Solbatterier för trädgården och hemmet: typer, driftprinciper och procedur för beräkning av solsystem

Vetenskapen har gett oss en tid då tekniken för att använda solenergi har blivit allmänt tillgänglig.Varje ägare har möjlighet att få solpaneler till sitt hem. Sommarboende släpar inte efter i den här frågan. De befinner sig ofta långt ifrån centraliserade källor för hållbar kraftförsörjning.

Vi föreslår att du bekantar dig med informationen som presenterar designen, driftprinciperna och beräkningen av solsystemets arbetsenheter. Bekantskap med informationen vi erbjuder kommer att föra dig närmare verkligheten att förse din webbplats med naturlig elektricitet.

För en tydlig förståelse av de tillhandahållna uppgifterna bifogas detaljerade diagram, illustrationer, foto- och videoinstruktioner.

Design och princip för drift av ett solbatteri

En gång i tiden upptäckte nyfikna sinnen för oss naturliga ämnen producerade under påverkan av ljuspartiklar från solen, fotoner, elektrisk energi. Processen kallades den fotoelektriska effekten. Forskare har lärt sig att kontrollera mikrofysiska fenomen.

Baserat på halvledarmaterial skapade de kompakta elektroniska enheter - fotoceller.

Tillverkare har bemästrat tekniken att kombinera miniatyromvandlare till effektiva solpaneler. Effektiviteten hos kiselsolpanelsmoduler som tillverkas i stor utsträckning av industrin är 18-22 %.

Från beskrivningen av diagrammet framgår det tydligt: ​​alla komponenter i kraftverket är lika viktiga - den samordnade driften av systemet beror på deras kompetenta val

Ett solbatteri är sammansatt av moduler. Det är den sista punkten på fotonernas resa från solen till jorden. Härifrån fortsätter dessa komponenter av ljusstrålning sin väg in i den elektriska kretsen som partiklar av likström.

De är fördelade på batterier, eller omvandlas till laddningar av växelström med en spänning på 220 volt, som driver alla typer av hemtekniska apparater.

Ett solbatteri är ett komplex av seriekopplade halvledarenheter - fotoceller som omvandlar solenergi till elektrisk energi.

Du hittar mer information om enhetens specifikationer och principen för driften av solbatteriet i en annan populär artikel vår webbplats.

Typer av solpanelsmoduler

Solpaneler-moduler är sammansatta av solceller, även kända som fotoelektriska omvandlare. FEP av två typer har funnit utbredd användning.

De skiljer sig åt i de typer av kiselhalvledare som används för deras tillverkning, dessa är:

• Polykristallin. Dessa är solceller gjorda av smält kisel genom långvarig kylning. Den enkla produktionsmetoden gör priset överkomligt, men produktiviteten för den polykristallina versionen överstiger inte 12%.
• Monokristallin. Dessa är element som erhålls genom att skära en artificiellt odlad kiselkristall i tunna skivor. Det mest produktiva och dyra alternativet. Den genomsnittliga verkningsgraden är cirka 17 %; du kan hitta monokristallina solceller med högre prestanda.

Polykristallina solceller har en platt fyrkantig form med en ojämn yta. Monokristallina varianter ser ut som tunna rutor med en enhetlig ytstruktur med avskurna hörn (pseudoquares).

Så här ser FEPs ut - solcellsomvandlare: egenskaperna hos solcellsmodulen beror inte på vilken typ av element som används - detta påverkar bara storleken och priset

Panelerna i den första versionen med samma effekt är större än de andra på grund av lägre effektivitet (18 % mot 22 %). Men i genomsnitt är de tio procent billigare och efterfrågas högt.

Du kan lära dig om reglerna och nyanserna för att välja solpaneler för att leverera autonom värmeenergi. läs här.

Schema för drift av solenergi

När du tittar på de mystiskt klingande namnen på komponenterna som utgör solenergisystemet, kommer tanken till enhetens supertekniska komplexitet.

På mikronivån av fotonliv är detta sant. Och visuellt ser det allmänna diagrammet över den elektriska kretsen och principen för dess funktion väldigt enkelt ut. Det finns bara fyra steg från den himmelska kroppen till "Ilyich-glödlampan".

Solcellsmoduler är den första komponenten i ett kraftverk. Dessa är tunna rektangulära paneler sammansatta av ett visst antal standardfotocellplattor. Tillverkare tillverkar fotopaneler med varierande elektrisk effekt och spänningsmultiplar på 12 volt.

