Авторизация
Наша группа Вконтакте
Наши партнеры
КРЫМ. СТРОЙИНДУСТРИЯ. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ВЕСНА — 2016

Бюджетная автономия на солнечных батареях

Бюджетная автономия на солнечных батареях

Для конечного пользователя реальная солнечная автономия состоит из потраченных денег, монтажа устройств, проб и обучения домочадцев экономному расходу электричества. При этом стоит обратить особое внимание на последний пункт, так как автономка предполагает особый подход к расходу энергии, который требует перестроить привычные действия.

Начнем с солнечных батарей. Есть два пути их получения: приобрести готовое или сделать самостоятельно. Стоит отметить, что при изготовлении нескольких панелей без предварительного опыта итоговая стоимость конечного продукта обойдется приблизительно в ту же сумму, что и заводская панель идентичной мощности.

Теперь немного теории. Есть три технологии солнечных батарей, доступных потребителям за вменяемые деньги. Они состоят из различных ячеек: аморфного, монокристаллического и поликристаллического кремния. Они различаются структурой - это видно даже на глаз.

Аморфный кремний — наиболее перспективная технология, которая дает возможность создавать гнущиеся панели и производить ток при рассеянном свете, то есть в пасмурную погоду. Однако они достаточно быстро деградируют, из-за чего снижается КПД. Монокристалл — это чистые ячейки из первичного кремния. Как правило, такие батареи выглядят как черные пластины квадратной формы со скругленными краями. Они могут быть распилены пополам для увеличения напряжения линии элементов. Наконец, поликристалл — это ячейки из вторичного кремния.

Перейдем к практике. Для изготовления солнечной панели в Китае мной была заказана партия солнечных элементов класса Grade B на пару батарей. Проверяйте, чтобы в комплект были включены распаечные коробки, шины для соединения ячеек и хотя бы пара метров кабеля. Там же были заказаны разъемы MC4 для подключения батарей. В России было заказано изготовление закаленного просветленного стекла толщиной 4 мм. Данная толщина обусловлена необходимостью защититься от различных сосулек, града и других погодных условий, а просветленное стекло необходимо для увеличения КПД элементов.

Для удобства монтажа, защиты от сколов и обрамления стекла был приобретен алюминиевый уголок 30х30 и крепеж к нему. Для подключения солнечных батарей к системе был выбран многожильный медный кабель с сечением 6 кв. мм. Для зарядки в том же Китае был заказан контроллер PWM, а для питания устройств 220В — простой автомобильный инвертер мощностью 100 китайских Ватт. Разница между китайскими и обычными Ваттами будет объяснена позже.

Самостоятельное изготовление солнечной панели

Бюджетная автономия на солнечных батареях

Итак, сборка. Модули пришли в коробке, при этом некоторые из них были поломаны, как на фотографии выше. Для этого, в запасе обычно имеется около 10 штук. Я пожаловался китайцу письмом и он выслал мне еще 10 ячеек бесплатно. Согласно заявлению китайских продавцов каждая ячейка давала 4 А и 0,5 В. То есть, каждый модуль - на 2 Вт. Для зарядки аккумулятора необходимо напряжение выше 14,4 Вольта, а значит нужно последовательно объединить ячейки. С оглядкой на заводские панели и практику многих самодельщиков, было принято решение объединить две цепочки по 36 элементов на одном стекле, таким образом получая 8 А и 18 Вольт в пике. То есть одна панель могла дать до 144 Вт энергии, чего никогда не случалось. Причины этого будут рассмотрены позже.

Процедура является несложной. Припаиваем шинки:

Бюджетная автономия на солнечных батареях

Готовим стекло с рамкой:

Бюджетная автономия на солнечных батареях

Укладываем, спаиваем, выводим шины и припаиваем провода, после чего заливаем специальным компаундом для герметизации всех пластин. Можно заливать различными мастиками или герметиком, мне же приглянулся готовый компаунд производства питерской компании. На выводы контактов неплохо приладить герметичную коробку с диодом, препятствующим падению мощности системы при последовательном подключении в том случае, если одна из батарей будет затемненной. Коробка прилагалась в комплекте с ячейками.

