Слънчеви панели за вили и къщи: видове, принцип на действие и изчисление на слънчеви системи

Пример за изчисление на потреблението на енергия от уред

Винаги работим с хладилник, телевизор, компютър, пералня, бойлер, ютия, микровълнова печка и други домакински уреди, без които животът ни не би бил удобен. Освен това има поне 100 електрически крушки за осветление (дори и да са енергоспестяващи). Всичко това трябва да се вземе предвид при изчисляването на капацитета на слънчевите панели, които ще бъдат монтирани в къщата.

Таблицата съдържа данни за мощността им, времето за работа, консумацията на енергия и др. Всички те работят през цялата година:

Уреди	Захранване	Работно време на ден	Дневно потребление
Електрически крушки за осветление	200 W	приблизително 10 часа	2 kWh
Хладилник	500 W	3 часа	1,5 kWh
Бележник	100 W	до 5 часа	0,5 kWh
Перална машина	500 W	6 часа	3 kWh
Желязо	1500 W	1 час	1,5 kWh
TV	150W	5 часа	0,8 kWh
150-литров котел	1,2 kW	5 часа	6 kWh
Инвертор	20W	24 часа	0,5 kWh
Контролер	5W	24 часа	0,1 kWh
Микровълнова печка	500W	2 часа	3 kWh

Простото изчисление показва, че общата дневна консумация на енергия е 18,9 kWh. Добавете към това и капацитета на допълнителни уреди, които не използвате всеки ден - електрическа кана, кухненски робот, помпа, сешоар и др. Средно можете да получите поне 25 kWh на ден.

Препоръчваме:

• Инвертор за соларни панели: видове, преглед на моделите, функции за свързване, критерии за избор и цена
• Най-добрият хибриден соларен инвертор: прилики и разлики, цена, къде да купя - ТОП 6
• Слънчев фенер за къмпинг: характеристики, функции, характеристики, цена - TOP-7

Следователно месечното потребление на енергия ще бъде 750 kWh. За да се покрият текущите разходи, слънчевият панел трябва да произведе поне крайната стойност, т.е. 750 kWh.

Каква е ползата за собственика на дома от инсталирането на слънчеви панели?

Монтирането на фотоволтаични преобразуватели дава възможност за производство на електроенергия независимо от доставчиците на ресурси. Ако комплектът слънчеви панели се използва като допълнителен източник на енергия, има възможност за значително намаляване на разходите за електроенергия.

Друг момент, който скоро може да стане важен за собствениците на автономни електроцентрали. Правителството планира да въведе нова процедура за фактуриране на електроенергията за собствениците на автономни комплекси, свързани към мрежата.

За енергията, която частната енергийна система изпраща към мрежата, собственикът получава определена такса.. Това все още е само проект, но той скоро ще влезе в сила, стимулирайки развитието на възобновяемите енергийни източници. По този начин инсталирането на слънчеви панели може да позволи да се спечелят малко пари, което никога не е загуба.

Основни характеристики на слънчевите панели за дома

Когато започвате да разглеждате темата за соларните панели, първото нещо, което трябва да разгледате, е фотоволтаична енергийна система. Това устройство преобразува слънчевата светлина в електрическа енергия

Човечеството усъвършенства това оборудване от двеста години и то успешно. Ето защо всеки ден все повече хора се интересуват от инсталирането на соларен панел.

Но коя да изберете Има три вида системи в зависимост от спецификата на алтернативен източник на енергия.

Първият тип се характеризира с отворени фотоволтаични системи (PV системи). Те нямат батерии, а самото оборудване се захранва чрез специален инвертор. Мрежата няма да работи, ако генерираната мощност е по-голяма от консумираната.

Вторият тип се характеризира със самостоятелни системи, които са независими от електрическата мрежа. Подобни ФЕП функционират в своята мрежа за директно захранване на всички машини. Най-добри резултати се наблюдават при наличието на акумулаторна батерия, която използва натрупаната енергия в периоди на влошаване на доставките на слънчева енергия, както и ако генерираната енергия е по-голяма от консумираната.

Третият тип е комбинация от предишните две категории. Комбинираните FES имат много функционални възможности. Възможно е дори да прехвърлите непотребената енергия към основната мрежа. Но този тип системи са най-скъпи.

Как да изберем?

Инсталирането на слънчева термална система в собствения ви имот ще струва доста скъпо. Преди инсталирането на слънчева термална система е важно да се определи необходимата мощност за всички уреди. Първото нещо, което трябва да се направи, е да се изчисли оптималното върхово натоварване в киловатчаса и рационално изчисленото средно потребление на енергия в киловатчаса, за да се задоволят нуждите на къщата или парцела.

За рационалното използване на слънчевата електроенергия е необходимо да се определи:

• пиково натоварване - за да го определите, съберете мощността на всички включени по едно и също време уреди;
• максимална консумация на енергия - това е параметърът, необходим за определяне на категорията уреди, които трябва да работят едновременно;
• дневна консумация - определя се чрез умножаване на индивидуалната мощност на отделен уред по времето, през което той е бил в експлоатация;
• Среднодневно потребление - определя се чрез сумиране на потреблението на енергия от всички уреди за един ден.

Всички тези данни са необходими за конфигурирането и стабилната последваща работа на слънчевия панел. Получената информация ще ви позволи да изберете по-подходящи параметри за акумулаторната батерия - скъп елемент от соларната система.

За всички изчисления ще ви е необходим лист хартия или, ако предпочитате да работите на компютър, ще ви бъде полезен файл в Excel. Подгответе шаблон на таблица с 29 колони.

Посочете имената на колоните по ред.

• Име на уред, домакински уред или инструмент - експертите препоръчват да се започне от входа и да се върви в кръг по посока на часовниковата стрелка или обратно на нея. Ако къщата е на повече от един етаж, стълбището е отправна точка за всички следващи нива. Посочете и уредите на открито.
• Индивидуална консумация на енергия.
• Часът от денонощието започва в 00 и завършва в 23 часа, което означава, че ще са ви необходими 24 колони. В колоните за време ще трябва да въведете две числа като дробни части: продължителността на работа за определен час/индивидуалното потребление на енергия.
• В колона 27 въведете общото време на работа на уреда за ден.
• За колона 28 умножете данните от колона 27 по индивидуалното потребление на енергия.
• След попълване на таблицата се изчислява общото натоварване на всеки уред през всеки час - получените данни се вписват в колона 29.

След попълване на последната колона се определя средната дневна консумация. За тази цел всички данни в последната колона се сумират. При това изчисление обаче не се взема предвид потреблението на цялата система от слънчеви колектори. За да се изчислят тези данни, при окончателните изчисления трябва да се вземе предвид спомагателен коефициент.

Това внимателно и щателно изчисление ще осигури подробна спецификация на консуматорите на енергия, като се вземат предвид почасовите натоварвания. Тъй като слънчевата енергия е много скъпа, потреблението ѝ трябва да се сведе до минимум и да се използва рационално за захранване на всички уреди. Например, ако слънчевият колектор се използва като резервно захранване на къщата, получените данни ще позволят енергоемките уреди да бъдат изключени от мрежата до окончателното възстановяване на основното електрозахранване.

За постоянното захранване на къщата с енергия от слънчевия панел почасовите натоварвания се извеждат напред в изчисленията. Потреблението на електроенергия трябва да се регулира по такъв начин, че да се избегнат извънредни ситуации по време на работа на системата и да се изравнят максималните натоварвания.

Тази графика илюстрира как рационално да се използва слънчевата енергия в дома. Първоначалната графика показва, че натоварването е разпределено хаотично през целия ден, като средната дневна часова консумация е 750 W, а потреблението е 18 kW на час. Прецизните изчисления и внимателното планиране намалиха дневното потребление до 12 kWh, а средното дневно почасово натоварване - до 500 W. Този вариант на разпределение на енергията е подходящ и за резервно захранване.

Функциониране на слънчевия панел

Устройството е предназначено за директно преобразуване на слънчевите лъчи в електричество. Това действие се нарича фотоволтаичен ефект. Полупроводниците (силициеви пластини), които се използват за производството на клетките, имат положително и отрицателно заредени електрони и се състоят от два слоя: n-слой (-) и p-слой (+). Излишните електрони се изхвърлят от слоевете под въздействието на слънчевата светлина и заемат празни места в другия слой. Това кара свободните електрони да се движат постоянно, преминавайки от една плоча към друга, като генерират електричество, което се съхранява в батерията.

Работата на една слънчева клетка зависи до голяма степен от нейната конструкция. Първоначално слънчевите батерии са били изработени от силиций. Днес те все още са много популярни, но тъй като процесът на рафиниране на силиций е трудоемък и скъп, се разработват алтернативни модели със съединения на кадмий, мед, галий и индий, но те са по-малко ефективни.

Ефективността на слънчевите панели се увеличава с развитието на технологиите. Днес тя е нараснала от един процент, регистриран в началото на века, до над двадесет процента. Това дава възможност в наши дни панелите да се използват не само за битови, но и за промишлени цели.

Технически характеристики

Конструкцията на соларния панел е съвсем проста и се състои от няколко компонента:

Директно фотоволтаични клетки / соларен панел;

Инвертор, който преобразува постоянния ток в променлив;

Контролер на нивото на зареждане на батерията.

Батерии за соларни панели трябва да се купуват с оглед на необходимите функции. Те съхраняват и освобождават електроенергия. Съхраняването и потреблението се извършват през целия ден, а през нощта натрупаният заряд само се консумира. По този начин се осигурява постоянно и непрекъснато снабдяване с енергия.

Прекомерното зареждане и разреждане на батерията съкращава нейния експлоатационен живот. Контролерът контролер за зареждане на слънчева енергия автоматично спира натрупването на енергия в батерията, когато тя достигне максималния си капацитет, и изключва натоварването на устройството, когато то е силно разредено.

(Tesla Powerwall - 7KW батерия за соларни панели - и домашно зарядно устройство за електрически автомобили)

Мрежа инвертор за слънчева енергия Соларният инвертор е най-важният елемент в проекта. Той преобразува енергията, получена от слънчевите лъчи, в променлив ток с различна мощност. Като синхронен преобразувател той съгласува изходното напрежение на електрическия ток по честота и фаза с фиксираната мрежа.

Фотоелементите могат да бъдат свързани последователно или паралелно. Последната опция увеличава параметрите на мощността, напрежението и тока и позволява на устройството да работи дори ако един от елементите загуби функционалност. Комбинираните модели се изработват, като се използват и двете вериги. Експлоатационният живот на плочите е около 25 години.

Схема на слънчева енергийна система

Когато погледнете загадъчно звучащите имена на компонентите, от които се състои една слънчева енергийна система, започвате да си мислите за супер техническата сложност на устройството. На микрониво на фотонния живот това е така. Но визуално общата електрическа схема и принципът на работа изглеждат много прости. От небесната светлина до "крушката на Илич" има само четири стъпки.

Соларните модули са първият компонент на електроцентралата. Те представляват тънки правоъгълни панели, сглобени от определен брой стандартни фотоволтаични клетки. Производителите произвеждат фотоволтаични панели с различни електрически мощности и напрежения, които са кратни на 12 волта.

Галерия с изображения
Снимка от
Слънчевите панели се използват в региони с малък брой облачни дни, като основен или допълнителен доставчик на енергия.

Логично е да се инсталира система от слънчеви панели в райони със слаба инфраструктура, които все още не са свързани с централната електрическа мрежа.

Слънчевите уреди могат да захранват с енергия уреди и отоплителни системи през лятото.

Оборудването за управление и регулиране на слънчеви панели не заема много място и обикновено включва инвертор, контролер и батерия.

Ако в парцела има свободна, добре осветена площ, слънчевата електроцентрала може да се постави там.

Устройствата за управление и наблюдение на слънчевата електроцентрала могат да се поставят на открито, ако са добре защитени от атмосферни влияния.

Слънчева електроцентрала за еднофамилна къща могат да се сглобяват от фабрично произведени батерии.

Значително по-евтин и почти еднакъв по производителност е слънчев панел, сглобен собственоръчно от силициеви пластини.

Монтиране на слънчеви панели на покрива

Монтаж на тераси, веранди, тавански балкони

Слънчева термална система върху наклонен покрив на пристройка

Вътрешен монтаж на мини слънчева електроцентрала

Върху свободен парцел

Външно тяло за батерия

Сглобяване на слънчев панел от сглобяеми батерии

Изработване на слънчев панел със собствените си ръце

Устройствата с плоски плочи се поставят удобно на повърхности, изложени на пряка светлина. Модулните единици са свързани помежду си, за да образуват слънчева батерия. Задачата на батерията е да преобразува енергията, която получава от слънцето, като произвежда постоянен ток с определена стойност.

Батериите са добре познати със способността си да съхраняват електрически заряд. Тяхната роля в системата за слънчева енергия е традиционна. Когато битовите потребители са свързани към централизираната мрежа, устройствата за съхранение на енергия съхраняват електроенергия. В тях се съхранява и излишъкът от електроенергия, ако токът от слънчевия модул е достатъчен за захранване на консумираната от уредите енергия.

Акумулаторният блок захранва веригата с необходимото количество енергия и поддържа стабилно напрежение, щом консумацията във веригата се повиши до определено ниво. Същото се случва например през нощта, когато фотоволтаичните панели не работят, или при слабо слънце.

Схемата за използване на слънчева енергия за дома се различава от вариантите с колектори по това, че енергията може да се съхранява в батерия (+)

Контролерът е електронният посредник между соларния модул и батериите. Неговата роля е да регулира нивото на заряд на акумулаторите. Устройството ги предпазва от кипене поради презареждане или спад на електрическия потенциал под определен стандарт, необходим за устойчивата работа на цялата слънчева система.

Инверторът е флипфлопер, което е буквалното значение на думата. Да, всъщност той изпълнява функция, която някога е изглеждала като научна фантастика за електроинженерите. Той преобразува постоянния ток от соларния модул и батериите в променлив ток с потенциална разлика от 220 волта. Това е напрежението, което работи за по-голямата част от домакинските уреди.

Потокът на слънчева енергия е пропорционален на положението на слънцето: при инсталирането на модулите е добре да се предвиди регулиране на ъгъла в зависимост от годишното време.

Структурата

Системата SBi е система от взаимосвързани елементи, чиято структура позволява на принципа на фотоелектричния ефект да се преобразува слънчевата светлина, попадаща върху тях под определен ъгъл, в електрически ток.

Системата, която преобразува слънчевата светлина в електрическа енергия, се състои от следните компоненти:

1. Полупроводников материал (два слоя материали с различна проводимост, които са плътно свързани помежду си). Това може да бъде например монокристален или поликристален силиций с добавяне на други химични съединения, за да се получат свойствата, необходими за възникване на фотоелектричния ефект.

   За да могат електроните да се прехвърлят от единия материал в другия, единият от слоевете трябва да има излишък на електрони, а другият - недостиг на електрони. Преминаването на електрони в област, в която те липсват, се нарича p-n преход.

2. Най-тънкият слой на елемента, който се противопоставя на прехода на електрони (разположен между тези слоеве).
3. Захранването (ако е свързано с противоположния слой, електроните могат лесно да преминат през тази стеснена зона). Това ще създаде организирано движение на замърсени частици, наречено електрически ток.
4. Батерия (съхранява и акумулира енергия).
5. Контролер за зареждане.
6. Инвертор-конвертор (преобразува постоянния електрически ток от слънчевата батерия в променлив).
7. Регулатор на напрежението (за генериране на желания диапазон на напрежение в системата от слънчеви панели).

Схема на слънчевия панел Светлинните фотони (слънчевата светлина), които попадат върху повърхността на полупроводника, предават енергията си на електроните на полупроводника. Електроните, изхвърлени от полупроводника, преодоляват защитния слой с допълнителна енергия.

По този начин отрицателните електрони напускат p-проводника и се преместват в n-проводника, а положителните електрони напускат n-проводника. Този преход се улеснява от електрическите полета, съществуващи в проводниците по това време, които впоследствие увеличават силата и разликата в заряда (до 0,5 V в малък проводник).

Ако възнамерявате да закупите или да изградите слънчев панел, внимателно изчислете

• Разходите за такава батерия и необходимото оборудване;
• Количеството електрическа енергия, от което се нуждаете;
• броя на батериите, които са ви необходими;
• броя на слънчевите дни в годината във вашия район;
• пространството, необходимо за инсталиране на слънчевите панели.

Начало на сглобяване

Преди да купите и сглобите, трябва да изчислите цялата система, за да не се получи грешно разположение на всички системи и окабеляване. От соларните панели до инвертора имам около 25-30 метра и предварително положих два гъвкави проводника със сечение 6 кв.мм, тъй като те ще пренасят напрежение до 100V и ток 25-30A. Такъв резерв на напречното сечение е избран, за да се сведат до минимум загубите по проводника и да се достави възможно най-много енергия до устройствата. Монтирах соларните панели върху собственоръчно изработени релси от алуминиеви ъгли и ги закрепих със собственоръчно изработени крепежни елементи. За да се предпазят панелите от плъзгане надолу, на алуминиевия ъгъл срещу всеки панел има няколко 30-милиметрови болта, които действат като своеобразна кука за панелите. Те не се виждат след монтажа, но продължават да поемат натоварването.

Как да ги използвате изгодно

Като се има предвид тенденцията панелите да работят само при слънчево време, трябва да проучите подробно пазара на соларни продукти и материалите, използвани за тяхното производство. Поликристалните панели са напълно способни да генерират не само пряка слънчева светлина, но и разсеяни лъчи. И облаците, необходими за действието на устройствата, слънчевата радиация вече не е пречка. За да се постигне по-висока ефективност, батериите от поликристален силиций трябва да се избират дори при облачно време.

Валежите, особено снеговалежите, в известен смисъл не са недостатък. Когато вали сняг, количеството отразена светлина се увеличава. А ако в панелите има силициеви фотоволтаични клетки, количеството на съхранената енергия се увеличава. Когато монтирате панелите, трябва да сте наясно и с проблема със снега и панелите трябва да се почистват от сняг много често.

Но времето и напредъкът не стоят на едно място и може би в близко бъдеще ще разработим слънчеви панели без никакви недостатъци и минуси. А човечеството ще предприеме уверени стъпки към опазване на природата, атмосферата и планетата.

Колко инвертора трябва да има в системата

На теория 1 устройство би трябвало да е достатъчно за цялата електроцентрала. Но ако разполагате с голям брой фотоволтаични клетки и имате няколко линии, най-добре е да поставите по един инвертор за всяка линия.

Защо е така? Причината за това е, че нестабилната работа на една линия, например ако тя не е слънчева, ще се отрази на работата на инвертора и ефективността му като цяло ще бъде по-ниска.

Ако е важно да се постигне максимална ефективност на електроцентралата, това не е опция.

Алтернативен вариант е инвертор с няколко независими входа за MMP. Те могат да бъдат от 2 до 4 и тези модели са много по-скъпи.

Ефективност на слънчевите панели през зимата

Може би ще се изненадате, но през зимния ден енергията, падаща върху вертикална повърхност, е само 1,5-2 пъти по-малка, отколкото през лятото. Тези данни се отнасят за средна ивица от Русия. За един ден картината е още по-лоша: през този период през лятото получаваме 4 пъти повече енергия

Но обърнете внимание: върху вертикална повърхност. Това е на стената.

Ако говорим за хоризонталната повърхност, тук разликата вече е 15 пъти.

Най-тъжната картина на производството на енергия от слънчеви панели не ви очаква през зимата, а през есента: при облачно време ефективността им е 20-40 пъти по-ниска в зависимост от гъстотата на облачната покривка. През зимата обаче, след като падне снегът, слънчевото греене (количеството светлина, падащо върху батериите) през слънчевите дни може да се доближи до летните стойности. Затова слънчевите системи за дома произвеждат повече електроенергия през зимата, отколкото през есента.

Оказва се, че за да се постигне почти максимална ефективност през зимата, слънчевите панели трябва да бъдат разположени вертикално или почти вертикално. А ако ги окачвате на стените, за предпочитане е да са от югоизточната страна: статистически ясното време е по-често срещано сутрин. Ако няма югоизточна стена или върху нея не може да се монтира нищо, можете да излезете от ситуацията, като направите специални подпори. След това на покрива се поставят слънчеви панели. Тъй като ъгълът на слънчевите лъчи се променя в зависимост от сезона, препоръчително е да се направи стойка с регулируем ъгъл на наклона. Ако е възможно, обърнете слънчевите панели на югоизток, ако не, оставете ги на юг.

Една система за монтаж

Какво да търсите при избора на слънчеви панели

Поради факта, че използването на слънчева енергия за битови цели все още не е станало обичайно и изборът на слънчеви панели създава някои трудности, предлагаме списък с най-важните параметри

Така че, когато купувате такъв модул, трябва да обърнете внимание на следните точки: производител

производител.

Важно е да се обърне внимание на това от колко време този производител е на пазара на този продукт и какъв е обемът на производството му. Колкото по-дълго един производител е в бранша, толкова повече можете да му се доверите.

област на използване.

Независимо дали енергията ще се използва за зареждане на малки уреди, за захранване на големи уреди, за осветление или за цялостно захранване на дома. Изборът на изходно напрежение и капацитет на панела зависи от приложението, за което се купува соларният модул.

напрежение.

За малки уреди са достатъчни 9 V, за зареждане на смартфони и лаптопи - 12-19 V, а за захранване на цялата електрическа система на къщата - 24 V и повече.

мощност.

Този параметър се изчислява въз основа на средното дневно потребление на енергия (сумата от енергията, консумирана от всички уреди през деня). Капацитетът на соларните панели трябва да покрива потреблението с известна разлика.

Качеството на фотоволтаичните клетки.

Съществуват 4 категории качество на фотоволтаичните клетки, от които се състои един соларен панел: Grad A, Grad B, Grad C, Grad D. Естествено, първата категория е най-добрата - клас А. Модулите от тази категория качество са без стружки и микропукнатини, с хомогенен цвят и структура, с най-висока ефективност и практически неподатливи на деградация.

експлоатационен живот.

Експлоатационният живот на соларните панели варира от 10 до 20 години. Разбира се, продължителността на пълноценното функциониране на такава енергийна система зависи от качеството на батериите и техния правилен монтаж.

допълнителни технически параметри.

Най-важните от тях са ефективност, толеранс (допустимо отклонение в мощността), температурен коефициент (влияние на температурата върху работата на батерията).

След като разбрахме основните технически характеристики, ви предлагаме класация на най-добрите слънчеви панели през 2020 г.

Заключение и полезно видео по темата

Принципите на работа и схемите на свързване на слънчевите панели не са много трудни за разбиране. А с видеоклиповете, които сме събрали по-долу, е още по-лесно да разберете тънкостите на работата и монтажа на соларните панели.

Достъпно и лесно за разбиране как работи фотоволтаичният соларен панел, с всички подробности:

Как се конструират слънчевите панели:

Сглобяване на соларен панел от фотоволтаични клетки със собствените си ръце:

Всеки елемент от слънчевата енергийна система на вилата трябва да бъде избран разумно. В батериите, трансформаторите и контролера възникват неизбежни загуби на енергия. И те трябва да бъдат сведени до минимум, защото в противен случай и без това ниската ефективност на слънчевите панели ще бъде сведена до нула.

Алтернативните източници на енергия стават все по-важни с всеки изминал ден. Причината за това е, че те са екологични, възобновяеми и евтини. Слънчевата енергия е един от най-печелившите източници на енергия. През следващите няколко милиарда години той ще продължи да осветява нашата планета, отделяйки огромни количества енергия, за разлика от газа и петрола. Днес сме научили как да използваме този източник с помощта на система от слънчеви панели, но малко хора разбират как работи соларният панел.
Нека разберем.

Като начало трябва да разберем, че система за слънчева енергия у дома
не са само онези черни или синкави панели, които се монтират на покривите на къщите. Тези светлинни рецептори са само един от четирите компонента на цялостната система, която включва: