Схема зарядки аккумулятора от солнечной батареи

Солнечная батарея – экологичный источник получения электроэнергии. Появившись в 1954 году, устройство постоянно совершенствовалось, и отныне используется в самых разных областях – от школьных калькуляторов до космических спутников.

В нашей статье расскажем, из чего состоит солнечная электростанция, где может использоваться, как её подключить к различным источникам и преобразователям тока, а также о распространённых ошибках при монтаже.

Устройство солнечной электростанции

С помощью солнечных батарей можно обеспечить электроэнергией, например, коттедж или дачный домик. Современные реалии таковы, что установить гелиостанцию возможно самостоятельно, не прибегая к помощи специалистов. Для этого нужно знать, во-первых, из чего состоит устройство преобразования энергии солнца в электричество.

• Фотоэлементы – преобразователи энергии фотонов в электрическую энергию;
• Аккумуляторная батарея – накапливает энергию;
• Контроллер – автоматически регулирует заряд аккумулятора, а также регулирует подачу энергии от солнечных панелей;
• Инвертор – преобразует постоянный ток от батареи аккумулятора в переменный ток 220 вольт.

Готовую станцию можно эксплуатировать при температурах от -35 до +80 градусов, что позволяет обеспечивать подачу электричества круглый год. Единственный важный момент при этом, который сразу надо взять в расчёт, - максимальная эффективность отдачи солнечной батареи наступает в ясный, безоблачный день. Причём в дождливые либо пасмурные погодные условия работоспособность гелиостанции снижается довольно существенно.

Места установки и их особенности

Чем больше попадает на поверхность панелей солнечного света, тем больше будет производиться электроэнергии. Держа в уме это правило, можно выбрать несколько хороших мест для установки батарей.

Например, на крыше дома, на верхней части фасада здания либо на открытой территории рядом с домом. Чтобы добиться максимального эффекта от использования батарей, надо выбрать правильный угол наклона панелей. В среднем, это 45 градусов к поверхности земли и 90 градусов – к солнцу. Поскольку эклиптика (траектория прохождения Солнца на небосводе) от сезона к сезону меняется, и летом звезда располагается намного выше, чем зимой, следует учесть этот фактор, и как минимум дважды в год менять уровень наклона панелей солнечной батареи.

За панелями нужно следить и периодически осматривать и протирать. Любая тень, падающая на их поверхность, оседающая пыль, а также птичий помёт, снижают эффективность приёма тепла.

Схема сборки солнечной электростанции

Для начала расскажем, как будет выглядеть схема подключения солнечных батарей в целом, чтобы иметь общее представление о масштабах работы, а затем остановимся подробнее на схемах подключения отдельных составляющих устройства между собой.

1. Выбираем размер рамы каркаса батареи. Ширина и длина рамы подгоняется под количество панелей и месторасположение станции. Если она будет располагаться на крыше загородного дома, то нужно решить, займёт ли батарея весь скат либо какую-то часть.
2. Для защиты фотоэлементов от внешнего воздействия окружающей среды сверху на каркас кладётся стекло, его можно закрепить с помощью силиконового герметика. Для повышения прочности конструкции можно установить дополнительное стекло, однако тут стоит иметь в виду, что, несмотря на свою прозрачность, оно может включать в свой состав различные примеси, а это, в свою очередь, будет снижать эффективность теплоотдачи до 30%.
3. Подключение панелей к сети. Здесь лучше выбрать смешанную схему подключения (о схемах подключения – ниже), поскольку она является оптимальной. Далее солнечные панели размещается в раме каркаса, тут важно не перепутать тыльную и лицевую стороны.
4. В процессе работы по сборке станции заднюю часть батареи можно защитить от возможных повреждений, обернув поролоновый мат в полиэтилен. Вместо мата можно использовать стружки, опилки и т.п.
5. Когда на фотоэлементы кладётся стекло, образуются пузырьки воздуха. Чтобы их убрать, на панели размещается груз, а на мягком мате – твёрдый фанерный лист. Фотоэлементы прижимаются и в таком состоянии держатся 10-12 часов, после чего убираются. Если за это время герметик схватился, можно приступать к монтажу батарей, если нет, то нужно выждать ещё. Обычно суток хватает для полного сцепления герметика с поверхностью.
6. В конце делается задняя стенка с подложкой, чтобы зафиксировать панели и свести риск их деформации в дальнейшем к нулю. Стенку можно изготовить из ДСП или ДВП.

Схемы соединения солнечных батарей

Поскольку батарея состоит из отдельных панелей, их можно подсоединить между собой различными способами для увеличения эффективности работы.

Существуют три схемы соединения панелей друг с другом: параллельная, последовательная и смешанная. Первые две имеют одинаковый недостаток – в случае поломки одной детали звена выйдет из строя вся система. Поэтому целесообразнее использовать их вместе.

Смешанная схема – наиболее оптимальный вариант соединения панелей, поскольку с его помощью, во-первых, можно увеличить и напряжение, и ток, а во-вторых, в случае выхода из строя какого-то одного элемента остальные будут работать.

Подключение солнечной батареи к аккумулятору

Итак, теперь рассмотрим этапы установки солнечных панелей к аккумуляторной батарее, контроллеру и инвертору.

Обычно последовательность подсоединения блоков к оборудованию гелиостанции такая: аккумулятор соединяют с контроллером, последний – с батареями, далее аккумулятор подключают к инвертору и в конце разводят по бытовым приборам, которые будут потреблять энергию от солнечных батарей.

Начнём с подключения аккумуляторной батареи (АКБ) к солнечным панелям. Они подсоединяются не напрямую, а, с одной стороны, через контроллер, и, с другой, посредством инвертора. Первый регулирует режим работы АКБ, второй – занимается преобразованием солнечной энергии в ток.

Подключение к контроллеру

Полученная от солнца энергия может поступать сразу на аккумулятор-накопитель. Однако такая схема может привести к поломке оборудования, так как процесс зарядки имеет свои особенности. Для безопасности аккумулятора и применяют контроллер.
Контроллер отслеживает потребление электричества, анализирует заряд аккумулятора.

В солнечных панелях применяется 2 вида контроллеров, подходящих для использования:

• PWM устройства. Работает по методу широтно-импульсной модуляции. Эффективные устройства, применяются уже несколько десятков лет;
• MPPT механизмы построены на современных решениях схемотехники. Дороже первого вида, сложные в настройке. Больше подходит для больших солнечных комплексов.

Для бытовых нужд подходят PWM устройства. Схема подключения следующая: напряжение тока от батареи по 2-м проводникам (+ и -) подходит на элемент стабилизации и цепочку резистивного разделения. После чего силовые транзисторы ограничивают ток и напряжение до нужной величины. В схеме присутствует датчик температуры с драйвером, которые управляют силовым транзистором (защищает АКБ от глубокой разрядки). Если температура контроллера выше, установленной в настройках – прибор автоматически отключится.

PWM устройство может подключаться в следующей последовательности:

• Провода АКБ соединяются с устройством в соответствии с нужной полярностью;
• Предохранитель защиты включается в точке + контакта;
• Проводники солнечной панели соединяются с контактами контроллера. Важно соблюдать полярность;
• Лампочка подключается к проводам нагрузки с напряжением 12/24В.

В приборах MPPT уровни напряжения кампараторами отслеживается и сравнивается, после чего определяется граница мощности на выходе. Эти приборы могут подстраивать солнечную панель на максимум возможностей, независимо от погоды. Регулируют следующие параметры контроля: токовой развертки; напряжения постоянного тока; возмущений и колебаний токов. Также устройство умеет сравнивать контролируемые параметры.
Кабели соединения этого вида обжимаются спец. инструментами с, должны быть с медными наконечниками,. Сечение провода рассчитывается на плотность течения тока 4 А/мм2.

Порядок подключения:

• Кнопки отключения акб и панелей устанавливаются в режим «выкл»;
• Из акб и панелей извлекаются предохранители;
• С помощью кабеля клеммы акб крепятся к контроллеру;
• Выходы СЭС сцепляются кабелем с устройством контроля. Место подключения обозначается специальным знаком;
• Устройство должно быть заземлено;
• На котроллер по инструкции устанавливается датчик температуры;
• В акб вставляется ранее вытащенный предохранитель и батарея переводится в режим «вкл». Дисплей контроллера сигнализирует об обнаружении акб;
• Далее предохранитель ставится в солнечную панель.

Солнечные батареи должны вырабатывать напряжение не больше того, на которое рассчитан контроллер. Основной момент для приборов такой: соединение с элементами панели недопустимо без подключения к шинам контроллера. Экран панели должен отразить процент напряжения.

Подключение инвертора

• Инвертор напряжения является отдельным модулем, крепящимся к акб напрямую.
• Создает необходимое напряжение для сети, получая энергию, накопленную акб и преобразует ее в 220 В. Для работы с панелями применяют инверторы гибридного типа.
• С панелью может использоваться более 1 инвертора. Расчет такой: панели мощностью 5 кВт оборудуются одним инвертором. Панели большей мощности требуют установки 2-х и устройств. На каждые 5 кВт желательно ставить еще один инвертор.
• Мощность инвертора должна быть на 25-30% больше совокупной мощности всех находящихся в доме электроприборов. КПД инвертора лучше выбирать на уровне 90 %.
• Главное правило подключения инвертора – кабель, передающий ток, должен быть максимально коротким и иметь самое большое сечение провода. Длина провода между инвертором и панелью должна быть не больше 3-х метров.
• Инвертор желательно располагать рядом с электростанцией.
• Соединения кабеля должно быть надежным, чтобы избежать искрения. Автоматическим выключателем должна быть снабжена цепь постоянного тока.
• При подключении инвертора применяют обвязки гибридного типа для постоянного и переменного тока. Инвертор включается контроллером после зарядки акб.

Ошибки при монтаже

При монтаже избегайте следующих моментов:

• Сборку системы не надо делать на каркасе из деревянного бруса – он может разбухнуть и деформировать СЭС.
• Не стоит применять оргстекло в качестве крышки для панелей. Оно перегревается и разрушает контакты между панелями.
• Элементы между собой лучше скреплять специальными коннекторами и не использовать простые клеммы.
• Солнечные панели должны хорошо вентилироваться. Между панелью и крышей воздух должен свободно проникать, чтобы отводить тепло. Перегретая панель снижает свою мощность.
• Угол наклона при установке панелей должен быть равен широте местности проживания.

Советы по эксплуатации панелей

• Регулярно очищайте панели от грязи, пыли и снега, чтобы не снижалась эффективность.
• Панели не должны быть в тени других зданий или деревьев – тщательно выбирайте место установки.
• Проведите расчет требуемого количества электричества. Одна панель вырабатывает в среднем 0.12 кВт и срок ее окупаемости будет составлять 20-30 лет. Если в вашем доме много электроприборов – установка СЭС может оказаться нецелесообразной.
• Размещайте панели с южной стороны – вы получите максимальное количество энергии.

Заключение

Сегодня каждый может самостоятельно собрать и подключить автономную станцию у себя дома. Для этого достаточно приобрести продукцию надежных поставщиков и подключить, следуя инструкции.

Установку можно доверить специалистам – вы получите качественный монтаж. В случае поломки неисправности исправят по гарантии.