Päikesepatareid aeda ja koju: tüübid, tööpõhimõtted ja päikesesüsteemide arvutamise kord

Teadus on andnud meile aja, mil päikeseenergia kasutamise tehnoloogia on muutunud avalikult kättesaadavaks.Igal omanikul on võimalus hankida endale koju päikesepaneelid. Suvised elanikud ei jää selles küsimuses maha. Sageli leiavad nad end kaugel säästva toiteallika tsentraliseeritud allikatest.

Soovitame tutvuda päikesesüsteemi konstruktsiooni, tööpõhimõtteid ja tööühikute arvutust tutvustava teabega. Meie pakutava teabega tutvumine viib teid lähemale teie saidi loodusliku elektrienergiaga varustamise tegelikkusele.

Esitatud andmete selgeks mõistmiseks on lisatud üksikasjalikud diagrammid, illustratsioonid, foto- ja videojuhised.

Päikesepatarei konstruktsioon ja tööpõhimõte

Kunagi avastasid uudishimulikud meeled meie jaoks looduslikke aineid, mis tekivad päikesevalguse osakeste, footonite, elektrienergia. Seda protsessi nimetati fotoelektriliseks efektiks. Teadlased on õppinud kontrollima mikrofüüsikalisi nähtusi.

Pooljuhtmaterjalide põhjal lõid nad kompaktsed elektroonikaseadmed – fotoelemendid.

Tootjad on omandanud miniatuursete muundurite kombineerimise tehnoloogia tõhusateks päikesepaneelideks. Tööstuses laialdaselt toodetud räni päikesepaneelide moodulite efektiivsus on 18-22%.

Diagrammi kirjeldusest on selgelt näha: kõik elektrijaama komponendid on võrdselt olulised – nende kompetentsest valikust sõltub süsteemi koordineeritud töö

Päikesepatarei on kokku pandud moodulitest. See on footonite teekonna viimane punkt Päikeselt Maale. Siit edasi jätkavad need valguskiirguse komponendid alalisvoolu osakestena oma teed elektriahela sees.

Need jaotatakse akude vahel või muundatakse 220-voldise pingega vahelduvvoolu elektrilaenguteks, mis toidavad kõikvõimalikke kodutehnilisi seadmeid.

Päikesepatarei on järjestikku ühendatud pooljuhtseadmete kompleks – fotoelemendid, mis muudavad päikeseenergia elektrienergiaks.

Täpsemalt leiad seadme spetsiifikast ja päikesepatarei tööpõhimõttest teisest populaarne artikkel meie sait.

Päikesepaneelide moodulite tüübid

Päikesepaneelid-moodulid on kokku pandud päikesepatareidest, muidu tuntud fotoelektriliste muunduritena. Laialt levinud on kahte tüüpi FEP-id.

Need erinevad nende valmistamiseks kasutatavate räni pooljuhtide tüüpide poolest, need on järgmised:

• Polükristalliline. Need on päikesepatareid, mis on valmistatud sularänist pikaajalise jahutamise teel. Lihtne tootmisviis muudab hinna taskukohaseks, kuid polükristallilise versiooni tootlikkus ei ületa 12%.
• Monokristalliline. Need on elemendid, mis saadakse kunstlikult kasvatatud ränikristalli õhukesteks vahvliteks lõikamisel. Kõige produktiivsem ja kallim variant. Keskmine kasutegur on umbes 17%, leiad suurema jõudlusega monokristallilised päikesepatareid.

Polükristallilised päikesepatareid on lamedad ruudukujulised ebaühtlase pinnaga. Monokristallilised sordid näevad välja nagu õhukesed ruudud, millel on ühtlane pinna struktuur ja millel on lõigatud nurgad (pseudosruudud).

Sellised näevad välja FEP-id – fotogalvaanilised muundurid: päikesemooduli omadused ei sõltu kasutatavate elementide tüübist – see mõjutab ainult suurust ja hinda

Esimese versiooni sama võimsusega paneelid on väiksema efektiivsuse tõttu suuremad kui teise versiooni (18% versus 22%). Kuid keskmiselt on need kümme protsenti odavamad ja nende järele on suur nõudlus.

Saate tutvuda autonoomse kütteenergia tarnimise päikesepaneelide valimise reeglite ja nüanssidega. loe siit.

Päikeseenergia toiteallika töö skeem

Kui vaadata päikesevalguse elektrisüsteemi moodustavate komponentide salapäraselt kõlavaid nimetusi, tekib mõte seadme ülitehnilisest keerukusest.

Footonite elu mikrotasandil on see tõsi. Ja visuaalselt näeb elektriahela üldskeem ja selle tööpõhimõte välja väga lihtne. Taevakehast “Iljitši lambipirnini” on vaid neli sammu.

Päikesemoodulid on elektrijaama esimene komponent. Need on õhukesed ristkülikukujulised paneelid, mis on kokku pandud teatud arvust standardsetest fotoelementide plaatidest. Tootjad valmistavad fotopaneele erineva elektrivõimsusega ja 12-voldise pingega.

Lameda kujuga seadmed asuvad mugavalt otsestele kiirtele avatud pindadel. Moodulplokid kombineeritakse omavaheliste ühenduste abil päikesepatareiks. Aku ülesanne on muundada vastuvõetud päikeseenergiat, tekitades etteantud väärtusega alalisvoolu.

Elektrilaengute salvestusseadmed - akud päikesepaneelidele kõigile teada. Nende roll päikeseenergia varustussüsteemis on traditsiooniline. Kodutarbijate ühendamisel tsentraliseeritud võrku salvestavad energiasalvestid elektrit.

Samuti koguvad nad selle ülejääki, kui päikesemooduli voolust piisab elektriseadmete tarbitava võimsuse tagamiseks.

Akuplokk varustab vooluringi vajaliku koguse energiaga ja hoiab stabiilse pinge kohe, kui selle tarbimine tõuseb suurenenud väärtuseni. Sama juhtub näiteks öösel, kui fotopaneelid ei tööta või vähese päikesepaistelise ilmaga.

Päikesepaneele kasutava kodu energiavarustusskeem erineb kollektoritega varustatud võimalustest energia salvestamise võimaluse poolest akusse

Kontroller on elektrooniline vahendaja päikesemooduli ja akude vahel.Selle ülesanne on reguleerida akude laetuse taset. Seade ei lase neil keema minna ülelaadimise või elektripotentsiaali languse tõttu alla teatud normi, mis on vajalik kogu päikesesüsteemi stabiilseks tööks.

Inverteerides kõlab see termin sõna otseses mõttes seletatuna päikese inverter. Jah, tegelikult täidab see seade funktsiooni, mis kunagi tundus elektriinseneridele fantastiline.

See muundab päikesemooduli ja akude alalisvoolu vahelduvvooluks, mille potentsiaalide erinevus on 220 volti. See on enamiku kodumajapidamises kasutatavate elektriseadmete tööpinge.

Päikeseenergia vool on võrdeline valgusti asendiga: moodulite paigaldamisel oleks hea ette näha kaldenurga reguleerimine olenevalt aastaajast

Tippkoormus ja keskmine päevane energiakulu

Oma päikesejaama rõõm on ikka palju väärt. Esimeseks sammuks päikeseenergia võimsuse ärakasutamise teel on majapidamise või maamaja optimaalse tippkoormuse määramine kilovattides ja ratsionaalne keskmine ööpäevane energiakulu kilovatt-tundides.

Tippkoormuse tekitab vajadus lülitada korraga sisse mitu elektriseadet ja selle määrab nende maksimaalne koguvõimsus, võttes arvesse mõne neist ülehinnatud käivitusomadusi.

Maksimaalse voolutarbimise arvutamine võimaldab tuvastada, millised elektriseadmed vajavad samaaegset tööd ja millised ei ole nii olulised. Selle indikaatori alla kuuluvad elektrijaama komponentide võimsusomadused, st seadme kogumaksumus.

Elektriseadme ööpäevast energiatarbimist mõõdetakse selle individuaalse võimsuse ja päeva jooksul võrgust töötamise aja (tarbitud elektrienergia) korrutisega. Keskmine ööpäevane energiatarbimine arvutatakse iga tarbija poolt ööpäeva jooksul tarbitud elektrienergia summana.

Saadud koormuste ja energiatarbimise andmete hilisem analüüs ja optimeerimine tagab päikeseenergiasüsteemi vajaliku seadistamise ja hilisema töö minimaalse kuluga

Energiatarbimise tulemus aitab ratsionaalselt läheneda päikeseelektri tarbimisele. Arvutuste tulemus on oluline aku mahutavuse edasiseks arvutamiseks. Süsteemi olulise komponendi aku hind sõltub sellest parameetrist veelgi rohkem.

Energianäitajate arvutamise kord

Arvutamisprotsess algab sõna otseses mõttes horisontaalselt paikneva ruudukujulise lahtivolditud märkmikulehega. Heledate pliiatsijoontega saadakse lehelt kolmekümne veeruga vorm ja jooned vastavalt kodumasinate arvule.

Aritmeetiliste arvutuste ettevalmistamine

Esimene veerg on traditsiooniline – seerianumber. Teine veerg on elektriseadme nimi. Kolmas on selle individuaalne energiatarve.

Veerud neli kuni kakskümmend seitse on kellaajad 00 kuni 24. Neisse sisestatakse horisontaalse murdjoone kaudu:

• lugejas – seadme tööaeg konkreetse tunni jooksul kümnendkujul (0,0);
• nimetaja on jällegi tema individuaalne voolutarve (seda kordamist on vaja tunnikoormuste arvutamiseks).

Kahekümne kaheksas veerg on koguaeg, mille jooksul majapidamisseade päeva jooksul töötab.Kahekümne üheksandal - seadme isiklik energiatarbimine registreeritakse individuaalse energiatarbimise korrutamise tulemusena päevase perioodi tööajaga.

Üksikasjaliku tarbija spetsifikatsiooni koostamine, võttes arvesse tunnikoormust, aitab tänu nende ratsionaalsele kasutamisele hoida rohkem tavalisi seadmeid

Kolmekümnes veerg on samuti standardne – märkus. See on kasulik vahepealsete arvutuste jaoks.

Tarbijate spetsifikatsioonide koostamine

Arvutuste järgmine etapp on sülearvuti vormi muutmine kodumajapidamiste elektritarbijate spetsifikatsiooniks. Esimene veerg on selge. Siia sisestatakse ridade seerianumbrid.

Teine veerg sisaldab energiatarbijate nimesid. Soovitav on alustada esiku täitmist elektriseadmetega. Järgnevalt kirjeldatakse teisi ruume vastu- või päripäeva (nagu teile sobib).

Kui on teine ​​(jne) korrus, on protseduur sama: trepist - ümber. Samas ei tohiks unustada trepikodade ja tänavavalgustuse seadmeid.

Parem on täita kolmas veerg, mis näitab iga elektriseadme nime vastas olevat võimsust koos teisega.

Veerud neli kuni kakskümmend seitse vastavad igale kellaajale. Mugavuse huvides saate need kohe välja tõmmata horisontaalsete joontega joonte keskel. Saadud joonte ülemised pooled on nagu lugejad, alumised on nimetajad.

Need veerud täidetakse ridade kaupa. Lugejad vormistatakse valikuliselt ajaintervallidena kümnendvormingus (0,0), mis kajastab antud elektriseadme tööaega kindlal tunniperioodil. Paralleelselt, kuhu sisestatakse lugejad, sisestatakse nimetajad seadme võimsuse indikaatoriga, mis on võetud kolmandast veerust.

Kui kõik tunniveerud on täidetud, jätkake rida-realt liikudes elektriseadmete individuaalse igapäevase tööaja arvutamisega. Tulemused registreeritakse kahekümne kaheksanda veeru vastavatesse lahtritesse.

Juhul, kui päikeseelektrijaam täidab abirolli, et süsteem tühikäigul ei töötaks, saab osa koormusest sellega konstantse toite saamiseks ühendada

Võimsuse ja töötundide põhjal arvutatakse järjestikku kõigi tarbijate päevane energiatarbimine. See on märgitud kahekümne üheksanda veeru lahtritesse.

Kui kõik spetsifikatsiooni read ja veerud on täidetud, arvutatakse summad. Tundide veergude nimetajatest võimsusgraafikute liitmisel saadakse iga tunni koormused. Kahekümne üheksanda veeru ülevalt alla individuaalse ööpäevase energiatarbimise summeerimisel saadakse päevane kogukeskmine.

Arvestus ei hõlma tulevase süsteemi omatarbimist. Seda tegurit võetakse järgnevates lõpparvutustes arvesse abikoefitsiendiga.

Saadud andmete analüüs ja optimeerimine

Kui päikeseelektrijaama toide on planeeritud varukoopiana, aitavad andmed tunni voolutarbimise ja kogu keskmise ööpäevase energiatarbimise kohta minimeerida kalli päikeseelektri tarbimist.

See saavutatakse energiamahukate tarbijate kasutamisest väljajätmisega kuni tsentraliseeritud toiteallika taastamiseni, eriti tippkoormuse ajal.

Kui päikeseelektrisüsteem on kujundatud pideva toiteallikana, siis tulevad tunnikoormuste tulemused ette.Oluline on jaotada elektritarbimine päeva peale nii, et välistada palju domineerivad kõrged ja väga madalad mõõnad.

Tippkoormuste kõrvaldamine, maksimaalsete koormuste nivelleerimine ja energiatarbimise järsu languse kõrvaldamine aja jooksul võimaldavad valida päikesesüsteemi komponentide jaoks kõige ökonoomsemad variandid ning tagada päikesejaama stabiilse ja mis kõige tähtsam häireteta pikaajalise töö.

Graafik näitab energiatarbimise ebaühtlust: meie ülesanne on nihutada maksimumid päikese suurima aktiivsuse ajale ja vähendada igapäevast kogutarbimist, eriti öösel.

Esitatud joonisel on kujutatud spetsifikatsiooni alusel saadud irratsionaalse ajakava muutmine optimaalseks. Ööpäevast tarbimisnormi vähendati 18-lt 12 kW/h-le, keskmine ööpäevane tunnikoormus 750-lt 500 W-le.

Sama optimaalsuse põhimõte on kasulik ka päikeseenergia võimaluse kasutamisel tagavaraks. Päikesemoodulite ja akude võimsuse suurendamisele ei tasu ehk ajutise ebamugavuse nimel kulutada liiga palju raha.

Päikeseelektrijaama komponentide valik

Arvutuste lihtsustamiseks käsitleme päikesepatarei kasutamist aia peamise elektrienergia allikana. Tarbijaks on tinglik maamaja Rjazani piirkonnas, kus nad elavad alaliselt märtsist septembrini.

Arutluskäigule annavad selgust praktilised arvutused, mis põhinevad ülal avaldatud ratsionaalse energiatunnigraafiku andmetel:

• Keskmine päevane energiakulu kokku = 12 000 vatti/tunnis.
• Keskmine koormuse tarbimine = 500 vatti.
• Maksimaalne koormus 1200 vatti.
• Tippkoormus 1200 x 1,25 = 1500 vatti (+25%).

Väärtused on vajalikud päikeseseadmete koguvõimsuse ja muude tööparameetrite arvutamisel.

Päikesesüsteemi tööpinge määramine

Iga päikesesüsteemi sisemine tööpinge põhineb 12-voldise kordsel, mis on kõige levinum aku nimiväärtus. Päikesejaamade kõige laialdasemalt kasutatavad komponendid: päikesemoodulid, kontrollerid, inverterid toodetakse populaarsetele pingetele 12, 24, 48 volti.

Kõrgem pinge võimaldab kasutada väiksema ristlõikega toitejuhtmeid – see tähendab suuremat kontakti töökindlust. Teisest küljest saab rikkis 12 V akusid ükshaaval välja vahetada.

24-voldises võrgus tuleb akude töötamise eripära arvestades neid vahetada vaid paarikaupa. 48 V võrk nõuab ühe haru kõigi nelja aku vahetamist. Lisaks on 48 volti juures juba elektrilöögi oht.

Sama võimsusega ja ligikaudu sama hinnaga peaksite ostma suurima lubatud tühjenemissügavuse ja suurema maksimaalse voolutugevusega akud

Süsteemi sisemise potentsiaali erinevuse nimiväärtuse peamine valik on seotud kaasaegse tööstuse toodetud inverterite võimsusomadustega ja see peaks võtma arvesse tippkoormuse suurust:

• 3 kuni 6 kW – 48 volti,
• 1,5 kuni 3 kW – võrdne 24 või 48 V,
• kuni 1,5 kW – 12, 24, 48V.

Valides juhtmestiku töökindluse ja patareide vahetamise ebamugavuse vahel, keskendume meie näites töökindlusele. Seejärel alustame arvutatud süsteemi tööpingest 24 volti.

Aku varustamine päikesemoodulitega

Päikesepatarei võimsuse arvutamise valem näeb välja järgmine:

Рcm = (1000 * Esut) / (k * Sin),

Kus:

• Rcm = päikesepatarei võimsus = päikesemoodulite koguvõimsus (paneelid, W),
• 1000 = aktsepteeritud fotogalvaaniline tundlikkus (kW/m²)
• Esut = päevane energiatarbimise vajadus (kWh, meie näites = 18),
• k = hooajaline koefitsient, võttes arvesse kõiki kahjusid (suvi = 0,7; talv = 0,5),
• Syn = insolatsiooni (päikesekiirguse voo) tabeliväärtus paneelide optimaalse kalde korral (kW*h/m²).

Insolatsiooni väärtuse saate teada oma piirkondlikust meteoroloogiateenistusest.

Päikesepaneelide optimaalne kaldenurk on võrdne piirkonna laiuskraadiga:

• kevadel ja sügisel,
• pluss 15 kraadi – talvel,
• miinus 15 kraadi – suvel.

Meie näites käsitletav Ryazani piirkond asub 55. laiuskraadil.

Päikesepaneelide suurim võimsus saavutatakse jälgimissüsteemide, paneelide kaldenurga hooajaliste muutuste ja segatud trimmimoodulite kasutamisega

Märtsist septembrini on päikesepaneeli parim reguleerimata kalle võrdne suvise nurgaga 40⁰ maapinna suhtes. Selle moodulite paigaldamisega on Ryazani keskmine päevane insolatsioon sel perioodil 4,73. Kõik numbrid on olemas, teeme arvutused:

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

Kui võtame päikesepatarei aluseks 100-vatised moodulid, siis vajame neid 36 tükki. Nende kaal on 300 kilogrammi ja nende pindala on umbes 5 x 5 m.

Välitestitud elektriskeemid ja päikesepaneelide ühendamise võimalused on siin antud.

Akutoiteploki paigutus

Patareide valimisel peate juhinduma järgmistest põhimõtetest:

1. Tavalised autoakud EI sobi selleks otstarbeks. Päikeseelektrijaamade akud on tähistatud kirjaga “SOLAR”.
2. Peaksite ostma ainult igas suhtes identseid akusid, eelistatavalt samast tehasepartiist.
3. Ruum, kus aku asub, peab olema soe. Optimaalne temperatuur, kui akud toodavad täisvõimsust = 25⁰C. Kui see langeb -5 ⁰C-ni, väheneb aku mahtuvus 50%.

Kui võtta arvutamiseks esinduslik 12-voldine aku, mille võimsus on 100 amprit/tund, on lihtne välja arvutada, et see suudab pakkuda tarbijatele energiat 1200-vatise koguvõimsusega terve tunni jooksul. Kuid see on täieliku tühjenemisega, mis on äärmiselt ebasoovitav.

Aku pikaajaliseks kasutuseaks EI OLE soovitatav nende laetust alla 70% vähendada. Piirarv = 50%. Võttes “kuldseks keskmiseks” arvu 60%, lähtume järgnevates arvutustes energiavarust 720 Wh aku mahtuvusliku komponendi iga 100 Ah kohta (1200 Wh x 60%).

Võib-olla maksab ühe 200 Ah aku ostmine vähem kui kahe 100 Ah aku ostmine ja aku kontaktide ühenduste arv väheneb

Esialgu tuleb akud paigaldada statsionaarsest toiteallikast 100% laetuna. Laetavad akud peavad pimedas koormad täielikult katma. Kui ilmaga ei vea, säilita päeva jooksul nõutavad süsteemiparameetrid.

Oluline on arvestada sellega, et akude liigtarvitamine põhjustab nende pidevat alalaadimist. See vähendab oluliselt kasutusiga. Kõige ratsionaalsem lahendus näib olevat varustada seade akudega, mille energiavaru on piisav ühe ööpäevase energiatarbimise katmiseks.

Vajaliku aku kogumahu väljaselgitamiseks jaga 12000 Wh päevane energiatarbimine 720 Wh-ga ja korruta 100 A*h-ga:

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

Kokku vajame meie näite jaoks 16 akut võimsusega 100 või 8 akut 200 Ah, mis on ühendatud järjestikku paralleelselt.

Hea kontrolleri valimine

Pädev valik aku laadimise kontroller (AKB) on väga spetsiifiline ülesanne. Selle sisendparameetrid peavad vastama valitud päikesemoodulitele ja väljundpinge peab vastama päikesesüsteemi sisepotentsiaalide erinevusele (meie näites 24 volti).

Hea kontroller peab pakkuma:

1. Mitmeastmeline akude laadimine, mis mitmekordistab nende efektiivset kasutusiga.
2. Automaatne vastastikune, aku ja päikesepatarei ühendamine-lahtiühendamine korrelatsioonis laadimise-tühjenemisega.
3. Koormuse taasühendamine akust päikesepatareiga ja vastupidi.

See väike seade on väga oluline komponent.

Kui mõned tarbijad (näiteks valgustus) lülitatakse kontrollerist 12-voldisele otsetoiteallikale, on vaja vähem võimsat inverterit, mis tähendab odavamat

Õige kontrolleri valik määrab kalli akuploki tõrgeteta töö ja kogu süsteemi tasakaalu.

Parima inverteri valimine

Inverter on valitud sellise võimsusega, et see suudab pakkuda pikaajalist tippkoormust. Selle sisendpinge peab vastama päikesesüsteemi sisemisele potentsiaalide erinevusele.

Parima valikuvõimaluse jaoks on soovitatav pöörata tähelepanu järgmistele parameetritele:

1. Tarnitava vahelduvvoolu kuju ja sagedus. Mida lähemal sinusoidile 50 hertsi, seda parem.
2. Seadme efektiivsus. Mida kõrgem 90%, seda imelisem.
3. Seadme omatarbimine. Peab olema proportsionaalne süsteemi üldise energiatarbimisega. Ideaalis - kuni 1%.
4. Sõlme võime taluda lühiajalist topeltülekoormust.

Kõige suurepärasem disain on sisseehitatud kontrolleri funktsiooniga inverter.

Majapidamise päikesesüsteemi kokkupanek

Oleme teinud teile fotovaliku, mis näitab selgelt majapidamises kasutatava päikesesüsteemi kokkupanemise protsessi tehases valmistatud moodulitest:

Järeldused ja kasulik video sellel teemal

Video nr 1. Maja katusele päikesepaneelide paigaldamise isetegemise esitlus:

Video nr 2. Päikesesüsteemi akude valik, tüübid, erinevused:

Video nr 3. Maapealne päikeseelektrijaam neile, kes teevad kõike ise:

Kaalutud samm-sammult praktilised arvutusmeetodid, kaasaegse päikesepaneeli aku tõhusa toimimise põhiprintsiip koduse autonoomse päikesejaama osana aitavad nii tiheasustusalal asuva suure maja kui ka maamaja omanikke. kõrbes energia suveräänsuse saavutamiseks.

Kas soovite jagada oma isiklikku kogemust, mille saite minipäikesesüsteemi või lihtsalt akude ehitamisel? Kas teil on küsimusi, millele soovite vastuseid saada, või olete tekstis avastanud puudusi? Palun jätke kommentaarid allolevasse plokki.