Plattformade enheter är bekvämt placerade på ytor som är öppna för direkta strålar. Modulära block kombineras med hjälp av ömsesidiga anslutningar till ett solbatteri. Batteriets uppgift är att omvandla den mottagna solenergin, vilket ger en likström av ett givet värde.

Elektriska laddningsenheter - batterier för solpaneler känd för alla. Deras roll inom solenergiförsörjningssystemet är traditionell. När hushållskonsumenter är anslutna till ett centraliserat nätverk lagrar energilagringsenheter el.

De ackumulerar också dess överskott om solmodulens ström är tillräcklig för att ge den ström som förbrukas av elektriska apparater.

Batteripaketet tillför den erforderliga mängden energi till kretsen och upprätthåller en stabil spänning så snart dess förbrukning ökar till ett ökat värde. Samma sak händer till exempel på natten när fotopanelerna inte fungerar eller vid lågt soligt väder.

Energiförsörjningsschemat för ett hem som använder solpaneler skiljer sig från alternativ med samlare i förmågan att lagra energi i ett batteri

Regulatorn är en elektronisk mellanhand mellan solcellsmodulen och batterierna.Dess roll är att reglera batteriernas laddningsnivå. Enheten tillåter inte dem att koka på grund av överladdning eller ett fall i den elektriska potentialen under en viss norm som är nödvändig för stabil drift av hela solsystemet.

Invertering, så här låter termen bokstavligt förklarat solomriktare. Ja, faktiskt, den här enheten utför en funktion som en gång verkade fantastisk för elektriker.

Den omvandlar likströmmen från solcellsmodulen och batterierna till växelström med en potentialskillnad på 220 volt. Detta är driftspänningen för de allra flesta elektriska hushållsapparater.

Flödet av solenergi är proportionellt mot armaturens position: när du installerar moduler skulle det vara bra att anpassa lutningsvinkeln beroende på årstiden

Toppbelastning och genomsnittlig daglig energiförbrukning

Nöjet att ha en egen solcellsstation är fortfarande värt mycket. Det första steget på vägen mot att utnyttja solenergins kraft är att bestämma den optimala toppbelastningen i kilowatt och den rationella genomsnittliga dagliga energiförbrukningen i kilowattimmar för ett hushåll eller ett hus på landet.

Toppbelastningen skapas av behovet av att slå på flera elektriska apparater samtidigt och bestäms av deras maximala totala effekt, med hänsyn till de överskattade startegenskaperna hos några av dem.

Genom att beräkna den maximala strömförbrukningen kan du identifiera vilka elektriska apparater som behöver användas samtidigt och vilka som inte är så viktiga. Kraftegenskaperna för kraftverkskomponenterna, det vill säga enhetens totala kostnad, är föremål för denna indikator.

Den dagliga energiförbrukningen för en elektrisk apparat mäts av produkten av dess individuella effekt och tiden som den arbetade från nätet (förbrukade el) under dagen. Den totala genomsnittliga dagliga energiförbrukningen beräknas som summan av el som förbrukas av varje konsument under en dygnsperiod.

Efterföljande analys och optimering av de erhållna uppgifterna om belastningar och energiförbrukning kommer att säkerställa den nödvändiga konfigurationen och efterföljande drift av solenergisystemet till minimal kostnad

Resultatet av energiförbrukningen hjälper till att rationellt närma sig förbrukningen av solel. Resultatet av beräkningarna är viktigt för vidare beräkning av batterikapacitet. Priset på batteripaketet, en betydande komponent i systemet, beror ännu mer på denna parameter.

Proceduren för att beräkna energiindikatorer

Beräkningsprocessen börjar bokstavligen med ett horisontellt placerat, kvadratiskt, ovikt anteckningsblock. Med lätta pennlinjer erhålls ett formulär med trettio kolumner från arket och linjer enligt antalet elektriska hushållsapparater.

Förberedelser för aritmetiska beräkningar

Den första kolumnen är traditionell - ett serienummer. Den andra kolumnen är namnet på den elektriska apparaten. Den tredje är dess individuella strömförbrukning.

Kolumner fyra till tjugosju är timmarna på dygnet från 00 till 24. Följande skrivs in i dem genom en horisontell bråklinje:

• i täljaren – enhetens drifttid under en specifik timme i decimalform (0,0);
• nämnaren är återigen dess individuella strömförbrukning (denna upprepning behövs för att beräkna timbelastningar).

Den tjugoåttonde kolumnen är den totala tiden som hushållsapparaten fungerar under dagen.I den tjugonionde - enhetens personliga energiförbrukning registreras som ett resultat av att multiplicera den individuella strömförbrukningen med driftstiden under en daglig period.

