Solcellebatterier til haven og hjemmet: typer, driftsprincipper og procedure for beregning af solcelleanlæg

Videnskaben har givet os en tid, hvor teknologien til at bruge solenergi er blevet offentligt tilgængelig.Enhver ejer har mulighed for at få solpaneler til deres hjem. Sommerboerne halter ikke bagud i denne sag. De befinder sig ofte langt fra centraliserede kilder til bæredygtig strømforsyning.

Vi foreslår, at du gør dig bekendt med oplysningerne, der præsenterer design, principper for drift og beregning af solsystemets arbejdsenheder. At blive fortrolig med de oplysninger, vi tilbyder, vil bringe dig tættere på virkeligheden med at forsyne dit websted med naturlig elektricitet.

For en klar forståelse af de leverede data er der vedhæftet detaljerede diagrammer, illustrationer, foto- og videoinstruktioner.

Design og princip for drift af et solcellebatteri

Engang opdagede nysgerrige sind for os naturlige stoffer produceret under påvirkning af partikler af lys fra solen, fotoner, elektrisk energi. Processen blev kaldt den fotoelektriske effekt. Forskere har lært at kontrollere mikrofysiske fænomener.

Baseret på halvledermaterialer skabte de kompakte elektroniske enheder - fotoceller.

Producenter har mestret teknologien til at kombinere miniaturekonvertere til effektive solpaneler. Effektiviteten af ​​siliciumsolpanelmoduler, der i vid udstrækning produceres af industrien, er 18-22%.

Fra beskrivelsen af ​​diagrammet ses det tydeligt: ​​alle komponenter i kraftværket er lige vigtige - den koordinerede drift af systemet afhænger af deres kompetente valg

Et solcellebatteri er samlet af moduler. Det er det sidste punkt på fotonernes rejse fra Solen til Jorden. Herfra fortsætter disse komponenter af lysstråling deres vej inde i det elektriske kredsløb som partikler af jævnstrøm.

De er fordelt på batterier eller omdannes til ladninger af elektrisk vekselstrøm med en spænding på 220 volt, som driver alle slags hjemmetekniske enheder.

Et solbatteri er et kompleks af serieforbundne halvlederenheder - fotoceller, der omdanner solenergi til elektrisk energi.

Du vil finde flere detaljer om enhedens specifikationer og princippet om drift af solbatteriet i en anden populær artikel vores side.

Typer af solpanelmoduler

Solpaneler-moduler er samlet af solceller, også kendt som fotoelektriske omformere. FEP'er af to typer har fundet udbredt anvendelse.

De adskiller sig i de typer siliciumhalvledere, der anvendes til deres fremstilling, disse er:

• Polykrystallinsk. Det er solceller fremstillet af smeltet silicium gennem langtidsafkøling. Den enkle produktionsmetode gør prisen overkommelig, men produktiviteten af ​​den polykrystallinske version overstiger ikke 12%.
• Monokrystallinsk. Disse er elementer opnået ved at skære en kunstigt dyrket siliciumkrystal i tynde wafers. Den mest produktive og dyre løsning. Den gennemsnitlige effektivitet er omkring 17%; du kan finde monokrystallinske solceller med højere ydeevne.

Polykrystallinske solceller er flade firkantede i form med en uensartet overflade. Monokrystallinske varianter ligner tynde firkanter med en ensartet overfladestruktur med afskårne hjørner (pseudosquares).

Sådan ser FEP'er ud - fotovoltaiske omformere: solcellemodulets egenskaber afhænger ikke af den anvendte type elementer - dette påvirker kun størrelsen og prisen

Panelerne i den første version med samme effekt er større end de andre på grund af lavere effektivitet (18% mod 22%). Men i gennemsnit er de ti procent billigere og er meget efterspurgte.

Du kan lære om reglerne og nuancerne ved at vælge solpaneler til at levere autonom varmeenergi. læs her.