Бюджетная автономия на солнечных батареях

Бюджетная автономия на солнечных батареях

В итоге было получено две солнечные панели с расчетной мощностью 288 Вт.

Бюджетная автономия на солнечных батареях

Однако здесь существует масса условностей. При нагревании солнечной панели ее КПД падает процентов на 20 (даже от расчетного). Помимо этого, на результат влияют непропай элементов и микротрещины, неизбежно возникающие при пайке. В результате замеров на летнем солнце было получено 40 Вт с каждой панели, а это в 3 раза меньше ожидаемого результата. Такая панель обошлась примерно в 6000-6500 рублей, тогда как заводские панели с доставкой стоили от 7000 до 7500 рублей. Таким образом я решил закончить самодеятельность и в дальнейшем приобретать только заводские панели.

Выбор базового напряжения

Это одно из первых решений, которое необходимо принять при проектировании солнечных батарей. Дело в том, что системы на солнечных батареях создаются с напряжением, которое кратно 12, потому что у большинства аккумуляторов именно такое напряжение. Даже емкие батареи, которые собраны из ячеек по 2В, нередко собирают на 12, 24, 36 или 48 Вольт. Здесь необходимо вспомнить физику и формулу электрической мощности: P=U*I, из которой следует, что при равной мощности, мы будем уменьшать ток, увеличивая напряжение. Естественно, уменьшение тока повлечет снижение сечения проводов, а также снижение нагрузки на элементную базу, однако увеличивать напряжение бесконечно нельзя. Здесь есть такая проблема: в отличие от переменного, постоянный ток при повышении напряжения выше 36 Вольт является намного более опасным для человека.

Если не вдаваться в теорию, то от переменного тока с напряжением в 220В чаще всего можно оторвать руку, а от постоянного почти никогда - нет. Также низкие напряжения хороши тем, что 12В является типичным напряжением автомобильного аккумулятора, а следовательно существует масса различной техники, которая рассчитана на данное напряжение. Помимо этого, нарастить аккумуляторную емкость можно путем простого добавления в параллель обычных аккумуляторов, тогда как с большим напряжением нужно было бы приобретать аккумуляторы парами, тройками или четверками. Еще один малоприятным моментом в последовательном соединении аккумуляторов является разбалансировка ячеек, которая приводит к выводу из строя сначала одной ячейки, затем целого аккумулятора и наконец всей цепочки, если не отследить проблему вовремя. Так что мой выбор - 12 В.

Выбор контроллера заряда от солнечных батарей

Есть два основных типа контроллеров: PWM или ШИМ-контроллер и MPPT или Maximum Power Point Tracking (слежение за точкой максимальной мощности). Первый тип является максимально простым: по достижению максимального уровня заряда аккумулятора, контроллер пульсацией подает ток на аккумулятор, не давая тому возможность перезарядиться. Преимущество такой схемы заключается в простоте, а следовательно, низкой стоимости. Недостаток состоит в том, что можно подключать только батареи, чей номинал напряжения совпадает с номиналом напряжения аккумулятора.

MPPT контроллеры дороже, сложнее, однако обладают огромным плюсом: можно последовательно соединять солнечные батареи, таким образом повышая напряжение в цепи до контроллера и снижая ток, что дает возможность применять более тонкие провода и снижать потери на передачу энергии до контроллера. К тому же, КПД этих контроллеров выше, потому что они с определенной периодичностью сканируют токи при разных напряжениях и выбирают точку максимальной мощности (отсюда и их название). Больше информации - по ссылке.

К своим панелям я купил китайский PWM-контроллер, который дает заряд до 30А, то есть 360 Вт при напряжении 12В или 720 Вт при напряжении 24В. Однако поскольку система была выбрана на 12В, то пределом является 30А или 3 параллельно подключенные солнечных панели. К нему был добавлены заказанные там же амперметр и вольтметр (чтобы видеть какой заряд поступает в батареи и в каком состоянии находится аккумулятор). Аккумулятор был выбран самый недорогой - свинцово-кислотный, емкостью в 190 Ач, так как я еще рассчитывал, что мне скоро подключат сетевое электричество.

Бюджетная автономия на солнечных батареях

Выбираем инвертер

Помимо мощности, инверторы делятся на 2 типа: с чистой синусоидой на выходе и модифицированной синусоидой. Первые дают чистый синусоидальный сигнал, вторые же обладают ступенькой на графике:

Бюджетная автономия на солнечных батареях

Для большинства техники нет никакой разницы, к тому же если подключить простой вольтметр, то его показания будут приблизительно одинаковы. Однако при сравнении цен на оба типа устройств одинаковой мощности, оказалось что цена отличается на порядок. Нужно ли платить за чистый синус и зачем он нужен? Практика показала, что многие устройства легко уживаются с модифицированной синусоидой, однако некоторые двигатели, например компрессоры холодильников, начинают больше греться, из-за чего повышается риск преждевременной поломки.

Помимо этого, если подключить аудиоаппаратуру к модифицированной синусоиде, будет слышен заметный шум, а это совсем не радует, когда хочется насладиться хорошим звуком. По собственному опыту могу сказать, что работать от модифицированной синусоиды отказалась только стиральная машина — прочие приборы работали успешно. В том случае, если есть сумма на хороший инвертер, следует брать чистый синус (если другие приборы чувствительны к чистоте сигнала).

Подбираем мощность инвертора

В данном вопросе много нюансов, влияющих на выбор инвертора. Здесь действует следующее правило: суммируется вся планируемая нагрузка по мощности и умножается на 2. Например, 4 лампы по 60 Ватт + телевизор 50 Ватт + стиральная машина 800 Ватт + холодильник 100 Ватт + ноутбук 80 Ватт. Казалось бы, максимальное потребление составляет 240+800+80+100+50=1270 Вт и можно взять инвертер на 1300-1500 Вт... Однако разные нагрузки и ведут себя по-разному. Стартовый ток холодильника во время старта может достигать десятикратного значения, а следовательно он мгновенно потребует 1 кВт мощности. Если же в это время будет включен свет и стиральная машина, то инвертер сгорит или выпадет в ошибку.

Помимо этого, китайские инверторы данного типа на 1500 Вт не смогли запустить холодильник с номинальной мощностью в 100 Вт потребляемой энергии. Был проведен опыт, когда холодильник стартовал от генератора, после чего быстро переключался на инвертер при помощи переключателя фаз. Таким образом получалось питать холодильник от китайского инвертора на 600 Вт. К сожалению, такой инвертер не в состоянии запустить холодильник второй раз. Обман состоял в том, чтобы выставить настройки холодильника на максимальный мороз - тогда он морозит до отключения. Таким образом за световой день можно наморозить продукты, и отключать его на ночь.

Итак, мощность инвертора должна быть способна обеспечивать двукратный запас потребления ваших обычных приборов (десятикратный для запуска двигателей). Мой выбор пал на два китайских инвертора мощностью 600 и 1000 Вт.

Дублирование

При выборе простых и дешевых комплектующих лучше сразу планировать дублирование систем. Так вы не останетесь без электричества при выходе из строя какого-либо элемента. Эта перестраховка не обойдется дорого, при этом обеспечив стабильное питание и душевное спокойствие.

Первый набор автономки выглядел таким образом:
1. Две самодельные солнечные батареи с суммарной мощностью 80 Вт
2. PWM-контроллер заряда аккумулятора с максимальным током до 30А
3. Автомобильный свинцово-кислотный аккумулятор емкостью 190 Ач
4. Инвертер на 600 Вт и 100 Вт с модифицированной синусоидой

Схема работающей бюджетной автономки выглядит следующим образом:

Бюджетная автономия на солнечных батареях

Инвертор должен подключаться напрямую к аккумулятору, даже если им потребляется вся мощность солнечных батарей. Также необходимо избегать обрыва питания контроллера при подключенных солнечных батареях, потому что это грозит выходом контроллера из строя. На протяжении первого года моя солнечная автономка просуществовала именно в таком виде, позволяя заряжать гаджеты, оставаться со светом вечерами, а в яркие солнечные дни работать электроинструментом, наподобие электролобзика или дрели.

Продолжение следует...

Автор материала: shuvaevgl
Рейтинг:
5
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent
Вопрос:
От чего дают энергию солнечные батареи?
Ответ:*
Важно ваше мнение
Какая на Ваш взгляд самая перспективная технология в энергетике?