Att utarbeta en detaljerad konsumentspecifikation, med hänsyn till timbelastning, kommer att hjälpa till att behålla fler av de vanliga enheterna, tack vare deras rationella användning

Den trettionde kolumnen är också standard – obs. Det kommer att vara användbart för mellanliggande beräkningar.

Upprättande av konsumentspecifikationer

Nästa steg i beräkningarna är omvandlingen av anteckningsboken till en specifikation för hushållselförbrukare. Den första kolumnen är tydlig. Radernas serienummer anges här.

Den andra kolumnen innehåller namnen på energikonsumenter. Det rekommenderas att börja fylla korridoren med elektriska apparater. Följande beskriver andra rum moturs eller medurs (som är bekvämt för dig).

Om det finns en andra (etc.) våning är proceduren densamma: från trappan - runt. Samtidigt ska vi inte glömma apparater på trapphus och gatubelysning.

Det är bättre att fylla i den tredje kolumnen som anger effekten mittemot namnet på varje elektrisk enhet tillsammans med den andra.

Kolumner fyra till tjugosju motsvarar varje timme på dygnet. För enkelhetens skull kan du omedelbart rita ut dem med horisontella linjer i mitten av linjerna. De resulterande övre halvorna av linjerna är som täljare, de nedre är nämnare.

Dessa kolumner fylls i rad för rad. Täljare formateras selektivt som tidsintervall i decimalformat (0,0), vilket återspeglar drifttiden för en given elektrisk apparat under en viss timperiod. Parallellt, där täljarna skrivs in, skrivs nämnarna in med indikatorn för enhetens kraft, hämtad från den tredje kolumnen.

Efter att alla timkolumner är ifyllda, fortsätt med att beräkna den individuella dagliga arbetstiden för elektriska apparater, flytta rad för rad. Resultaten registreras i motsvarande celler i den tjugoåttonde kolumnen.

I det fall när solkraftverket spelar en hjälproll, så att systemet inte går på tomgång, kan en del av lasten anslutas till det för konstant effekt

Baserat på effekt och arbetstid beräknas den dagliga energiförbrukningen för alla konsumenter sekventiellt. Det noteras i cellerna i den tjugonionde kolumnen.

När alla rader och kolumner i specifikationen är ifyllda beräknas summan. Genom att addera effektgraferna från timkolumnernas nämnare erhålls lasterna för varje timme. Genom att summera den individuella dagliga energiförbrukningen i den tjugonionde kolumnen uppifrån och ned, hittas det totala dygnsmedelvärdet.

I beräkningen ingår inte det framtida systemets egen förbrukning. Denna faktor beaktas av hjälpkoefficienten i efterföljande slutliga beräkningar.

Analys och optimering av erhållen data

Om ström från ett solkraftverk planeras som backup hjälper data om energiförbrukning per timme och total genomsnittlig daglig energiförbrukning till att minimera förbrukningen av dyr solel.

Detta uppnås genom att utesluta energiintensiva konsumenter från användning tills den centraliserade strömförsörjningen återställs, särskilt under högbelastningstimmar.

Om solenergisystemet är utformat som en källa till konstant strömförsörjning, kommer resultaten av timbelastningar fram.Det är viktigt att fördela elförbrukningen över dagen på ett sådant sätt att de mycket dominerande topparna och mycket låga dalarna elimineras.

Eliminering av toppbelastningar, utjämning av maximala belastningar och eliminering av kraftiga fall i energiförbrukning över tid gör det möjligt att välja de mest ekonomiska alternativen för solsystemkomponenter och säkerställa en stabil och viktigast av allt, problemfri långtidsdrift av solcellsstationen.

Grafen kommer att avslöja ojämnheten i energiförbrukningen: vår uppgift är att flytta maximivärdena till tiden för störst solaktivitet och minska den totala dagliga förbrukningen, särskilt på natten.

Den presenterade ritningen visar omvandlingen av ett irrationellt schema erhållet på basis av en specifikation till ett optimalt. Den dagliga förbrukningen sänktes från 18 till 12 kW/h, den genomsnittliga dagliga timbelastningen från 750 till 500 W.

Samma princip om optimalitet är användbar när du använder solenergialternativet som backup. Det kanske inte är värt att spendera för mycket pengar på att öka effekten av solcellsmoduler och batterier för en tillfällig olägenhet.

Val av komponenter för solkraftverk

För att förenkla beräkningarna kommer vi att överväga versionen av att använda ett solbatteri som den huvudsakliga källan till elektrisk energi för trädgården. Konsumenten kommer att vara ett villkorligt hus på landet i Ryazan-regionen, där de permanent bor från mars till september.

