ПОДКЛЮЧЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

ПОДКЛЮЧЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

Тема альтернативной энергетики сейчас у всех на слуху, регулярно следуют новости о том, что энергия солнечных лучей и ветра замещает все большую часть энергетического баланса некоторых развитых стран . Правда как понимает автор здесь все не так однозначно . Главная проблема альтернативной энергетики состоит в том, что ее ресурсы крайне рассеянны в пространстве и испытывают значительные колебания во времени. Солнечная батарея бесполезна ночью и почти бесполезна в пасмурную погоду. Ветряной двигатель требует определенной скорости ветра, в штиль или ураган он неработоспособен. Одним словом, то, что хорошо в солнечной Испании или Калифорнии, будет работать гораздо менее эффективно в условиях средней полосы России, где небо полгода закрыто облаками, а морского бриза не предвидится, потому, что до ближайшего моря порядка тысячи километров. Тем не менее, в экспериментальных целях автор приобрел солнечную панель на Али за 40 долларов.

Солнечная панель имеет размер 510 х 310 мм.

Она оснащена кабелем питания длиной примерно 3000 мм. Параллельно нагрузке к панели подключен стабилитрон серии 1N53 для предотвращения выдачи в нагрузку слишком большого напряжения при высоком уровне солнечного излучения. Данная панель имеет номинальное рабочее напряжение 12 В, и номинальную мощность 30 Вт. Правда данный параметр указан для потока световой энергии в 1000Вт/м2, т.е. для того что бы получить от данной панели заявленную мощность придется везти ее в Сахару, а лучше поднять на околоземную орбиту. При этом плоскость батареи должна быть ориентирована перпендикулярно к солнечным лучам, так, что в идеале нужно либо постоянно поворачивать батарею, что усложняет конструкцию, либо жертвовать мощностью. Но в целом мощность батареи позволяет использовать ее для питания не слишком мощных потребителей, например энергосберегающих ламп, зарядных устройств бытовой электроники и т.п. По данным производителя ЭДС панели может доходить до 21 В, у автора в далеко не идеальных условиях ЭДС достигала 19 В.

Реальные данные испытания солнечной батареи в ясную погоду под прямыми солнечными лучами приведены в таблице. В качестве потребителя использованы резисторы типа ПЭВ. Следует отметить, что у автора свет падает на панель через двойное оконное стекло и угол падения лучей составлял около 60 градусов.

Сопротивление потребителя, Ом

Напряжение на выводах батареи, В

Ток, А

10

5

0,4

20

10

0,4

40

15

0,38

130

18

0,15

Таким образом, хорошо видно, что в реальных условиях средней полосы максимально можно отобрать от данной панели мощность в 5-6 Вт. Следует отметить, что у автора окно смотрит на северо-запад и прямые солнечные лучи попадают на батарею 4-5 часов день через двойное стекло (летом). Зимой прямые солнечные лучи не заглядывают в комнату совсем. Разумеется такое размещение батареи — необходимость. Желательно , сделать так, что бы батарея поворачивалась следом за солнцем, или хотя бы сориентировать батарею на юг и выставить на такой угол, что бы лучи света падали на батарею под углом близким к отвесному.

Днем в пасмурную погоду, т.е. только при наличии рассеянного солнечного света, ток падает до 50-70 мА при напряжении 13-15 В. ЭДС в этом случае составляет 17-18 В. Ясное дело, что эти данные «средняя температура по больнице», пасмурная погода, пасмурной погоде рознь, но в целом небольшую нагрузку можно питать от батареи весь световой день.

Одна из главных проблем связанных с солнечной энергией состоит в том, что Солнце светит днем, а вот использовать искусственное освещение большинство людей желает в темное время суток. Поэтому без возможности аккумуляции полученной энергии полезность солнечной батареи резко уменьшается.

Подключать солнечную батарею напрямую к аккумуляторной батарее можно, но по ряду причин так делать нежелательно . Для наиболее эффективного совместного использования солнечной и аккумуляторной батарей выпускаются специальные контроллеры. Данный контроллер был приобретен здесь

Устройство поставляется в картонной коробке. К устройству прилагается инструкция на английском и китайском языке.

Габариты модуля 135 х 70 х 25 мм.

На передней панели располагаются кнопки управления, ЖК экран, клеммы для подключения солнечной батареи, аккумулятора и потребителя. Корпус устройства пластиковый, но задняя стенка выполнена металлической, видимо она должна играть роль радиатора.

Схема подключения модуля

Клик для увеличения схемы

После снятия задней стенки можно получить доступ к печатной плате устройства.

В качестве аккумулятора была выбрана батарея 12 В емкостью 1,2 А/ч, потому, что она у автора была. На самом деле в ясный солнечный день панель сможет зарядить 2-3 таких аккумулятора. Для уменьшения опасности короткого замыкания в цепь аккумулятора включен плавкий предохранитель. Для недопущения разряда аккумулятора через солнечную панель при малом освещении последовательно с панель включен диод Шотки типа IN5817. Когда аккумулятор полностью заряжен ток, отбираемый от солнечной батареи, составляет около 50 мА, при напряжении 19 В.

В качестве тестовой нагрузки использована самодельная светодиодная фитолампа на 4-х последовательно включенных фитосветодиода мощностью 1 Вт, последовательно со светодиодами включен резистор типа МЛТ-2, сопротивлением 30 Ом. При напряжении 12,6 В, ток потребляемый лампой составит около 60 мА. Таким образом аккумулятор на 1,2 А*ч позволяет питать эту лампу около 20 часов.

В целом собранная автономная конструкция оказалась вполне работоспособной с технической точки зрения. Но с экономической точки зрения, учитывая стоимость солнечной батареи, аккумулятора и блока управления картина получается безрадостной. Солнечная батарея стоит 2700 р, аккумулятор 12 В 1,2 А/ч стоит около 500 р, блок управления 400 р. Так же автор пробовал использовать два последовательно включенных аккумулятора 6 В 12 А/ч (они будут иметь стоимость около 3000 р), такой аккумулятор у автора заряжается за 3-4 солнечных дня, при этом ток зарядки доходит до 270 мА.

Общая стоимость использованного оборудования в минимальной комплектации 3600 р. Как несложно видеть, данная фитолампа потребляет около 0,8 Вт. При тарифе 3,5 р за 1 кВт/ч, лампа должна работать от сети при КПД источника питания 50%, около 640000 ч или 73 года только для того, что бы можно было оправдать затраты на оборудование. При этом за такой промежуток времени, несомненно, придется несколько раз полностью сменить оборудование, деградацию аккумулятора и фотоэлементов ни кто не отменял.

Виды фотоэлементов

Основная и довольно сложная задача – найти и купить фотоэлектрические преобразователи. Они представляют собой кремниевые пластины, которые преобразовывают солнечную энергию в электричество. Фотоэлементы делятся на два типа: монокристаллические и поликристаллические. Первые более эффективны и отличаются высоким КПД – 20-25%, а вторые всего до 20%. Поликристаллические фотоэлементы ярко синие и менее дорогостоящие. А моно- можно отличить по форме – она не квадратная, а восьмиугольная, и цена на них выше.

Если паять получается не очень хорошо, то для подключения солнечной батареи своими руками рекомендуется приобретать готовые фотоэлементы с проводниками. Если же присутствует уверенность, что припаять элементы получится самостоятельно, не повредив преобразователь, можно приобрести набор, в котором проводники приложены отдельно.

Самостоятельно вырастить кристаллы для фотоэлементов — довольно специфическая работа, и сделать её практически нереально в домашних условиях. Поэтому фотоэлементы лучше покупать готовые.

Как выбрать и где приобрести преобразователи

Дешевле будет приобрести фотоэлементы на китайских интернет-площадках, хоть, конечно же, там зачатую продаются заводские детали, имеющие брак. Для старта и это неплохо, тем более, что цена у них ниже. А после того, как придет опыт в сборке батарей, можно брать более качественные детали с завода.

Некоторые продавцы продают преобразователи все скопом запаянные в воск, дабы во время транспортировки они не повредились, ведь кремниевые пластины хрупкие, как хрусталь. Очищение их от воска – весьма трудоёмкое занятие. Для начала необходимо погрузить их в горячую воду и после того, как воск расплавится, очень осторожно разделить их. После нужно опустить каждый фотоэлемент в мыльный раствор, а потом в чистую горячую воду. И так, пока воск не отстанет от пластин полностью. Потом нужно разложить их сушиться на махровом полотенце. В общем, это лишние хлопоты, так что лучше покупать пластины без воска.

На проверенных китайских площадках Ebay и Alibaba приобретать фотоэлементы для установки солнечных батарей своими руками надёжно. Для покупки нужно зарегистрироваться и вписать в поисковую строку нужный запрос. На экран выведется несколько предложений.

Выбирать нужно не только из тех соображений, что понравился именно этот товар – необходимо обязательно обращать внимание на отзывы и рейтинг продавца. Если нет желания переплатить за товар вдвое из-за платной доставки, нужно посмотреть, есть ли у выбранного товара опция «бесплатная доставка». Если нет – это неподходящий вариант, так как это — чересчур затратное дело.

Деньги за товар нужно перечислить сразу. Продавцу они попадут только после подтверждения о получении товара покупателем. Платить можно прямо платежной картой или через промежуточные сервисы – всё зависит от степени доверия к таким торговым интернет-ресурсам. Возвратить товар тоже можно, но лучше сразу отовариваться у продавца с хорошей репутацией, дабы избежать тяжб по поводу возврата. Посылка может идти и месяц, и полтора – это уже во власти почты.

Пайка и сборка панелей

Сборку солнечных панелей своими руками можно разделить на три этапа:

  1. Изготовление каркаса;
  2. Пайка фотоэлектрических преобразователей;
  3. Установка их в каркас и герметизация.

Каркас можно сбить из деревянных планок или сварить из алюминиевых уголков. Так или иначе, его габариты, форма и выбор материалов для изготовления напрямую зависят от того, как он будет монтироваться.

Необходимые материалы и инструменты

Для сборки солнечной батареи понадобятся следующие материалы:

  • алюминиевый или стальной уголок сечением 25х25;
  • болты 5х10 мм – 8 шт;
  • гайки 5 мм – 8 шт;
  • стекло или поликарбонат 5-6 мм;
  • клей – герметик Sylgard 184;
  • клей – герметик Ceresit CS 15;
  • поликристаллические преобразователи;
  • флюс фломастер (смесь канифоли и спирта);
  • серебряная лента для подключения к панелям;
  • лента для шины;
  • тонкий припой;
  • поролон – 3 см, опилки или стружка;
  • плотная полиэтиленовая пленка 10 мкм.

Инструменты, которые понадобятся для сборки:

  • напильник;
  • ножовка по металлу с полотном 18;
  • дрель, сверла на 5 и 6 мм;
  • ключи рожковые;
  • паяльник.

Этапы сборки

Сборка состоит из нескольких этапов:

  1. Для начала нужно определиться с размерами рамы каркаса. Они будут зависеть от габаритов самих панелей и их количества. При расположении солнечных батарей на крыше, панели могут полностью покрыть скат или занять небольшую его часть – тут нет определенных правил, поэтому какая ширина и длина будет у рамы, выбирает сам сборщик.
  2. Сверху каркаса необходимо установить стекло для того чтобы защитить фотоэлементы от разрушения. Закрепить его можно тонким слоем силиконового герметика, а вот эпоксидную смолу для этих целей лучше не использовать, так как снять стекло в случае необходимости проведения ремонтных работ и не повредить панели будет крайне сложно.
  3. При подключении солнечных батарей к сети схему лучше выбрать смешанную, так как она оптимальна. Собранные панели укладываются в ранее подготовленный каркас. На этом этапе важно не перепутать тыльную сторону панели с лицевой.
  4. Чтобы защитить заднюю часть батареи во время сборки, можно сделать поролоновый мат и обернуть его в полиэтиленовую пленку. Также подойдут опилки или стружка, но главное, чтоб их частицы не остались на элементах.
  5. После этого нужно убрать пузырьки воздуха, которые образуются между фотоэлементами и стеклом, так как их присутствие помешает эффективной работе батареи. Для этого на панели нужно уложить груз, а на мягкий мат твердый лист фанеры. Таким образом, фотоэлементы оказываются зажатыми и так их нужно оставить на полсуток. Потом груз убирается, а фанера и мат снимаются. Монтировать батарею после этого пока рано, надо чтоб герметик полностью схватился.
  6. Последний этап – это изготовление задней стенки батареи из ДСП или ДВП с подложкой – это предотвратит деформацию панелей.

Возможные места установки

В качестве места установки можно предложить несколько различных вариантов:

  1. Если решено осуществить монтаж солнечных батарей на крыше, то её уклон должен быть не больше 40 градусов. Такой вариант предполагает использование профилей в качестве несущей конструкции для солнечной батареи. Если же уклон кровли от 30-40 градусов, можно поставить солнечные панели без кронштейна.
  2. Для установки солнечной батареи на плоской крыше, придется изготовить каркас со специальной наклонной подставкой, так как конструкция должна находиться под уклоном к крыше дома.
  3. На стене установка солнечных батарей осуществляется довольно редко. В этом случае, как и в других, понадобится стальной наклонный каркас, который обеспечит расположение батареи под уклоном.
  4. Если в зимнюю пору для местности характерны обильные осадки, то установку можно расположить на земле. Для этого понадобится опереть её на специальную штангу.
  5. Батарею можно разместить на крыше балкона или лоджии, в случае если это верхний этаж частного дома или квартира находится на последнем этаже. Если инсоляция позволяет, то установить солнечную панель можно и на внешней стороне балкона.

Схемы подключения системы

Схема подключения солнечных батарей состоит из нескольких устройств:

  1. Солнечная панель, которая будет аккумулировать свет, и преобразовывать его в электричество.
  2. Контроллер, который будет отслеживать уровень заряда в устройстве. Когда аккумуляторы заряжены, это приспособление автоматически отключает зарядку, а когда уровень заряда упадет, контроллер снова заработает.
  3. Аккумулятор, который нужен для сбора сгенерированной энергии.
  4. Инвертор – это устройство создает нужное напряжение для сети, получая из аккумулятора электроэнергию и преобразовывая её в 220 В.

Между всеми участниками сети должны быть обязательно установлены предохранители, дабы избежать короткого замыкания и поломки одного из устройств.

Если планируется использовать одну солнечную панель, то здесь всё понятно.

При установке же двух и более для начала необходимо выбрать одну из следующих схем подключения солнечных батарей загородного дома или квартиры:

  • Параллельная. Такой способ укладки панелей происходит посредством соединения одноименных клемм. Напряжение при этом не меняется и остается на том же уровне.
  • Последовательная. В такой схеме плюс одного из фотоэлементов подключается к минусу другого. Осуществить такое соединение достаточно просто, однако на выходе получится 24 В.
  • Смешанная. Такая система состоит из нескольких групп. Элементы внутри группы соединяются параллельно, а крайние панели групп объединяются между собой последовательно.

Последняя параллельно-последовательная схема подключения солнечных батарей является оптимальной для того, чтобы сэкономить на приобретении контроллера, поскольку мощное устройство для такой схемы не понадобится. В такой системе создается баланс между высокими напряжениями, которые возникают при последовательном соединении и большими токами параллельной схемы.

Монтаж конструкции

Первостепенно надо определиться с местом установки – или прямо на крыше, или с использованием в качестве подставки каркаса из специальных ферм. Как крепить гибкую солнечную батарею на крышу? Её нужно закрепить болтами к профилям, что и место сэкономит и имеет эстетически привлекательный вид.

Если же решено установить панели на фермы, то необходимо:

  1. Приобрести фермы. Так как они продаются в виде уголков, их потребуется самостоятельно собрать.
  2. Соединить элементы каркаса болтами.
  3. Определится с местом установки панелей.
  4. Крепление солнечной батареи к ферме происходит посредством болтового соединения. Это следует выполнять тщательно, чтобы любые погодные условия не могли повлиять на прочность конструкции.
  5. Последний этап – это подсоединение всех участников в сеть: батареи, аккумулятора, контроллера и инвертора.

Как избежать распространенных ошибок

При сборке и монтаже обратите внимание на следующие нюансы:

  1. Не нужно осуществлять сборку на каркасе с задней стенкой из брусьев, так как дерево может разбухнуть и конструкция деформируется. Кроме того, брус очень утяжеляет её.
  2. Нельзя использовать в качестве крышки оргстекло, так как оно перегревается и за счёт этого контакты между панелями приходят в негодность, а сама система может разгерметизироваться.
  3. Соединительные клеммы – не лучший вариант объединения панелей друг с другом, так как в случае ремонта их невозможно будет разъединить — лучше пользоваться специально предназначенными для этого коннекторами.

Полезные советы

Прислушайтесь к рекомендациям опытных строителей:

  1. Панели необходимо тщательно очищать от снега, грязи и пыли, так как это существенно снижает поглощение солнечной энергии устройством.
  2. Пышные кроны высоких деревьев, которые препятствуют попаданию солнечных лучей на батарею, придется проредить. Если дом находится в тени других построек, то установка солнечных панелей целесообразна разве что только поликристаллических, и то эффективность будет снижена.
  3. Прежде чем приниматься за сборку панелей, нужно произвести небольшой расчёт. Для начала нужно проанализировать, сколько киловатт нужно получить из системы в день. Одна панель способна выработать 0,12 кВт, так что может быть, что при небольшом потреблении их установка окупится лет через 50, поэтому она не целесообразна. В зависимости от требуемой средней дневной нормы и подбирается количество панелей.
  4. При монтаже солнечных батарей своими руками, панели лучше ориентировать на юг, так как в солнечные часы с этой стороны поступает максимальное количество солнечной энергии.

Видео

Смотрите в нашем видео подробную инструкцию по сборке солнечной батареи.

Выводы про солнечные панели

Таким образом, беспощадное второе начало термодинамики делает картину еще более безрадостной. В общем, можно только согласиться с тем, что такой альтернативный источник питания оправдан в условиях отсутствия электросети или как резервный источник питания для маломощных потребителей, типа смартфона или планшета. Правда, если увеличить площадь панели минимум на порядок, расположить их с ориентацией на юг, а не как у автора и применить соответственно более емкую аккумуляторную батарею, то можно задуматься о более серьезном применении такой системы. Примером может служить питание небольшого холодильника, инкубатора или другого подобного прибора, для которого критичны перерывы в электроснабжении .

Литература и ссылки

Автор материала — Denev.

Форум

Обсудить статью ПОДКЛЮЧЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *