо тільки в літні місяці, то під кутом - 15 ° від широти місцевості.

Поворот сонячної батареї слідом за сонцем протягом дня (застосовується лише для невеликих систем), таким чином можна збільшити вироблення енергії аж до 50% від вироблення в стаціонарному положенні.

застосування контролера заряду з функцією ОТММ (Відстеження Точки Максимальної Потужності, по-англійськи MPPT (Maximum Power Point Tracking)). Такий контролер при наявності достатньої освітленості не перешкоджає надходженню енергії від сонячних батарей на акумулятори, а при нестачі освітленості накопичує енергію і подає її на акумулятор порціями з оптимальними значеннями струму і напруги.

Але, звичайно, якщо з таким трудом отриману енергію витрачати не економно, то всі хитрощі по отриманню додаткової енергії пропадуть даремно. Найбільший виграш в автономних системах електропостачання можна отримати, економлячи енергію. Заміна ламп розжарювання на люмінесцентні або компактні люмінесцентні (енергозберігаючі), а там де треба отримувати великі світлові потоки (освітлення територій, торгових залів і т.д.), на металлогалогеновие дає зниження витрат на освітлення приблизно в 4-5 разів. Застосування побутової техніки з індексом енергоспоживання «А» або «А +» дає ще більш значний виграш. Взагалі, питання енергозбереження, в умовах значного зростання цін на енергоносії набуває першочергового значення.

Трохи торкнемося принципів конструювання систем автономного електропостачання на сонячних батареях. Ми вже пробували розрахувати необхідну кількість сонячних батарей, тепер перейдемо до інших компонентів системи. Енергія, отримана від сонячних батарей, направляється на зарядку акумуляторів. Це необхідно з двох причин:

- згладжування нерівномірності надходження енергії, наприклад, в хмарну погоду;

- реалізація потреби в електроенергії тоді, коли немає сонячного випромінювання (вночі і в похмурі дні).

Для підбору кількості та типу акумуляторів також використовуються два параметри: конструкція інвертора (напруга на низькій стороні) і струм зарядки, який може надходити від кількох джерел і не повинен перевищувати 10% від номінальної ємності для кислотних акумуляторів і 25-30% від номінальної ємності для лужних. Якщо в инвертор є зарядний пристрій від мережі, то воно повинно автоматично регулювати зарядний струм в залежності від ступеня заряду акумуляторів. Крім цього, особливо якщо підзарядка від існуючої мережі відсутня, необхідно, щоб акумулятори не боялися сульфатации пластин, інакше підзарядка маленьким струмом, який часто буває в не дуже ясну погоду, швидко виведе акумулятори з ладу.

До необхідних властивостей акумуляторів, що застосовуються в сонячних електростанціях , Додамо і низький рівень саморозряду (іноді виробники вказують цю відмінну рису). Звичайний кислотний акумулятор вимагає підзарядки не менше ніж один раз в шість місяців, інакше виходить з ладу. Через рік після початку експлуатації рівень саморозряду звичайного кислотного акумулятора досягає 1,5% в день від його номінальної ємності. Тому до акумуляторів, що застосовуються в сонячних системах, пред'являються специфічні вимоги.

Тепер перейдемо до інверторів . Взагалі, ідеальною конструкцією сонячної електростанції слід вважати ту, де різні групи навантажень отримують живлення від різних інверторів, і кількість і потужність інверторів відповідає кількості і потужності автоматичних вимикачів в розподільному щитку. Ці параметри вибираються при конструюванні домашньої електромережі. Наприклад, в розподільчому щитку - 4 автомата на 16 А (максимально допустиме навантаження на побутові мережі: розетки і освітлення) і 2 автомата на 25 А (для харчування силової техніки). Ідеальним вважаємо застосування 4 інверторів потужністю 16А х 220В = 3520 Ватт і двох інверторів потужністю 25А х 220В = 5500 Ватт. Причому харчування ці інвертори можуть отримувати від однієї групи акумуляторів, що заряджаються однією групою сонячних батарей.

Зазвичай виробники вказують не потужність в Ватах, а пікову потужність в вольт-амперах, тому що цей параметр вище за значенням приблизно на 20-30%. Багато фірм випускають інвертори з самими різними властивостями. Вони можуть відрізнятися формою вихідного сигналу (найбільш прості і дешеві на виході дають прямокутний сигнал, так званий «меандр», виробники якого, правда, частіше називають його: модифікованої синусоїдою, імітованої синусоїдою, псевдо синусоїдою, квазісінусоідой і т.д.), способом компенсації навантажень (за рахунок збереження амплітуди напруги або площі кривої), що застосовуються схемним рішенням (одне або два перетворення напруги, імпульсним або аналоговим перетворенням сигналу).

Деякі інвертори мають вбудований зарядний пристрій від існуючої мережі, інші можуть здійснювати підживлення мережі і направляти енергію, отриману від сонця, в мережу. Взагалі, конструкція інвертора може бути найрізноманітнішою.

Але в цілому якісний інвертор повинен видавати чистий синусоїдальний сигнал з спотвореннями менше 3%, не змінювати значення амплітуди напруги при підключенні навантаження більше 10%, здійснювати подвійне перетворення (перше - постійного струму, друге - змінного), мати аналогову частину вторинного перетворення з якісним трансформатором, мати значний запас по перевантаженню і набір захисних функцій від короткого замикання в навантаженні, від неправильного під'єднання до акумуляторів, від перевантаження, від несправності акумулятора, не допускати глибокого розряду акумуляторів. Всі інші функції можуть бути, а можуть і не бути. Іноді зайві сервісні функції ускладнюють користування подібним приладом, користувач повинен в ідеалі включити прилад і забути про його існування.

Ще один досить важливий питання, на який необхідно звернути увагу при виборі сонячних систем, питання запасу параметрів. При використанні сонячної енергії ми застосовуємо непередбачувані природні явища. Тому для забезпечення стабільності електропостачання необхідно мати запас за джерелами енергії (сонячним батареям), по сховищ енергії (акумуляторів) і по перетворювачів енергії (інверторів). Природно, підходити до питання надмірності треба розумно. Іноді буває краще і дешевше застосовувати гібридну схему електропостачання з застосуванням інших джерел енергії: різного роду генераторів, існуючого підключення до електромережі тощо

На закінчення можна зробити висновок, що в умовах, коли традиційні енергоносії дорожчають, а на горизонті виснаження природних ресурсів, обгрунтованість і необхідність застосування альтернативних джерел електропостачання зростає багаторазово.

Так само Ви можете придбати готові комплекти сонячних електростанцій .