Bateries solars per al jardí i la llar: tipus, principis de funcionament i procediment de càlcul dels sistemes solars

La ciència ens ha donat un moment en què la tecnologia per utilitzar l'energia solar s'ha fet pública.Cada propietari té l'oportunitat d'aconseguir plaques solars per a la seva llar. Els estiuejants no es queden enrere en aquesta qüestió. Sovint es troben lluny de fonts centralitzades de subministrament d'energia sostenible.

Us suggerim que us familiaritzeu amb la informació que presenta el disseny, els principis de funcionament i el càlcul de les unitats de treball del sistema solar. Familiaritzar-se amb la informació que oferim us aproparà a la realitat de proveir el vostre lloc d'electricitat natural.

Per a una comprensió clara de les dades proporcionades, s'adjunten diagrames detallats, il·lustracions, instruccions de fotos i vídeos.

Disseny i principi de funcionament d'una bateria solar

Hi havia una vegada, les ments curioses van descobrir per a nosaltres substàncies naturals produïdes sota la influència de partícules de llum del sol, fotons, energia elèctrica. El procés es va anomenar efecte fotoelèctric. Els científics han après a controlar els fenòmens microfísics.

A partir de materials semiconductors, van crear dispositius electrònics compactes: fotocèl·lules.

Els fabricants han dominat la tecnologia de combinar convertidors en miniatura en panells solars eficients. L'eficiència dels mòduls de panells solars de silici àmpliament produïts per la indústria és del 18-22%.

A la descripció del diagrama es veu clarament: tots els components de la central elèctrica són igual d'importants: el funcionament coordinat del sistema depèn de la seva selecció competent.

Una bateria solar es munta a partir de mòduls. És el punt final del viatge dels fotons del Sol a la Terra. A partir d'aquí, aquests components de la radiació lumínica continuen el seu camí dins del circuit elèctric com a partícules de corrent continu.

Es reparteixen entre bateries, o es transformen en càrregues de corrent elèctric altern amb una tensió de 220 volts, que alimenta tot tipus d'aparells tècnics domèstics.

Una bateria solar és un complex de dispositius semiconductors connectats en sèrie: fotocèl·lules que converteixen l'energia solar en energia elèctrica.

Trobareu més detalls sobre les característiques del dispositiu i el principi de funcionament de la bateria solar en un altre article popular el nostre lloc.

Tipus de mòduls de panells solars

Els panells solars-mòduls es munten a partir de cèl·lules solars, també conegudes com a convertidors fotoelèctrics. Els FEP de dos tipus han trobat un ús generalitzat.

Es diferencien en els tipus de semiconductors de silici utilitzats per a la seva fabricació, aquests són:

• Policristal·lí. Es tracta de cèl·lules solars fetes de silici fos mitjançant un refredament a llarg termini. El mètode de producció senzill fa que el preu sigui assequible, però la productivitat de la versió policristalina no supera el 12%.
• Monocristal·lí. Són elements que s'obtenen tallant un cristall de silici cultivat artificialment en hòsties fines. L'opció més productiva i cara. L'eficiència mitjana se situa al voltant del 17%; es poden trobar cèl·lules solars monocristal·lines amb més rendiment.

Les cèl·lules solars policristalines són de forma quadrada plana amb una superfície no uniforme. Les varietats monocristal·lines semblen quadrats prims amb una estructura superficial uniforme amb cantonades tallades (pseudoquadrats).

Així són els FEP: convertidors fotovoltaics: les característiques del mòdul solar no depenen del tipus d'elements utilitzats, això només afecta la mida i el preu.

Els panells de la primera versió amb la mateixa potència són més grans que els segons per una menor eficiència (18% enfront del 22%). Però, de mitjana, són un deu per cent més barats i tenen molta demanda.

Podeu conèixer les regles i els matisos de l'elecció de plaques solars per subministrar energia de calefacció autònoma. llegiu aquí.

Esquema de funcionament del subministrament d'energia solar

Quan mireu els noms misteriós dels components que formen el sistema d'energia de la llum solar, penseu en la complexitat supertècnica del dispositiu.

A nivell micro de la vida fotònica això és cert. I visualment, el diagrama general del circuit elèctric i el principi del seu funcionament semblen molt simples. Només hi ha quatre passos des del cos celestial fins a la "bombeta Ilich".

Els mòduls solars són el primer component d'una central elèctrica. Es tracta de panells rectangulars prims muntats a partir d'un cert nombre de plaques de fotocèl·lula estàndard. Els fabricants fabriquen panells fotogràfics de potència elèctrica i voltatge múltiples múltiples de 12 volts.

Els dispositius de forma plana es troben convenientment situats en superfícies obertes als raigs directes. Els blocs modulars es combinen mitjançant connexions mútues en una bateria solar. La tasca de la bateria és convertir l'energia solar rebuda, produint un corrent continu d'un valor determinat.

Dispositius d'emmagatzematge de càrrega elèctrica - bateries per plaques solars conegut per tothom. El seu paper dins del sistema de subministrament d'energia solar és tradicional. Quan els consumidors domèstics estan connectats a una xarxa centralitzada, els dispositius d'emmagatzematge d'energia emmagatzemen electricitat.

També acumulen el seu excés si el corrent del mòdul solar és suficient per proporcionar l'energia consumida pels aparells elèctrics.

El paquet de bateries subministra la quantitat d'energia necessària al circuit i manté una tensió estable tan bon punt el seu consum augmenta a un valor augmentat. El mateix passa, per exemple, a la nit quan els panells fotogràfics no funcionen o durant el temps poc assolellat.

L'esquema de subministrament d'energia per a una llar amb plaques solars difereix de les opcions amb col·lectors en la capacitat d'emmagatzemar energia en una bateria.

El controlador és un intermediari electrònic entre el mòdul solar i les bateries.La seva funció és regular el nivell de càrrega de les bateries. El dispositiu no els permet bullir a causa d'una sobrecàrrega o una caiguda del potencial elèctric per sota d'una determinada norma necessària per al funcionament estable de tot el sistema solar.

Invertint, així és com el terme sona literalment explicat inversor solar. Sí, de fet, aquesta unitat realitza una funció que abans semblava fantàstica als enginyers elèctrics.

Converteix el corrent continu del mòdul solar i les bateries en corrent altern amb una diferència de potencial de 220 volts. Aquesta és la tensió de funcionament de la gran majoria dels aparells elèctrics domèstics.

El flux d'energia solar és proporcional a la posició de la lluminària: en instal·lar mòduls, seria bo preveure l'ajust de l'angle d'inclinació en funció de l'època de l'any.

Càrrega màxima i consum d'energia diari mitjà

El plaer de tenir la teva pròpia estació solar encara val molt. El primer pas en el camí per aprofitar la potència de l'energia solar és determinar la càrrega màxima òptima en quilowatts i el consum d'energia diari mitjà racional en quilowatts-hora per a una llar o casa de camp.

La càrrega màxima es crea per la necessitat d'encendre diversos aparells elèctrics alhora i està determinada per la seva potència total màxima, tenint en compte les característiques d'arrencada sobreestimades d'alguns d'ells.

El càlcul del consum màxim d'energia permet identificar quins aparells elèctrics necessiten un funcionament simultània i quins no són tan vitals. Les característiques de potència dels components de la central, és a dir, el cost total del dispositiu, estan subjectes a aquest indicador.

El consum diari d'energia d'un aparell elèctric es mesura pel producte de la seva potència individual i el temps que va funcionar des de la xarxa (electricitat consumida) durant el dia. El consum d'energia diari mitjà total es calcula com la suma de l'electricitat consumida per cada consumidor durant un període diari.

L'anàlisi i optimització posterior de les dades obtingudes sobre càrregues i consum d'energia garantirà la configuració necessària i el posterior funcionament del sistema d'energia solar amb un cost mínim.

El resultat del consum d'energia ajuda a abordar racionalment el consum d'electricitat solar. El resultat dels càlculs és important per a un càlcul posterior de la capacitat de la bateria. El preu de la bateria, un component important del sistema, depèn encara més d'aquest paràmetre.

El procediment de càlcul dels indicadors energètics

El procés de càlculs comença literalment amb un full de quadern situat horitzontalment, quadrat i desplegat. Amb línies lleugeres de llapis s'obté del full un formulari amb trenta columnes, i línies segons el nombre d'electrodomèstics.

Preparació per a càlculs aritmètics

La primera columna és tradicional: un número de sèrie. La segona columna és el nom de l'aparell elèctric. El tercer és el seu consum d'energia individual.

Les columnes quatre a vint-i-set són les hores del dia de 00 a 24. S'hi introdueixen a través d'una línia fraccional horitzontal:

• al numerador: el temps de funcionament del dispositiu durant una hora específica en forma decimal (0,0);
• el denominador torna a ser el seu consum individual d'energia (aquesta repetició és necessària per calcular les càrregues horàries).

La vint-i-vuitena columna és el temps total que l'aparell domèstic funciona durant el dia.Al vint-i-novè, el consum d'energia personal del dispositiu es registra com a resultat de multiplicar el consum d'energia individual pel temps de funcionament durant un període diari.

L'elaboració d'una especificació detallada del consumidor, tenint en compte les càrregues horàries, ajudarà a mantenir més dispositius habituals, gràcies al seu ús racional.

La trentena columna també és estàndard - nota. Serà útil per a càlculs intermedis.

Elaboració de les especificacions del consumidor

La següent etapa dels càlculs és la transformació del formulari del quadern en una especificació per als consumidors domèstics d'electricitat. La primera columna és clara. Aquí s'introdueixen els números de sèrie de les línies.

La segona columna conté els noms dels consumidors d'energia. Es recomana començar a omplir el passadís amb aparells elèctrics. A continuació es descriuen altres habitacions en sentit contrari a les agulles del rellotge o en sentit horari (segons us convingui).

Si hi ha un segon pis (etc.), el procediment és el mateix: des de les escales - al voltant. Al mateix temps, no ens hem d'oblidar dels dispositius a les escales i l'enllumenat públic.

És millor omplir la tercera columna indicant la potència davant del nom de cada dispositiu elèctric juntament amb la segona.

Les columnes quatre a vint-i-set corresponen a cada hora del dia. Per comoditat, podeu dibuixar-los immediatament amb línies horitzontals al mig de les línies. Les meitats superiors resultants de les línies són com a numeradors, les inferiors són denominadors.

Aquestes columnes s'omplen fila per fila. Els numeradors es formen de manera selectiva com a intervals de temps en format decimal (0,0), que reflecteixen el temps de funcionament d'un aparell elèctric determinat en un període horari determinat. Paral·lelament, on s'introdueixen els numeradors, s'introdueixen els denominadors amb l'indicador de la potència del dispositiu, extret de la tercera columna.

Després d'omplir totes les columnes d'hores, procediu a calcular el temps de treball diari individual dels aparells elèctrics, movent-se línia per línia. Els resultats s'anoten a les cel·les corresponents de la vint-i-vuitena columna.

En el cas que la planta d'energia solar tingui un paper auxiliar, perquè el sistema no funcioni inactiu, es pot connectar part de la càrrega per obtenir una potència constant.

A partir de la potència i les hores de treball, es calcula seqüencialment el consum diari d'energia de tots els consumidors. S'anota a les cel·les de la vint-i-novena columna.

Quan s'omplen totes les files i columnes de l'especificació, es calculen els totals. Sumant els gràfics de potències dels denominadors de les columnes horàries, s'obtenen les càrregues de cada hora. En resumir el consum d'energia diari individual de la vint-i-novena columna de dalt a baix, es troba la mitjana diària total.

El càlcul no inclou el consum propi del futur sistema. Aquest factor el té en compte el coeficient auxiliar en els càlculs finals posteriors.

Anàlisi i optimització de les dades obtingudes

Si es planifica l'energia d'una central d'energia solar com a còpia de seguretat, les dades sobre el consum horari d'energia i el consum d'energia total mitjà diari ajuden a minimitzar el consum d'electricitat solar cara.

Això s'aconsegueix excloent de l'ús els consumidors que consumeixen molta energia fins que es restableixi l'alimentació centralitzada, especialment durant les hores punta de càrrega.

Si el sistema d'energia solar està dissenyat com una font d'alimentació constant, els resultats de les càrregues horàries apareixen.És important distribuir el consum elèctric al llarg del dia de manera que s'eliminin les màximes i baixes molt predominants.

L'eliminació de les càrregues màximes, l'anivellament de les càrregues màximes i l'eliminació de fortes caigudes en el consum d'energia al llarg del temps permeten seleccionar les opcions més econòmiques per als components del sistema solar i garantir un funcionament estable i, sobretot, sense problemes a llarg termini de l'estació solar.

El gràfic revelarà el desnivell del consum energètic: la nostra tasca és traslladar els màxims al moment de major activitat solar i reduir el consum total diari, sobretot a la nit.

El dibuix presentat mostra la transformació d'un calendari irracional obtingut a partir d'una especificació en un òptim. La taxa de consum diari es va reduir de 18 a 12 kW/h, la càrrega mitjana diària per hora de 750 a 500 W.

El mateix principi d'optimitat és útil quan s'utilitza l'opció d'energia solar com a còpia de seguretat. Potser no val la pena gastar massa diners en augmentar la potència dels mòduls solars i les bateries pel bé d'alguns inconvenients temporals.

Selecció dels components de la central solar

Per simplificar els càlculs, considerarem la versió d'utilitzar una bateria solar com a font principal d'energia elèctrica per al jardí. El consumidor serà una casa de camp condicional a la regió de Riazan, on resideix permanentment de març a setembre.

Els càlculs pràctics basats en les dades de la programació racional del consum horari d'energia publicat anteriorment donaran claredat al raonament:

• Consum d'energia diari mitjà total = 12.000 watts/hora.
• Consum mitjà de càrrega = 500 watts.
• Càrrega màxima 1200 watts.
• Càrrega màxima 1200 x 1,25 = 1500 watts (+25%).

Els valors seran necessaris per calcular la capacitat total dels dispositius solars i altres paràmetres de funcionament.

Determinació de la tensió de funcionament del sistema solar

La tensió de funcionament interna de qualsevol sistema solar es basa en un múltiple de 12 volts, que és la classificació de la bateria més comuna. Els components més utilitzats de les estacions solars: mòduls solars, controladors, inversors es produeixen per a tensions populars de 12, 24, 48 volts.

Una tensió més alta permet l'ús de cables d'alimentació d'una secció transversal més petita, i això significa una major fiabilitat del contacte. D'altra banda, les bateries de 12 V fallides es poden substituir una a la vegada.

En una xarxa de 24 volts, tenint en compte les característiques del funcionament de les bateries, les haureu de substituir només per parells. Una xarxa de 48 V requerirà canviar les quatre bateries d'una branca. A més, a 48 volts ja hi ha perill de descàrrega elèctrica.

Amb la mateixa capacitat i aproximadament el mateix preu, hauríeu de comprar bateries amb la profunditat de descàrrega màxima permesa i una intensitat màxima més alta.

L'elecció principal del valor nominal de la diferència de potencial interna del sistema està relacionada amb les característiques de potència dels inversors produïts per la indústria moderna i ha de tenir en compte la magnitud de la càrrega màxima:

• de 3 a 6 kW – 48 volts,
• d'1,5 a 3 kW, igual a 24 o 48V,
• fins a 1,5 kW – 12, 24, 48 V.

Triant entre la fiabilitat del cablejat i la incomoditat de substituir les bateries, per al nostre exemple ens centrarem en la fiabilitat. Posteriorment, partirem de la tensió de funcionament del sistema calculat, 24 volts.

Equipar la bateria amb mòduls solars

La fórmula per calcular la potència necessària d'una bateria solar és la següent:

Рcm = (1000 * Esut) / (k * Sin),

On:

• Rcm = potència de la bateria solar = potència total dels mòduls solars (panells, W),
• 1000 = sensibilitat fotovoltaica acceptada (kW/m²)
• Esut = consum diari d'energia requerit (kWh, en el nostre exemple = 18),
• k = coeficient estacional tenint en compte totes les pèrdues (estiu = 0,7; hivern = 0,5),
• Syn = valor tabulat de la insolació (flux de radiació solar) a la inclinació òptima dels panells (kW*h/m²).

Pots conèixer el valor de la insolació al teu servei meteorològic regional.

L'angle òptim d'inclinació dels panells solars és igual a la latitud de l'àrea:

• a la primavera i a la tardor,
• més 15 graus - a l'hivern,
• menys 15 graus - a l'estiu.

La regió de Riazan considerada al nostre exemple es troba a la latitud 55.

La màxima potència dels panells solars s'aconsegueix mitjançant l'ús de sistemes de seguiment, els canvis estacionals en l'angle d'inclinació dels panells i l'ús de mòduls d'ajust mixt.

Durant el període de març a setembre, la millor inclinació no regulada del panell solar és igual a un angle d'estiu de 40⁰ a la superfície de la terra. Amb aquesta instal·lació de mòduls, la insolació mitjana diària de Ryazan durant aquest període és de 4,73. Tots els números hi són, fem el càlcul:

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

Si prenem mòduls de 100 watts com a base per a la bateria solar, en necessitarem 36. Pesaran 300 quilograms i ocuparan una superfície d'uns 5 x 5 m.

Esquemes de cablejat provats en camp i opcions de connexió de panells solars es donen aquí.

Disposició d'una unitat d'alimentació de bateria

A l'hora de triar les bateries, cal guiar-se pels següents principis:

1. Les bateries de cotxe normals NO són ​​adequades per a aquest propòsit. Les bateries de les centrals solars estan marcades amb la inscripció "SOLAR".
2. Només heu de comprar bateries idèntiques en tots els aspectes, preferiblement del mateix lot de fàbrica.
3. L'habitació on es troba la bateria ha d'estar calenta. La temperatura òptima quan les bateries produeixen plena potència = 25⁰C. Quan baixa a -5⁰C, la capacitat de la bateria disminueix un 50%.

Si agafeu una bateria representativa de 12 volts amb una capacitat de 100 amperes/hora per al càlcul, és fàcil calcular que pot proporcionar energia als consumidors amb una potència total de 1200 watts durant una hora sencera. Però això és amb una descàrrega completa, que és extremadament indesitjable.

Per a una durada de la bateria a llarg termini, NO es recomana reduir la seva càrrega per sota del 70%. Xifra límit = 50%. Prenent el nombre 60% com a "mitjana daurada", basem els càlculs posteriors en la reserva d'energia de 720 Wh per cada 100 Ah del component capacitiu de la bateria (1200 Wh x 60%).

Potser comprar una bateria amb una capacitat de 200 Ah costarà menys que comprar dues bateries de 100 Ah i es reduirà el nombre de connexions de contacte de la bateria.

Inicialment, les bateries s'han d'instal·lar carregades al 100% des d'una font d'alimentació estacionària. Les bateries recarregables han de cobrir completament les càrregues a la foscor. Si no teniu sort amb el temps, mantingueu els paràmetres del sistema necessaris durant el dia.

És important tenir en compte que un excés de bateries comportarà la seva baixa càrrega constant. Això reduirà significativament la vida útil. La solució més racional sembla ser equipar la unitat amb bateries amb una reserva energètica suficient per cobrir un consum energètic diari.

Per esbrinar la capacitat total de la bateria necessària, dividiu el consum d'energia diari total de 12.000 Wh per 720 Wh i multipliqueu-lo per 100 A*h:

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

En total, per al nostre exemple necessitarem 16 bateries amb una capacitat de 100 o 8 de 200 Ah, connectades en sèrie-paral·lel.

Escollir un bon controlador

Selecció competent controlador de càrrega de la bateria (AKB) és una tasca molt específica. Els seus paràmetres d'entrada han de correspondre als mòduls solars seleccionats i la tensió de sortida ha de correspondre a la diferència de potencial interna del sistema solar (en el nostre exemple, 24 volts).

Un bon controlador ha de proporcionar:

1. Càrrega de bateries en diverses etapes, que multiplica la seva vida útil efectiva.
2. Connexió-desconnexió mútua, bateria i bateria solar automàtica en correlació amb càrrega-descàrrega.
3. Tornant a connectar la càrrega de la bateria a la bateria solar i viceversa.

Aquesta petita unitat és un component molt important.

Si alguns consumidors (per exemple, il·luminació) es canvien a una font d'alimentació directa de 12 volts des del controlador, es necessitarà un inversor menys potent, la qual cosa significa més barat.

L'elecció correcta del controlador determina el funcionament sense problemes d'un paquet de bateries car i l'equilibri de tot el sistema.

Selecció del millor inversor

L'inversor es selecciona amb una potència tal que pot proporcionar una càrrega màxima a llarg termini. La seva tensió d'entrada ha de correspondre a la diferència de potencial interna del sistema solar.

Per a la millor opció de selecció, es recomana prestar atenció als paràmetres següents:

1. Forma i freqüència del corrent altern subministrat. Com més a prop d'una sinusoide de 50 hertz, millor.
2. Eficiència del dispositiu. Com més gran sigui el 90%, més meravellós.
3. Consum propi de l'aparell. Ha de ser proporcional al consum total d'energia del sistema. Idealment, fins a un 1%.
4. La capacitat d'un node per suportar sobrecàrregues dobles a curt termini.

El disseny més excel·lent és un inversor amb una funció de controlador integrada.

Muntatge d'un sistema solar domèstic

Us hem fet una selecció de fotos que demostra clarament el procés de muntatge d'un sistema solar domèstic a partir de mòduls fabricats en fàbrica:

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Vídeo #1. Demostració de fer-ho tu mateix d'instal·lar plaques solars al terrat d'una casa:

Vídeo #2. Selecció de bateries per a un sistema solar, tipus, diferències:

Vídeo #3. Planta d'energia solar del país per a aquells que ho fan tot ells mateixos:

Els mètodes de càlcul pràctics considerats pas a pas, el principi bàsic del funcionament efectiu d'una bateria de panells solars moderns com a part d'una estació solar domèstica autònoma ajudarà els propietaris tant d'una casa gran en una zona densament poblada com d'una casa de camp. al desert per guanyar sobirania energètica.

T'agradaria compartir la teva experiència personal que has adquirit durant la construcció d'un mini sistema solar o només piles? Tens alguna pregunta que t'agradaria respondre o has trobat alguna mancança en el text? Si us plau, deixeu els comentaris al bloc següent.