Praktiska beräkningar baserade på data från det rationella schemat för timenergiförbrukning som publicerats ovan kommer att klargöra resonemanget:

• Total genomsnittlig daglig energiförbrukning = 12 000 watt/timme.
• Genomsnittlig belastningsförbrukning = 500 watt.
• Max belastning 1200 watt.
• Toppbelastning 1200 x 1,25 = 1500 watt (+25%).

Värdena kommer att krävas för att beräkna den totala kapaciteten för solenheter och andra driftsparametrar.

Bestämning av solsystemets driftspänning

Den interna driftspänningen för alla solsystem baseras på en multipel av 12 volt, vilket är den vanligaste batteriklassificeringen. De mest använda komponenterna i solcellsstationer: solmoduler, styrenheter, växelriktare produceras för populära spänningar på 12, 24, 48 volt.

En högre spänning tillåter användning av matningsledningar med mindre tvärsnitt - och detta innebär ökad kontakttillförlitlighet. Å andra sidan kan trasiga 12V-batterier bytas ut ett i taget.

I ett 24-voltsnätverk, med tanke på specifikationerna för driftbatterier, måste du bara byta ut dem i par. Ett 48V-nätverk kräver byte av alla fyra batterierna i en gren. Dessutom finns det redan vid 48 volt risk för elektriska stötar.

Med samma kapacitet och ungefär samma pris bör du köpa batterier med högsta tillåtna urladdningsdjup och högre maxström

Huvudvalet av det nominella värdet för den interna potentialskillnaden i systemet är relaterat till effektegenskaperna hos växelriktare som produceras av modern industri och bör ta hänsyn till storleken på toppbelastningen:

• från 3 till 6 kW – 48 volt,
• från 1,5 till 3 kW – lika med 24 eller 48V,
• upp till 1,5 kW – 12, 24, 48V.

Att välja mellan tillförlitligheten hos ledningar och besväret med att byta batterier, för vårt exempel kommer vi att fokusera på tillförlitlighet. Därefter kommer vi att utgå från driftsspänningen för det beräknade systemet, 24 volt.

Utrusta batteriet med solcellsmoduler

Formeln för att beräkna den effekt som krävs från ett solbatteri ser ut så här:

Рcm = (1000 * Esut) / (k * Sin),

Var:

• Rcm = solenergibatteri = total effekt av solcellsmoduler (paneler, W),
• 1000 = accepterad fotovoltaisk känslighet (kW/m²)
• Esut = daglig energiförbrukning (kWh, i vårt exempel = 18),
• k = säsongskoefficient med hänsyn till alla förluster (sommar = 0,7; vinter = 0,5),
• Syn = tabellerat värde för instrålning (solstrålningsflöde) vid optimal lutning av panelerna (kW*h/m²).

Strålningsvärdet kan du få reda på från din regionala meteorologiska tjänst.

Den optimala lutningsvinkeln för solpaneler är lika med områdets latitud:

• på våren och hösten,
• plus 15 grader – på vintern,
• minus 15 grader – på sommaren.

Ryazan-regionen som betraktas i vårt exempel ligger på latitud 55.

Den högsta effekten av solpaneler uppnås genom att använda spårningssystem, säsongsmässiga förändringar i panelernas lutningsvinkel och användning av blandade trimmoduler

För tiden från mars till september är solpanelens bästa oreglerade lutning lika med en sommarvinkel på 40⁰ mot jordens yta. Med denna installation av moduler är den genomsnittliga dagliga instrålningen av Ryazan under denna period 4,73. Alla siffror finns där, låt oss göra beräkningen:

Rcm = 1000 * 12 / (0,7 * 4,73) ≈ 3 600 watt.

Om vi ​​tar 100-watts moduler som grund för solbatteriet så kommer vi att behöva 36 av dem. De kommer att väga 300 kilo och uppta en yta som mäter cirka 5 x 5 m.

Fälttestade kopplingsscheman och anslutningsalternativ för solpaneler ges här.

Arrangemang av en batterienhet

När du väljer batterier måste du vägledas av följande principer:

1. Vanliga bilbatterier är INTE lämpliga för detta ändamål. Batterierna i solkraftverk är märkta med inskriptionen "SOLAR".
2. Du bör endast köpa batterier som är identiska i alla avseenden, helst från samma fabriksbatch.
3. Rummet där batteripaketet är placerat måste vara varmt. Den optimala temperaturen när batterierna ger full effekt = 25⁰C. När den sjunker till -5⁰C minskar batterikapaciteten med 50 %.

Tar man ett representativt 12-voltsbatteri med en kapacitet på 100 ampere/timme för beräkning är det lätt att räkna ut att det kan ge energi till konsumenter med en total effekt på 1200 watt under en hel timme. Men detta är med fullständig urladdning, vilket är extremt oönskat.

För långvarig batteritid rekommenderas det INTE att minska deras laddning till under 70 %. Gränsvärde = 50 %. Med siffran 60% som den "gyllene medelvägen" baserar vi efterföljande beräkningar på energireserven på 720 Wh för varje 100 Ah av den kapacitiva komponenten i batteriet (1200 Wh x 60%).

Kanske kommer det att kosta mindre att köpa ett batteri med en kapacitet på 200 Ah än att köpa två 100 Ah-batterier, och antalet batterikontakter kommer att minska

Initialt måste batterier installeras 100 % laddade från en stationär strömkälla. Laddningsbara batterier måste helt täcka lasterna i mörker. Om du har otur med vädret, bibehåll de nödvändiga systemparametrarna under dagen.

Det är viktigt att ta hänsyn till att ett överskott av batterier kommer att leda till deras konstanta underladdning. Detta kommer att avsevärt minska livslängden. Den mest rationella lösningen verkar vara att utrusta enheten med batterier med en energireserv som är tillräcklig för att täcka en daglig energiförbrukning.

För att ta reda på den totala batterikapaciteten, dividera den totala dagliga energiförbrukningen på 12000 Wh med 720 Wh och multiplicera med 100 A*h:

12 000 / 720 * 100 = 2500 A*h ≈ 1600 A*h

Totalt kommer vi för vårt exempel att behöva 16 batterier med en kapacitet på 100 eller 8 på 200 Ah, seriekopplade.

Att välja en bra kontroller

Kompetent urval batteriladdningskontroll (AKB) är en mycket specifik uppgift. Dess ingångsparametrar måste motsvara de valda solcellsmodulerna, och utspänningen måste motsvara den interna potentialskillnaden i solsystemet (i vårt exempel, 24 volt).

En bra kontrollant måste tillhandahålla:

1. Flerstegs batteriladdning, vilket multiplicerar deras effektiva livslängd.
2. Automatisk ömsesidig, batteri och solbatteri anslutning-frånkoppling i samband med laddning-urladdning.
3. Återansluter belastningen från batteriet till solbatteriet och vice versa.

Denna lilla enhet är en mycket viktig komponent.

Om vissa konsumenter (till exempel belysning) växlas till direkt strömförsörjning på 12 volt från styrenheten, kommer en mindre kraftfull växelriktare att behövas, vilket innebär billigare

Rätt val av styrenhet avgör den problemfria driften av ett dyrt batteripaket och balansen i hela systemet.

Att välja den bästa växelriktaren

Växelriktaren är vald med sådan effekt att den kan ge långvarig toppbelastning. Dess inspänning måste motsvara den interna potentialskillnaden i solsystemet.

För det bästa valet rekommenderas det att vara uppmärksam på följande parametrar:

1. Form och frekvens på den tillförda växelströmmen. Ju närmare en sinus på 50 hertz, desto bättre.
2. Enhetens effektivitet. Ju högre 90%, desto mer underbart.
3. Egen förbrukning av enheten. Måste stå i proportion till systemets totala strömförbrukning. Helst - upp till 1%.
4. En nods förmåga att motstå kortvariga dubbla överbelastningar.

Den mest utmärkta designen är en växelriktare med inbyggd styrfunktion.

Montering av ett hushållssolsystem

Vi har gjort ett fotoval som tydligt visar processen att montera ett hushållssolsystem från fabrikstillverkade moduler:

Slutsatser och användbar video om ämnet

Video #1. Gör-det-själv-demonstration av installation av solpaneler på taket av ett hus:

Video #2. Val av batterier för ett solsystem, typer, skillnader:

Video #3. Landligt solkraftverk för dig som gör allt själv:

De övervägda praktiska beräkningsmetoderna steg-för-steg, den grundläggande principen för effektiv drift av ett modernt solpanelbatteri som en del av en autonom solcellsstation för hemmet kommer att hjälpa ägarna till både ett stort hus i ett tätbefolkat område och ett hus på landet i vildmarken för att få energisuveränitet.

Vill du dela med dig av dina personliga erfarenheter som du fick under konstruktionen av ett mini solsystem eller bara batterier? Har du några frågor som du vill ha svar på, eller har du hittat några brister i texten? Lämna kommentarer i blocket nedan.