Ответы на часто задаваемые вопросы по подключению солнечных панелей

Хочу установить альтернативные источники энергии (солнечную и ветровую электростанцию) на своем земельном участке. С чего начать?

Каково устройство солнечной батареи? Как влияет затемнение на солнечную панель?

Какое оборудование кроме солнечных панелей необходимо для электроснабжения?

Есть ли схема подключения оборудования в солнечную электростанцию?

Нужны ли автоматы отключения цепей контроллера, нагрузки и солнечных панелей?

Какой толщины в квадратах нужен кабель (провод) для подключения солнечной (ветровой)электростанции? Как перевести AWG в квадратные мм?

Как подобрать номинал автомата для контроллера, инвертора, панели?

Как меняется мощность солнечной панели в зависимости от сезона эксплуатации?

Под каким углом устанавливать солнечные панели?

В чем преимущество монокристаллических солнечных панелей с учетом их более высокой цены?

Чем отличаются аморфные солнечные панели от моно и поликристаллических?

Как крепить солнечные панели?

Какого размера солнечные панели лучше устанавливать: 100-ваттные или большие на 300 Вт?

Какую площадь занимает солнечная электростанция, кв.м.?

Как рассчитать необходимую мощность солнечных панелей?

Как рассчитать емкость аккумуляторов?

Какой должна быть мощность солнечных панелей, чтобы гарантированно зарядить аккумуляторы?

Как рассчитать мощность инвертора?

Как выбирать контроллер заряда солнечной батареи панели?

Как и сколько солнечных панелей подключать к контроллеру заряда?

Можно ли к одному аккумулятору подключить два контроллера заряда со своими солнечными панелями?

Можно ли солнечную панель на 24В подключить к аккумуляторной системе на 12В?

Работает ли болгарка и электропила на солнечных панелях?

Работает ли электроплита на солнечных панелях?

Как и где хранить аккумуляторы?

Как эксплуатировать аккумуляторы?

Каков срок службы аккумулятора в режиме ИБП (источника бесперебойного питания) и при работе в автономных системах(солнечные батареи, ветряки)?

Какие аккумуляторы предпочтительнее: необслуживаемые (герметичные) или дешевые обслуживаемые автомобильные?

Какую систему напряжения лучше использовать: постоянного тока 12В или переменного тока 220В в системах автономного энергоснабжения?

Хочу установить альтернативные источники энергии (солнечную и ветровую электростанцию) на своем земельном участке. С чего начать?

Начинать нужно с солнечной электростанции. Можно приобрести 2 панели по 100Вт и дешевый контроллер. Подсоединить их к аккумулятору. Нагрузку 12В подсоединить к аккумулятору. Начать эксплуатировать солнечную электростанцию и увидеть эффект. Затем резко увеличить мощность солнечных панелей и подключить всю остальную нагрузку 220В через инвертор (преобразователь напряжения).

Если начнете эксплуатировать солнечную электростанцию летом, то влюбитесь в нее. Если зимой, то будете озадачены. Но ваше недовольство весной пройдет. Однако, нужно помнить поговорку "готовь сани летом, а солнечные панели зимой". Именно поэтому вторая волна спроса на солнечные панели со стороны опоздавших бывает осенью, когда сезон уже прошел.

Ветрогенератор следует устанавливать, когда вы разберетесь с солнечной электростанцией. Если только в вашей местности не дуют постоянные ветра. Установка ветрогенерпатора намного сложнее. Требуется заливка фундамента и установка мачты. Его опробовать быстро не получится.

Каково устройство солнечной батареи? Как влияет затемнение на солнечную панель?

Солнечная батарея (панель) состоит из набора пластин кремния, которые соединяются последовательно и параллельно для того, чтобы увеличить выходные ток, напряжение и мощность. При последовательном соединении элементов увеличивается выходное напряжение, при параллельном – выходной ток.

Пластины кремния шунтируются диодами (в пластмассовой коробке на обратной стороне солнечной батареи). Если их 4, то шунтируется каждая 4-я часть батареи (один из четырех параллельно-последовательных блоков пластин). Диоды предохраняют от выхода из строя частей батареи, которые оказались затемненными. При отсутствии диодов пластины кремния будут перегреваться, и выходить из строя, так как они во время затемнения превращаются в потребителей тока, и рабочие параллельно-последовательные блоки кремниевых пластин и аккумуляторы разряжаются через них.

Кремниевые пластины сверху покрыты общим специальным закаленным стеклом, которое обеспечивает на 30% большее поглощение солнечного излучения по сравнению с обычным стеклом. С обратной стороны пластины покрыты герметичным материалом. Вся конструкция вместе со стеклом закреплена в рамке из анодированного алюминиевого уголка. В уголке есть отверстия для крепления панели.

В целом устройство солнечной панели простое и ломаться в ней просто нечему. При механическом повреждении разобьется стекло, покрывающее пластины кремния и произойдет разгерметизация с последующим замыканием пластин из-за попадания влаги. Следовательно, солнечные панели необходимо беречь при транспортировке и монтаже.

Какое оборудование кроме солнечных панелей необходимо для электроснабжения?

При минимальных "дачных" потребностях (светодиодное освещение 12В, светодиодный телевизор 12В, 12В-товый малоглубинный насос) вполне можно обойтись одной солнечной панелью 100Вт, одним аккумулятором 55Ач и самым дешевым контроллером заряда. Инвертор не потребуется, так как вся нагрузка на 12В.

