Solární panely pro soukromý dům: výpočet spotřebované elektřiny, instalace sady baterií pro soukromý dům

Cena solárních panelů každým dnem klesá. Nákup nebo vlastní montáž a instalace autonomních solárních systémů se staly dostupnými pro běžné spotřebitele. Rozhodli jsme se vytvořit tuto příručku, aby spotřebitelé porozuměli potřebným součástem a byli schopni sestavit solární elektrárnu pro svůj domov vlastníma rukama.

K samostatnému návrhu autonomního systému potřebujete znalosti základů elektrotechniky a určité znalosti z matematiky. K sestavení nejjednodušší solární elektrárny budete potřebovat 4 komponenty:

Solární baterie (PV panel);
regulátor nabíjení;
střídač;
Baterie.

Kromě výše uvedených komponent budete potřebovat měděný kabel, konektory, ochranná zařízení a nějaké drobnosti. Dále si krok za krokem vysvětlíme, jak si můžete vybrat komponenty přesně pro vaše potřeby.

Krok 1: Výpočet zatížení

Před výběrem komponent je potřeba spočítat zátěž zařízení, která budou připojena k vaší solární elektrárně a jak dlouho budou fungovat. Chcete-li to provést, postupujte takto:

Určete, jaké zařízení (osvětlení, ventilátor, TV, čerpadlo atd.) připojíte a jak dlouho (hodiny) bude fungovat;
Zkontrolujte specifikace vašich spotřebičů a určete jejich výkon;
Vypočítejte množství spotřebované elektřiny ve watthodinách (Wh), které se rovná součinu jmenovitého výkonu vašich spotřebičů (W) a doby provozu (h).

Například chcete zapnout nějaké zařízení s výkonem 10 wattů po dobu 5 hodin ze solárního panelu. Množství spotřebované elektřiny bude: 10W x 5h = 50W*h. Stejným způsobem je nutné vypočítat celkové množství spotřebované energie, konkrétně vypočítat pro každé zařízení a sečíst výsledné hodnoty.

Příklad: stolní lampa = 10W x 5h = 50Wh + ventilátor = 50W x 2h = 100Wh, TV = 50W x 2h = 100Wh, celkem = 50 + 100 + 100 = 250Wh.

Jakmile dokončíte výpočty zatížení, je čas vybrat součásti, které vyhovují vašim požadavkům na zatížení.

Krok 2: Výběr baterií

Všechny solární panely jsou stejnosměrné zdroje. Elektřinu vyrábějí pouze ve dne. Pokud chcete během dne připojit stejnosměrnou zátěž, pak s tím není problém, můžete se připojit přímo z panelů. To však není nejlepší řešení, protože:

Většina spotřebičů vyžaduje konstantní jmenovité napětí, aby fungovaly efektivně. Napětí a proud přenášený solárními panely není konstantní. Mění se v závislosti na intenzitě slunečního svitu, zamračeném počasí – „aby se dobře nenajedlo“.
Pokud chcete něco zapnout v noci, tak tohle něco prostě nezapne.

Tento problém je vyřešen použitím baterií k ukládání energie během dne a jejímu využití v noci. Existuje mnoho typů baterií. Baterie „otevřeného typu“ s kapalným elektrolytem, mezi které patří autobaterie, jsou navrženy tak, aby dodávaly vysoký proud po krátkou dobu. Nejsou určeny pro hluboké vybití, mají jiné úkoly. Solární baterie jsou baterie s hlubokým cyklem, snadno snášejí částečné vybití a jsou určeny pro hluboké pomalé vybíjení. Do solárních elektráren se dobře hodí gelové a lithiové baterie (o tom, které baterie jsou pro solární elektrárny nejlepší, jsme psali zde ).

Poznámka: Před výběrem komponent si určete, jaký systém napětí chcete mít: 12/24 nebo 48V. Čím vyšší napětí, tím menší proud bude v měděných vodičích a tím menší budou ztráty. Kromě toho, čím vyšší je provozní napětí, tím menší je požadovaný průřez vodičů. Nejčastěji se jako domácí elektrárna používají systémy s provozním napětím 12V nebo 24V. Některé domácí spotřebiče totiž mohou být napájeny přímo z vaší elektrárny, bez dvojí konverze (nahoru-dolů) napětí, což vede ke ztrátě výkonu. V tomto projektu budeme uvažovat 12V systém.

