Схема солнечной электростанции для дома

Контроллер заряда необходимо подключить к батареям: черный (-) и красный (+). После этого контроллер сможет определить необходимое рабочее напряжение (12 В, 24 В или 48 В); вы можете сразу же настроить контроллер заряда на соответствующий тип батарей.

Содержание

Как собрать солнечную электростанцию: полное руководство по самостоятельному строительству солнечной электростанции

Солнечная энергия становится все более популярной среди населения. И неудивительно: солнечная электростанция обеспечивает независимость от нестабильной центральной электросети, ее можно устанавливать в отдаленных населенных пунктах и, самое главное, это экономически выгодное вложение средств. Тем не менее, стоимость компонентов системы в последнее время становится все более доступной, что побуждает многих задавать вопрос: "Как построить солнечную электростанцию?". Что ж, давайте разберемся.

Чтобы установить солнечную электростанцию, вам понадобятся

солнечная панель
Контроллер заряда
Инвертор, преобразующий постоянный ток, вырабатываемый солнечной панелью, в переменный ток, необходимый для питания электроприборов.
Аккумулятор для хранения электроэнергии и использования ее ночью или в пасмурную погоду, когда производство электроэнергии солнечной панелью снижается.

Кроме того, базовые знания электротехники и математики помогут рассчитать точную нагрузку и количество компонентов, необходимых для сборки эффективной и стабильной солнечной электростанции.

Строительство солнечной электростанции: расчет нагрузки системы

Вы не можете просто купить все части солнечной электростанции и решить, что она обеспечит достаточное количество энергии для вашего дома. Прежде чем это сделать, стоит рассчитать нагрузку на оборудование. Это не так сложно, как может показаться на первый взгляд:

Определите, какие потребители будут подключены к сети и как долго они будут работать. Рассмотрите все возможные потребители, от светильников до крупной бытовой техники.
Проанализируйте энергопотребление каждого подключенного прибора. Всю необходимую информацию можно найти в технических паспортах или в Интернете.
Последний шаг – рассчитать потребление электроэнергии в ватт-часах. Например, вы планируете использовать лампу накаливания мощностью 10 Вт в течение 10 часов. За это время лампа потребит 100 ватт-часов. Повторите этот шаг для каждого потребителя электроэнергии.

После того как вы произвели расчеты нагрузки, следует выбрать соответствующие компоненты системы.

Шаг 1: Расчет нагрузки

Перед выбором компонентов сначала необходимо рассчитать нагрузку приборов, которые будут подключены к солнечной системе, и время их работы. Для этого выполните следующие действия:

Определите, какие приборы (освещение, вентилятор, телевизор, насос и т.д.) вы будете подключать и как долго (в часах) они будут работать;
Изучите технические характеристики приборов, чтобы определить их мощность;
Рассчитайте количество использованной электроэнергии в ватт-часах (Вт*ч), которое равно произведению мощности электроприборов (Вт) и времени работы (ч).

Например, вы хотите включить какой-либо прибор мощностью 10 Вт на 5 часов от солнечной батареи. Количество использованной электроэнергии составит: 10 Вт х 5 ч = 50 Вт*ч. Таким же образом рассчитайте общее количество потребленной энергии для каждого прибора и сложите полученные значения.

Пример: настольная лампа = 10 Вт х 5 ч = 50 Вт*ч + вентилятор = 50 Вт х 2 ч = 100 Вт*ч, телевизор = 50 Вт х 2 ч = 100 Вт*ч, итого = 50 + 100 + 100 = 250 Вт*ч.

После того как расчет нагрузки завершен, пора приступать к выбору компонентов в соответствии с требованиями нагрузки.

Шаг 2: Выбор аккумулятора

Все солнечные панели являются источниками постоянного тока. Они вырабатывают электроэнергию только днем. Если есть необходимость подключить нагрузку постоянного тока в течение дня, то с этим нет проблем, можно подключиться непосредственно от панелей. Однако это не самое лучшее решение:

Для эффективной работы большинства устройств необходимо постоянное номинальное напряжение. Напряжение и ток, передаваемые солнечными панелями, не являются постоянными. Они меняются в зависимости от интенсивности солнечного света, а пасмурная погода – это не очень хорошо.
Если вы захотите включить что-то ночью, оно просто не включится.

Эта проблема решается с помощью батарей, которые накапливают энергию днем и используют ее ночью. Существует много типов батарей. Батареи с открытыми элементами и жидким электролитом, к которым относятся автомобильные аккумуляторы, предназначены для обеспечения высокого тока в течение коротких периодов времени. Они не предназначены для глубокого разряда, у них другие задачи. Батареи для солнечных панелей – это батареи глубокого цикла, которые легко переносят частичные разряды и предназначены для глубоких медленных разрядов. Для солнечных электростанций хорошо подходят гелевые и литиевые батареи (о том, какие батареи лучше для солнечных электростанций, мы писали здесь).

