Схемы и способы подключения солнечных батарей
Альтернативные источники энергии в последние годы только набирают популярность. С развитием технологии производства повысилась эффективность и снизилась стоимость устройств, способных получать электрическую энергию без сжигания твёрдого топлива. Многолетний тренд увеличения тарифов на электрическую энергию способствовал появлению на рынке бытовых приборов автономной генерации электроэнергии. Солнечные генераторы являются одним из примеров такого оборудования.
Солнечная панель (гелиопанель, солнечная батарея) – это высокотехнологичное и современное устройство автономной генерации электрической энергии, способное вырабатывать электричество под воздействием излучения как в ясную, так и в пасмурную погоду.
Установка батарей и сопряжённой инфраструктуры особой сложности не представляет и под силу практически любому человеку. Компоненты системы, обеспечивающие работу гелиоприёмников, имеют модульный тип и продаются в собранном и налаженном виде, готовые к подключению.
Конструкция гелиопанели
Солнечные панели имеют блочную структуру и состоят из энергетических ячеек, в которых и происходит генерация электрической энергии. Генерируемая сила тока прямо пропорциональна интенсивности излучения, которому подвергается во время работы гелиопанель. Такая конструкция придаёт прибору дополнительную надёжность, поскольку выход из строя одной ячейки не повлечёт за собой неработоспособность всего устройства. Одна энергетическая ячейка в сборке гелиоприёмника способна генерировать напряжение до 0,7 вольта.
К инфраструктурным модулям солнечного генератора электроэнергии относятся:
– гелиопанели, в которых непосредственно и происходит преобразование светового излучения;
– аккумулятор, который накапливает электрическую энергию, полученную от гелиопанелей;
– контроллер заряда – прибор, поддерживающий напряжение аккумулятора в заданном диапазоне. Контроллер может управлять электрическими соединениями и, в случае необходимости, производить отключение некоторых модулей системы;
– инвертор – устройство, преобразующее постоянный ток, идущий от аккумулятора в переменный ток, напряжением 220 вольт для питания потребителей бытовой электрической сети;
– предохранители – защитные компоненты системы, устанавливаемые между всеми её узлами для предотвращения их повреждения в случае нештатной ситуации.
Модули соединяются между собой с помощью медных изолированных проводников и соединителей типа МС4.
Размещение панелей
До начала монтажа элементов бытовой солнечной электросистемы следует выбрать место расположения гелиопанелей. Хорошим вариантом станет размещение панелей:
– на крыше;
– на балконе;
– на территории участка.
Выбирая место расположения солнечных панелей следует предусмотреть их будущее обслуживание, а именно – очистку светочувствительной поверхности энергетических ячеек. Пыль, мусор, фекалии птиц, снег и тому подобные загрязнители значительно снижают выработку электричества.
Чтобы обеспечить максимальную генерацию энергии, следует сориентировать приёмники в южном направлении и стремиться к размещению солнечных батарей перпендикулярно падающим лучам.
Если гелиоприёмники размещаются не на сооружении, а непосредственно на территории участка, следует предусмотреть для них опорную конструкцию высотой не менее полуметра. Это предотвратит их повреждение от обильных осадков и поспособствует их охлаждению воздушными потоками.
Приёмнки должны размещаться так, чтобы за световой день на них не падала тень от каких-либо расположенных рядом объектов, поскольку это приведёт к снижению генерации энергии.
Поскольку гелиопанели эксплуатируются на открытом воздухе, опорная рама для их закрепления должна быть сконструирована из материалов, стойких к коррозии.
Фиксация панелей производится либо с помощью специальных прижимных фиксаторов, либо с помощью болтов, которыми нижняя часть рамы устройства соединяется с опорной конструкцией.
При монтаже панелей изменение их конструкции не допускается.
Схемы соединения гелиоприёмников
Поскольку солнечный генератор является модульной системой, существует несколько способов соединения её компонентов между собой, что позволяет задать ей необходимые рабочие характеристики, такие как мощность, напряжение и сила тока.
Параллельное соединение
Параллельное соединение панелей позволяет при неизменном напряжении увеличить силу тока, которая будет возрастать прямо пропорционально количеству подключаемых панелей.
При таком типе подключения проводником соединяются все одноимённые клеммы панелей, задействованных в системе. Иными словами, «минусовая» клемма первой панели соединяется проводником с «минусовой» клеммой второй панели, «минусовая» клемма второй панели соединяется с аналогичной клеммой третьей и так далее, после чего проводник соединяется с отрицательным контактом контроллера. Соединение «плюсовых» клемм панелей производится аналогичным образом.
Последовательное соединение
Последовательное соединение позволяет повысить напряжение в питающей сети.
Последовательное соединение осуществляется следующим образом: один из полюсов контроллера соединяется с клеммой соответствующей полярности первой солнечной батареи, вторая клемма этой батареи соединяется с клеммой противоположной полярности следующей батареи и так далее, образуя единую цепь. Последняя клемма последней батареи системы соединяется с контроллером – полярность клемм этого соединения будет одноимённой.
Ориентация всех приёмников системы при таком типе подключения должна быть как можно более одинаковой по отношению к источнику излучения. Разная эффективность работы панелей приведёт к нагреву приёмников, работающих с наименьшей эффективностью. Причём нагрев этот будет происходить за счёт расходования части энергии, поступающей в систему от наиболее эффективно работающих панелей. Таким образом, если нет возможности сориентировать приёмники более-менее одинаково по отношению к источнику света – следует использовать несколько контроллеров или отсекающие диоды.
Комбинированный способ
Наилучший и наиболее надёжный тип подключения. Обеспечивает работоспособность системы в случае выхода отдельных некритичных узлов из строя.
При этом способе подключения все имеющиеся гелиопанели разбиваются на группы. Подключение приёмников внутри групп осуществляется параллельно. Подключение групп к контроллеру производится по последовательной схеме.
При любом типе подключения следует использовать провода минимально возможной длины, а также избегать скруток. Это позволит снизить падение напряжения в сети.
Сборка системы
Соединение компонентов солнечной электросистемы осуществляется с помощью одножильных медных проводников сечением 4 мм кв. Желательно, чтобы изоляционный слой таких проводников был устойчив к воздействию ультрафиолетовых лучей. Если возможности использовать такие проводники нет – соединители следует прокладывать в гофрированной трубе. Все соединения должны быть герметичными.
При сборке системы следует соблюдать полярность, учитывать допустимые технические условия работы всех устройств и не допускать их превышения, особенно это касается таких чувствительных устройств как контроллер и инвертор. Между всеми узлами системы обязательно устанавливаются предохранители.
Последовательность подключения устройств выглядит следующим образом:
- Подключить к контроллеру аккумулятор.
- Подключить к контроллеру блок гелиоприёмников.
- Подключить к контроллеру нагрузку 12В.
- Если необходимо подключение к сети устройств, предназначенных для работы от сети с напряжением 220В, необходимо подключить к системе инвертор. Он подключается к аккумулятору. Прямое соединение инвертора и контроллера запрещено!
- Если инвертор подключен, он соединяется с нагрузкой 220В.
После соединения всех узлов системы необходимо выполнить проверку правильности подключения, для этого:
- Проверяется соблюдения полярности для всех соединений.
- Проверяется напряжение, выдаваемое солнечными панелями, без подключенной нагрузки. Оно должно соответствовать паспортным значениям.
После того как все подключено и проверено производится заземление батарей. На этом установку солнечного генератора можно считать завершенной.