Kapacita baterie se počítá v ampérhodinách (Ah).
Výkon (W) = napětí (V) x proud (A). • Wh = Napětí (V) x Proud (A) x Čas (h) = Wh.
Napětí baterie = 12V (pro náš systém).

Kapacita baterie (Ah) u250d Výkon zátěže (W) * Doba provozu (h) / napětí (V) u12d 20,83/XNUMX uXNUMXd XNUMXAh.

Musíte pochopit, že účinnost baterií nemůže být 100%, nejčastěji je účinnost 80%. Vzhledem k tomu máme kapacitu baterie (Ah) = 20,83 / 0,8 = 26Ah. Vzhledem k tomu, že používáme měnič napětí, který má svou účinnost, obvykle se také bere rovných 80 %, připočtěme to: 26 / 0,8 = 32,5Ah. Ale to není vše – i přes použití baterií s hlubokým cyklem se pro dlouhou životnost nedoporučuje vybíjet až do úplného vybití a v dobrém slova smyslu je potřeba nechat alespoň 30 % nabití – čím více odjedeme, tím déle to vydrží, ukáže se: 32,5 * 1,3 u42,25d 45 Ah Zaokrouhlete nahoru, abyste získali celé číslo a vyberte baterie s hlubokým cyklem s kapacitou XNUMX ampérhodin (Ah).

Krok 3: Výběr panelů

Na blogu obchodu MyWatt je samostatný článek o tom, jak vybrat ty správné solární panely, takže se tím nebudeme dlouho zdržovat. Budeme uvažovat pouze monokrystalické nebo polykrystalické panely a nebudeme uvažovat amorfní a jiné tenkovrstvé panely s ohledem na jejich rychlou degradaci – ztrátu výkonu.

Hlavní rozdíly mezi mono a poly:

Monokrystalické panely jsou dražší a účinnější než polykrystalické panely. Obecně se ale účinnost mírně liší, záleží nejen na typu článku, ale také na kvalitě samotných článků a celistvosti výrobce.

Vlastnosti solárních panelů jsou obecně redukovány na standardní testovací podmínky (STC):

osvětlení = 1 kW/m2;
hmotnost vzduchu (AM) – 1,5;
teplota – 25°C.

Jak samostatně vypočítat výkon solárních panelů?

Výkon solárních panelů je nutné volit tak, aby se výkon spotřebovaný našimi elektrospotřebiči zpětně doplňoval. Tedy kolik vzali, kolik je potřeba dát + převodní ztráty a také vlastní spotřeba střídače s regulátorem nabíjení.

Vzhledem k tomu, že sluneční světlo během dne přichází nekonzistentně a s různou intenzitou, nelze vědět, kolik ten či onen panel dnes vyprodukuje, ale na základě statistických údajů se to dá celkem přesně předpokládat.

Například pro střední Rusko v létě se považuje za dobrý ukazatel, pokud každý 1 watt solární baterie vygeneruje 6 W * h za denní světlo, ale pokud vezmeme v úvahu zatažený, deštivý den, může být toto číslo několikrát nižší, tak tuto skutečnost zohledníme při výpočtu a místo 6Wh dosadíme 3Wh.

Takže naše spotřeba ve watthodinách, s přihlédnutím k účinnosti, byla 32,5 Ah * 12 V = 390 W * h, děleno 3 W * h a dostaneme výkon solární baterie 130 W, pokud získáte ne celé číslo – zaokrouhleno nahoru.

V zimě a v období jaro – podzim je třeba rezervu energie udělat mnohem více, protože denní světlo je kratší – slunce je nad obzorem kratší dobu.

Krok 4: Výběr solárního regulátoru nabíjení

Regulátor je zařízení, které se umisťuje mezi solární panel a baterii. Reguluje napětí a proud přicházející ze solárních panelů pro udržení správné kvality nabíjení baterie.

Nejčastěji se používají 12voltové baterie, ale solární panely mohou generovat mnohem větší napětí, než je potřeba k nabíjení baterií. Regulátor nabíjení ve skutečnosti převádí nadměrné napětí na proud, čímž zkracuje dobu potřebnou k úplnému nabití baterií. To umožňuje, aby solární panely byly dostatečně účinné v kteroukoli denní dobu.

Typy regulátorů nabíjení:

Zapnuto vypnuto. (ZAPNUTO VYPNUTO);
PWM – pulse-width modulation (PWM – pulse-width modulation);
ТММ – sledování maximálního výkonu (MPPT – Maximum power point tracker).

Doporučujeme, abyste opustili ovladač nabíjení On / Off. (ON/OFF), protože je to nejméně účinný regulátor. Regulátory TMM (MPPT) mají nejvyšší účinnost, ale cena je vyšší. Proto vám doporučujeme používat regulátory PWM nebo MPPT v závislosti na tom, jaký druh financí provozujete.

Protože je náš systém navržen pro 12V, musí regulátor nabíjení podporovat také 12V;
Regulátor nabíjení se volí podle výkonu solárních panelů, u každého regulátoru je v pasu uveden maximální výkon, který k němu lze připojit. Pro tento 12V 130W systém je perfektní 10A regulátor;
Pokud chcete získat maximum energie, zvolte MPPT regulátor nabíjení a pokud chcete snížit náklady na systém, zvolte PWM regulátor nabíjení, nejlépe však od důvěryhodného výrobce.

Krok 5: Výběr měniče

Solární panely přijímají sluneční paprsky a přeměňují je na elektřinu, jsou to zdroje stejnosměrného proudu (DC), stejně jako baterie a pro připojení zásuvek potřebujeme 220V AC. Stejnosměrný proud (DC) se převádí na střídavý proud (AC) prostřednictvím zařízení zvaného invertor.

Typy střídavých vln na výstupu střídače:

Čtvercová vlna – meandr;
Modifikovaná sinusová vlna;
Čistá sinusovka.

Obdélníkový měnič je nejlevnější, ale není vhodný pro všechny spotřebiče. Modifikovaný sinusový invertor také není určen k poskytování elektřiny zařízením s elektromagnetickými nebo kapacitními součástmi, jako jsou: mikrovlnné trouby; chladničky; různé typy elektromotorů. Modifikované sinusové měniče jsou méně účinné než čistě sinusové měniče.

Výkon střídače musí být stejný nebo větší než výkon všech současně připojených zátěžových zařízení;
Pokud existují zařízení s rozběhovými proudy (elektromotory), nesmí překročit maximální výkon měniče s přihlédnutím k ostatním elektrickým spotřebičům;
Předpokládejme, že máme: TV (50W) + ventilátor (50W) + stolní lampu (10W) = 110W;
Abychom měli výkonovou rezervu, volíme měnič od 150W. Protože náš systém je 12V, musíme zvolit čistě sinusový střídač 12V DC až AC 220V/50Hz.

Poznámka: Spotřebiče jako pračka, lednička, vysoušeč vlasů, vysavač atd. mají počáteční spotřebu energie mnohonásobně vyšší, než je jejich normální provozní výkon. To je obvykle způsobeno přítomností elektromotorů nebo kondenzátorů v takových zařízeních. To je třeba vzít v úvahu při volbě výkonu měniče (invertoru).

Krok 6: Instalace solárních modulů

Poté, co je vše spočítáno a všechny komponenty jsou zakoupeny, je čas nainstalovat solární elektrárnu vlastníma rukama. Nejprve vyberte vhodné místo na střeše, kde nebude překážet slunečnímu záření – žádný stín ze stromů nebo jiných budov.

Úhel sklonu solárních panelů

Chcete-li využít solární elektrárnu pro svůj domov nebo letní chatu na maximum, musíte je nainstalovat ve směru, který vám umožní zachytit maximální množství slunečního světla. Čím déle zůstane panel kolmý ke slunci, tím více elektřiny vyrobí. Pro střední Rusko je optimální úhel sklonu 30 ° – 40 ° pro léto a 70 ° – 80 ° pro zimu.

Zjistili jsme úhel sklonu, orientace panelů by měla být na jih, pokud to není možné, pak na jihovýchod nebo jihozápad, ale mělo by být zřejmé, že v tomto případě bude menší výkon. Existují systémy s proměnnou polohou panelů (solární tracker), ale v tomto článku ji nebudeme uvažovat kvůli vysokým nákladům na implementaci a přítomnosti oděrových částí.

Pokud nemáte kompas, můžete si stáhnout aplikaci do smartphonu a pomocí ní určit, kde máte jih. Pokud není možné najít kompas nebo nainstalovat aplikaci – pamatujte si polohu slunce ve 12-00 hodin – bude to jih.

Můžete si koupit stojan nebo spojovací materiál pro střechu solárních panelů nebo si vyrobit vlastní ruce, dokonce i ze dřeva, dokonce i z kovu. Hlavní věc je, že je spolehlivá, protože panel má velký vítr a navíc je třeba vzít v úvahu vzdálenost mezi panelem a střechou – těsné uložení je nepřijatelné. Používáme a doporučujeme používat speciální upevňovací prvky, konkrétně pro solární panely.

Na zadní straně panelu je malá propojovací krabice, která obsahuje Schottkyho diody. Vodiče s již nainstalovanými standardními konektory MC4 jsou vyvedeny ze spojovací krabice. Vždy se snažte pro připojení kladných a záporných svorek použít označené vodiče, jako je červený a černý. Pokud je možné připojit zem, použijte k tomu žlutý vodič se zeleným pruhem.

Krok 7: Vyberte sériové nebo paralelní připojení

Po výpočtu výkonu baterie a výběru solárního panelu je musíte připojit. V mnoha případech je poměrně obtížné získat jmenovitý výkon s jedním panelem nebo jednou baterií, takže musíte kombinovat několik panelů nebo kombinovat několik baterií. Pokud máme jednu baterii nebo jeden panel, který splňuje požadavky na napětí, pak je zapojíme paralelně, přes regulátor nabíjení, ale jsou situace, kdy potřebujeme sériové zapojení, například pro zvýšení napětí.

sériové připojení. Chcete-li připojit jakékoli zařízení v obvodu do série, musíte připojit kladný pól jednoho k zápornému pólu druhého zařízení. V našem případě budou takovými zařízeními solární panely nebo baterie. Při tomto zapojení se sčítají napětí všech zařízení. Příklad: Máme 4 12V baterie. Zapojíme je do série a v důsledku toho získáme 12 + 12 + 12 + 12 = 48 voltů. Při tomto zapojení se napětí sčítají a proud zůstává nezměněn. Pokud by tedy každá baterie měla kapacitu 100Ah, pak v sérii dostaneme svazek 48V a kapacitu 100Ah, napájení v takové bance baterií bude 48V * 100Ah = 4800 W * h – to je parametr, na který si musíte dát pozor, jelikož baterie je 100Ah na 12V má zásobu elektřiny 1200W*h, i když jejich “kapacita” je údajně stejná. Pokud by to nebyly baterie, ale solární panely, například 17V a 5A každý (výkon v tomto případě: 17V * 5A = 85W), pak by řada sériově zapojených panelů měla napětí = 17 + 17 + 17 + 17 = 68V, proud 5A a výkon by byl 68V * 5A = 340W.
Paralelní připojení. Při paralelním připojení musíte připojit kladný pól prvního zařízení ke kladnému pólu dalšího zařízení a záporný pól prvního zařízení k zápornému pólu dalšího zařízení. Při paralelním zapojení zůstává napětí stejné a jmenovitý proud obvodu je součtem proudů každého zařízení v obvodu. Příklad: máme paralelně zapojené dvě baterie 12V, 100Ah, napětí v síti zůstává 12V, ale proud je 100 + 100 = 200Ah. Podobně, pokud jsou paralelně zapojeny 2 solární panely 17V a 5A, pak máme obvod s napětím 17V a proudem 10A.

Krok 8: Umístění vybavení

Na tomto místě nebudeme dlouho otálet, zde je potřeba začít od místa instalace. Hlavním bodem je umístění zařízení blízko sebe, aby se pomocí krátkých propojek snížily ztráty napětí. Zařízení má aktivní nebo pasivní chlazení a je nutné ponechat vzduchovou mezeru dle dokumentace.

Krok 9: Schéma zapojení solární elektrárny

Nejprve připojíme regulátor nabíjení. Na spodní straně regulátoru nabíjení jsou obvykle 3 páry kolíků. První vlevo je připojení solárního panelu se značkami (+) a (-). Druhý je výstup pro připojení baterií s označením (+) a (-) a třetí je výstup pro přímé připojení stejnosměrné zátěže např. 12V žárovky – tam nelze připojit měnič!

K bateriím musíte připojit regulátor nabíjení: černý (-) a červený (+). V tomto případě bude regulátor schopen určit požadované provozní napětí (12V, 24V nebo 48V), regulátor nabíjení můžete ihned nastavit na požadovaný typ baterie.

Poznámka: Nejprve připojte černý/záporný vodič z baterie k zápornému pólu ovladače a poté připojte kladný vodič. Po připojení baterie k ovladači uvidíte, jak svítí LED indikátor úrovně nabití.

Nyní je potřeba připojit panely k ovladači. Na zadní straně panelu je propojovací krabice se 2 vodiči (+) a (-) a konektory MC4, které jsou zpravidla malé. Pro připojení panelu k regulátoru nabíjení jsou vyžadovány vodiče s protilehlými konektory MC4. Po připojení solárních panelů k regulátoru nabíjení se LED indikátor rozsvítí, pokud je přítomno sluneční světlo.

Poznámka: Pokud nepoužíváte jistič mezi solárními panely a regulátorem nabíjení, připojte solární panel vždy, když není vystaven slunečnímu záření, například večer, pokud to není možné, pak nezapomeňte zakrýt panel neprůhlednou látkou, protože proud z „pracovního panelu » může vytvořit nebezpečný oblouk a poškodit zařízení.

Poté nainstalujeme střídač na místo a připojíme jej k baterii. Při zapojování střídače také není nic složitého, hlavní je dodržet polaritu zapojení.

zabezpečení

Je důležité si uvědomit, že máme co do činění se stejnosměrným proudem. Takže kladná svorka podložky (+) musí být připojena ke kladné svorce regulátoru nabíjení (+) a záporná svorka podložky (-) musí být připojena k záporné svorce regulátoru nabíjení (-). Pokud zaměníte kontakty, dojde k poruše, která může vést k požáru. Doporučuje se používat vodiče různých barev, červený (+) a černý (-). Pokud nemáte možnost použít vodiče různých barev, můžete kolem vodičů vedle svorek omotat červenou a černou elektrickou pásku.

Jako poslední se připojují: DC zátěž a střídač.

Další ochrana

Přestože regulátor nabíjení a střídač mají vestavěné pojistky pro ochranu, můžete pro zajištění ochrany umístit spínače a pojistky na následující místa:

V mezeře mezi solárním panelem a regulátorem nabíjení;
V mezeře mezi regulátorem nabíjení a bateriemi;
V mezeře mezi bateriemi a měničem.

Měření a záznam dat

Pokud vás zajímá, kolik energie vaše solární elektrárna vyrábí, pak stojí za to zvolit regulátor nabíjení, který je schopen zaznamenávat údaje o výrobě energie a další metriky.

Po připojení všeho výše uvedeného je systém připraven k použití.

Záměrně jsme se nedotkli hlubokých technických detailů komponent. Faktem je, že princip výstavby solárních elektráren malého výkonu zůstává téměř nezměněn.

Velmi často si zákazníci při žádosti o výběr zařízení nebo při výběru solární elektrárny kladou otázku: Jak vypočítat výkon a počet solárních panelů a baterií a jaký výkon solární elektrárnu zvolit. V tomto článku se pokusíme vypořádat s tímto problémem a pokusím se vysvětlit jednoduchým jazykem, aniž bych zacházel do podrobností, jak to udělat.

Nejprve si musíte zjistit, kolik elektřiny denně spotřebujete., to lze provést tak, že se odeberou průměrné měsíční odečty elektroměrů a vydělí se 30 dny. Dostaneme tedy průměrnou spotřebu za den. Například společenská norma v RO pro dvě osoby je 234 kW, což je asi 8 kWh elektřiny za den. V souladu s tím potřebujeme solární panely k výrobě stejného množství energie za den.

Výpočet počtu solárních panelů a jejich výkonu

Protože solární panely vyrábět elektřinu pouze během denního světla, pak je třeba to vzít v úvahu především, také stojí za to pochopit, že výkon v zatažených dnech a v zimě je velmi snížen a může být 10-30 procent výkonu panelů. Pro jednoduchost a pohodlí provedeme výpočet od dubna do října, dle denní doby je hlavní produkce od 9 do 17 hodin, tzn. 7-8 hodin denně. V létě budou intervaly samozřejmě delší, od východu do západu slunce, ale v těchto hodinách bude výkon výrazně menší než nominální, takže průměrujeme.

Tedy 4 solární panely o výkonu 250W. (pouze 1000W). Za den se vyrobí 8 kWh energie, tzn. za měsíc je to 240 kWh. To je ale ideální výpočet, jak jsme si řekli výše, v zatažených dnech bude výkon menší, takže můžete lépe odebírat 70 % výkonu, 240 * 0,7 = 168 kWh. Jedná se o průměrný výpočet bez ztrát ve střídači a bateriích. Tuto hodnotu lze také použít pro výpočet síťové solární elektrárny, kde se nepoužívají baterie.

Výpočet baterií pro solární elektrárnu

Dále přejdeme k výpočtu kapacity baterie pro solární panely. Jejich počet a kapacita by měla být taková, aby energie, která je v nich uložena, vystačila pro temnou denní dobu, stojí za zvážení, že v noci je spotřeba elektřiny minimální oproti denní aktivitě.

100Ah baterie skladuje přibližně 100A * 12V = 1200W. (100W žárovka bude fungovat z takové baterie 12 hodin). Pokud tedy spotřebujete 2,4 kWh za noc. elektřiny, pak je potřeba nainstalovat 2 baterie 100A.h. (12V), ale zde je třeba mít na paměti, že je nežádoucí vybíjet baterie o 100%, nejlépe však ne více než 70% -50%. Na základě toho dostaneme, že 2 baterie 100A.h. uloží 2400 * 0,7 = 1700 Wh. To platí při vybíjení nízkými proudy, kdy jsou připojeny výkonné spotřebiče, dochází k poklesu napětí a skutečně klesá kapacita.

Pokud chcete vypočítat, jakou kapacitu baterie je potřeba pro solární baterii, níže je srovnávací tabulka (pro 12V systém.):

Výkon měniče a ztráty v něm

Nyní, co se týče střídače, má i svou účinnost, která je cca 75-90%, tzn. všechny získané hodnoty produkce a rezervy energie lze připsat těmto procentům. Ve výsledku je lepší brát dvojnásobnou zásobu kapacity pro baterie.Takže při spotřebě 2400Wh za noc osadit 4 baterie s kapacitou 100Ah. 100A*12V*4 = 4800Wh Výkon střídače ukazuje jmenovitou zátěž, kterou k němu lze připojit., tedy počet a druh domácích spotřebičů.

Solární panely 4ks. o 250W. Měsíční výkon 170-240 kWh (36 tisíc rublů)
Baterie 100A.h. 4 věci. rezerva až 4800 wattů. (AGM baterie 50 tisíc rublů)
Invertor 2,4 kW jmenovitý výkon připojeného zařízení (27 tis.)

Celkem 113 tisíc rublů. pro sadu zařízení.

Výkon spotřebiče, spotřeba el

LED TV – 50-150W.
Chladnička třídy A – 100-300W. (pouze když běží kompresor)
notebook – 20-50W
Úsporná žárovka – 30 W, VEDENÝ 3-9W
Nástěnný kotel (elektronika + vestavěné čerpadlo) – 70-130W.
Router – 10-20W.
Kondicionér 9 – 700-900W.
E-mailem Konvice – 1500W.
Mikrovlnná trouba – 500-700W.
Pračka – 600 – 900W.
DVR + 4 kamery – 30-50W.

Všechny kapacity jsou uvedeny za hodinu provozu zařízení, je třeba mít na paměti, že většina spotřebičů pracuje krátkodobě, konvice se zahřívá 5 minut, lednička se zapíná každé 2-3 hodiny na hodinu, aby se udržela teplota. Při udržování teploty chladicí kapaliny funguje i čerpadlo kotle. Podle tohoto principu můžete vypočítat i další zařízení.