Как подключать солнечные батареи. Что нужно знать подключая солнечную батарею? Как подключить контроллер солнечной батареи

В последнее время мы замечаем, что у владельцев большой и малой загородной недвижимости все большим интересом начинает пользоваться альтернативная энергетика и особенно получение электроэнергии с помощью солнечных панелей(солнечных батарей, фотоэлектрических модулей, ФСМ).

Это происходит из-за снижения цен на солнечные панели и ростом информированности людей о появляющихся возможностях. Но не смотря на снижающиеся цены, срок окупаемости систем солнечного (ветряного и т.п.) энергообеспечения при наличии подведенной электросети остается очень большим (10 и более лет с учетом амортизации аккумуляторов).

Если же электросеть отсутствует, то в летний период солнечное электричество может стать отличным способом обеспечения базовых потребностей — освещение, небольшой холодильник, насос и телевизор/радиоприемник. И все это по умеренной цене, сравнимой с ценой бензогенератора даже без учета расхода горючего и ресурса последнего.

Основными компонентами бюджетной системы солнечного электроснабжения являются:

Солнечная панель или батарея панелей, объединенных последовательно или параллельно;

Контроллер солнечных панелей - контроллер заряда АКБ от солнечных панелей;

Аккумулятор (АКБ) или батарея АКБ для накопления электроэнергии на случай пиковых нагрузок, ночное время и пасмурные периоды погоды;

Инвертор напряжения (или источник бесперебойного питания с внешними АКБ) для преобразования низковольтного постоянного напряжения в переменное 220 Вольт 50 Гц.**

Контроллером в бюджетной системе обычно является недорогое устройство производства КНР с тремя парами клемм, рассчитанное на батарею солнечных панелей мощностью 100-500 Ватт, с функцией MPPT или без и имеющее минимум настроек, в основном связанный с ночным освещением и MPPT. В данной статье мы приведем необходимое знание - порядок подключения компонентов системы*.

Схема соединения компонентов системы солнечного электроснабжения

Порядок подключения контроллера солнечных панелей:

В первую очередь к контроллеру подключается заряженный аккумулятор (батарея АКБ).

Это необходимо, чтобы контроллер правильно определил номинальное напряжение системы (обычно 12В или 24В). Толщину всех проводов необходимо выбирать исходя из номинального тока контроллера***;

Внимание! Неправильная полярность (+/-) может привести к выходу контроллера из строя;

Подключите к контроллеру солнечную панель, предварительно проверив полярность соединения.

Внимание! Неправильная полярность (+/-) может привести к выходу из строя компонентов системы & как панелей, так и самого контроллера;

Третья пара клемм предназначена только для низковольтного ночного освещения по расписанию! Подключение большой нагрузки к этим клеммам может вывести контроллер из строя, так как они рассчитаны на небольшой ток.

Ночное освещение (если установлено) включается контроллером автоматически после захода солнца и работает на напряжении АКБ. Многие контроллеры позволяют настроить время работы данного освещения после заката, а некоторые позволяют включать освещение на время перед восходом солнца;

Инвертор напряжения 12В → 220В (24В → 220В) или источник бесперебойного питания (ИБП) должен подключатся напрямую к АКБ.

При пиковых (пусковых) нагрузках аккумулятор является буфером, защищающим контроллер от повреждения, так как обычная свинцово-кислотная батарея она способна отдавать ток, десятикратно превышающий номинальную емкость;

Внимание! Неправильная полярность подключения (+/-) может привести к выходу инвертора из строя;

К инвертору напряжения (ИБП) подключается необходимая нагрузка, работающая от 220 Вольт. Пиковое потребление тока нагрузкой не должно превосходить возможности инвертора!

Выбор инверторов и ИБП напряжения достаточно велик, а цены невысоки. Необходимо лишь правильно подобрать инвертор под вашу нагрузку по значению пиковой мощности (перегрузочной способности) и форме сигнала напряжения ("модифицированный" или "чистый" синус).

Если Вас заинтересовали системы солнечного электроснабжения, не стесняйтесь обратиться к нам за консультацией.

* Приведенная схема подключения соответствует большинству контроллеров производства КНР с тремя парами клемм. В любом случае перед подключением рекомендуется прочесть или просто изучить инструкцию к контроллеру. Соблюдайте правила безопасной работы с электричеством!

** Для оптимального накопления и сохранения солнечной электроэнергии в АКБ рекомендуется использовать инверторы со "спящим режимом" или линейно-интерактивные ИБП.

*** Обычно используется правило 1мм2 на 10 Ампер тока, но более толстые провода сделают систему более надежной и энергоэффективной.

Подключение солнечных батарей нередко вызывает определенные вопросы, особенно когда требуется соединить несколько модулей. Кажется, что это очень сложный процесс, требующий специфических знаний. А на самом деле схема подключения очень проста, ее легко реализовать и собрать фотобатарею нужной мощности.

Существует три варианта включения батарей в общую цепь. Это последовательное, параллельное и смешанное (последовательно-параллельное) соединения.

В этом случае одноименные клеммы двух модулей соединяются между собой («плюс» с «плюсом», «минус» - с «минусом»). Далее от клемм одного из фотомодулей выводятся провода, которые и подключаются или к контроллеру заряда, или непосредственно к аккумулятору. Таким образом, можно объединять любое количество солнечных батарей, главное – соединять друг с другом только одноименные клеммы.

Эта схема подразумевает соединение «плюса» первого модуля с «минусом» второго, и вывод внешних проводов от «минуса» первого фотомодуля и «плюса» второго. Здесь также не имеет значения, сколько солнечных панелей будет объединено в одну батарею. Главное – не нарушить принцип. «Плюс» первого на «минус» второго, «плюс» второго на «минус» третьего, «плюс» третьего на «минус» четвертого и т.д. Провода от незадействованных клемм («минус» первого модуля и «плюс» последнего) выводятся на контроллер или аккумулятор.

Нередко используется и смешанная схема подключения. В этом случае для начала нужно собрать две группы параллельно соединенных модулей (объединив одноименные клеммы), а затем соединить их между собой последовательно так, как будто это единичные модули, а не группы. Количество групп (равно как и число батарей в них) может быть любым.

Зачем нужны разные соединения

Разные способы коммутации необходимы для получения нужных выходных параметров. К примеру, если требуется обеспечить мощность в 160 Вт и напряжение 12 В, а мощность одной солнечной батареи только 80 Вт при требуемых 12 В, то это означает, что нужно параллельно соединить 2 батареи. В итоге напряжение системы не изменится (12 В), а суммарная выходная мощность станет 160 Вт. Если же необходимо получить выходное напряжение не 12 В, а, скажем, 24 В, то в этом случае применяется последовательное соединение двух модулей. Смешанная схема позволяет регулировать оба параметра одновременно. Таким образом, используя разные типы коммутации можно собрать солнечную электростанцию с оптимально подходящими для работы характеристиками.

Подключение к энергосистеме дома

Что же касается интеграции собранного гелибатареи в энергосистему частного дома, то здесь есть несколько вариантов. Так, самой востребованной является схема с использованием контроллера заряда, батарейного инвертора и аккумуляторных батарей. Напряжение от гелиополя сначала направляется на заряд АКБ и лишь после этого передается на нагрузку.

Нагрузку, как правило, подразделяют на 2 категории: резервируемую (холодильники, газовые котлы, аварийное освещение и т.д.) и не резервируемую (обычное освещение, компьютер и пр.). Потребляемая мощность резервируемых приборов может быть любой, но длительность их автономной работы определяется емкостью АКБ.

Благодаря наличию особого батарейного инвертора становится возможной передача электричества на нагрузки в том случае, если напряжение на АКБ превышает заданное значение. При этом потребители могут запитываться от гелиоэнергии даже при наличии напряжения в центральной электросети. Таким образом, существенно уменьшается внешнее энергопотребление дома.

При отключении центральной сети инвертор запитает резервируемую нагрузку от АКБ. Если гелиополе в это время производит энергию, то инвертор использует и ее. Излишки солнечной энергии, не расходуемые на нагрузку, пойдут на зарядку АКБ. Данная схема отлично подходит для обеспечения автономного энергоснабжения, она работает и при отсутствии центрального напряжения питания. Но при этом не резервируемая нагрузка будет запитываться только от солнца (по остаточной технологии), приоритетными являются резервируемые потребители.

Если же планируется использовать гелиополе лишь для снижения энергопотребления из внешней сети, то можно воспользоваться более простой и дешевой схемой. Она гораздо выгоднее при редких и кратковременных отключениях электричества. Днем гелиополе снабжает энергией потребителей, если этого недостаточно, то электричество забирается из внешней сети. Но при отключении централизованного питания инвертор выключится и солнечная энергия не будет использоваться. Резервируемая нагрузка будет питаться от АКБ.

Либо просто хотите организовать независимое электроснабжение участка, первым делом нужно выбрать подходящую электростанцию и разобраться с ее подключением. Как первый, так и второй момент может вызвать множество вопросов, особенно у новичков в электрике. Чтобы читатели « » умели соединять панели между собой и подключать их к домашней сети далее мы рассмотрим наиболее эффективные схемы подключения солнечных батарей к контроллеру, аккумулятору и сети загородного дома!

