Сегодня мы поговорим об устройстве и составных частях солнечной электростанции, заострив внимание не только на описании ее компонентов, но и на технических особенностях тех или иных деталей, а также отдельно остановимся на их разновидностях. В качестве примера мы будем использовать типичную солнечную электростанцию, работающую в стандартном частном доме, как наиболее активно применяемый и распространенный вариант.
Главные компоненты солнечной электростанции
Типовая солнечная электрическая станция включает в свой состав:
Обсудим каждый из представленных компонентов более основательно и детально.
Солнечная панель
Солнечную панель (или батарею) заслуженно считают важнейшим компонентом любой функционирующей на солнечной энергии электростанции. Главной задачей данной панели является преобразование энергии Солнца в электроэнергию.
Номинальные показатели мощности
В состав солнечной батареи входят ячейки кристаллического кремния, известные также как солнечные элементы. От численности этих элементов прямо зависит мощность конкретной панели, которая может достигать 100, 200 или 300 Вт.
Существуют и иные показатели номинальной мощности панелей, к примеру, на рынке можно отыскать и устройства с максимальной мощностью в 300 Вт, однако куда большей популярностью у покупателей пользуются батареи со значительно более скромными показателями мощности и характеристиками выработки электроэнергии.
Процесс выработки энергии
Процесс выработки панелью электроэнергии во многом зависит от внешних факторов. По этой причине заявленные номинальные мощности по выработке электричества могут быть достигнуты только в практически идеальных условиях, когда лучи Солнца касаются поверхности панели исключительно под прямым углом. К тому же выработка электрической энергии во многом обуславливается солнечной активностью и непосредственной интенсивностью солнечного излучения. Максимальный уровень солнечного излучения практически на всей территории РФ наблюдается в летние месяцы, обычно показатели солнечной активности выходят на пик в июне и июле.
Естественно, на выработку электроэнергии влияют погодные условия, например, в дождливую и пасмурную погоду обороты выработки существенно снижаются, поскольку на них непосредственно влияет отсутствие Солнца либо его малая активность. По этой причине минимум выработки энергии приходится на позднюю осень и зиму, когда указанные показатели падают примерно в 10, а то и в 15 раз, достигая минимума в ноябре, декабре и январе.
Кроме характеристик, отвечающих за мощность панели, солнечные батареи различаются еще и показателями номинального рабочего напряжения, которое выражается следующим образом:
- менее 200 Вт – 12 вольт;
- более 200 Вт – 24 вольта.
Указанные цифры необходимо знать всем, кто собирается подбирать компоненты для сооружения и запуска у себя дома полноценной и правильно функционирующей солнечной электростанции.
Монокристаллические и поликристаллические панели
Материалом для изготовления солнечных батарей стал кристаллический кремний. При этом данный материал бывает монокристаллическим и поликристаллическим.
Монокристаллический кремний более эффективен как материал для изготовления солнечной панели, коэффициент его полезного действия довольно высок, но и стоимость солнечных батарей из монокристалла тоже достаточно внушительна. В отличие от монокристаллической панели, поликристаллическое изделие не так эффективно, но и его цена не слишком высока. Существует гипотеза, согласно которой солнечные батареи из поликристалла хорошо подойдут для использования в условиях преимущественно облачной и пасмурной погоды, но точных научных данных, говорящих однозначно в пользу данного предположения, до сих пор нет.
Правила соединения панелей
Чтобы увеличить мощность солнечных батарей, их часто соединяют между собой. Такой подход позволяет существенно увеличить КПД всей электростанции и может осуществляться тремя способами:
- Методом параллельного соединения, когда номинальное напряжение 4 соединенных между собой батарей останется прежним, а вот ток увеличится сразу в 4 раза.
- Методом последовательного соединения, когда, наоборот, произойдет увеличение в 4 раза показателя номинального напряжения, но значение тока будет аналогично уровню, равному одной работающей солнечной батарее.
- Методом параллельно-последовательного соединения. Данный способ заключается в параллельном соединении двух пар последовательно соединенных солнечных батарей, при котором показатели номинального напряжения составят 48 вольт при одновременном увеличение тока вдвое.
Какую именно методику соединения следует применить в каждом конкретном случае, решают на месте, отталкиваясь от имеющегося в наличии периферийного оборудования, а также от качества каждого из компонентов, входящих в состав солнечной электростанции.
Контроллер заряда
Контроллером заряда называют одно из важнейших, пусть и промежуточных, звеньев солнечной электростанции, располагаемое непосредственно между аккумулятором и батареей. Основной задачей контроллера является управление потоком энергии, идущей от панели к АКБ, включая управление процессами подзарядки аккумуляторной батареи и ее защиту от возможного закипания. Для понимания важности данного элемента и его роли можно рассмотреть работу обычной солнечной электростанции, в состав которой входит панель из монокристалла с мощностью в 150 Вт, один контролер и одна аккумуляторная батарея.
Солнечная батарея мощностью в 150 Вт работает при показателе напряжения в 12 вольт, при этом уровень ее рабочего напряжения равен Vmp~17.6В при напряжении холостого хода Voc=21.7В. Указанные показатели выдаются оборудованием при функционировании солнечной панели без подключенной нагрузки, которая подразумевает работу батареи без наличия каких-либо потребителей. Данные показатели обязательно указывают – их наносят на специальную наклейку, расположенную на обратной стороне каждой солнечной батареи.
Так ли нужен контролер?
Отвечая на этот вопрос, следует немного поразмышлять. Итак, представим, что солнечная панель подключается непосредственно к аккумуляторной батарее. Что произойдет в этом случае? Ничего хорошего, поскольку аккумулятор довольно быстро выйдет из строя, ведь уровень допустимого напряжения на его клеммах не должен превышать показатель в 14 В при том, что солнечная панель выдает немного большее значение.
К тому же при разрядке АКБ она зарядится, после чего начнутся процессы перезаряда аккумулятора, что в итоге закончится его закипанием. Благодаря наличию контроллера заряда перезаряд, а вместе с ним и закипание батареи, будут предотвращены, так как контролер сможет поддерживать нужный уровень напряжения на клеммах АКБ, а при его зарядке отключит заряд. Все это позволит существенно увеличить срок службы аккумулятора, а значит и самой электростанции.
Основные типы устройств
Выделяют 2 типа контроллеров заряда: MPPT и ШИМ. Первый из них более дорогой, но очень эффективный, он способен обеспечить бесперебойное слежение за точкой максимальной мощности, в то время как второй устанавливают преимущественно на электрических станциях малой мощности, которые оборудуются незначительным числом солнечных батарей.
АКБ
Благодаря аккумулятору происходит процесс накопления выработанной солнечной панелью энергии с ее дальнейшим использованием уже после захода солнца и наступления темного времени суток. Аккумуляторы бывают:
- Автомобильные (также их называют стартерными). Применение автомобильных АКБ на солнечных электростанциях является достаточно широко распространенным явлением, хотя такие батареи совсем не предназначены для установки на подобные электрические станции. Это связано с тем, что главной задачей указанных аккумуляторных батарей признается выдача большого пускового тока при запуске мотора машины, после чего происходит восполнение затраченного заряда от генератора. Однако эти устройства совсем не предназначены для их использования в условиях полной разрядки, из-за чего могут быстро ломаться и выходить из строя.
- АКБ глубокого заряда относятся к наиболее приемлемому варианту, они почти идеально подходят для работы в сфере солнечной энергетики. Практически все бренды, занимающиеся производством аккумуляторных батарей, изготавливают и реализуют такие устройства.
Функции
На аккумулятор возлагаются следующие функции:
- Организация цикличного функционирования системы в режиме разрядки.
- Подача малого тока саморазряда.
- Обеспечение широкого рабочего температурного диапазона.
К тому же указанные устройства должны быть абсолютно герметичными, не выделяя ни малейших паров кислоты. Продолжительность их службы в условиях буферного режима составляет примерно 12 лет.
Емкость АКБ
Помимо особенностей, связанных с технологией выпуска аккумуляторных батарей, они имеют различия и в плане емкости. От уровня емкости напрямую зависит количество запасаемой батареей энергии, к примеру аккумулятор емкостью 100А*ч может запасти примерно 800 Вт полезной мощности, которая позволит ему выполнять свои функции на протяжении примерно 5 часов. Среди самых часто используемых на солнечных электростанциях АКБ следует назвать аккумуляторы с емкостью в 200 А*ч, имеющие очень приличные рабочие показатели.
Методики соединения
При создании системы с внушительным запасом автономности число аккумуляторов закономерно увеличивают, для чего их необходимо соединять. Процесс соединения АКБ происходит по тому же принципу, что и солнечных панелей. При определении способа соединения стоит отталкиваться от показателя номинального напряжения контроллера и инвертора. Так, при напряжении контролера в 24 В 2 аккумуляторные батареи соединяются последовательным способом, а при мощности контроллера заряда в 12 В 2 аккумуляторные батареи следует соединить параллельным способом.
При этом процессы функционирования и эксплуатации аккумуляторов отличаются большим количеством разнообразных нюансов, связанных с теми или иными сферами их применения. К примеру, многие люди часто задают вопросы, касающиеся возможностей увеличения емкости всей системы за счет покупки и подключения одного дополнительного аккумулятора. Однако данный вопрос довольно сложен, и дать краткий ответ на него практически невозможно, поскольку разбор этого вопроса затрагивает целый ряд технических аспектов, заслуживающих отдельного и подробного разговора.
Инвертор
Инверторами называют устройства по преобразованию постоянного напряжения аккумулятора в формат традиционного переменного напряжения, то есть в привычные нам 220 В. Без наличия такого устройства вы сможете пользоваться исключительно напряжением в 12 В (контроллер заряда снабжен специальными клеммами, предназначенными именно для решения этих вопросов). Но при подключении любого бытового электроприбора без инвертора уже не обойтись.
Используемые в сфере солнечной энергетики инверторы подразделяются на 3 разновидности:
- Автономные. Указанная разновидность инверторов предназначена для подключения к аккумуляторной батарее. Одна сторона корпуса устройства снабжена разъемом для вилки. Эта разновидность инверторов может применяться и без солнечных батарей, одновременно с этим устройства такого типа способны функционировать в тесном взаимодействии с контроллером задач.
- Гибридные. В сущности эти приборы представляют собой сразу 2 устройства, которые размещают в одном корпусе: собственно, сам инвертор и контроллер заряда. Солнечная батарея может напрямую подключаться к такому инвертору, у этой разновидности приборов имеются все возможности для функционирования с входящим напряжением в 220 В.
- Сетевые. Чем-то напоминают гибридные инверторы, они тоже оснащаются встроенными контроллерами заряда, но функционируют такие устройства без аккумуляторных батарей, преобразовывая и подавая всю выработанную солнечными батареями энергию напрямую потребителю. А неизрасходованный остаток подается уже во внешнюю электросеть по так называемому зеленому тарифу (этот тариф не действует на территории РФ).
Заказ и индивидуальный подбор оборудования для запуска солнечных электростанций
Если вы собираетесь запустить солнечную электрическую станцию в своем доме, но еще не определились с маркой и количеством необходимого оборудования, свяжитесь с нами.
Наши специалисты подскажут вам наиболее оптимальные варианты, исходя из ваших потребностей, пожеланий и финансовых возможностей. Кроме того, при посещении нашего офиса вы сможете вживую ознакомиться с примерами различных электростанций, функционирующих на том или ином оборудовании, после чего сделаете уже осознанный и подкрепленный полученными знаниями окончательный выбор в пользу конкретного производителя.
