Схемы и способы подключения солнечных батарей: как правильно провести монтаж солнечной панели

Установка

Монтировать панели допускается практически как угодно – вертикально, горизонтально, под наклоном. Однако следует учитывать, что максимальную отдачу модули дают при падении солнечных лучей на рабочую поверхность перпендикулярно. При этом нужно обеспечить и максимальное время облучения.

Отсюда – некоторые рекомендации по установке:

• Ориентировать фотоприемники на юг.
• Располагать панели под углом, равным широте местности.
• Изменять (по возможности) угол наклона на 20% — увеличивать зимой и уменьшать летом.

Следует также позаботиться, чтобы в течение всего светового дня модули не подвергались затенению деревьями на участке или другими зданиями. В этом случае удастся обеспечить максимальную мощность генерации. Особенно критично это для монокристаллических батарей, отдача которых существенно снижается в рассеянном свете.

Как правильно подключить электрическую часть

В зависимости от вашей взаимосвязи с местной энергоснабжающей организацией, существует три основных способа подключения солнечной электростанции:

• Автономный, когда к вашему дому невозможно (или просто нет желания) протянуть линию электропередач. В этом случае во время светового дня, солнечные панели накапливают энергию в аккумуляторах, а в темное время суток наступает пик потребления. Обязательно использование качественных и дорогих аккумуляторных батарей, и надежного зарядного устройства. Поскольку энергоснабжение вашего объекта напрямую зависит от количества «солнце-часов», не лишним будет подстраховаться ветровой электростанцией. Начальное вложение средств достаточно велико, зато вы навсегда забудете о счетах за электроэнергию.
• Резервный, когда вы одновременно пользуетесь и местной энергосистемой, и собственной солнечной электростанцией. Какой источник считать основным, а какой резервным — зависит от емкости аккумуляторов и мощности ваших солнечных панелей. Оптимальный алгоритм использования — днем 100 % загрузка солнечных панелей, потребление из сети стремится к нулю. Ночью, когда тариф ниже, можно подпитываться от городской энергосистемы. При таком подключении вы не зависите от капризов погоды и аварий в местной электросети. Есть возможность проводить обслуживание солнечной электростанции без перерыва в энергоснабжении дома. Неплохой вариант для дачи или СНТ, где качество снабжения электроэнергией ниже плинтуса.
• Комбинированное (последовательное) подключение.

  Такой способ предполагает не только два источника снабжения электричеством: собственная солнечная станция и местная энергосеть, но и возможность производить избыток электричества для продажи.В зависимости от местного законодательства, есть способы продажи избытков энергии снабжающим организациям. В этом случае устанавливается специальный счетчик энергии, и заключается соответствующий договор. При формировании избыточных мощностей, они перетекают в местную электросеть, возвращая вам затраты на электростанцию. Однако этот путь требует не только технического, но и грамотного юридического сопровождения.

Будет интересно Правила технической эксплуатации электростанций и сетей

Уход за солнечными батареями

В зимний период, когда выпадает снег, выработка электроэнергии панелями сводится к нулю. Логично, что их необходимо очищать от осадков. Для очистки снега на батареях, которые установлены на опорах, Вам понадобится щетка с длинной ручкой или воздуходувка. Если же они размещены на здании, то еще на моменте монтажа стоит позаботиться о беспроблемном доступе к ним. Часто к стенам батареи крепятся под углом 90°. В таком случае, возможно, и вовсе не придется чистить снег – он будет пролетать мимо.

Выработке солнечной энергии мешает не только снег, а и птичий помет, чрезмерное количество пыли, грязи. Поэтому модули нуждаются в уходе не только зимой, а и в теплое время года. Чтобы избавиться от всего этого, поливайте панели водой из шланга приблизительно до четырех раз в год в зависимости от степени загрязнения.

Кроме того, время от времени нужно проверять, должным ли образом работают все источники альтернативной энергии на Вашем участке. Также всего лишь раз в 10 лет понадобится замена батареек.

Итак, самостоятельно установить систему солнечных батарей вполне возможно. К тому же, делая все своими руками, Вы заметно сэкономите

Но самое важное – правильно подобранные и установленные источники альтернативной энергии окупят себя уже за 3-4 года

Подключение солнечных батарей к сети

Сделать это можно как самостоятельно, так и с привлечением специалистов.
Расчет правильной ориентации осуществляется на основании данных о географическом расположении здания. Для правильного размещения солнечных панелей при их монтаже нужно придерживаться перечисленных ниже принципов.
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. Накопитель сгенерированной энергии — аккумулятор.
Потом груз убирается, а фанера и мат снимаются. Разумеется, если вы используете мобильную фотобатарею для подзарядки смартфона в многодневном походе, такие технологии не требуются. Если инсоляция позволяет, то установить солнечную панель можно и на внешней стороне балкона.
Так как они продаются в виде уголков, их потребуется самостоятельно собрать. Самостоятельная установка Зная, как подключить солнечную батарею к энергоснабжению вашего дома, вы сможете сэкономить на оплате труда монтажников. Если же присутствует уверенность, что припаять элементы получится самостоятельно, не повредив преобразователь, можно приобрести набор, в котором проводники приложены отдельно.

Рассмотрим три способа соединения, которые будут применимы и для самостоятельной сборки модулей из солнечных ячеек. После первичных вложений, полученная электроэнергия условно бесплатная требуются некоторые средства на обслуживание по истечении срока эксплуатации. Так как они продаются в виде уголков, их потребуется самостоятельно собрать

В заключение следует обратить внимание на то, что наибольшую выгоду от применения солнечных батарей получит наша планета, поскольку данный источник энергии не причиняет абсолютно никакого вреда окружающей среде

Монтаж конструкции Первостепенно надо определиться с местом установки — или прямо на крыше, или с использованием в качестве подставки каркаса из специальных ферм. Он следит за напряжением аккумулятора: при перезарядке аккумулятора в дневное время 14 Вольтах на клеммах , он автоматически отключает зарядку, а ночью, в случае разряда, то есть предельно низкого напряжения в 11 Вольт, прекращает работу электростанции. Где лучше установить панели? При одинаковых характеристиках, следующий вид панелей — тонкопленочный, потребует для установки в доме большей площади. Если эту проблему невозможно решить, то лучше установить панели не на крыше, а на отдельных столбах во дворе.

Сокращение расхода газа и электричества в доме благодаря использованию солнечных батарей. Как подключить солнечную батарею Как подключить солнечную батарею Вопрос как подключить солнечную батарею решается с помощью комплектующих систему элементов.
Схема подключения солнечных панелей к щитку приборов.

Способы монтажа бытовых гелиоустановок

В установке солнечных батарей нет ничего сложного. Самое главное — грамотно разместить модули

При монтаже важно придерживаться определенного угла наклона, который должен соответствовать географической широте местности. В процессе установки нужно также соблюдать азимут

Для северо-восточных он составляет 180 градусов.

Зимой КПД электростанции с солнечными батареями может упасть до минимальных значений, поскольку обильные снегопады будут препятствовать попаданию лучей солнца на наружную поверхность фотоэлектрических элементов

Поэтому при монтаже важно учесть, что на крыше потребуется свободное место для очистки конструкции от налипшего снега и грязи. Впрочем, этих хлопот можно избежать, если зафиксировать солнечные панели на поверхности южной стены под углом 60–80 градусов

На практике для коттеджей применяют разные варианты расположения фотоэлектрических модулей:

1. кровля — дополнительно потребуется установка надежной опорной конструкции из металлопрофилей или направляющих рельс;
2. стены — в данном случае на фасад здания монтируется рамная система для удержания фотопанелей «на весу»;
3. приусадебная территория — альтернативный вариант расположения батарей, когда кровля дома сильно затенена или не рассчитана на дополнительную нагрузку.

Свободное размещение имеет множество преимуществ, но требует наличия достаточного пространства на приусадебном участке. Чтобы автоматизировать процесс наклона и движения фотоэлектрических панелей по ходу солнца, дополнительно рекомендуется использовать специальные шарнирные конструкции с электроприводом.

Окупаемость и срок эксплуатации

Применение солнечных батарей позволит сэкономить на освещении и отоплении, независимо от времени года. Самые большие показатели энгергоэффективности гелиосистемы демонстрируют в южных широтах, где количество солнечных дней преобладает. Это и неудивительно, так как обязательным условием высокопродуктивной работы электростанции является стабильное поступление инфракрасного излучения и видимого света на поверхность фотоэлектрических элементов.

По статистике, солнечные батареи для частного дома мощностью 4–5 кВт при постоянном использовании окупают себя за 8–10 лет, после чего работают впрок. При этом срок эксплуатации составляет в среднем 20-25 лет, а вот аккумуляторные батареи придется менять через каждые 5-6 лет. Многим такие сроки окупаемости покажутся большими, но в действительности оно того стоит, учитывая, что в скором времени ископаемых ресурсов на планете практически не останется, а стоимость одного киловатта электроэнергии возрастет в разы.

Комментарии

Мощность и количество

Определить, какое количество солнечных панелей необходимо, следует по средней и максимальной мощности потребления. Среднюю легко найти в счетах за электроэнергию – месячное потребление делится на количество дней в месяце. Максимальное находится суммированием мощностей всех имеющихся в доме электроприборов.

Кроме мощности потребителей необходимо учесть:

• Время работы солнечных батарей. Как правило, принимается равным 6 часам, соответственно, мощность генерации нужно кратно увеличить.
• Потери на преобразование при зарядке аккумуляторов и получении переменного напряжения на инверторе. С их учетом необходим запас по мощности не менее 30%.
• Пиковые токи. Например, при средней мощности стиральной машины 500 Вт при работе нагревателя может потребляться до 2 кВт. При пуске насосов или других двигателей, пусковые токи могут превосходить номинальные значения в 5-6 раз. Конечно, львиную долю примут на себя аккумуляторы, но запас модулей по току в 20-30% не помешает.
• Географию и погодные условия местности – коэффициент инсоляции. Найти его для зимнего и летнего времени можно в справочниках.

После расчета необходимой мощности генерации рассчитывается мощность, отдаваемая одной батареей:

P = Kc * Wn * Ki

Где:

• Кс – стандартный сезонный коэффициент, 0.5 для лета и 0.7 для зимы.
• Wn – мощность панели, заявленная производителем.
• Ki – коэффициент инсоляции, также берется для лета и зимы.

Рассчитанную необходимую мощность генерации делят на оба (летнее и зимнее) значения. Наибольшее из двух чисел будет минимальным количеством панелей, которые потребуются для электроснабжения дома.

Мнение эксперта
Торсунов Павел Максимович

Окончательно принимают ближайшее число кратное 2 для системы с выходным напряжением 24 В, 4 – для 36 В, 4 – для 48 В.

Параллельное соединение солнечных панелей

Данная схема подходит для тех случаев, когда необходимо оставить напряжение на одном уровне, но повысить мощность солнечного PV-массива. Приведем пример на двух солнечных панелях мощность 100В с напряжением 12В. Соединение происходит путем подключения положительных соединений в одну группу, а отрицательных выводов – во вторую группу. Такими образом, напряжение остается прежним 12В, а мощность возрастает до 200 Вт.

Рисунок 1. Параллельное соединение солнечных панелей (12В 200Вт).

Последовательное соединение солнечных панелей

Последовательное соединение применяется в тех ситуациях, когда необходимо поднять уровень напряжения, но зафиксировать мощность на одном уровне. На схеме отражено соединение двух солнечных панелей мощностью 100Вт с напряжением 12В, когда в итоге получаем солнечный PV-массив 24В 100Вт.

Рисунок 2. Последовательное соединение солнечных панелей (24В 100Вт).

Параллельно-последовательное соединение солнечных панелей

Более сложной схемой соединения солнечных батарей будет параллельно-последовательный тип. Зачастую подобная схема применяется для относительно мощных солнечных массивов. Применение этой схемы дает возможность как поднять номинальное напряжение соединенных панелей, так и увеличить мощность. На примере показано, как можно соединить четыре панели с напряжением 12В и мощностью 100Вт. После соединения получаем солнечный PV-массив с напряжением 24В и мощностью 200Вт.

Рисунок 3. Параллельно-последовательное соединение солнечных панелей (24В 200Вт).

Соединение солнечных батарей разной мощности

Когда требуется соединить вместе солнечные батареи разной мощности, то может применяться две вышеописанные схемы: параллельная и последовательная. Однако необходимо учитывать возможности применяемого MPPT-контроллера. Так, чтобы подключить батареи параллельно, максимальный выходной ток должен соответствовать току MPPT-контроллера и наоборот, для соединения разных по мощности солнечных модулей последовательно, MPPT-контроллер обязательно должен иметь более высокое рабочее напряжение, чем сумма напряжения холостого хода двух модулей.

Рисунок 4. Параллельное и последовательной соединение солнечных панелей разной мощности.

Как видно по приведенным расчетам, производительность выше на 5,5% при последовательном соединении. Рекомендуем использовать этот вариант.

Внимание! Соединение солнечных батарей разной мощности несколько снижает производительность MPPT-контроллера и делает болеет трудным поиск точки максимальной мощности, но такая система также будет нормально работать при необходимости

Монтаж солнечных панелей и вспомогательного электрооборудования

Монтаж электрооборудования гелиостанции производится медным проводом. Сечение медного провода для одной панели стоит выбирать не менее 2,5 мм2. Это обусловлено тем, что нормальная плотность тока в медном проводнике 5 ампер на 1 мм2. То есть при сечении 2,5 мм2 допустимый ток будет составлять 12,5 А.

При этом ток короткого замыкания панели RZMP-130-T мощностью 145 Вт составляет всего 8,5 А. При объединении нескольких панелей с параллельным подключением сечение общего выходного кабеля должно подбираться исходя из максимального суммарного тока всех панелей по вышеописанной концепции (5 А на 1 мм2).

В продаже есть разнообразные кабели для подключения солнечных батарей. Их отличительная особенность в том, что внешняя изоляция кабеля подверглась специальной обработке и имеет повышенную стойкость к ультрафиолетовому излучению. Покупать такие кабели необязательно. Солнечные батареи можно подключить кабелем с обычной ПВХ-изоляцией, но проложить его в гофрированном рукаве, который предназначен для прокладки внешней проводки. Такой вариант обойдется на 30–40% дешевле.

Контроллер заряда АКБ и инвертор необходимо разместить в сухом помещении с комнатной температурой, например, в кладовке или прихожей. Размещать это оборудование вне помещения нецелесообразно, так как электронные узлы аппаратуры не должны подвергаться значительным колебаниям температуры и влажности. Саму аккумуляторную батарею можно разместить вместе с электроникой.

Если вы решили использовать кислотные или щелочные аккумуляторы, то следует их разместить в хорошо проветриваемом нежилом помещении, так как при их эксплуатации выделяются вредные для здоровья испарения электролита. Кроме того, в помещении с аккумуляторами не должно быть источников искровой и огневой опасности, так как выделяющиеся кислород и водород в плохо проветриваемых помещениях могут образовать взрывоопасную смесь.

Солнечная панель может устанавливаться двумя способами:

• неподвижная установка предполагает стационарное размещение панелей на крыше дома или на кронштейне, закрепленном на стене или фундаменте. При этом панели должны быть направлены на юг, горизонтальный наклон панелей должен составлять угол, равный широте местности плюс 15°. Широту вашего местоположения можно определить, например, по показаниям GPS-навигатора или в сервисе Google Maps;
• подвижная установка панелей производится на траверсу, которая способна поворачиваться азимутально (в направлении движения солнца вдоль горизонта) и зенитально, наклоняя панели для того, чтобы солнечные лучи падали на них перпендикулярно. Такая система установки позволяет увеличить КПД используемых солнечных батарей, но требует дополнительных ощутимых финансовых затрат на конструкцию траверсы, приводные двигатели и систему для их управления.

Характеристики солнечных панелей, влияющие на их установку

На монтаж влияет следующее:

• размер фотогальванических элементов, который определяет их количество, возможности размещения под особенности крыши;
• материал покрытия: черепица, металл, каучук, ТПО, ПВХ, шифер, ондулин.
• форма листов покрытия: волнообразные, плитками, находящие друг на друга элементы, со стыковыми швами в виде фальцев.

Именно для процесса закрепления к крыше вид и технология фотогальванических элементов — моно, поли, тонкая пленка — малозначимы. Но мощность и эффективность все-таки может повлиять на монтаж солнечных панелей. Например, если дом имеет север крыши с ограниченной поверхностью, то туда можно поставить более эффективные изделия, остальные — на южную часть, лучше прогреваемую солнцем.

Если по каким-то причинам пользователь посчитает уместным комбинировать продукцию разных фирм или типы панелей, то это также возможно при подходящих параметрах для выбранной архитектуры системы.

Крыша из солнечных батарей кровельные технологии должна учитывать всегда. Например, если каркас состоит из ОСБ плит, это дает более широкие возможности для размещения креплений.

В продаже есть стандартные унифицированные наборы для фиксации солнечных батарей со всеми необходимыми элементами. У производителей можно также заказать нужное количество и параметры набора под индивидуальные потребности.

Основы и состав солнечных станций

Назначение гелиопанелей — сбор и концентрация (притягивание) на себе солнечного света (ультрафиолета), преобразование его через контроллеры, инвертор в электричество и подача его через аккумуляторные батареи или напрямую в сеть 220 В (или 380 В) дома.

Излишки электричества можно продавать. Одно из преимуществ системы — полная автономность, автоматичность. Недостаток — зависимость от погоды, климата, затенения.

Стандартная цель пользователя — подобрать элементы так, чтобы они окупились за наименьший срок. Поэтому очень важна правильная сборка — от нее зависит эффективность оснащения.

Варианты соединения гелиобатарей

Солнечные батареи состоят из нескольких отдельных панелей. Чтобы увеличить выходные параметры системы в виде мощности, напряжения и тока, элементы присоединяют друг к другу, применяя законы физики.

Соединение нескольких панелей между собой можно выполнить, применив одну из трех схем монтажа солнечных батарей:

• параллельная;
• последовательная;
• смешанная.

Параллельная схема предполагает подключение одноименных клемм друг к другу, при котором элементы имеют два общих узла схождения проводников и их разветвления.

При параллельной схеме «плюсы» соединяются с «плюсами», а «минусы» с «минусами», в результате чего выходной ток увеличивается, а напряжение на выходе остается в пределах 12 Вольт

Величина максимально возможного тока на выходе при параллельной схеме прямо пропорциональна количеству подключенных элементов. Принципы расчета количества приведены в рекомендуемой нами статье.

Последовательная схема предполагает подключение противоположных полюсов: «плюс» первой панели к «минусу» второй. Оставшийся незадействованный «плюс» второй панели и «минус» первой батареи подключают к расположенному дальше по схеме контроллеру.

Такой вид соединения создает условия для протекания электрического тока, при котором остается единственный путь для передачи энергоносителя от источника к потребителю.

При последовательной схеме подключения напряжение на выходе увеличивается и достигает отметки в 24 Вольт, чего бывает достаточно для запитки портативной техники, светодиодных ламп и некоторых электроприемников

Последовательно-параллельную или смешанную схему чаще всего используют при необходимости соединения нескольких групп батарей. Посредством применения этой схемы на выходе можно увеличить и напряжение и ток.

При последовательно-параллельной схеме подключения напряжение на выходе достигает отметки, характеристики которой наиболее подходят для решения основной массы бытовых задач

Такой вариант выгоден и в том плане, что в случае выхода из строя одного из конструктивных элементов системы, другие связующие цепи продолжают функционировать. Это существенно повышает надежность работы всей системы.

Галерея изображений

Фото из

Соединение ячеек солнечной батареи

Количество панелей в зависимости от потребностей

Последовательное соединение солнечных приборов

Прямое подключение к приборам освещения

Принцип сборки комбинированной схемы построен на том, что устройства внутри каждой группы соединяются параллельно. А подключение всех групп в одну цепь осуществляется последовательно.

Комбинируя разные типы соединений, не составит труда собрать батарею с необходимыми параметрами. Главное – число соединенных элементов должно быть таким, чтобы подводимое к аккумуляторам рабочее напряжение с учетом его падения в зарядной цепи превышало напряжение самих аккумуляторов, а нагрузочный ток батареи при этом обеспечивал необходимую величину зарядного тока.