Примечание: Перед выбором компонентов важно определить, какая система напряжения вам нужна: 12/24 В или 48 В. Чем выше напряжение, тем меньше ток будет протекать в медных проводах и тем меньше будут потери. Кроме того, чем выше рабочее напряжение, тем меньше площадь поперечного сечения проводов. Чаще всего в качестве бытовых электростанций используются системы с рабочим напряжением 12В или 24В. Это связано с тем, что некоторые бытовые приборы могут питаться непосредственно от генераторной установки, без двойного преобразования напряжения (повышения и понижения), которое приводит к потерям мощности. В этом проекте мы рассмотрим систему на 12 В.

Емкость аккумулятора рассчитывается в ампер-часах (Ач).
Емкость (Вт) = Напряжение (В) х Ток (А). – Вт*ч = Напряжение (В) х Ток (А) х Время (ч) = Вт*ч.
Напряжение батареи = 12 В (для нашей системы).

Сбор данных

В принципе, наша система готова – нам нужно только подключить панели к инвертору, включить его в обычную розетку, и все будет работать. Однако мы хотим как минимум видеть, сколько энергии поступает от панелей, а как максимум – вести более сложный учет полученной энергии.

Для начала нам нужен измеритель мощности, который отображает текущие показания на экране.

Он может отображать основные параметры (мощность, напряжение, ток, общее количество киловатт-часов), но не имеет "сетевых" функций или возможности регистрации данных.

Общее количество киловатт-часов полезно для утюга или холодильника, но для солнечных батарей важно видеть мощность в течение дня. Поиск показал, что наилучшую функциональность обеспечивает интеллектуальная розетка TP-Link Checkout HS110 по цене около 25 евро – она не только способна отображать данные о мощности, но для нее также существует Python API для получения актуальных данных. Важно не перепутать его с моделью HS100, у нее нет измерения мощности. Кстати, в качестве бонуса, программное обеспечение TP-Link имеет собственное облако, и значения генерации можно просматривать онлайн из любой точки мира:

К сожалению, ни одна из "умных розеток" не имеет собственного ЖК-экрана (я давно знаю, что все маркетинговые и дизайнерские решения принимаются инопланетянами, которые, в данном случае, считают, что удобнее взять в руки смартфон и сделать 10 касаний, чтобы посмотреть мощность, чем просто посмотреть на ЖК-экран). По сути, мы имеем дело с "паровозом". – Первая "не умная" розетка показывает значения генерации на экране, вторая "умная", но без экрана, обеспечивает подключение через WiFi. Спасибо современным маркетологам (а может, в этом и есть смысл, в итоге я потратил деньги на 2 устройства вместо одного).

Результаты

Довольно сложно настроить погоду так, чтобы день был либо полностью светлым, либо полностью пасмурным. Я добавлю скриншоты в текст, когда появятся такие данные. Пока же, исходя из последних данных, выработка электроэнергии за день на момент написания статьи выглядит следующим образом:

В моем случае балкон выходит на запад, утром панели находятся в тени, а полная мощность начинается во второй половине дня. Но к 9 утра я уже получаю до 25 Вт, что довольно неплохо. Как видно на графике, пиковая мощность составляла около 175 Вт, также хорошо видны "пробелы" на графике из-за периодически появляющихся облаков. Генерация заканчивается после 21:00 – летом световой день длинный, зимой он, конечно, короче.
В течение дня было выработано 0,73 кВт/ч электроэнергии:

Если бы облаков не было вообще, мы, вероятно, могли бы ожидать увеличения на 20-30%, т.е. общее количество было бы ровно 1 кВт-ч/день. Кстати, панели работают и в пасмурную погоду, но выработка явно ниже, и только в очень темных грозовых тучах она может упасть до нуля.

Для сравнения, вот как выглядит генерация в пасмурный дождливый день, за весь день выработано 0,21 кВт/ч.:

Много это или мало? По данным Google, 0,2 кВт/ч достаточно, чтобы вскипятить 2 литра воды в электрическом чайнике, что неплохо для энергии "с неба".

С другой стороны, можно сказать, что эффективность не так высока, как хотелось бы. К сожалению, производители пишут на панелях максимальное значение мощность, полученная при перпендикулярном солнечном свете и кристально чистом воздухе на Луне в Гималаях. В реальности солнце постоянно движется по небу, и оптимальный угол падения длится не более 1-2 часов в день. Конечно, в этом нет ничего плохого, просто нужно учитывать, что, например, истинные 100 Вт от 100-ваттной солнечной панели практически никогда не будут получены.

Выбор типа фотопреобразователя

Шаги по созданию собственного солнечного генератора начинаются с выбора типа кремниевого фотоэлектрического преобразователя.

Эти компоненты бывают трех типов:

аморфный;
монокристаллический;
поликристаллический.

Каждый вариант имеет свои преимущества и недостатки, и выбор в пользу того или иного из них делается исходя из суммы, потраченной на приобретение всех компонентов системы.

Особенности аморфных разновидностей

Аморфные модули состоят не из кристаллического кремния, а из производных кремния (силана или водородного кремния). Путем распыления в вакууме они наносятся очень тонким слоем на высококачественную металлическую фольгу, стекло или пластик.

Готовые изделия имеют блеклый, выцветший серый оттенок. На поверхности не наблюдается видимых кристаллов кремния. Основным преимуществом гибких солнечных элементов является их доступность, но их эффективность очень низкая, в пределах 6-10%.

Солнечные элементы на основе аморфного кремния обладают большей гибкостью, демонстрируют высокое оптическое поглощение (в 20 раз выше, чем моно- или поликристаллические аналоги) и гораздо эффективнее работают в пасмурную погоду.

Особенности поликристаллических типов

Поликристаллические солнечные элементы производятся путем постепенного, очень медленного охлаждения расплавленного кремния. Полученные продукты имеют темно-синий цвет, поверхность с характерным морозным узором и эффективность от 14 до 18%.

Более высокой эффективности препятствуют участки материала, которые отделены от общей структуры гранулированными границами.

Как изготовить каркас для панелей?

Для изготовления каркаса будущего генератора используются цельные деревянные рейки или алюминиевые уголки. Деревянный вариант считается менее практичным, так как материал требует дополнительной обработки, чтобы избежать последующего гниения и расслоения.

Чтобы деревянный каркас выдержал нагрузки при эксплуатации и не сгнил после первого дождя, его необходимо пропитать специальным составом, который защищает древесину от влаги.

Алюминий обладает гораздо более привлекательными физическими свойствами и благодаря своей легкости не создает излишней нагрузки на крышу или другую несущую конструкцию, на которой будет установлен блок.

Кроме того, благодаря антикоррозийному покрытию металл не ржавеет, не гниет, не впитывает влагу и легко переносит любые агрессивные погодные условия.

Для создания каркасной конструкции из алюминиевых уголков сначала определяется размер будущей панели. В стандартном варианте на один блок приходится 36 фотоэлементов размером 81 мм х 150 мм.

Между фрагментами оставляется небольшой зазор (примерно 3-5 мм) для правильного последующего использования. Это пространство позволяет изменить основные параметры подложки, подвергшейся воздействию погодных условий. В результате общий размер заготовки составляет 83 мм x 690 мм, а ширина угла рамы – 35 мм.

Кремниевые пластины, заключенные в раму из алюминиевого профиля, выглядят почти как изделия заводского производства. Прочная и надежная рама придает системе отличную герметичность и обеспечивает всей конструкции высокий уровень жесткости.

Собственная система солнечной энергии

Собственная электросеть выручит при отсутствии централизованной сети (в отдаленных и труднодоступных районах, на природе, в походе), а также при формировании более экологичного подхода к потреблению природных ресурсов.

Собрать собственную солнечную электростанцию очень просто: она состоит всего из четырех компонентов:

солнечные панели
батарея
контроллер;
инвертор.

Все эти компоненты легко найти и заказать в интернет-магазинах. Но как сделать солнечную электростанцию своими руками, чтобы создать полноценную автономную энергосистему для своего дома? Для начала необходимо собрать информацию о ваших потребностях, мощности участка, на котором будет работать солнечная электростанция, и произвести все необходимые расчеты для выбора компонентов.

Как рассчитать количество солнечных панелей

Выбор солнечной электростанции начинается с поиска информации о солнечной инсоляции в вашем регионе – количестве солнечной энергии, достигающей поверхности земли (измеряется в ваттах на квадратный метр). Эту информацию можно найти в специальных справочниках погоды или в Интернете. Обычно солнечная инсоляция указывается отдельно для каждого месяца, так как ее уровень сильно зависит от времени года. Если вы планируете использовать свою солнечную систему круглый год, вам следует ориентироваться на месяцы с самыми низкими показателями.

Затем рассчитайте потребность в энергии на каждый месяц. Помните, что при автономной солнечной энергосистеме важна не только мощность накопления энергии, но и ее экономичное использование. Меньшая потребность позволит вам значительно сэкономить при покупке солнечных батарей и создании бюджетного варианта солнечной электростанции своими руками.

Другие схемы солнечных электростанций своими руками

Солнечные электростанции являются практичным альтернативным методом энергоснабжения дома. Однако не во всех регионах солнечного света достаточно, чтобы покрыть расходы на солнечное оборудование и обеспечить полноценное электроснабжение. Иногда стоит обратить внимание на гибридные солнечные электростанции, которые также можно построить своими руками, но которые могут включать в себя помимо солнечных панелей ветряные турбины и дизельные или даже бензиновые генераторы.

Если вы просто хотите попробовать "приручить" солнечную энергию, но не готовы полностью изменить систему электроснабжения вашего дома, сделайте мини солнечную электростанцию своими руками. Она будет состоять из нескольких солнечных панелей, аккумулятора и контроллера. Все это поместится в чемодан, но обеспечит энергией в случае внезапного отключения электричества, поездки на дачу или на природу. Расчет и подбор компонентов производится по тому же принципу, что и для полноценной домашней станции.

Похожие публикации: