Solární baterie pro zahradu a dům: druhy, principy fungování a postup výpočtu solárních systémů

Věda nám dala čas, kdy se technologie pro využití solární energie stala veřejně dostupnou.Každý majitel má možnost pořídit si solární panely do svého domova. Letní obyvatelé v této věci nezůstávají pozadu. Často se ocitají daleko od centralizovaných zdrojů udržitelného zásobování energií.

Doporučujeme Vám seznámit se s informacemi prezentujícími konstrukci, principy činnosti a výpočet pracovních jednotek solárního systému. Seznámení s informacemi, které nabízíme, vám přiblíží realitu poskytování přírodní elektřiny na vaše stránky.

Pro jasné pochopení poskytovaných údajů jsou připojena podrobná schémata, ilustrace, foto a video návody.

Konstrukce a princip činnosti solární baterie

Kdysi pro nás zvídavé mozky objevovaly přírodní látky produkované vlivem částic světla ze slunce, fotony, elektrická energie. Proces se nazýval fotoelektrický jev. Vědci se naučili ovládat mikrofyzikální jevy.

Na základě polovodičových materiálů vytvořili kompaktní elektronická zařízení – fotobuňky.

Výrobci zvládli technologii spojování miniaturních měničů do účinných solárních panelů. Účinnost modulů křemíkových solárních panelů široce vyráběných průmyslem je 18-22%.

Z popisu schématu je jasně vidět: všechny komponenty elektrárny jsou stejně důležité - koordinovaný provoz systému závisí na jejich kompetentním výběru

Solární baterie je sestavena z modulů. Je to konečný bod cesty fotonů ze Slunce na Zemi. Odtud tyto složky světelného záření pokračují ve své cestě uvnitř elektrického obvodu jako částice stejnosměrného proudu.

Jsou distribuovány mezi baterie, nebo jsou transformovány na náboje střídavého elektrického proudu o napětí 220 voltů, který napájí všechny druhy domácích technických zařízení.

Solární baterie je komplex sériově zapojených polovodičových součástek – fotočlánků, které přeměňují sluneční energii na elektrickou energii.

Více podrobností o specifikách zařízení a principu fungování solární baterie najdete v jiném populární článek naše stránky.

Typy modulů solárních panelů

Solární panely-moduly jsou sestaveny ze solárních článků, jinak známých jako fotoelektrické konvertory. RVP dvou typů našly široké použití.

Liší se typy křemíkových polovodičů používaných pro jejich výrobu, jsou to:

• Polykrystalický. Jedná se o solární články vyrobené z roztaveného křemíku dlouhodobým chlazením. Jednoduchý způsob výroby činí cenu dostupnou, ale produktivita polykrystalické verze nepřesahuje 12%.
• Monokrystalický. Jedná se o prvky získané řezáním uměle vypěstovaného krystalu křemíku na tenké plátky. Nejproduktivnější a nejdražší možnost. Průměrná účinnost se pohybuje kolem 17 %, najdete monokrystalické solární články s vyšším výkonem.

Polykrystalické solární články jsou plochého čtvercového tvaru s nejednotným povrchem. Monokrystalické odrůdy vypadají jako tenké čtverce s jednotnou povrchovou strukturou se seříznutými rohy (pseudočtverce).

Takto vypadají FEP - fotovoltaické konvertory: vlastnosti solárního modulu nezávisí na typu použitých prvků - to má vliv pouze na velikost a cenu

Panely první verze se stejným výkonem jsou větší než u druhé kvůli nižší účinnosti (18 % oproti 22 %). V průměru jsou ale o deset procent levnější a jsou velmi žádané.

Můžete se dozvědět o pravidlech a nuancích výběru solárních panelů pro dodávku autonomní topné energie. čtěte zde.

Schéma provozu solárního zdroje

Když se podíváte na tajemně znějící názvy komponent, které tvoří solární světelný energetický systém, přijde myšlenka na supertechnickou složitost zařízení.

Na mikroúrovni fotonového života je to pravda. A vizuálně vypadá obecný diagram elektrického obvodu a princip jeho fungování velmi jednoduše. Od nebeského těla k „Iljičově žárovce“ vedou jen čtyři kroky.

Solární moduly jsou první součástí elektrárny. Jedná se o tenké obdélníkové panely sestavené z určitého počtu standardních desek fotobuněk. Výrobci vyrábějí fotopanely o různém elektrickém výkonu a napětí násobcích 12 voltů.

Zařízení plochého tvaru jsou vhodně umístěna na plochách otevřených přímým paprskům. Modulární bloky jsou kombinovány pomocí vzájemných spojů do solární baterie. Úkolem baterie je přeměnit přijatou sluneční energii na stejnosměrný proud o dané hodnotě.

Zařízení pro ukládání elektrického náboje - baterie pro solární panely všem známý. Jejich role v systému zásobování solární energií je tradiční. Když jsou spotřebitelé v domácnostech připojeni k centralizované síti, zařízení pro ukládání energie ukládají elektřinu.

Akumulují také jeho přebytek, pokud je proud solárního modulu dostatečný k zajištění energie spotřebované elektrickými spotřebiči.

Akumulátorová sada dodává potřebné množství energie do obvodu a udržuje stabilní napětí, jakmile se její spotřeba zvýší na zvýšenou hodnotu. Totéž se děje například v noci, když nefungují fotopanely, nebo za nízkého slunečného počasí.

Schéma dodávky energie pro dům využívající solární panely se liší od možností s kolektory ve schopnosti ukládat energii do baterie

Regulátor je elektronický prostředník mezi solárním modulem a bateriemi.Jeho úkolem je regulovat úroveň nabití baterií. Zařízení nedovolí jejich varu z důvodu přebití nebo poklesu elektrického potenciálu pod určitou normu nutnou pro stabilní provoz celého solárního systému.

Invertování, tak zní doslova vysvětlený termín solární invertor. Ano, ve skutečnosti tato jednotka plní funkci, která se kdysi elektrotechnikům zdála fantastická.

Převádí stejnosměrný proud solárního modulu a baterií na střídavý proud s rozdílem potenciálů 220 voltů. Toto je provozní napětí pro velkou většinu domácích elektrických zařízení.

Tok sluneční energie je úměrný poloze svítidla: při instalaci modulů by bylo dobré zajistit nastavení úhlu sklonu v závislosti na roční době

Špičkové zatížení a průměrná denní spotřeba energie

Radost z vlastní solární stanice stále stojí za to. Prvním krokem na cestě k využití energie solární energie je stanovení optimálního špičkového zatížení v kilowattech a racionální průměrné denní spotřeby energie v kilowatthodinách pro domácnost nebo venkovský dům.

Špičkové zatížení je vytvářeno potřebou zapnout několik elektrických spotřebičů najednou a je určeno jejich maximálním celkovým výkonem s přihlédnutím k nadhodnoceným startovacím charakteristikám některých z nich.

Výpočet maximální spotřeby energie vám umožní identifikovat, které elektrické spotřebiče potřebují současný provoz a které nejsou tak životně důležité. Výkonové charakteristiky součástí elektrárny, tedy celkové náklady na zařízení, podléhají tomuto ukazateli.

Denní spotřeba energie elektrického spotřebiče se měří součinem jeho jednotlivého výkonu a doby, po kterou pracoval ze sítě (spotřebovaná elektřina) během dne. Celková průměrná denní spotřeba energie se vypočítá jako součet elektřiny spotřebované každým spotřebitelem za denní období.

Následná analýza a optimalizace získaných dat o zátěžích a spotřebě energie zajistí potřebnou konfiguraci a následný provoz solárního systému s minimálními náklady

Výsledek spotřeby energie pomáhá racionálně přistupovat ke spotřebě solární elektřiny. Výsledek výpočtů je důležitý pro další výpočet kapacity baterie. Na tomto parametru se ještě více odvíjí cena baterie, významné součásti systému.

Postup výpočtu energetických ukazatelů

Proces výpočtů doslova začíná vodorovně umístěným, čtvercovým, rozloženým listem poznámkového bloku. Lehkými tužkovými čarami se z listu získá formulář se třiceti sloupci a čarami podle počtu domácích elektrických spotřebičů.

Příprava na aritmetické výpočty

První sloupec je tradiční – pořadové číslo. Druhý sloupec je název elektrického spotřebiče. Třetí je jeho individuální spotřeba energie.

Sloupce čtyři až dvacet sedm jsou hodiny dne od 00 do 24. Pomocí vodorovné zlomkové čáry se do nich zadávají následující:

• v čitateli – doba provozu zařízení během konkrétní hodiny v desetinném tvaru (0,0);
• jmenovatelem je opět jeho individuální příkon (toto opakování je potřeba pro výpočet hodinové zátěže).

Dvacátý osmý sloupec je celkový čas, po který zařízení v domácnosti funguje během dne.Ve dvacátém devátém se zaznamenává osobní spotřeba energie zařízení jako výsledek vynásobení individuální spotřeby energie dobou provozu za denní období.

Vypracování podrobné specifikace pro spotřebitele s přihlédnutím k hodinovému zatížení pomůže udržet více obvyklých zařízení díky jejich racionálnímu využití

Standardní je i třicátý sloupec – pozn. Bude to užitečné pro mezivýpočty.

Vypracování spotřebitelských specifikací

Další fází výpočtů je transformace formuláře notebooku na specifikaci pro spotřebitele elektřiny v domácnostech. První sloupec je jasný. Zde se zadávají pořadová čísla linek.

Druhý sloupec obsahuje jména spotřebitelů energie. Doporučuje se začít naplňovat chodbu elektrickými spotřebiči. Následuje popis ostatních místností proti směru nebo po směru hodinových ručiček (jak je pro vás výhodné).

Pokud je druhé (atd.) patro, postup je stejný: ze schodů - kolem. Zároveň bychom neměli zapomínat na zařízení na schodištích a pouličním osvětlení.

Je lepší vyplnit třetí sloupec s uvedením výkonu naproti názvu každého elektrického zařízení spolu s druhým.

Sloupce čtyři až dvacet sedm odpovídají každé hodině dne. Pro pohodlí je můžete okamžitě nakreslit vodorovnými čarami uprostřed čar. Výsledné horní poloviny řádků jsou jako čitatelé, spodní jsou jmenovatelé.

Tyto sloupce se vyplňují řádek po řádku. Čitatele jsou selektivně formátovány jako časové intervaly v desítkovém formátu (0,0), odrážející provozní dobu daného elektrického spotřebiče v konkrétní hodinové periodě. Paralelně tam, kde se zadávají čitatele, se zadávají jmenovatelé s ukazatelem výkonu zařízení, převzatým ze třetího sloupce.

Po vyplnění všech sloupců s hodinami přejděte řádek po řádku k výpočtu jednotlivé denní pracovní doby elektrospotřebičů. Výsledky se zaznamenávají do odpovídajících buněk dvacátého osmého sloupce.

V případě, že solární elektrárna hraje pomocnou roli, takže systém neběží naprázdno, lze k ní připojit část zátěže pro konstantní výkon

Na základě výkonu a pracovní doby se postupně vypočítává denní spotřeba energie všech spotřebičů. Zaznamenává se v buňkách dvacátého devátého sloupce.

Když jsou vyplněny všechny řádky a sloupce specifikace, jsou vypočteny součty. Sečtením výkonových grafů ze jmenovatelů hodinových sloupců se získá zatížení každé hodiny. Sečtením individuální denní spotřeby energie dvacátého devátého sloupce shora dolů se zjistí celkový denní průměr.

Výpočet nezahrnuje vlastní spotřebu budoucí soustavy. Tento faktor je zohledněn pomocným koeficientem v následných konečných výpočtech.

Analýza a optimalizace získaných dat

Pokud je napájení ze solární elektrárny plánováno jako záložní, údaje o hodinové spotřebě energie a celkové průměrné denní spotřebě energie pomáhají minimalizovat spotřebu drahé solární elektřiny.

Toho je dosaženo vyloučením energeticky náročných spotřebičů z používání až do obnovení centralizovaného napájení, zejména v době špičkového zatížení.

Pokud je solární systém navržen jako zdroj konstantního napájení, pak se dostaví výsledky hodinového zatížení.Je důležité rozložit spotřebu elektřiny do celého dne tak, aby se eliminovaly převládající maxima a velmi nízká minima.

Eliminace špičkového zatížení, vyrovnání maximálního zatížení a eliminace prudkých propadů spotřeby energie v čase umožňuje zvolit nejekonomičtější varianty komponentů solárního systému a zajistit stabilní a hlavně bezproblémový dlouhodobý provoz solární stanice.

Graf odhalí nerovnoměrnost spotřeby energie: naším úkolem je posunout maxima na dobu největší sluneční aktivity a snížit celkovou denní spotřebu zejména v noci.

Prezentovaný výkres ukazuje transformaci iracionálního rozvrhu získaného na základě specifikace na optimální. Denní spotřeba byla snížena z 18 na 12 kW/h, průměrná denní hodinová zátěž ze 750 na 500 W.

Stejný princip optimality je užitečný při použití možnosti solárního napájení jako zálohy. Možná se nevyplatí utrácet příliš mnoho peněz za zvýšení výkonu solárních modulů a baterií kvůli určitým dočasným nepříjemnostem.

Výběr komponentů solární elektrárny

Pro zjednodušení výpočtů zvážíme verzi využití solární baterie jako hlavního zdroje elektrické energie pro zahradu. Spotřebitelem bude podmíněný venkovský dům v oblasti Rjazaň, kde trvale bydlí od března do září.

Praktické výpočty založené na údajích z výše zveřejněného racionálního rozvrhu hodinové spotřeby energie objasní úvahu:

• Celková průměrná denní spotřeba energie = 12 000 watt/hod.
• Průměrná spotřeba při zátěži = 500 wattů.
• Maximální zatížení 1200 wattů.
• Špičkové zatížení 1200 x 1,25 = 1500 wattů (+25 %).

Hodnoty budou vyžadovány při výpočtu celkové kapacity solárních zařízení a dalších provozních parametrů.

Stanovení provozního napětí solárního systému

Vnitřní provozní napětí jakéhokoli solárního systému je založeno na násobku 12 voltů, což je nejběžnější hodnocení baterie. Nejpoužívanější komponenty solárních stanic: solární moduly, regulátory, invertory se vyrábí pro oblíbená napětí 12, 24, 48 voltů.

Vyšší napětí umožňuje použití napájecích vodičů menšího průřezu - a to znamená zvýšenou spolehlivost kontaktu. Na druhou stranu vadné 12V baterie lze vyměnit jednu po druhé.

Ve 24voltové síti, s ohledem na specifika provozu baterií, je budete muset vyměňovat pouze v páru. 48V síť bude vyžadovat výměnu všech čtyř baterií jedné větve. Navíc při 48 voltech již hrozí nebezpečí úrazu elektrickým proudem.

Se stejnou kapacitou a přibližně stejnou cenou byste si měli pořídit baterie s nejvyšší povolenou hloubkou vybití a vyšším maximálním proudem

Hlavní volba jmenovité hodnoty rozdílu vnitřního potenciálu systému souvisí s výkonovými charakteristikami invertorů vyráběných moderním průmyslem a měla by brát v úvahu velikost špičkového zatížení:

• od 3 do 6 kW – 48 voltů,
• od 1,5 do 3 kW – rovná se 24 nebo 48 V,
• do 1,5 kW – 12, 24, 48V.

Při výběru mezi spolehlivostí elektroinstalace a nepohodlností výměny baterií se v našem příkladu zaměříme na spolehlivost. Následně budeme vycházet z provozního napětí vypočtené soustavy, 24 voltů.

Vybavení baterie solárními moduly

Vzorec pro výpočet potřebného výkonu solární baterie vypadá takto:

Рcm = (1000 * Esut) / (k * Sin),

Kde:

• Rcm = výkon solární baterie = celkový výkon solárních modulů (panelů, W),
• 1000 = přijatelná fotovoltaická citlivost (kW/m²)
• Esut = denní potřeba spotřeby energie (kWh, v našem příkladu = 18),
• k = sezónní koeficient zohledňující všechny ztráty (léto = 0,7; zima = 0,5),
• Syn = tabelovaná hodnota slunečního záření (toku slunečního záření) při optimálním sklonu panelů (kW*h/m²).

Hodnotu slunečního záření zjistíte u své krajské meteorologické služby.

Optimální úhel sklonu solárních panelů se rovná zeměpisné šířce oblasti:

• na jaře a na podzim,
• plus 15 stupňů – v zimě,
• minus 15 stupňů – v létě.

Oblast Rjazaň zvažovaná v našem příkladu se nachází na 55. zeměpisné šířce.

Nejvyššího výkonu solárních panelů je dosaženo použitím sledovacích systémů, sezónními změnami v úhlu sklonu panelů a použitím smíšených trim modulů

Pro dobu od března do září je nejlepší neregulovaný sklon solárního panelu roven letnímu úhlu 40⁰ k povrchu Země. S touto instalací modulů je průměrné denní oslunění Rjazaně během tohoto období 4,73. Jsou tam všechna čísla, proveďte výpočet:

Rcm = 1000 * 12 / (0,7 * 4,73) ≈ 3 600 wattů.

Pokud vezmeme jako základ pro solární baterii 100wattové moduly, pak jich budeme potřebovat 36. Budou vážit 300 kilogramů a zaberou plochu o rozměrech asi 5 x 5 m.

Osvědčená schémata zapojení a možnosti připojení solárních panelů jsou uvedeny zde.

Uspořádání bateriové pohonné jednotky

Při výběru baterií se musíte řídit následujícími zásadami:

1. Běžné autobaterie NEJSOU pro tento účel vhodné. Baterie solárních elektráren jsou označeny nápisem „SOLAR“.
2. Měli byste kupovat pouze baterie, které jsou ve všech ohledech totožné, nejlépe ze stejné výrobní šarže.
3. Místnost, kde je baterie umístěna, musí být teplá. Optimální teplota při plném výkonu baterií = 25⁰C. Když klesne na -5 °C, kapacita baterie se sníží o 50 %.

Pokud si pro výpočet vezmete reprezentativní 12voltovou baterii s kapacitou 100 ampér/hod, lze snadno spočítat, že dokáže spotřebitelům poskytnout energii o celkovém výkonu 1200 wattů na celou hodinu. Ale to je s úplným vybitím, což je krajně nežádoucí.

Pro dlouhodobou životnost baterií se NEDOPORUČUJE snižovat jejich nabití pod 70 %. Limitní hodnota = 50 %. Vezmeme-li číslo 60 % jako „zlatý průměr“, zakládáme následné výpočty na energetické rezervě 720 Wh na každých 100 Ah kapacitní složky baterie (1200 Wh x 60 %).

Možná bude nákup jedné baterie s kapacitou 200 Ah stát méně než nákup dvou baterií 100 Ah a počet kontaktů baterie se sníží

Zpočátku musí být baterie nainstalovány 100% nabité ze stacionárního zdroje energie. Nabíjecí baterie musí ve tmě zcela pokrýt zátěž. Pokud nemáte štěstí na počasí, udržujte požadované parametry systému i během dne.

Je důležité počítat s tím, že přebytek baterií povede k jejich neustálému podbíjení. Tím se výrazně sníží životnost. Jako nejracionálnější řešení se jeví vybavení jednotky bateriemi s energetickou rezervou dostatečnou na pokrytí jedné denní spotřeby energie.

Chcete-li zjistit požadovanou celkovou kapacitu baterie, vydělte celkovou denní spotřebu energie 12 000 Wh 720 Wh a vynásobte 100 A*h:

12 000 / 720 * 100 = 2 500 A*h ≈ 1600 A*h

Celkem pro náš příklad budeme potřebovat 16 baterií s kapacitou 100 nebo 8 200 Ah, zapojených sériově paralelně.

Výběr dobrého ovladače

Kompetentní výběr regulátor nabíjení baterie (AKB) je velmi specifický úkol. Jeho vstupní parametry musí odpovídat zvoleným solárním modulům a výstupní napětí musí odpovídat rozdílu vnitřních potenciálů solárního systému (v našem příkladu 24 voltů).

Dobrý ovladač musí poskytovat:

1. Vícestupňové nabíjení baterií, které znásobuje jejich efektivní životnost.
2. Automatické vzájemné, bateriové a solární spojení-odpojení baterie v korelaci s nabíjením-vybíjením.
3. Opětovné připojení zátěže z baterie k solární baterii a naopak.

Tato malá jednotka je velmi důležitou součástí.

Pokud jsou některé spotřebiče (například osvětlení) přepnuty na přímé napájení 12 V z regulátoru, bude potřeba méně výkonný měnič, což znamená levnější

Správná volba ovladače rozhoduje o bezproblémovém provozu drahého bateriového bloku a vyváženosti celého systému.

Výběr nejlepšího měniče

Střídač je zvolen s takovým výkonem, aby mohl poskytovat dlouhodobé špičkové zatížení. Jeho vstupní napětí musí odpovídat rozdílu vnitřních potenciálů solárního systému.

Pro nejlepší možnost výběru se doporučuje věnovat pozornost následujícím parametrům:

1. Tvar a frekvence dodávaného střídavého proudu. Čím blíže k sinusoidě 50 hertzů, tím lépe.
2. Účinnost zařízení. Čím vyšší 90%, tím úžasnější.
3. Vlastní spotřeba zařízení. Musí být úměrné celkové spotřebě energie systému. V ideálním případě - až 1%.
4. Schopnost uzlu odolat krátkodobému dvojnásobnému přetížení.

Nejdokonalejší design je invertor s vestavěnou funkcí regulátoru.

Montáž solárního systému pro domácnost

Udělali jsme pro vás výběr fotografií, který jasně ukazuje proces montáže solárního systému pro domácnost z modulů vyrobených v továrně:

Závěry a užitečné video k tématu

Video #1. Udělejte si sami ukázku instalace solárních panelů na střechu domu:

Video #2. Výběr baterií pro solární systém, typy, rozdíly:

Video #3. Venkovská solární elektrárna pro ty, kteří si vše dělají sami:

Uvažované praktické metody výpočtu krok za krokem, základní princip efektivního provozu moderní baterie solárního panelu jako součásti domácí autonomní solární stanice pomůže majitelům jak velkého domu v hustě obydlené oblasti, tak venkovského domu. v divočině, aby získal energetickou suverenitu.

Chtěli byste se podělit o své osobní zkušenosti, které jste získali při stavbě mini solárního systému nebo jen baterií? Máte nějaké otázky, na které byste rádi odpověděli, nebo jste v textu našli nějaké nedostatky? Zanechte prosím komentáře v bloku níže.