Solbatterier for hagen og hjemmet: typer, prinsipper for drift og prosedyre for beregning av solcelleanlegg

Vitenskapen har gitt oss en tid da teknologien for å bruke solenergi har blitt offentlig tilgjengelig.Hver eier har mulighet til å få solcellepaneler til hjemmet sitt. Sommerboerne henger ikke etter i denne saken. De befinner seg ofte langt fra sentraliserte kilder til bærekraftig kraftforsyning.

Vi foreslår at du gjør deg kjent med informasjonen som presenterer design, prinsipper for drift og beregning av arbeidsenhetene til solsystemet. Å bli kjent med informasjonen vi tilbyr vil bringe deg nærmere virkeligheten med å gi nettstedet ditt naturlig elektrisitet.

For en klar forståelse av de oppgitte dataene er det vedlagt detaljerte diagrammer, illustrasjoner, foto- og videoinstruksjoner.

Design og prinsipp for drift av et solcellebatteri

En gang i tiden oppdaget nysgjerrige sinn for oss naturlige stoffer produsert under påvirkning av lyspartikler fra solen, fotoner, elektrisk energi. Prosessen ble kalt den fotoelektriske effekten. Forskere har lært å kontrollere mikrofysiske fenomener.

Basert på halvledermaterialer skapte de kompakte elektroniske enheter - fotoceller.

Produsenter har mestret teknologien for å kombinere miniatyromformere til effektive solcellepaneler. Effektiviteten til silisium solcellepanelmoduler som er mye produsert av industrien er 18-22%.

Fra beskrivelsen av diagrammet er det tydelig sett: alle komponentene i kraftverket er like viktige - den koordinerte driften av systemet avhenger av deres kompetente valg

Et solcellebatteri er satt sammen av moduler. Det er det siste punktet på reisen til fotoner fra solen til jorden. Herfra fortsetter disse komponentene av lysstråling sin vei inne i den elektriske kretsen som partikler av likestrøm.

De er fordelt på batterier, eller omdannes til ladninger av elektrisk vekselstrøm med en spenning på 220 volt, som driver alle typer hjemmetekniske enheter.

Et solcellebatteri er et kompleks av seriekoblede halvlederenheter - fotoceller som konverterer solenergi til elektrisk energi.

Du finner flere detaljer om enhetens spesifikasjoner og prinsippet for drift av solbatteriet i en annen populær artikkel nettstedet vårt.

Typer solcellepanelmoduler

Solcellepanel-moduler er satt sammen av solceller, ellers kjent som fotoelektriske omformere. FEP-er av to typer har funnet utbredt bruk.

De er forskjellige i typene silisiumhalvledere som brukes til produksjon, disse er:

• Polykrystallinsk. Dette er solceller laget av smeltet silisium gjennom langtidskjøling. Den enkle produksjonsmetoden gjør prisen overkommelig, men produktiviteten til den polykrystallinske versjonen overstiger ikke 12%.
• Monokrystallinsk. Dette er elementer oppnådd ved å kutte en kunstig dyrket silisiumkrystall i tynne skiver. Det mest produktive og dyre alternativet. Gjennomsnittlig effektivitet er rundt 17 %; du kan finne monokrystallinske solceller med høyere ytelse.

Polykrystallinske solceller er flate firkantede i form med en ujevn overflate. Monokrystallinske varianter ser ut som tynne firkanter med en ensartet overflatestruktur med avkuttede hjørner (pseudosquares).

Slik ser FEP-er ut - fotovoltaiske omformere: egenskapene til solcellemodulen avhenger ikke av typen elementer som brukes - dette påvirker kun størrelsen og prisen

Panelene i den første versjonen med samme kraft er større enn de andre på grunn av lavere effektivitet (18 % mot 22 %). Men i gjennomsnitt er de ti prosent billigere og etterspurt.

Du kan lære om reglene og nyansene ved å velge solcellepaneler for å levere autonom oppvarmingsenergi. les her.

Ordning for drift av solenergiforsyning

Når du ser på de mystisk klingende navnene på komponentene som utgjør solenergisystemet, kommer tanken til den supertekniske kompleksiteten til enheten.

På mikronivå av fotonliv er dette sant. Og visuelt ser det generelle diagrammet over den elektriske kretsen og prinsippet for dens drift veldig enkelt ut. Det er bare fire trinn fra himmellegemet til "Ilyich-lyspæren".

Solcellemoduler er den første komponenten i et kraftverk. Dette er tynne rektangulære paneler satt sammen av et visst antall standard fotocelleplater. Produsenter lager fotopaneler med varierende elektrisk kraft og spenningsmultipler på 12 volt.

Flate enheter er praktisk plassert på overflater som er åpne for direkte stråler. Modulære blokker kombineres ved hjelp av gjensidige forbindelser til et solcellebatteri. Batteriets oppgave er å konvertere den mottatte solenergien, og produsere en likestrøm med en gitt verdi.

Lagringsenheter for elektrisk ladning - batterier for solcellepaneler kjent for alle. Deres rolle innen solenergiforsyningssystemet er tradisjonell. Når husholdningsforbrukere er koblet til et sentralisert nettverk, lagrer energilagringsenheter elektrisitet.

De akkumulerer også overskuddet hvis solcellemodulstrømmen er tilstrekkelig til å gi kraften som forbrukes av elektriske apparater.

Batteripakken leverer den nødvendige mengden energi til kretsen og opprettholder en stabil spenning så snart forbruket øker til en økt verdi. Det samme skjer for eksempel om natten når fotopaneler ikke fungerer eller når det er lite sol.

Energiforsyningsordningen for et hjem som bruker solcellepaneler skiller seg fra alternativer med samlere i muligheten til å lagre energi i et batteri

Kontrolleren er et elektronisk mellomledd mellom solcellemodulen og batteriene.Dens rolle er å regulere ladenivået til batteriene. Enheten lar dem ikke koke på grunn av overlading eller et fall i det elektriske potensialet under en viss norm som er nødvendig for stabil drift av hele solsystemet.

Omvendt, dette er hvordan begrepet høres ut bokstavelig forklart solenergi inverter. Ja, faktisk utfører denne enheten en funksjon som en gang virket fantastisk for elektroingeniører.

Den konverterer likestrømmen til solcellemodulen og batteriene til vekselstrøm med en potensialforskjell på 220 volt. Dette er driftsspenningen for de aller fleste elektriske husholdningsapparater.

Strømmen av solenergi er proporsjonal med posisjonen til armaturet: når du installerer moduler, vil det være greit å sørge for å justere helningsvinkelen avhengig av årstiden

Toppbelastning og gjennomsnittlig daglig energiforbruk

Gleden av å ha en egen solcellestasjon er fortsatt mye verdt. Det første trinnet på veien for å utnytte kraften til solenergi er å bestemme den optimale toppbelastningen i kilowatt og det rasjonelle gjennomsnittlige daglige energiforbruket i kilowatt-timer for en husholdning eller et landsted.

Toppbelastningen skapes av behovet for å slå på flere elektriske apparater samtidig og bestemmes av deres maksimale totale effekt, med tanke på de overvurderte startegenskapene til noen av dem.

Ved å beregne det maksimale strømforbruket kan du identifisere hvilke elektriske apparater som trenger samtidig drift og hvilke som ikke er så viktige. Kraftegenskapene til kraftverkskomponentene, det vil si den totale kostnaden for enheten, er underlagt denne indikatoren.

Det daglige energiforbruket til et elektrisk apparat måles av produktet av dets individuelle effekt og tiden det arbeidet fra nettverket (forbrukt strøm) i løpet av dagen. Det totale gjennomsnittlige daglige energiforbruket beregnes som summen av elektrisitet som forbrukes av hver forbruker over en daglig periode.

Påfølgende analyse og optimalisering av innhentede data om belastninger og energiforbruk vil sikre nødvendig konfigurasjon og påfølgende drift av solenergisystemet til minimal kostnad

Resultatet av energiforbruket bidrar til å rasjonelt nærme seg forbruket av solenergi. Resultatet av beregningene er viktig for videre beregning av batterikapasitet. Prisen på batteripakken, en betydelig komponent i systemet, avhenger enda mer av denne parameteren.

Prosedyren for å beregne energiindikatorer

Beregningsprosessen begynner bokstavelig talt med et horisontalt plassert, firkantet, utbrettet notatbokark. Med lette blyantlinjer oppnås et skjema med tretti kolonner fra arket, og linjer i henhold til antall elektriske husholdningsapparater.

Forberedelse for aritmetiske beregninger

Den første kolonnen er tradisjonell - et serienummer. Den andre kolonnen er navnet på det elektriske apparatet. Den tredje er dets individuelle strømforbruk.

Kolonner fire til tjuesju er timene på døgnet fra 00 til 24. Følgende er lagt inn i dem gjennom en horisontal brøklinje:

• i telleren - driftstiden til enheten i løpet av en bestemt time i desimalform (0,0);
• nevneren er igjen dets individuelle strømforbruk (denne repetisjonen er nødvendig for å beregne timebelastninger).

Den tjueåttende kolonnen er den totale tiden husholdningsapparatet fungerer i løpet av dagen.I den tjueniende - det personlige energiforbruket til enheten registreres som et resultat av å multiplisere det individuelle strømforbruket med driftstiden over en daglig periode.

Å utarbeide en detaljert forbrukerspesifikasjon, som tar hensyn til timebelastning, vil bidra til å beholde flere av de vanlige enhetene, takket være deres rasjonelle bruk

Den trettiende kolonnen er også standard – merk. Det vil være nyttig for mellomberegninger.

Utarbeide forbrukerspesifikasjoner

Det neste trinnet i beregningene er transformasjonen av notatbokskjemaet til en spesifikasjon for husholdningselektrisitetsforbrukere. Den første kolonnen er tydelig. Serienumrene til linjene legges inn her.

Den andre kolonnen inneholder navn på energiforbrukere. Det anbefales å begynne å fylle gangen med elektriske apparater. Følgende beskriver andre rom mot eller med klokken (som er praktisk for deg).

Hvis det er en andre (osv.) etasje, er prosedyren den samme: fra trappen - rundt. Samtidig bør vi ikke glemme enheter på trapperom og gatebelysning.

Det er bedre å fylle ut den tredje kolonnen som indikerer strømmen på motsatt side av navnet på hver elektrisk enhet sammen med den andre.

Kolonne fire til og med tjuesju tilsvarer hver time på dagen. For enkelhets skyld kan du umiddelbart tegne dem ut med horisontale linjer i midten av linjene. De resulterende øvre halvdelene av linjene er som tellere, de nedre er nevnere.

Disse kolonnene fylles ut rad for rad. Tellere er selektivt formatert som tidsintervaller i desimalformat (0,0), som gjenspeiler driftstiden til et gitt elektrisk apparat i en bestemt timeperiode. Parallelt, der tellerne legges inn, legges nevnerne inn med indikatoren for kraften til enheten, hentet fra den tredje kolonnen.

Etter at alle timekolonnene er fylt ut, fortsett med å beregne den individuelle daglige arbeidstiden for elektriske apparater, flytt linje for linje. Resultatene er registrert i de tilsvarende cellene i den tjueåttende kolonne.

I tilfellet når solenergianlegget spiller en hjelperolle, slik at systemet ikke går på tomgang, kan en del av lasten kobles til det for konstant strøm

Basert på strøm og arbeidstid beregnes det daglige energiforbruket til alle forbrukere sekvensielt. Det er notert i cellene i den tjueniende kolonnen.

Når alle rader og kolonner i spesifikasjonen er fylt ut, beregnes totalsummene. Ved å legge til potensgrafene fra nevnerne i timekolonnene, fås belastningene for hver time. Ved å summere det individuelle daglige energiforbruket til den tjueniende kolonnen fra topp til bunn, finner man det totale daglige gjennomsnittet.

Beregningen inkluderer ikke det fremtidige systemets eget forbruk. Denne faktoren tas i betraktning av hjelpekoeffisienten i påfølgende sluttberegninger.

Analyse og optimalisering av innhentede data

Hvis strøm fra et solkraftverk planlegges som backup, bidrar data om strømforbruk per time og totalt gjennomsnittlig daglig energiforbruk til å minimere forbruket av dyr solenergi.

Dette oppnås ved å utelukke energiintensive forbrukere fra bruk til den sentraliserte strømforsyningen er gjenopprettet, spesielt i topplasttimer.

Hvis solenergisystemet er utformet som en kilde til konstant strømforsyning, kommer resultatene av timebelastninger frem.Det er viktig å fordele strømforbruket utover dagen på en slik måte at man eliminerer de mye dominerende høydepunktene og svært lave nedgangene.

Eliminering av topplaster, utjevning av maksimale belastninger og eliminering av kraftige fall i energiforbruk over tid gjør det mulig å velge de mest økonomiske alternativene for solcelleanleggskomponenter og sikre stabil, og viktigst av alt, problemfri langtidsdrift av solcellestasjonen.

Grafen vil avsløre ujevnheten i energiforbruket: vår oppgave er å flytte maksimumsverdiene til tidspunktet for størst solaktivitet og redusere det totale daglige forbruket, spesielt om natten.

Den presenterte tegningen viser transformasjonen av en irrasjonell tidsplan oppnådd på grunnlag av en spesifikasjon til en optimal. Den daglige forbruksraten ble redusert fra 18 til 12 kW/t, den gjennomsnittlige daglige timebelastningen fra 750 til 500 W.

Det samme prinsippet om optimalitet er nyttig når du bruker solenergialternativet som backup. Det er kanskje ikke verdt å bruke for mye penger på å øke effekten til solcellemoduler og batterier av hensyn til noen midlertidige ulemper.

Valg av komponenter for solkraftverk

For å forenkle beregningene vil vi vurdere versjonen av å bruke et solcellebatteri som den viktigste kilden til elektrisk energi for hagen. Forbrukeren vil være et betinget landsted i Ryazan-regionen, hvor de bor permanent fra mars til september.

Praktiske beregninger basert på dataene fra den rasjonelle timeplanen for energiforbruk publisert ovenfor vil gi klarhet i resonnementet:

• Totalt gjennomsnittlig daglig energiforbruk = 12 000 watt/time.
• Gjennomsnittlig belastningsforbruk = 500 watt.
• Maks belastning 1200 watt.
• Toppbelastning 1200 x 1,25 = 1500 watt (+25%).

Verdiene vil være nødvendige for å beregne den totale kapasiteten til solenergienheter og andre driftsparametere.

Bestemmelse av driftsspenningen til solsystemet

Den interne driftsspenningen til ethvert solcellesystem er basert på et multiplum på 12 volt, som er den vanligste batterivurderingen. De mest brukte komponentene til solstasjoner: solcellemoduler, kontrollere, omformere er produsert for populære spenninger på 12, 24, 48 volt.

En høyere spenning tillater bruk av forsyningsledninger med mindre tverrsnitt - og dette betyr økt kontaktpålitelighet. På den annen side kan mislykkede 12V-batterier skiftes ut ett om gangen.

I et 24-volts nettverk, med tanke på spesifikasjonene til driftsbatterier, må du bare erstatte dem i par. Et 48V-nettverk vil kreve å bytte alle fire batteriene i en gren. I tillegg er det allerede ved 48 volt fare for elektrisk støt.

Med samme kapasitet og omtrent samme pris bør du kjøpe batterier med høyest tillatt utladningsdybde og høyere maksimalstrøm

Hovedvalget av den nominelle verdien av den interne potensialforskjellen til systemet er relatert til effektkarakteristikkene til omformere produsert av moderne industri og bør ta hensyn til størrelsen på toppbelastningen:

• fra 3 til 6 kW – 48 volt,
• fra 1,5 til 3 kW – lik 24 eller 48V,
• opptil 1,5 kW – 12, 24, 48V.

Ved å velge mellom påliteligheten til ledninger og ulempen med å bytte batterier, vil vi for eksempel fokusere på pålitelighet. Deretter vil vi starte fra driftsspenningen til det beregnede systemet, 24 volt.

Utstyre batteriet med solcellemoduler

Formelen for å beregne kraften som kreves fra et solcellebatteri ser slik ut:

Рcm = (1000 * Esut) / (k * Sin),

Hvor:

• Rcm = solcellebatterikraft = total effekt av solcellemoduler (paneler, W),
• 1000 = akseptert fotovoltaisk følsomhet (kW/m²)
• Esut = daglig energiforbruksbehov (kWh, i vårt eksempel = 18),
• k = sesongkoeffisient tatt i betraktning alle tap (sommer = 0,7; vinter = 0,5),
• Syn = tabellverdi for isolasjon (solstrålingsfluks) ved optimal tilt av panelene (kW*h/m²).

Du kan finne ut strålingsverdien fra din regionale meteorologiske tjeneste.

Den optimale helningsvinkelen til solcellepaneler er lik breddegraden til området:

• om våren og høsten,
• pluss 15 grader – om vinteren,
• minus 15 grader – om sommeren.

Ryazan-regionen som er vurdert i vårt eksempel ligger på breddegrad 55.

Den høyeste effekten til solcellepaneler oppnås ved å bruke sporingssystemer, sesongmessige endringer i panelenes helningsvinkel og bruk av blandede trimmoduler

For tiden fra mars til september er den beste uregulerte helningen til solcellepanelet lik en sommervinkel på 40⁰ mot jordoverflaten. Med denne installasjonen av moduler er den gjennomsnittlige daglige innstrålingen av Ryazan i denne perioden 4,73. Alle tallene er der, la oss regne ut:

Rcm = 1000 * 12 / (0,7 * 4,73) ≈ 3600 watt.

Hvis vi tar 100-watts moduler som grunnlag for solbatteriet, trenger vi 36 av dem. De vil veie 300 kilo og okkupere et område som måler omtrent 5 x 5 m.

Felttestede koblingsskjemaer og tilkoblingsmuligheter for solcellepaneler er gitt her.

Arrangement av en batterienhet

Når du velger batterier, må du veiledes av følgende prinsipper:

1. Vanlige bilbatterier er IKKE egnet til dette formålet. Batteriene til solkraftverk er merket med inskripsjonen "SOLAR".
2. Du bør kun kjøpe batterier som er identiske på alle måter, helst fra samme fabrikkbatch.
3. Rommet der batteripakken er plassert må være varmt. Den optimale temperaturen når batteriene produserer full effekt = 25⁰C. Når den synker til -5⁰C, reduseres batterikapasiteten med 50 %.

Tar man et representativt 12-volts batteri med en kapasitet på 100 ampere/time til beregning, er det enkelt å regne ut at det kan gi energi til forbrukere med en total effekt på 1200 watt i en hel time. Men dette er med fullstendig utladning, noe som er ekstremt uønsket.

For langvarig batterilevetid anbefales det IKKE å redusere ladningen til under 70 %. Grenseverdi = 50 %. Ved å ta tallet 60% som den "gyldne middelvei", baserer vi påfølgende beregninger på energireserven på 720 Wh for hver 100 Ah av den kapasitive komponenten til batteriet (1200 Wh x 60%).

Kanskje det vil koste mindre å kjøpe ett batteri med en kapasitet på 200 Ah enn å kjøpe to 100 Ah-batterier, og antallet batterikontaktforbindelser vil reduseres

Til å begynne med må batterier installeres 100 % ladet fra en stasjonær strømkilde. Oppladbare batterier må dekke lasten fullstendig i mørket. Hvis du er uheldig med været, opprettholde de nødvendige systemparametrene i løpet av dagen.

Det er viktig å ta hensyn til at et overskudd av batterier vil føre til konstant underlading. Dette vil redusere levetiden betydelig. Den mest rasjonelle løsningen ser ut til å være å utstyre enheten med batterier med en energireserve som er tilstrekkelig til å dekke ett daglig energiforbruk.

For å finne ut den nødvendige totale batterikapasiteten, del det totale daglige energiforbruket på 12000 Wh med 720 Wh og multipliser med 100 A*h:

12 000 / 720 * 100 = 2500 A*h ≈ 1600 A*h

Totalt vil vi for vårt eksempel trenge 16 batterier med en kapasitet på 100 eller 8 på 200 Ah, koblet i serie-parallell.

Velge en god kontroller

Kompetent utvalg batteriladekontroller (AKB) er en veldig spesifikk oppgave. Inngangsparametrene må samsvare med de valgte solcellemodulene, og utgangsspenningen må tilsvare den interne potensialforskjellen til solsystemet (i vårt eksempel, 24 volt).

En god kontroller må gi:

1. Flertrinns batterilading, som multipliserer deres effektive levetid.
2. Automatisk gjensidig, batteri- og solbatteri-tilkobling-frakobling i samsvar med ladning-utlading.
3. Koble til belastningen fra batteriet til solbatteriet og omvendt.

Denne lille enheten er en veldig viktig komponent.

Hvis noen forbrukere (for eksempel belysning) byttes til direkte strømforsyning på 12 volt fra kontrolleren, vil en mindre kraftig omformer være nødvendig, noe som betyr billigere

Riktig valg av kontroller avgjør problemfri drift av en kostbar batteripakke og balansen i hele systemet.

Velge den beste omformeren

Omformeren er valgt med slik effekt at den kan gi langvarig topplast. Inngangsspenningen må tilsvare den interne potensialforskjellen til solsystemet.

For det beste valgalternativet anbefales det å ta hensyn til følgende parametere:

1. Form og frekvens på tilført vekselstrøm. Jo nærmere en sinus på 50 hertz, jo bedre.
2. Enhetseffektivitet. Jo høyere 90%, jo mer fantastisk.
3. Eget forbruk av enheten. Må stå i forhold til systemets totale strømforbruk. Ideelt sett - opptil 1%.
4. Evnen til en node til å motstå kortsiktige doble overbelastninger.

Den mest utmerkede designen er en inverter med innebygd kontrollerfunksjon.

Montering av et husholdningssolsystem

Vi har laget et bildeutvalg som tydelig viser prosessen med å montere et husholdningssolsystem fra fabrikklagde moduler:

Konklusjoner og nyttig video om temaet

Video #1. Gjør-det-selv demonstrasjon av installasjon av solcellepaneler på taket av et hus:

Video #2. Utvalg av batterier for et solsystem, typer, forskjeller:

Video #3. Landlig solkraftverk for de som gjør alt selv:

De betraktede trinnvise praktiske beregningsmetodene, det grunnleggende prinsippet for effektiv drift av et moderne solcellepanelbatteri som en del av en hjemme autonom solstasjon vil hjelpe eierne av både et stort hus i et tett befolket område og et landsted i villmarken for å få energisuverenitet.

Vil du dele din personlige erfaring som du fikk under byggingen av et mini-solsystem eller bare batterier? Har du spørsmål du ønsker svar på, eller har du funnet noen mangler i teksten? Legg igjen kommentarer i blokken nedenfor.