Для полноценного электроснабжения от солнечных панелей понадобится следующее оборудование и комплектующие:

Есть ли схема подключения оборудования в солнечную электростанцию?

Изображенное на схеме оборудование можно увидеть на странице "Комплекты солнечных электростанций «Мини»",

http://fimv31.wix.com/ecomolnia#!--2/cwmu.

Нужны ли автоматы отключения цепей контроллера, нагрузки и солнечных панелей?

Применение автоматов обязательно. Однополюсные автоматы подключаются на плюсовой провод между двумя единицами любого оборудования, то есть между панелями и контроллером, между контроллером и аккумулятором, между аккумулятором и инвертором, между инвертором и нагрузкой (холодиильником, телевизором). Автоматы защищают оборудование от выгорания, помещение - от пожара. Автомат позволяет быстро перемонтировать (переделать) электрическую цепь в отсутствии напряжения.

Какой толщины в квадратах нужен кабель (провод) для подключения солнечной (ветровой)электростанции?

Толщина кабеля подбирается исходя из максимальной вырабатываемой солнечными панелями мощности в следующей пропорции: 0,25 кв.мм. на 1А.

Для 48В-товой системы получается не менее 0,5 кв.мм на каждые 100Вт (на каждые 2А); для 12В-товой системы, соответственно, в 4 раза больше - не менее 2кв.мм на каждые 100Вт (на каждые 8А ) . Также необходимо обращать внимание на паспорт контроллера, где указаны предельные величны толщины кабеля и предельные расстояния между контроллером, панелью, аккумуляторами. По возможности, эти расстояния должны быть минимальны. При увеличении расстояния необходимая толщина кабеля быстро увеличивается. Кабель от аккумуляторов к инвертору как правило толще, так как выходная мощность инвертора обычно выше мощности солнечных панелей и контроллера заряда. Мощность инвертора выше, так как потребление энергии в течение суток и в течении недели идет неравномерно. Например, для дачного использования, можно несколько дней (нескольких часов) запасать солнечную энергию в аккумуляторах большой емкости, чтобы потратить ее на выходные (вечером).

В паспортах (инструкциях по эксплуатации) на оборудование иностранного производства часто сечение провода указывается в единицах AWG. Ниже приведена таблица перевода единиц AWG в квадратные мм.

Как подобрать номинал автомата для контроллера, инвертора, панели?

Номинал автомата расчитывается по максимальной мощности, предусмотренной для конкретного оборудования.

Для сети постоянного тока можно использовать автоматы переменного тока 220В при токе до 60А. При токах свыше 60А необходимо использовать специальные автоматы для постоянного тока.

Например автомат, устанавливаемый между солнечными панелями и контроллером, подбирается по максимальному суммарному току солнечных панелей, подключаемых к контроллеру заряда. Например, суммарная мощность солнечных панелей 200Вт. Напряжение солнечной панели при максимальной мощности 35 В. Тогда Imax= Рmax / U=200 / 35=5,7А. Ближайший номинал автомата 6А. Условно с учетом подбора количества и мощности солнечных панелей под максимальный ток контроллера можно выбирать номинал автомата по максимальному току контроллера. Для контроллера30А 12В автомат подбирается под максимальный ток в 30А. Ближайший номинал - 32А. Такой же по номиналу автомат ставится между контроллером и аккумуляторами.

Автомат, устанавливаемый между аккумуляторами и инвертором, подбирается исходя из максимальной мощности инвертора и напряжения аккумуляторов. Например максимальный ток автомата для инвертора 2000Вт 12В расчитывается: Imax= Рmax / U=2000 / 12=166,7А. Расчетный номинал получился больше 60А, поэтому в этом случае придется приобрести дорогой автомат для постоянного тока.

Автомат, устанавливаемый между инвертором и нагрузкой расчитывается исходя из максимальной мощности инвертора и напряжения нагрузки в 220В. Максимальный ток автомата равен: Imax= Рmax / U=2000 / 220=9,1А. ближайший по номиналу - 10А. Номинал не должен превышать Imax более чем на 15%. Иначе выбирайте номинал в меньшую сторону. При частых отключениях инвертора по перегрузке также поставьте автомат по номиналу в меньшую сторону, чтобы не выгорело реле отключения нагрузки в блоке управления инвертора.

Как меняется мощность солнечной панели в зависимости от сезона эксплуатации?

Летом днем обеспечивает энергией с избытком. Ночью нужны аккумуляторы. Поэтому крупное потребление (строительный инструмент) нужно планировать днем. Ночью только смотреть телевизор и и включать освещение. Это увеличит срок службы аккумуляторов.Осенью в октябре-декабре в темные дни выработка резко падает в разы (остается всего 10% от номинала панели) - компенсируется количеством солнечных панелей и использованием mppt-контроллеров заряда, способных заряжать малым током в пасмурную погоду за счет разницы в напряжении панели и аккумулятора. В январе выработка увеличивается , в том числе за счет отражения снега. Соответствненно в апреле панель может выдать более 100% мощности при ориентации на солнце. Летом выдает более 100% мощности при использовании mppt-контроллеров заряда. При эксплуатации в дачный период с апреля по август "за глаза" хватит pwm(шим)-контроллера.

Таблица солнечной инсоляции для Москвы по месяцам приведена ниже. Из таблицы видно, что даже с учетом изменения угла наклона панели на зиму, выработкасолнечной панели летом в солнечные месяцы (май-июль) превышает выработку зимой (декабрь - январь) в 8 раз. Значит и панелей понадобиться зимой в 8 раз больше.

Вращение панелей вокруг своей оси в течение дня (слежение за солнцем) эффективно с марта по сентябрь.

Таким образом, использование солнечных панелей эффективно с марта по сентябрь. В остальные месяцы приходится пользоваться бензогенератором и ветрогенератором. Ветрогенератор эффективен с осени по весну (с октября по апрель), когда есть ветер. В безветренные дни опять придется включать бензогенератор либо экономить (уменьшать потребление энергии).

Табл. Месячные и годовые суммы суммарной солнечной радиации (инсоляции), кВт*ч/м2, Москва

Под каким углом устанавливать солнечные панели?

Для эффективного поглощения солнечного излучения солнечные панели необходимо устанавливать на южную сторону под углом 35 градусов летом и 70 градусов зимой. С учетом налипания снега на панель, установленную под углом, зимой лучше установить солнечные панели вертикально (под углом 90 градусов).

Вертикально устанавливают солнечные панели на стену (фасад) в котеджах и на столбах (как рекламные щиты) при круглодичном исполь зовании. На дачах для сезонного использования с последующим снятием панелей с крыши - под углом 35 градусов.

В чем преимущество монокристаллических солнечных панелей с учетом их более высокой цены?

Монокристаллические солнечные панели примерно на 5-15% больше вырабатывают электрический ток при почти отсутствии солнечного света (в помещении, при освещении от электрической лампочки и тяжелой осенне-зимней облачности). Например, при отсутствии света монокристаллическая панель на 100 Вт выдаст ток 0,18 А, в то время как поликристаллическая солнечная панель только 0,16А. Однако, когда вы переведете эти значения в ватты, перемножив на напряжение панели, то поймете, что это мизер. Например, разницу в 0,02 А умножим на 17В, получим 0,34 Вт. В процентах получается вроде бы приличная величина 0,02 / 0,16=0,125 (12,5%). Но приэтом нуль так и останется нулем. Обе солнечные панели не выдают ватты при отсутствии света. Эта разница актуальна для небольших устройств, калькуляторов, микросхем. Поэтому их питание чаще делают от монокристаллов.

При хорошем свете монокристаллические и поликристаллические панели ведут себя одинаково. При постоянной же зимней облачности эта разница имеет значение. Поэтому у владельцев коттеджей монокристаллические панели пользуются спросом также как и поликристаллические.

О большей надежности монокристаллических панелей судить сложно, так как нет статистики эксплуатации за десятки лет. Кроме того, необходимо учитывать, что через десять лет появятся более современные и производительные панели. Так стоит ли загадывать так далеко?

Чем отличаются аморфные солнечные панели от моно и поликристаллических?

Аморфные панели производят путем напыления тонкого слоя кремния. Врезультате расход кремния уменьшается до 200 раз! Однако тонкий слой кремния быстро выгорает на солнце. В результате срок службы таких панелей - всего несколько лет. Однако цена аморфных панелей ненамного ниже поликристаллических.

Как крепить солнечные панели?

Солнечные панели как на крыше, так и на стене фасада крепят болтами на нержавеющих уголках. С обратной стороны солнечной панели в анодированном алюминиевом уголке есть отверстия для креления. Могут использоваться как короткие отрезки нержавеющего уголка в местах отверстий, так и длинные уголки по ширине сразу нескольких панелей (группы панелей). Недостаток конструкции - большое расстояние между солнечными панелями для доступа с боку для закручивания болтов, трудоемкость завинчивания болтов с внутренней стороны конструкции.

Другой способ крепления - на специальных длинных алюминиевых профилях также по ширине сразу нескольких панелей. Достоинство конструкции - меньше расстояние между панелями и, следовательно больше используется площадь крыши, легкость крепления, так как завинчивание болтов происходит снаружи конструкции. Недостаток - панели легко снимаются, их могут быстро своровать.

Если место установки панелей временное, то их можно привинтить к деревянным брускам. А затем уже на новом месте сделать более надежную конструкцию из нержавеющих уголков.

Какого размера солнечные панели лучше устанавливать: 100-ваттные или большие на 300 Вт?

Для дачи чаще покупают 100-ваттные панели. Они мало весят, их легче повесить и снять по окончании дачного сезона.

Для коттеджей (частных домов) чаще покупают большие панели на 230-300 Вт. Таких панелей требуется меньше для получения необходимой электрической мощности. Чем больше размер одной панели, тем меньше их нужно и лучше используется площадь крыши (фасада). В этом случае меньше неиспользуемая площадь под расстояниями между панелями. Однако из-за большого веса монтировать такие панели сложнее. По-крайней мере, нужен помощник.

Какую площадь занимает солнечная электростанция, кв.м.?

Занимаемую площадь на крыше (фасаде) можно рассчитать укрупненно исходя из площади одной 100-ватной панели - 0,7 кв.м. Далее общую мощность электростанции в кВт-ах (1000 Вт-ах) делите на 100 и умножаете на 0,7 кв.м..

Например, солнечная электростанция на 6 кВт будет занимать площадь: 6000 / 100 * 0,7=42 кв.м.

Как рассчитать необходимую мощность солнечных панелей?

Расчет мощности солнечных панелей

Укрупненно необходимую мощность можно расчитать исходя из выработки 100-ватной солнечной панели за сутки - 430 Вт за сутки в августе.

Панель в 230 Вт соответственно выработает 430 / 100 * 230=989 Вт (~ 1кВт). Если учитывать потери в аккумуляторах и инверторе, то реальная доступная мощность будет на 15-20% меньше: 0,85 * 989=840 Вт

Зная свою нагрузку, можно расчитать, сколько потребуется солнечных панелей. Например средний холодильник из расчета 100Вт в час в сутки потребляет 2,4 кВт. Следовательно, для питания холодильника вам понадобится минимум 3 панели по 230Вт: 2400Вт / 840=2,85=~ 3 штуки.

Если отключать холодильник на ночь (в это время он будет размораживаться), то вам понадобится в 2 раза меньше солнечных панелей и намного меньше емкости аккумуляторов.

Более подробный расчет мощности солнечных панелей представлен ниже:

1. Определяем плановое энергопотребление (нагрузку).

Из полученного расчета видно, что самые большие потребители – это холодильник, микроволновка, электрочайник и компьютер. От холодильника, микроволновки и электрочайника можно отказаться в пользу холодильника на газу и газовой плиты с баллонами.

Нерегулярную нагрузку желательно включать в светлые солнечные дни. В другое время нужно всячески способствовать плавному энергопотреблению в основном в дневные часы, когда работают солнечные панели.

Продолжим расчеты без оптимизации нагрузки.

2. Рассчитываем количество солнечных панелей.

Расчет ведется на основе инсоляции.

Инсоляция - среднее количество часов «стандартного солнца» на протяжении суток. Инсоляция часто указывается в кВт·ч, численно вытекая из значения «стандартного солнца» в 1 кВт. «Стандартное солнце» - пиковая мощность излучения, которая достигает поверхности Земли на уровне моря в районе экватора в безоблачный полдень - 1000 Вт/м2, или 1 кВт/м2. Общее количество излучаемой энергии солнечного света в день на м2 на уровне моря: (энергия за день)=1 кВт·ч × (инсоляция в часах).

Количество пиковых солнечных часов в Москве берем из таблиц солнечной инсоляции (радиации).

Месячные и годовые суммы суммарной солнечной радиации (инсоляции), кВт*ч/м2

Делаем расчет на летний период. Минимальное количество солнечных часов за «дачный» период с мая по август наблюдается в августе. В пересчете на сутки: суточная инсоляция в августе: 130,1 / 30=4,34 часа (кВт*ч/м2/сутки)

Учтем потери:

- в аккумуляторах на заряд-разряд 20% (для необслуживаемых аккумуляторов);

- потери в инверторе 10% (для нагрузки постоянного тока отсутствуют).

С учетом суточной инсоляции и потерь часовая необходимая мощность составит:

6380 * 1,2 *1,1 / 4,34=1940,5 Вт/час

Количество панелей исходя из номинала панели 200Вт составит:

1940,5 / 200=9,7=10 панелей по 200 Вт.

либо 1940,5 / 100=19,4=20 панелей по 100 Вт.

Повторим расчет, но уже на зимний период.

Минимальное количество солнечных часов за зимний период с сентября по апрель наблюдается в январе при вертикальном расположении панели. Суточная инсоляция в январе: 21,3 / 30=0,71.

6380 * 1,2 *1,1 / 0,71=12030,9 Вт/час

12030,9 / 200=60,15=61 панель по 200 Вт.

Очевидно, такое количество панелей неприемлемо. Поэтому на зимний период все же придется отказаться от холодильника или перевести его на газ. Электрочайник и микроволновую печь поменяем на газовую плиту. Электронасос используется зимой 10 минут. Электропилой и болгаркой практически не пользуемся. Тогдауменьшенная нагрузка примет вид:

Снова повторим расчет на зимний период.

1530 * 1,2 *1,1 / 0,71=2844,5 Вт/час

2844,5 / 200=14,22= 15 панелей по 200Вт или 29 панелей по 100Вт.

(при зимней нагрузке 1530 Вт летом понадобилось бы всего 3 панели по 200Вт или 5 панелей по 100 Вт).

С учетом двух расчетов на летний и зимний период понадобится не менее 15 панелей по 200Вт или 29 панелей по 100Вт.

Как рассчитать емкость аккумуляторов

Расчет емкости аккумуляторов

Укрупненно емкость аккумулятора можно рассчитать исходя из мощности солнечных панелей.

Например, мощность солнечных панелей 100 Вт (за час). Суточная мощность 100-ваттной панели в августе составит 435 Вт. Тогда емкость аккумулятора составит 435 / 12=36,25 А*ч. То есть можно зарядить максимум один автомобильный аккумулятор в 55 А*ч за 1,5 дня. При постоянной суточной нагрузке электроприборов более чем 435 Вт (36 А*ч) аккумулятор в 55 А*ч не будет успевать заряжаться. Если нагрузка не постоянна, будет заряжаться в дни минимальной нагрузки.

Более подробный расчет емкости аккумуляторов представлен ниже:

1. Необходимо рассчитать суточную нагрузку всех электроприборов.

Общая суточная нагрузка составляет 6380Вт (смотри «Как рассчитать мощность солнечных панелей»).

2. При напряжении аккумуляторов (системы) 24В переведем Ватты суточной нагрузки в Ампер-часы:

6380 / 24=265,8 А*ч

3. Зададим количество пасмурных дней подряд – 2 дня.

Необходимая емкость аккумуляторов на эти дни: 265,8 * 2=531,6 А*ч

4. Зададим глубину разряда аккумуляторов.

Глубина разряда будет зависеть от типа аккумулятора.

Аккумулятор по технологии AGM имеет плоскую (близкую к прямой) характеристику «Глубина разряда – количество циклов», поэтому нет смысла запасать большую емкость, и по мере выработки циклов, (1,5 - 3 года), следует заменять аккумуляторы на новые. Соответственно, можно ориентироваться на высокую глубину разряда для аккумуляторов по технологии AGM - 60-70%.

Аккумулятор по технологии GEL (гелиевый) имеет сильно вогнутую характеристику «Глубина разряда – количество циклов» с почти горизонтальной прямой при малой глубине разряда, поэтому он хорош на очень глубоких (80%) и особенно на малых разрядах (20% и менее). Для гелиевых аккумуляторов можно запасать большую емкость, экономить на глубине разряда и заменять аккумуляторы на новые через 5-7 лет.

При средней глубине разряда 30-60% гелиевые и аккумуляторы по технологии AGM ведут себя почти одинаково (гелиевый немного лучше).

В гибридных системах с постоянным подключением к 220В переменного тока лучше использовать гелиевый аккумулятор с глубиной разряда не выше 20-30% с приоритетом питания от альтернативных источников и расчетом питания в первую очередь для критически важного оборудования. С учетом стремления экономить на аккумуляторах можно использовать AGM.

С учетом сказанного в расчетах примем глубину разряда 70% (коэффициент 0,7) для аккумулятора AGM.

При данной глубине разряда необходимая емкость составит: 531,66 / 0,7=759,52 А*ч

5. Зададим коэффициент, учитывающий снижение емкости аккумулятора при понижении температуры на основе таблицы ниже:

К=1,2, что соответствует температуре 10 градусов по Цельсию (нормальные условия – это 26 градусов). Данный коэффициент означает, что при снижении температуры до 10 градусов, емкость аккумуляторов падает на 20%.

Необходимая емкость при снижении температуры 759,52 * 1,2=911,43 А*ч

6. При емкости одного аккумулятора 200 А-ч количество параллельных блоков аккумуляторов составит: 911,43 / 200=4,56=5 блоков

7. В каждом блоке будет: напряжение системы / напряжение одного аккумулятора=24 / 12=2 аккумулятора.

8. Итоговое количество аккумуляторов: 5 * 2= 10 шт по 200А-ч

На практике покупать такое количество аккумуляторов – дорогое удовольствие.

Поэтому в пасмурные дни необходимо вводить режим экономии, отказываться от нерегулярной нагрузки, то есть, по сути, стремится к зимнему потреблению (в наших предыдущих расчетах это 1530 Вт, смотри «Как рассчитать мощность солнечных панелей»).

Снова повторим расчет с учетом зимней нагрузки:

1530 * 2 * 1,2 *2 / (24*0,7*200)=2,18= 3 шт по 200А-ч.

Сэкономленные на аккумуляторах средства лучше направить на покупку дополнительных солнечных панелей. Тем более что аккумуляторы, рассчитанные на летнюю емкость, зимой нечем будет заряжать (солнца мало).

Наконец, можно использовать ветрогенератор и бензогенератор для компенсации недостающей мощности зимой.

При использовании бензогенератора можно отказаться от двухдневного запаса емкости аккумуляторов на случай пасмурной погоды.

Тогда снова повторив расчет для зимней нагрузки при использовании бензогенератора, получим:

1530 * 1 * 1,2 *2 / (24*0,7*200)=1,09= 1-2 шт по 200А-ч. Минимальный запас по емкости необходим, поэтому все-таки 2 штуки по 200А-ч.

Выводы по расчетам и мировые тенденции:

1. Необходимо рассчитыватть минимальную емкость аккумуляторов под экономную нагрузку ночью. Всю основную нагрузку планировать днем, когда работают солнечные панели.

2. Сэкономленные на аккумуляторах деньги лучше направить на покупку солнечных панелей - мировая практика последних лет.

Какой должна быть мощность солнечных панелей, чтобы гарантированно зарядить аккумуляторы?

Данная проблема актуальна при нерегулярной нагрузке, когда соленчная энергия сначала накапливается в аккумуляторах, а затем тратится. В этом случае небольшой мощностью солнечных панелей можно зарядить значительную емкость аккумуляторов.

Гарантированная зарядная мощность определяется током заряда. Зарядный ток дожен быть равен 8-10% от емкости аккумуляторв. При токе меньше 8% аккумуляторы не смогут зарядиться - зарядный ток не сможет пробить сопротивление аккумуляторв.

Например, для заряда аккумулятора в 100 А*ч необходим зарядный ток 8-10А, минимум в 8А. То есть мощность панели должна быть не ниже 8 * 12=96=~ 100 Вт.

При глубоком разряде аккумуляторов не поможет и mppt-контроллер. Mppt-контроллер может только дозарядить аккумулятор до 100% малым током в пасмурную погоду, пробить сопротивление разряженного аккумулятра малым током он не сможет.

Как рассчитать мощность инвертора?

Расчет мощности инвертора.

Мощность инвертора подбирается:

1. Исходя из суммарной номинальной мощности подключенных одновременно (не менее 30 минут) электроприборов.

2. Исходя из повышенной пусковой мощности. Некоторые электробытовые приборы в момент пуска потребляют мощность, в несколько раз превышающую паспортную. Так, глубинные насосы в момент запуска потребляют мощность в 3-4 раза, стиральные машины – в 3 раза, микроволновки – в 2 раза, кондиционер – в 3-5 раз, холодильник в 10 раз большую, цепная пила, пылесос – в 1,5 раза, чем указано в паспорте.

При расчетах по максимуму нужно учесть одновременный пуск нескольких нагрузок: холодильник и электронасоса.

Рассчитаем одновременную мощность и пусковую перегрузочную мощность с одновременным пуском

Если включать бытовые приборы внутри дома и вне дома не одновременно, то одновременная мощность составит 3600Вт. Округляем ее в большую сторону до 4000Вт. Перегрузочная пусковая мощность с одновременным пуском больше у нагрузки внутри дома и составит 5800Вт. Округляем до 6000Вт. В тоже время насос может включиться при одновременной работе микроволновки и электрочайника. Поэтому с другой стороны перегрузочная мощность будет равна одновременной плюс разница между пусковой и номинальной мощностью электронасоса (1800-600): 4800Вт. С учетом наибольшего значения получаем пусковую мощность 6000Вт.

Получилось, нужен инвертор номинальной мощностью 4000Вт с пусковой перегрузочной мощностью до 6000Вт.

Если исключить из использования микроволновку и холодильник, то мощность инвертора будет определяться внутри дома только мощностью электронасоса.

Поэтому на практике возможны следующие варианты применения инверторов:

1. Использование двух инверторов: малого (до 1КВт) и большого (до 4КВт). Малый будет постоянно включен и мало потреблять энергии на холостом ходу.

2. Использовать один большой инвертор с функцией «спящий режим». Но маленькую нагрузку в этом режиме инвертор может не увидеть. Не будут работать датчики движения на 220В. Как вариант - использование 12В-тового освещения и датчиков движения на 12В.

Как выбирать контроллер заряда солнечной батареи панели

Контроллер подбирается исходя из мощности солнечных панелей и напряжения системы (аккумуляторов).

Максимальная паспортная мощность контроллера зависит от напряжения аккумуляторов. Большинство контроллеров определяет напряжение системы (12/24В) автоматически. Соответственно паспортная мощность расчитывается: Р=I * U, где P - максимальная мощность, Вт; I - максимальный ток контроллера, А; U - напряжение аккумуляторов, В.

Например, напряжение системы (аккумуляторов) и солнечных панелей U=12В. Мощность солнечных панелей P=100Вт * 5штук=500 Вт.

Следовательно, максимальный ток контроллера I=Р / U=500 / 12=42 А. Выбираем контроллер на 50А, 12В в большую сторону, что сооответствует мощности 50А * 12В=600Вт.

Можно взять менее мощный по току контроллер, если увеличить напряжение аккумуляторов, соединив их последовательно. Для напряжения U=24В максимальный ток контроллера составит I=Р / U=500 / 24=21 А. Выбираем контроллер на 30А, 24В, что соответствует мощности 30А * 24В=720Вт (720Вт при всего 30Амперах!!).

Недостатки 2-го выбора: при соединении солнечных панелей последовательно-параллельно останется лишняяя панель, если предельное входное напряжение контроллера не превышает 40В=20В * 2 панели. Следовательно, нужно докупить одну панель и установить панели параллельно в 3 блока по 2 штуки. Если предельное напряжение превышает 40В, можно соединить в два неравных блока - по 2 и 3 панели (3 панели - там, где меньше солнца - для равномерности выработки энергии в течение суток).

Другой недостаток. При использовании 24В-товой системы освещения (хотя много лампочек с гибридной системой 12/24В) придется докупить понижающий конвертер напряжения 24-12В. Это не испортит систему, так как кпд конвертера довольно высок (около 90%). Кроме того все системы видеонаблюдения изначально рассчитаны на 12В.

Особенности mppt-контроллеров - возможность использования 24в-товых солнечных панелей для зарядки аккумуляторов 12В. Нужно обращать внимание на предельное входное напряжение контроллера, чтобы оно было выше максимального напряжения солнечной панели на холостом ходу (у 24в-товой солнечной панели - 44В). Напряжение аккумуляторов (системы) остается 12В. В остальном подбор контроллера проходит как показано выше.

Как и сколько солнечных панелей подключать к контроллеру заряда?

Подключение зависит от напряжения системы - определяется напражением аккумуляторов. Изначально номинальное напряжение одного аккумулятора 12В. Для получения напряжения 24В необходимо соединить два 12В-товых аккумулятора последовательно, для получения напряжения 48В - четыре 12В-товых аккумулятора. При использовании pwm(шим)-контроллеров напряжение солнечных панелей должно соответствовать напряжению системы, то есть аккумуляторов. Для этого соединение солнечных панелей проводят также как и аккумуляторов: для получения напряжения 24В необходимо соединить две 12В-товых солнечных панели последовательно, для получения напряжения 48В - четыре 12В-товых солнечных панели. При увеличении количества панелей (мощности) дальнейшие соединения проводят также, а затем параллельно (получается, блоками или каскадами). Чтобы не резать провода, для соединения крайних панелей с контроллерами можно приобрести стандартные коннекторы MC4.

При использовании mppt-контроллера нельзя превышать паспортное входное напряжение контроллера (для мощных контроллеров - порядка 150В, для маломощных - порядка 44В). Слишком большая разница в напряжении панелей и аккумулятора уменьшает кпд контроллера. Например, для мощной 48-товой системы вполне достаточно 5 панелей соединеннных последовательно (105В=21В*5шт; 21В-напряжение холостого хода одной панели), чтобы обеспечить зарядку mppt-контроллером в пасмурную погоду. Для 12-товой системы соединяем 2 панели последовательно, чтобы не превысить 44В (маломощный контроллер) - обеспечиваем гарантированную зарядку в пасмурную погоду при невысоком кпд. Для 24В-товой системы оставляем те же две панели, чтобы не превысить 44В. Далее наращиваем систему параллельно.

Можно ли солнечную панель на 24В подключить к аккумуляторной системе на 12В?

Да, можно. Для этого нужно использвать вместо pwm(шим) mppt-контроллер, который преобразует более высокое напряжение от солнечных панелей на входе в более низкое в соответствии с напряжением аккумуляторов.

Работает ли болгарка и электропила на солнечных панелях?

Болгарка и электропила относятся к большим, но коротким нагрузкам. Их использование предполагает следующие операции: распил, выключение, перекладывание материала, измерение и намечивание, снова включение. Пока вы примеряетесь, аккумулятор успевает зарядиться от панелей. Соотношение мощности панелей и большой, но короткой нагрузки примерно 35-50%. То есть для работы с перерывами болгарки в 1,2 КВт достаточно мощности 400-600 Вт солнечных панелей, цепной электропилы в 2КВт - 700-1000 Вт панелей. При работе с большими перерывами соотношение нагрузок будет еще меньше. Но в этом случае может быть превышена заданная глубина разряда аккумуляторов.

При работе в абсолютно безоблачную погоду соотношение нагрузок также будет меньше (например для работы электропилы в 2 кВт хватит 400 Вт солнечных панелей).

Соотношения приведены для летнего дачного периода с мая по август.

Работает ли электроплита на солнечных панелях?

При больших длительных нагрузках необходимо учитывать, что выработка солнечных панелей изменяется во времени в зависимости от изменения солнечного излучения. Как только солнце даже ненадолго скроется за облака, выработка резко сократится, и ваши аккумуляторы начнут также быстро разряжаться (из-за большой единовременной нагрузки), напряжение их может упасть ниже установленных предельных значений глубины разряда. Чтобы этого не происходило необходимо иметь перевес мощности солнечных панелей над мощностью электрической плиты минимум в 2 раза.

На практике можно воспользоваться небольшими электроплитами, которые повсеместно продаются. Они рассчитаны на 2 КВт, две конфорки по 1КВт с регулировкой от 250Вт до 1КВт для каждой конфорки.

При этом получается, чтобы воспользоваться одной конфоркой в 1КВт, вам необходима мощность солнечных панелей минимум 2КВт, двумя конфорками – минимум в 4Квт.

Если пользоваться только одной конфоркой с регулировкой на 0,5 КВт, вам понадобится минимум 1КВт солнечных панелей. Но, чтобы вскипятить большой чайник, вы будете ждать 30 минут. Следовательно, необходима мощность панелей минимум в 2КВт.

Однако смело можно использовать меньшую мощность панелей для питания водонагревателей с тем же соотношеним по мощности (фактор времени здесь не важен). Но здесь следует заметить, что сугубо для нагрева воды обычно используют солнечные коллекторы с более высокой эффективностью поглощения солнечного излучения (кпд=50%) по сравнению с солнечными панелями (кпд=16%).

Остается добавить, что соотношения мощности приведены для летнего дачного периода.

Как и где хранить аккумуляторы?

При хранении: нельзя оставлять АКБ длительное время в разряженном состоянии, даже если это гелевый аккумулятор. Так как если аккумулятор разряжен длительное время, то происходит процесс необратимой сульфатации (свинцовые пластины аккумулятора покрываются неразурушаемыми кристаллами PbS04), что приводит к сильному снижению емкости аккумулятора. Повреждение аккумулятора из-за сульфатации признается не гарантийным случаем.

Правила хранения аккумулятора: при сезонной эксплуатации АКБ после окончания использования обязательно заряжайте аккумулятор на 100% (до 13.8 Вольт). После полной зарядки аккумулятор может храниться до 8-ми месяцев без вреда для его эксплуатационных свойств при нулевых или небольших минусовых температурах. При низких температурах хранения заряженного аккумулятора потеря емкости происходит намного медленнее.

При хранении разряженного аккумулятора более 1 недели - происходит потеря емкости на 30-40%. При хранении разряженного аккумулятора более 1 месяца – происходит потеря емкости на 80-100%, что может вывести его из строя.

Как эксплуатировать аккумуляторы?

При эксплуатации: аккумулятор стоит беречь от повышенных температур (выше 30ºC), пониженных температур (минусовых) и от попадания прямого солнечного света. Несоблюдение этих требований может привести к потере молекул кислорода через предохранительные клапаны и к высыханию электролита в аккумуляторе. При высыхании электролита ниже предельной нормы происходит полная потеря емкости аккумулятора.

В солнечных системах с аккумуляторами на улице, например, на столбах придется часто заменять аккумуляторы на новые (через 1,5 года) в виду неблагоприятных условий эксплуатации: нагрев выше 30 градусов летом и охлаждение до минусовых температур зимой (при минусовых температурах емкость падает в 2-3 раза и аккумулятор разряжается до нуля).

Аккумуляторы в составе солнечных электростанций следует устанавливать в сухих проветриваемых помещениях с плюсовой температурой, а лучше близкой к 20-25 градусам. Например, это могут проветриваемые и изолированные от влаги сухие подвалы, сараи, гаражи.

10-12 лет – это срок службы в необслуживаемого герметичного аккумулятора буферном режиме, т.е.в режиме подзарядки (когда аккумулятор хранится без режимов заряда-разряда постоянно заряженный на 100%).

Срок службы аккумулятора в режиме "ИБП", в зависимости от качества инвертора (ИБП) и частоты использования, будет составлять от50 до 80% от буферного режима (количество циклов разряда-заряда мало). Режим ИБП предполагает эксплуатацию совместно с сетью 220В и 100%-ную зарядку аккумулятора за исключением случаев отключения сети 220В.

При работе в автономных системах (солнечные батареи, ветряки) срок службы 20%-60% от буферного режима.

При планировании эксплуатации необходимо обращать внимание на количество циклов разряда-заряда и глубину разряда аккумулятора.

Глубина разряда будет зависеть от типа аккумулятора.

Аккумулятор по технологии AGM имеет плоскую (близкую к прямой) характеристику «Глубина разряда – количество циклов», поэтому нет смысла запасать большую емкость, и по мере выработки циклов (1,5 - 3 года), следует заменять аккумуляторы на новые. Соответственно, можно ориентироваться на высокую глубину разряда для аккумуляторов по технологии AGM - 60-70%. Кроме того, аккумулятор AGM дешевле. Поэтому аккумуляторы AGM чаще применяют в автономных системах (солнечные батареи, ветряки).

Если вы собираетесь спать в комнате с аккумуляторами, то выбирайте герметичные необслуживаемые. Герметичные аккумуляторы меньше выделяют газов при перезаряде. Однако при перезаряде в герметичных аккумуляторах снижается уровень электролита. Со временем, они теряют из-за этого емкость.

Если же у вас есть отдельное сухое проветриваемое помещение (чтобы избежать взрыва газов), покупайте дешевые обслуживаемые автомобильные аккумуляторы. В них можно добавить воды и электролит и продлить срок службы. Оптимальная температура для аккумуляторов - 25С.

Обслуживаемые и необслуживаемые аккумуляторы в системах автономного электропитания служат одинаково недолго - порядка 4 лет. После этого по мере выработки циклов они теряют емкость и их нужно заменять. Автомобильные аккумуляторы – из-за меньшего количества циклов, необслуживаемые герметичные – из-за высыхания электролита.

Наилучшие показатели по глубине разряда и сроку службы у щелочных аккумуляторов. Полностью разряженные щелочные аккумуляторы в разряженном состоянии могут находиться долго без потери емкости. Щелочной аккумулятор может долго крутить стартер в отличии от свинцово-кислотного. Поэтому из-за надежности их применяют в армии и на общественном электротранспорте.

Но и цена щелочного аккумулятора кусается. Кроме того, щелочные аккумуляторы требуют ежегодной замены электролита, кпд их за счет большего сопротивления заряду заметно ниже. Соответственно старые щелочные аккумуляторы кроме низкой емкости имеют очень большое сопротивление и низкий кпд.

Как правило, параллельно тянут две сети - на 12В постоянного тока и 220В переменного.

У 12В-товой системы постоянного тока преимущества в отсутствии потребления энергии на холостом ходу в отличие от инверторов 12-220 В. При установках инвертора в спящем режиме на 220В могут не срабатывать датчики движения. На 12В постоянного тока работают все современные системы видеонаблюдения: видеорегистраторы и камеры. Хотя нужно отдать должное - последние модели инверторов в спящем режиме почти не потребляют энергии.

Одним из последних веяний является уменьшение опасности поражения током за счет применения гибридного переключения, когда подводка к выключателям идет на 12В, а само переключение осуществляется отдельно в реле на 220В вне зоны присутствия человека.

У 12В-товой системы большие потери в проводах на больших расстояниях. Следствие - удорожание проводки за счет увеличения сечения проводов.

Последние модели дорогих промышленных гибридных инверторов совмещают в себе функции контроллеров заряда аккумуляторов и инвертирования, ориентированы на стандарт входного постоянного напряжения 220В (постоянного тока) с запасом в большую сторону. В таких инверторах происходит только импульсное преобразование без применения трансформаторов. В результате кпд их составляет порядка 96-99% в отличие от обычных - 86-92%. 99% - когда мощность с солнечных панелей поступает сразу на нагрузку минуя аккумуляторы. Солнечные панели и аккумуляторы соединяются последовательно в большие блоки для получения входного постоянного напряжения более 220В. Данные комбинированные инверторы эффективны только при наличии возможности продавать электроэнергию в сеть.

В полностью автономных системах в любом случае приходится накапливать электроэнергию в аккумуляторах, а лишнюю энергию контроллер заряда сбрасывает (отключает), можно сказать, выкидывает.

Для подсобных хозяйств и частных домов в гибридных инверторах применяется стандарт в 48В, который совместим с большинством ветрогенераторов и безопасен с точки зрения опасности поражения электрическим током (не нужно специальное помещение). Для квартир - применяется стандарт в 12В без использования аккумуляторов, с применением сетевых инверторов 12-220В.