Ordning for drift af solenergiforsyning

Når du ser på de mystisk klingende navne på komponenterne, der udgør solenergisystemet, kommer tanken til enhedens supertekniske kompleksitet.

På mikroniveau af fotonliv er dette sandt. Og visuelt ser det generelle diagram over det elektriske kredsløb og princippet om dets drift meget enkelt ud. Der er kun fire trin fra himmellegemet til "Ilyich-pæren".

Solcellemoduler er den første komponent i et kraftværk. Disse er tynde rektangulære paneler samlet af et vist antal standard fotocelleplader. Producenter fremstiller fotopaneler af varierende elektrisk effekt og spændingsmultipler på 12 volt.

Fladformede enheder er bekvemt placeret på overflader, der er åbne for direkte stråler. Modulære blokke kombineres ved hjælp af indbyrdes forbindelser til et solcellebatteri. Batteriets opgave er at konvertere den modtagne solenergi, hvilket giver en jævnstrøm af en given værdi.

Opbevaringsenheder til elektriske ladninger - batterier til solpaneler kendt af alle. Deres rolle inden for solenergiforsyningssystemet er traditionel. Når husholdningsforbrugere er tilsluttet et centraliseret netværk, lagrer energilagringsenheder elektricitet.

De akkumulerer også dets overskud, hvis solcellemodulstrømmen er tilstrækkelig til at levere den strøm, der forbruges af elektriske apparater.

Batteripakken leverer den nødvendige mængde energi til kredsløbet og opretholder en stabil spænding, så snart dets forbrug stiger til en øget værdi. Det samme sker for eksempel om natten, når fotopaneler ikke fungerer, eller i lavt solrigt vejr.

Energiforsyningsordningen for et hjem, der bruger solpaneler, adskiller sig fra muligheder med samlere i evnen til at lagre energi i et batteri

Regulatoren er en elektronisk mellemled mellem solcellemodulet og batterierne.Dens rolle er at regulere batteriernes ladeniveau. Enheden tillader dem ikke at koge på grund af overopladning eller et fald i det elektriske potentiale under en vis norm, der er nødvendig for stabil drift af hele solsystemet.

Omvendt, sådan lyder udtrykket bogstaveligt forklaret solar inverter. Ja, faktisk udfører denne enhed en funktion, der engang virkede fantastisk for elektroingeniører.

Den omdanner solcellemodulets og batteriernes jævnstrøm til vekselstrøm med en potentialforskel på 220 volt. Dette er driftsspændingen for langt de fleste elektriske husholdningsapparater.

Strømmen af ​​solenergi er proportional med armaturets position: ved installation af moduler ville det være godt at sørge for justering af hældningsvinklen afhængigt af årstiden

Spidsbelastning og gennemsnitligt dagligt energiforbrug

Fornøjelsen ved at have sin egen solcellestation er stadig meget værd. Det første skridt på vejen til at udnytte solenergiens kraft er at bestemme den optimale spidsbelastning i kilowatt og det rationelle gennemsnitlige daglige energiforbrug i kilowatt-timer for en husstand eller et landsted.

Spidsbelastningen skabes af behovet for at tænde for flere elektriske apparater på én gang og bestemmes af deres maksimale samlede effekt under hensyntagen til de overvurderede startegenskaber for nogle af dem.

Beregning af det maksimale strømforbrug giver dig mulighed for at identificere, hvilke elektriske apparater der skal bruges samtidig, og hvilke der ikke er så vigtige. Kraftegenskaberne for kraftværkskomponenterne, det vil sige de samlede omkostninger ved enheden, er underlagt denne indikator.

Det daglige energiforbrug for et elektrisk apparat måles ved produktet af dets individuelle effekt og den tid, det arbejdede fra netværket (forbrugte elektricitet) i løbet af dagen. Det samlede gennemsnitlige daglige energiforbrug er beregnet som summen af ​​elforbruget af hver forbruger over en daglig periode.

Efterfølgende analyse og optimering af de opnåede data om belastninger og energiforbrug vil sikre den nødvendige konfiguration og efterfølgende drift af solenergisystemet med minimale omkostninger

Resultatet af energiforbruget hjælper til rationelt at nærme sig forbruget af solenergi. Resultatet af beregningerne er vigtigt for yderligere beregning af batterikapacitet. Prisen på batteripakken, en væsentlig komponent i systemet, afhænger endnu mere af denne parameter.

Proceduren til beregning af energiindikatorer

Beregningsprocessen begynder bogstaveligt talt med et vandret placeret, firkantet, udfoldet notesbogsark. Med lette blyantlinjer opnås en formular med tredive søjler fra arket og linjer i henhold til antallet af elektriske husholdningsapparater.

Forberedelse til aritmetiske beregninger

Den første kolonne er traditionel - et serienummer. Den anden kolonne er navnet på det elektriske apparat. Den tredje er dets individuelle strømforbrug.

Kolonne fire til syvogtyve er døgnets timer fra 00 til 24. Følgende er indtastet i dem gennem en vandret brøklinje:

• i tælleren - enhedens driftstid i løbet af en bestemt time i decimalform (0,0);
• nævneren er igen dets individuelle strømforbrug (denne gentagelse er nødvendig for at beregne timebelastninger).

Den otteogtyvende kolonne er den samlede tid, som husholdningsapparatet fungerer i løbet af dagen.I den niogtyvende - registreres enhedens personlige energiforbrug som et resultat af at gange det individuelle strømforbrug med driftstiden over en daglig periode.

Udarbejdelse af en detaljeret forbrugerspecifikation, der tager højde for timebelastning, vil hjælpe med at beholde flere af de sædvanlige enheder takket være deres rationelle brug

Den tredivte kolonne er også standard – bemærk. Det vil være nyttigt til mellemliggende beregninger.

Udarbejdelse af forbrugerspecifikationer

Det næste trin i beregningerne er omdannelsen af ​​notesbogsformularen til en specifikation for husholdningernes elforbrugere. Den første kolonne er klar. Her indtastes linjernes serienumre.

Den anden kolonne indeholder navnene på energiforbrugere. Det anbefales at begynde at fylde gangen med elektriske apparater. Det følgende beskriver andre rum mod eller med uret (alt efter hvad det er praktisk for dig).

Hvis der er en anden (osv.) etage, er proceduren den samme: fra trappen - rundt. Samtidig bør vi ikke glemme enheder på trappeopgange og gadebelysning.

Det er bedre at udfylde den tredje kolonne, der angiver strømmen modsat navnet på hver elektrisk enhed sammen med den anden.

Kolonne fire til syvogtyve svarer til hver time på dagen. For nemheds skyld kan du straks tegne dem ud med vandrette linjer i midten af ​​linjerne. De resulterende øvre halvdele af linjerne er som tællere, de nederste er nævnere.

Disse kolonner udfyldes række for række. Tællere er selektivt formateret som tidsintervaller i decimalformat (0,0), hvilket afspejler driftstiden for et givet elektrisk apparat i en bestemt timeperiode. Parallelt, hvor tællere indtastes, indtastes nævnerne med indikatoren for enhedens effekt, taget fra den tredje kolonne.

Når alle timekolonnerne er udfyldt, skal du fortsætte med at beregne den individuelle daglige arbejdstid for elektriske apparater ved at flytte linje for linje. Resultaterne registreres i de tilsvarende celler i den otteogtyvende kolonne.

I det tilfælde, hvor solcelleanlægget spiller en hjælperolle, så systemet ikke kører i tomgang, kan en del af belastningen tilsluttes det for konstant strøm

Baseret på strøm og arbejdstid beregnes det daglige energiforbrug for alle forbrugere sekventielt. Det er noteret i cellerne i den niogtyvende kolonne.

Når alle rækker og kolonner i specifikationen er udfyldt, beregnes totalerne. Ved at tilføje effektgraferne fra nævnerne i timekolonnerne opnås belastningerne for hver time. Ved at opsummere det individuelle daglige energiforbrug i den niogtyvende kolonne fra top til bund, findes det samlede daglige gennemsnit.

Beregningen omfatter ikke det fremtidige systems eget forbrug. Denne faktor tages i betragtning af hjælpekoefficienten i efterfølgende endelige beregninger.

Analyse og optimering af indhentede data

Hvis strøm fra et solcelleanlæg er planlagt som backup, er data om timeforbrug og det samlede gennemsnitlige daglige energiforbrug med til at minimere forbruget af dyr solenergi.

Dette opnås ved at udelukke energikrævende forbrugere fra brug, indtil den centraliserede strømforsyning genoprettes, især i spidsbelastningstimer.

Hvis solenergisystemet er designet som en kilde til konstant strømforsyning, kommer resultaterne af timebelastninger frem.Det er vigtigt at fordele elforbruget i løbet af dagen på en sådan måde, at de meget fremherskende høje og meget lave lavpunkter elimineres.

Eliminering af spidsbelastninger, udjævning af maksimale belastninger og eliminering af skarpe fald i energiforbrug over tid gør det muligt at vælge de mest økonomiske muligheder for solcelleanlæggets komponenter og sikre stabil og vigtigst af alt problemfri langtidsdrift af solcellestationen.

Grafen vil afsløre ujævnheden i energiforbruget: Vores opgave er at flytte maksimumsværdierne til tidspunktet for størst solaktivitet og reducere det samlede daglige forbrug, især om natten.

Den præsenterede tegning viser transformationen af ​​en irrationel tidsplan opnået på grundlag af en specifikation til en optimal. Den daglige forbrugshastighed blev reduceret fra 18 til 12 kW/t, den gennemsnitlige daglige timebelastning fra 750 til 500 W.

Det samme princip for optimalitet er nyttigt, når du bruger solenergimuligheden som backup. Det er måske ikke værd at bruge for mange penge på at øge effekten af ​​solcellemoduler og batterier af hensyn til nogle midlertidige gener.

Udvælgelse af komponenter til solenergianlæg

For at forenkle beregningerne vil vi overveje versionen af ​​at bruge et solbatteri som den vigtigste kilde til elektrisk energi til haven. Forbrugeren vil være et betinget landsted i Ryazan-regionen, hvor de bor permanent fra marts til september.

Praktiske beregninger baseret på data fra den rationelle tidsplan for timeenergiforbrug offentliggjort ovenfor vil give klarhed over ræsonnementet:

• Samlet gennemsnitligt dagligt energiforbrug = 12.000 watt/time.
• Gennemsnitligt belastningsforbrug = 500 watt.
• Maksimal belastning 1200 watt.
• Spidsbelastning 1200 x 1,25 = 1500 watt (+25%).

Værdierne vil være nødvendige for at beregne den samlede kapacitet af solenergienheder og andre driftsparametre.

Bestemmelse af solsystemets driftsspænding

Den interne driftsspænding i ethvert solcelleanlæg er baseret på et multiplum af 12 volt, hvilket er den mest almindelige batteriklassificering. De mest udbredte komponenter i solcellestationer: solcellemoduler, controllere, invertere produceres til populære spændinger på 12, 24, 48 volt.

En højere spænding tillader brug af forsyningsledninger med et mindre tværsnit - og det betyder øget kontaktsikkerhed. På den anden side kan defekte 12V batterier udskiftes et ad gangen.

I et 24-volts netværk skal du kun udskifte dem i par, i betragtning af specifikationerne for driftsbatterier. Et 48V-netværk vil kræve udskiftning af alle fire batterier i en gren. Derudover er der allerede ved 48 volt fare for elektrisk stød.

Med samme kapacitet og omtrent samme pris bør du købe batterier med den højest tilladte afladningsdybde og en højere maksimal strøm

Hovedvalget af den nominelle værdi af systemets interne potentialforskel er relateret til effektegenskaberne for invertere produceret af moderne industri og bør tage højde for størrelsen af ​​spidsbelastningen:

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

Vælg mellem pålideligheden af ​​ledninger og ulejligheden ved at udskifte batterier, for vores eksempel vil vi fokusere på pålidelighed. Efterfølgende vil vi tage udgangspunkt i driftsspændingen for det beregnede system, 24 volt.

Udstyre batteriet med solcellemoduler

Formlen til beregning af den krævede effekt fra et solcellebatteri ser sådan ud:

Рcm = (1000 * Esut) / (k * Sin),

Hvor:

• Rcm = solcellebatteristrøm = total effekt af solcellemoduler (paneler, W),
• 1000 = accepteret fotovoltaisk følsomhed (kW/m²)
• Esut = dagligt energiforbrugsbehov (kWh, i vores eksempel = 18),
• k = sæsonbestemt koefficient under hensyntagen til alle tab (sommer = 0,7; vinter = 0,5),
• Syn = tabuleret værdi af solstråling (solstrålingsflux) ved optimal hældning af panelerne (kW*h/m²).

Indstrålingsværdien kan du få at vide hos din regionale meteorologiske tjeneste.

Den optimale hældningsvinkel for solpaneler er lig med områdets breddegrad:

• i forår og efterår,
• plus 15 grader – om vinteren,
• minus 15 grader – om sommeren.

Ryazan-regionen, der betragtes i vores eksempel, er placeret på breddegrad 55.

Den højeste effekt af solpaneler opnås ved at bruge sporingssystemer, sæsonbestemte ændringer i panelernes hældningsvinkel og brug af blandede trimmoduler

For tiden fra marts til september er den bedste uregulerede hældning af solpanelet lig med en sommervinkel på 40⁰ i forhold til jordens overflade. Med denne installation af moduler er den gennemsnitlige daglige indblæsning af Ryazan i denne periode 4,73. Alle tallene er der, lad os lave beregningen:

Rcm = 1000 * 12 / (0,7 * 4,73) ≈ 3.600 watt.

Hvis vi tager 100-watt-moduler som grundlag for solbatteriet, så skal vi bruge 36 af dem. De vil veje 300 kg og optage et område, der måler omkring 5 x 5 m.

Felttestede ledningsdiagrammer og tilslutningsmuligheder for solpaneler er givet her.

Arrangement af en batterienhed

Når du vælger batterier, skal du være styret af følgende principper:

1. Almindelige bilbatterier er IKKE egnede til dette formål. Batterierne i solenergianlæg er mærket med påskriften "SOLAR".
2. Du bør kun købe batterier, der er identiske i alle henseender, helst fra samme fabriksbatch.
3. Rummet, hvor batteripakken er placeret, skal være varmt. Den optimale temperatur, når batterierne producerer fuld effekt = 25⁰C. Når den falder til -5⁰C, falder batterikapaciteten med 50%.

Tager man et repræsentativt 12 volt batteri med en kapacitet på 100 ampere/time til beregning, er det nemt at regne ud, at det kan levere energi til forbrugerne med en samlet effekt på 1200 watt i en hel time. Men dette er med fuldstændig udledning, hvilket er yderst uønsket.

For langsigtet batterilevetid anbefales det IKKE at reducere deres opladning til under 70 %. Grænsetal = 50%. Tager vi tallet 60% som den "gyldne middelvej", baserer vi efterfølgende beregninger på energireserven på 720 Wh for hver 100 Ah af den kapacitive komponent af batteriet (1200 Wh x 60%).

Måske vil køb af et batteri med en kapacitet på 200 Ah koste mindre end at købe to 100 Ah batterier, og antallet af batterikontaktforbindelser vil blive reduceret

I første omgang skal batterier installeres 100 % opladet fra en stationær strømkilde. Genopladelige batterier skal helt dække belastningerne i mørke. Hvis du er uheldig med vejret, skal du opretholde de nødvendige systemparametre i løbet af dagen.

Det er vigtigt at tage højde for, at et overskud af batterier vil føre til deres konstante underopladning. Dette vil reducere levetiden betydeligt. Den mest rationelle løsning synes at være at udstyre enheden med batterier med en energireserve, der er tilstrækkelig til at dække et dagligt energiforbrug.

For at finde ud af den nødvendige samlede batterikapacitet skal du dividere det samlede daglige energiforbrug på 12000 Wh med 720 Wh og gange med 100 A*h:

12.000 / 720 * 100 = 2500 A*h ≈ 1600 A*h

I alt har vi til vores eksempel brug for 16 batterier med en kapacitet på 100 eller 8 på 200 Ah, forbundet i serie-parallel.

At vælge en god controller

Kompetent udvælgelse batteriopladningsregulator (AKB) er en meget specifik opgave. Dens inputparametre skal svare til de valgte solcellemoduler, og udgangsspændingen skal svare til solsystemets interne potentialforskel (i vores eksempel 24 volt).

En god controller skal levere:

1. Flertrins batteriopladning, som multiplicerer deres effektive levetid.
2. Automatisk gensidig, batteri- og solcellebatteri tilslutning-frakobling i sammenhæng med ladning-afladning.
3. Gentilslutning af belastningen fra batteriet til solbatteriet og omvendt.

Denne lille enhed er en meget vigtig komponent.

Hvis nogle forbrugere (f.eks. belysning) skiftes til direkte strømforsyning på 12 volt fra controlleren, vil en mindre kraftig inverter være nødvendig, hvilket betyder billigere

Det korrekte valg af controller bestemmer den problemfrie drift af en dyr batteripakke og balancen i hele systemet.

Valg af den bedste inverter

Inverteren er valgt med en sådan effekt, at den kan give langvarig spidsbelastning. Dens indgangsspænding skal svare til den interne potentialforskel i solsystemet.

For den bedste valgmulighed anbefales det at være opmærksom på følgende parametre:

1. Form og frekvens af den leverede vekselstrøm. Jo tættere på en sinus på 50 hertz, jo bedre.
2. Enhedens effektivitet. Jo højere 90%, jo mere vidunderligt.
3. Eget forbrug af enheden. Skal stå i forhold til systemets samlede strømforbrug. Ideelt set – op til 1 %.
4. En nodes evne til at modstå kortvarige dobbelte overbelastninger.

Det mest fremragende design er en inverter med en indbygget controller-funktion.

Montering af et husholdningssolsystem

Vi har lavet et fotovalg, der tydeligt demonstrerer processen med at samle et husholdningssolsystem fra fabriksfremstillede moduler:

Konklusioner og nyttig video om emnet

Video #1. Gør-det-selv demonstration af installation af solpaneler på taget af et hus:

Video #2. Udvalg af batterier til et solcelleanlæg, typer, forskelle:

Video #3. Landsolenergianlæg til dem, der gør alt selv:

De overvejede trin-for-trin praktiske beregningsmetoder, det grundlæggende princip for effektiv drift af et moderne solpanelbatteri som en del af en hjemmets autonom solcellestation vil hjælpe ejerne af både et stort hus i et tæt befolket område og et landsted i ørkenen for at opnå energisuverænitet.

Kunne du tænke dig at dele din personlige erfaring, som du fik under konstruktionen af ​​et mini solcelleanlæg eller bare batterier? Har du spørgsmål, som du gerne vil have svar på, eller har du fundet mangler i teksten? Skriv venligst kommentarer i blokken nedenfor.