Итак, первое, о чем Вы должны иметь представление – из чего состоит комплект солнечной электростанции. Основные элементы системы представлены следующими устройствами:

1. Солнечные батареи или как их еще называют солнечные элементы, панели или фотоэлектрические преобразователи. Они нужны для преобразования солнечного света в электроэнергию.
2. Контроллер солнечных панелей. Следит за зарядом и разрядом АКБ. Бывают разных видов – On/Off, PWM, MPPT. Контроллеры перечислены в порядке возростания сложности и эффективности алгоритмов заряда. MPPT – позволяют добиться большей эффективности за счет того, что находят оптимальные параметры напряжения и тока, для закачки максимально возможной мощности в аккумуляторы. Это происходит на основании анализа режима работы в текущий момент и ВАХ солнечной панели. Основная задача контроллера – следить за зарядом АКБ, чтобы не допустить перезаряда или чрезмерного их разряда. Простыми словами, когда аккумуляторная батарея полностью заряжена или разряжена АКБ отключаются от панели или нагрузки.
3. Аккумулятор, предназначен для накопления сгенерированной электроэнергии.
4. Инвертор – преобразовывает 12 Вольт в переменные 220, необходимые для работы домашних электроприборов, системы освещения и бытовой техники.

Обращаем Ваше внимание на то, что между всеми устройствами: контроллером, инвертором, нагрузкой и аккумулятором желательно поставить предохранители, которые защитят систему при !

В простейшем исполнении схема подключения солнечных батарей к контроллеру, аккумулятору, инвертору и нагрузке выглядит следующим образом:

Как Вы видите, особых сложностей в подключении нет, главное соблюдать полярность и подключать все штекеры в нужные разъемы контроллера. В таком варианте очень сложно что-то перепутать. А вот если Вы решили использовать электроэнергию от солнца одновременно со стационарной сетью, схема подключения солнечных батарей в электросеть дома должна выглядеть следующим образом:

Тут нужно пояснить: резервируемая нагрузка – это , котел и, к примеру, холодильник. Не резервируемая – бытовая техника, свет в доме и т.д. Чем больше емкость аккумулятора, тем дольше смогут проработать резервируемые электроприборы в автономном режиме!

Со схемой подключения солнечных батарей к сети переменного тока разобрались. Теперь нужно рассмотреть не менее важную часть вопроса – правильное соединение панелей между собой.

Если у вас готовая солнечная панель, то вам нужно узнать её выходное напряжение и подключить к контроллеру, но они бывают на 12 и 24В и 12/24В. Если у вас солнечная панель рассчитана на работу с 12В аккумуляторами и контролерами нужно соединить их напрямую. Иногда нужно соединять батареи последовательно, чтобы получить нужное напряжение. Поэтому рассмотрим три основных способа соединения. Такие же рекомендации для сборки солнечной батареи своими руками из отдельных ячеек.

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.

Альтернативная энергетика становится все доступнее. Эта статья даст вам полное представление о солнечной энергетике локальных масштабов, видах фотоэлементов и панелей, принципах построения солнечных ферм и экономической обоснованности.

Особенности солнечной энергетики в средних широтах

Для жителей средних широт альтернативная энергетика весьма привлекательна. Даже в северных широтах среднегодовая суточная доза излучения составляет 2,3-2,6 кВт·ч/м 2 . Чем ближе к югу — тем выше этот показатель. В Якутске, например, интенсивность солнечного излучения составляет 2,96, а в Хабаровске — 3,69 кВт·ч/м 2 . Показатели в декабре составляют от 7% до 20% от среднегодового значения, а в июне и июле возрастают вдвое.

Вот пример расчета эффективности солнечных панелей для Архангельска — региона с одним из самых низких показателей интенсивности солнечного излучения:

• Q — среднегодовое количество солнечной радиации в регионе (2,29 кВт·ч/м 2);
• К откл — коэффициент отклонения поверхности коллектора от южного направления (среднее значение: 1,05);
• P ном — номинальная мощность солнечной панели;
• К пот — коэффициент потерь в электроустановках (0,85-0,98);
• Q исп — интенсивность излучения, при которой панель испытывалась (обычно 1000 кВт·ч/м 2).

Последние три параметра указываются в паспорте панелей. Таким образом, если в условиях Архангельска работают панели KVAZAR с номинальной мощностью 0,245 кВт, а потери в электроустановке не превышают 7%, то один блок фотоэлементов обеспечит генерацию в размере около 550 Вт·ч. Соответственно, для объекта с номинальным потреблением 10 кВт·ч понадобится около 20 панелей.

Экономическая обоснованность

Сроки окупаемости солнечных панелей посчитать несложно. Умножьте суточное количество производимой энергии в сутки на количество суток в году и на срок эксплуатации панелей без снижения мощности — 30 лет. Рассмотренная выше электроустановка способна генерировать в среднем от 52 до 100 кВт·ч в сутки в зависимости от продолжительности светового дня. Среднее значение составляет около 64 кВт·ч. Таким образом, за 30 лет электростанция в теории должна выработать 700 тыс. кВт·ч. При одноставочном тарифе в 3,87 руб. и стоимости одной панели около 15 000 руб, затраты окупятся за 4-5 лет. Но реальность более прозаична.

Дело в том, что декабрьские значения солнечной радиации меньше среднегодовых примерно на порядок. Поэтому для полностью автономной работы электростанции зимой требуется в 7-8 раз больше панелей, чем летом. Это существенно увеличивает вложения, но уменьшает срок окупаемости. Перспектива введения «зеленого тарифа» выглядит вполне ободряюще, но даже на сегодняшний день можно заключить договор на поставку электроэнергии в сеть по оптовой цене, которая втрое ниже розничного тарифа. И даже этого достаточно, чтобы выгодно продавать 7-8 кратный излишек выработанной электроэнергии в летний период.

Основные типы солнечных панелей

Существует два основных типа солнечных панелей.

Твердые кремниевые фотоэлементы считаются элементами первого поколения и наиболее распространены: около 3/4 рынка. Их существует две разновидности:

• монокристаллические (черного цвета) имеют высокий КПД (0,2-0,24) и малую цену;
• поликристаллические (темно-синего цвета) дешевле в производстве, но менее эффективны (0,12-0,18), хотя при рассеянном свете их КПД снижается меньше.

Мягкие фотоэлементы называют пленочными и изготавливают либо из кремниевого напыления, либо путем многослойной композиции. Кремниевые элементы дешевле в производстве, но их КПД в 2-3 раза ниже кристаллических. Однако при рассеянном свете (сумерки, пасмурность) они эффективнее кристаллических.

Некоторые виды композитных пленок имеют КПД около 0,2 и стоят гораздо больше твердых элементов. Их применение в солнечных электростанциях весьма сомнительно: пленочные панели в большей степени подвержены деградации со временем. Основная область их применения — мобильные энергоустановки с низким потреблением энергии.

Гибридные панели включают помимо блока фотоэлементов также коллектор — систему капиллярных трубок для нагрева воды. Преимущество их не только в экономии площади и возможности горячего водоснабжения. За счет водяного охлаждения фотоэлементы меньше теряют в производительности при нагреве.

Таблица. Обзор производителей

Оборудование гелиоэнергетического комплекса

Батареи генерируют при работе постоянный ток величиной до 40 В. Чтобы использовать его в бытовых целях, требуется ряд преобразований. За это отвечает следующее оборудование:

1. Блок аккумуляторных батарей. Позволяет пользоваться выработанной энергией ночью и в часы малой интенсивности. Используются гелиевые аккумуляторы номинальным напряжением 12, 24 или 48 В.
2. Контроллеры заряда поддерживают оптимальный цикл работы аккумуляторов и переводят требуемую мощность на питание потребителей. Необходимое оборудование подбирается под параметры батарей и аккумуляторов.
3. Инвертор напряжения трансформирует постоянный ток в переменный и имеет ряд дополнительных функций. Во-первых, инвертор устанавливает приоритет источника напряжения, а при недостатке мощности «подмешивает» питание из другого. Гибридные инверторы позволяют также отдавать излишек вырабатываемой энергии в городскую сеть.

1 — солнечные батареи 12 В; 2 — солнечные батареи 24 В; 3 — контроллер заряда; 4 — АКБ 12 В; 5 — освещение 12 В; 6 — инвертор; 7 — автоматика «умного дома»; 8 — блок АКБ 24 В; 9 — аварийный генератор; 10 — основные потребители 220 В

Применение в домашнем хозяйстве

Солнечные панели могут использоваться в абсолютно любых целях: от компенсации получаемой энергии и питания отдельных линий до полной автономизации энергосистемы , включая отопление и горячее водоснабжение. В последнем случае важную роль играет масштабное применение энергосберегающих технологий — рекуператоров и тепловых насосов.

При смешанном использовании гелиоэнергетики используют инверторы. При этом питание может направляться либо на работу отдельных линий или систем, либо частично компенсировать использование городского электричества. Классический пример эффективной энергосистемы — тепловой насос, питаемый небольшой солнечной электростанцией с блоком аккумуляторов.

1 — городская сеть 220 В; 2 — солнечные батареи 12 В; 3 — освещение 12 В; 4 — инвертор; 5 — контроллер заряда; 6 — основные потребители 220 В; 7 — АКБ

Традиционно панели устанавливают на крышах зданий, а в некоторых архитектурных решениях они полностью заменяют кровельное покрытие. При этом панели необходимо ориентировать на южную сторону таким образом, чтобы падение лучей на плоскость было перпендикулярным.