Как правильно соединять солнечные модули в солнечную батарею?
Для увеличения мощности солнечной батареи несколько фотоэлектрических модулей соединяют последовательно и/или параллельно. Увеличение мощности солнечной батареи позволяет больше использовать экологически чистую солнечную энергию для питания различных потребителей электроэнергии.
Очень часто наши клиенты докупают солнечные панели к уже существующим. Учитывая то, что солнечные модули постоянно совершенствуются, повышается их КПД и улучшаются электрические параметры, старые солнечные панели могут иметь отличающиеся от новых параметры — токи, напряжения, мощности и т.д. Изменяются также и напряжения в точке максимальной мощности модулей. Поэтому важно знать, как правильно соединять между собой одинаковые и разные солнечные модули, чтобы получить максимальную мощности и эффективность от солнечной батареи.
Хитрость здесь при соединении солнечных панелей заключается в том, чтобы выбрать метод подключения, который даст вам наиболее энергоэффективную конфигурацию для ваших конкретных требований. Соединение солнечных панелей вместе может показаться сложной задачей, когда вы впервые начинаете смотреть на то, как это должно быть сделано, но соединить несколько солнечных панелей вместе не так уж сложно, если немного подумать. Соединение солнечных панелей вместе в параллельных или последовательных комбинациях для создания больших массивов часто упускается из виду, но является совершенно важной частью любой хорошо спроектированной солнечной энергетической системы.
Существует три основных, но очень разных способа соединения солнечных панелей, и каждый способ соединения предназначен для определённой цели. Например, для получения большего выходного напряжения или для получения большего тока. Солнечные панели могут быть подключены последовательно или параллельно для увеличения напряжения или силы тока соответственно, или они могут быть соединены вместе последовательно и параллельно для увеличения как напряжения, так и выходного тока, создавая массив более высокой мощности.
Запомните простое правило: последовательно можно соединять солнечные панели с одинаковым рабочим током (током в ТММ ), а параллельно — с одинаковым рабочим напряжением. При этом при последовательном соединении суммируется напряжение и остаётся неизменным ток, а при параллельном соединении суммируется ток, и остаётся неизменным напряжение.
Независимо от того, подключаете ли вы две солнечные панели или больше, если вы понимаете основные принципы того, как соединение нескольких солнечных панелей вместе увеличивает мощность и как работает каждый из этих методов подключения, вы можете легко решить, как подключить свои собственные панели вместе. В конце концов, правильное соединение солнечных панелей может значительно повысить эффективность вашей солнечной системы.
Соединение солнечных панелей последовательно
Первый способ, который мы рассмотрим для соединения солнечных панелей, — это соединение в цепочку, или «последовательно». Последовательное соединение солнечных панелей используется для увеличения общего напряжения системы. Солнечные панели, соединённые последовательно, обычно используются, когда у вас есть подключенный к сети инвертор или контроллер заряда, для которого требуется 24 вольта или более. Чтобы последовательно соединить панели, вы подключаете положительную клемму к отрицательной клемме каждой панели, пока не останется одно положительное и отрицательное соединение.
Напряжение солнечных панелей, соединённых последовательно, суммируются, что дает большее общее выходное напряжение массива, как показано на рисунке.
Соединение солнечных панелей с одинаковыми параметрами в цепочку
В этом методе ВСЕ солнечные панели имеют одинаковый тип и номинальную мощность. Общее выходное напряжение будет суммой выходных напряжений каждой панели.
Теперь давайте посмотрим на последовательное соединение солнечных панелей с разным номинальным напряжением, но с одинаковым номинальным током.
Соединение солнечных панелей с разными напряжениями и одинаковым током в цепочку
В этом методе все солнечные панели имеют разные напряжения и номинальную мощность, но имеют одинаковый номинальный ток. Когда они соединены вместе последовательно, массив выдает 21 вольт при 3,0 амперах или 63 Вт. Снова сила тока остаётся прежней и составляет 3,0 ампера, но выходное напряжение подскакивает до 21 вольта (5 + 7 + 9).
Наконец, давайте посмотрим на последовательное соединение солнечных панелей с совершенно разным номинальным напряжением и разным номинальным током.
Соединение солнечных панелей с разными напряжениями и токами в цепочку
В этом методе все солнечные панели имеют разные параметры и номинальную мощность. Напряжения отдельных панелей будут суммироваться, как и раньше, но на этот раз сила тока будет ограничена значением самой слаботочной панели в последовательной цепочке, в данном случае 1 ампер. Тогда массив будет производить 19 вольт (3 + 7 + 9) и 1,0 ампер, или только 19 ватт из 69 доступных, что снижает эффективность массива.
Мы видим, что солнечная панель, рассчитанная на 9 вольт, 5 ампер, будет использовать только одну пятую или 20% своего максимального потенциала тока, что снижает ее эффективность. Последовательное соединение солнечных панелей с разным номинальным током следует использовать только временно, так как солнечная панель с наименьшим номинальным током определяет выходной ток всего массива.
Параллельное подключение солнечных панелей
Следующий метод соединения солнечных панелей, который мы рассмотрим, называется «параллельное соединение». Параллельное соединение солнечных панелей используется для увеличения общего тока системы. При параллельном подключении вы соединяете все положительные клеммы вместе (положительные с положительными) и все отрицательные клеммы вместе (отрицательные с отрицательными), пока не останется одно положительное и отрицательное соединение для подключения к солнечному контроллеру и батареям.
Когда вы соединяете солнечные панели параллельно, общее выходное напряжение остаётся таким же, как и для одной панели, но выходной ток становится суммой выходного сигнала каждой панели, как показано.
Параллельное соединение солнечных панелей с одинаковыми параметрами
В этом методе ВСЕ солнечные панели имеют одинаковый тип и номинальную мощность. При использовании тех же трех панелей на 6 вольт и 3,0 ампера, что и выше, выходное напряжение останется прежним на уровне 6 вольт, но сила тока увеличится до 9,0 ампер (3 + 3 + 3) и общая мощность панелей при параллельном соединении составит 54 Вт.
Но что, если наши солнечные панели не идентичны, как это повлияет на другие панели? Мы видели, что токи складываются, так что здесь нет реальной проблемы, пока напряжения панелей одинаково, а выходное напряжение остается постоянным. Давайте посмотрим на параллельное подключение солнечных панелей с разным номинальным напряжением и разным номинальным током.
Параллельное соединение солнечных панелей с разными напряжениями и токами
Это самое сложное и непредсказуемое соединение солнечных панелей. Однозначно можно сказать, что напряжение не будет выше, чем у панели с самым высоким напряжением и ток не будет больше, чем сумма токов панелей. Теоретически токи должны складываться, как и раньше, но напряжение будет стремиться к самому низкому значению. Точнее, напряжение установится где-то в промежутке между самым низким и самым высоким, но, из-за смещения рабочей точки на вольтамперной характеристике у разных модулей получится так, что модуль с самым низким напряжением будет работать как нагрузка (небольшая, потому что солнечная панель — это диод с определенным обратным напряжением пробоя), а панель с самым высоким напряжением будет работать в точке на характеристике, намного левее точки максимальной мощности.
Поэтому солнечные панели должны иметь одинаковое выходное напряжение, чтобы их можно было безопасно и эффективно использовать параллельно. При параллельном соединении солнечных панелей важно, чтобы ВСЕ они имели одинаковое номинальное значение напряжения, но не обязательно, чтобы они имели одинаковое значение силы тока.
Соединение солнечных панелей вместе для формирования больших массивов не так уж сложно. Сколько последовательных или параллельных цепочек панелей вы составляете на массив, зависит от того, какое напряжение и ток вы хотите получить. Можно использовать последовательно-параллельную комбинацию.
Как соединять панели между собой?
MC4 коннекторы
Для легкого соединения модулей между собой используются специальные герметичные разъемы. Сейчас наиболее распространены разъемы, разработанные швейцарской компанией MultiContact. Они надежно соединяются между собой простым защелкиванием. Подробная инструкция по применению и обжимке этих разъемов приведена у нас в блоге Интернет-магазина. Такие разъмы рассчитаны на максимальный ток 30А (а для китайских копий мы не рекомендуем превышать ток в 20А).
Для быстрого и надежного параллельного соединения солнечных панелей применяются специальные разветвители на 2, 3, 4 и даже 5 модулей. Следите за тем, чтобы ток на выходе такого разветвителя не превышал допустимый ток MС4 коннектора (т.е. 30А). Для контроля от превышения тока применяются специальные MC4 предохранители. Если ток выше, то нужно применять другие способы соединения (обычно применяется распределительная клеммная коробка).
При соединении солнечных панелей снаружи помещений применяются специальные солнечные кабели, которые имеют защиту от воздействия влаги и ультрафиолета. Солнечные кабели должны обладать устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, экстремальным температурам и погодным условиям. Солнечные кабели соединяют солнечные панели и другие электрические компоненты фотоэлектрической системы. Конкретные требования к материалам, используемым для электропроводки установки солнечных батарей, приведены в национальных и местных электротехнических нормах, которые регулируют электроустановки в данном районе. Кабель может быть одножильным или скрученным, где многожильные провода состоят из множества тонких проводов, которые позволяют проводу быть гибким. Этот тип рекомендуется для больших сечений кабеля. Ток имеет тенденцию течь по внешней стороне провода, поэтому многожильные провода имеют немного лучшую проводимость, поскольку поверхность проводников больше.
Важность коммутационной коробки
Важной особенностью конструкции солнечных панелей является распределительная коробка. Она прикреплена к задней части солнечной панели и выполняет несколько важных функций. Распределительная коробка имеет байпасные диоды, которые пропускают ток через себя при частичном затенении или выходе из строя цепочки солнечных элементов в модуле. Солнечная панель обычно состоит из нескольких цепочек последовательно соединенных солнечных элементов, которые соединены между собой параллельно. Каждая цепочка солнечных элементов защищена диодом. Если часть солнечной панели затенена, эта цепочка будет потреблять энергию. Диоды внутри распределительной коробки предотвращают это.
Хорошая распределительная коробка предотвращает или сводит к минимуму коррозию проводов. При покупке солнечных модулей важно проверить степень защиты IP распределительных коробок, так как если они не являются водонепроницаемыми, то это может привести к короткому замыканию и повреждению всей серии подключенных к ней солнечных модулей.
Современные солнечные модули, как правило, используют разъемы MC4, потому что они значительно упрощают и ускоряют подключение вашей солнечной батареи. Благодаря фиксирующему механизму разъемов MC4 они не отсоединяются и хорошо подходят для использования вне помещений. Разъемы можно разъединить, но для этого требуется специальный инструмент для разблокировки MC4.
Вопрос соединения солнечных панелей между собой затрагивается также в статье «Вопросы и ответы — Солнечные батареи«
Эта статья прочитана 3087 раз(а)!
Сколько энергии дает солнечная батарея и на что ее хватит?
Популярность солнечной энергетики привела к тому, что все больше людей начали задумываться над покупкой фотоэлектрических панелей для личных нужд. При этом многие из них, не имея желания или возможности установить полноценную станцию, останавливались на выборе всего одного или нескольких модулей. И вопрос, сколько энергии дает одна солнечная батарея, для таких покупателей становился критически важным. В данной статье мы попробуем ответить на него подробно.
Что влияет на производительность гелио панели?
Перечислим основные факторы, от которых зависит величина генерации.
1. Технические характеристики
Относятся к «внутренним» параметрам. Наиболее существенны:
- Мощность – самый важный критерий. Очевидно, что модель на 500 ватт обеспечит более высокую выработку, чем 250-ваттная. Даже если вторая панель относится к более совершенному классу.
- Тип ячеек – влияет на выработку в различных условиях освещения. Без учета данного фактора ответить, сколько энергии дают солнечные батареи в зависимости от времени дня или угла наклона относительно солнца невозможно. Монокристаллические варианты обладают самым высоким КПД, но только при идеальных условиях. Поликристаллы показывают лучшие результаты при облачной погоде и меньше теряют при отклонении от строгой вертикали направления падения лучей.
2. Сторонние причины
Включают в себя:
- Уровень инсоляции для данной местности. Преимущественно зависит от географической широты. Если Вы живете в Краснодаре, одна и та же панель при прочих равных условиях будет вырабатывать в 1,5 раза больше электроэнергии, чем в Ленинградской области.
- Погода. Чтобы понять, сколько энергии дает солнечная батарея при умеренной облачности, достаточно замерить показатели генерации и сравнить их с данными при ярком солнце. Результат окажется на 20 – 50% ниже, в зависимости от плотности облачного слоя.
- Время суток. Примерно такие же потери из-за изменения угла падения и толщины атмосферы, которую приходится преодолеть солнечному лучу, возникают рано утром и поздно вечером.
- Температура. Низкие температуры на производительность практически не влияют. Но при нагреве кремниевой панели выше 25% с каждым последующим градусом эффективность снижается примерно на 0,5%. Причем сказанное относится к нагреву рабочей поверхности, а не окружающей среды. Из-за этого при 30-градусной жаре и нагреве модуля до 60-70°C Вы можете потерять до 20% номинального КПД.
Сколько дает энергии солнечная батарея в месяц и в сутки
В качестве примера рассмотрим фотоэлектрический модуль средней мощности 250 Вт.
Для справки заметим, что выгоднее покупать его в комплекте с дополнительным оборудованием, чтобы получить мини-станцию, например, для дачи. В этом случае набор будет содержать:
- Гелио панель — 250 Вт/24V, монокристалл.
- Инвертор для преобразования тока — 400W, 12/24/48V.
- Контроллер – 10A, 12/24V.
- АКБ — 50 A*ч, 24V (1,2 кВт*ч).
Объем выработки: около 100 кВт*ч (летом), 250 кВт*ч (с марта по октябрь), до 300 кВт*ч – год.
В сумме покупка обойдется Вам примерно в 600-630 долларов, или 50 тыс.руб.
В средней полосе России выработка составит:
На что хватит выработанной электроэнергии?
Мы определили, сколько энергии дает одна солнечная батарея за разные периоды времени. Для понимания вопроса рассмотрим вариант питания с ее помощью различных устройств на протяжении суток на обычной даче. Особенно это актуально там, где подключение к сети невозможно, либо подача электроэнергии происходит с перебоями и/или сильными перепадами напряжения.
Приблизительный список потребляющих устройств
Как следует из таблицы, с мая по август всего одна панель на 250 Вт может без проблем обеспечить работу ноутбука, просмотр телевизора, освещение и подзарядку гаджетов. Если взять несколько более мощную модель, в перечень вполне можно будет добавить несколько минут работы микроволновой печи и/или кипячения чайника.
Что можно запитать от 100Вт солнечной панели 1
Что может работать от одной 100Вт солнечной панели? Этот вопрос мы часто слышим от новичков в мире солнечной энергетики и от тех, кто только собирается в неё погрузиться.
Обычно, когда мы проектируем солнечную электростанцию, то мы начинаем со списка электроприборов, которые должны работать от солнечной электростанции, т.е. составляем список нагрузок. Исходя из этого подбирается количество и мощность солнечных панелей, а также сопутствующее оборудование. Сейчас мы будем действовать от обратного. Посмотрим что мы сможем запитать от одной солнечной панели мощностью 100 ватт.
“100Вт” ≠ 100Вт
Когда мы говорим, что солнечная панель имеет мощность 100Вт, то такую мощность она выдаёт при интенсивности солнечного излучения 1000Вт/м². Обычно такая интенсивность бывает летом в ясную погоду, когда солнце находится в зените. Естественно, производители не бегают каждый раз на улицу с солнечной панелью, они тестируют их мощность при определённых лабораторных условиях – STC (Standart Test Conditions) или так называемых “стандартных тестовых условиях”. Эти условия следующие:
- интенсивность солнечного излучения 1000 Вт/м²
- температура воздуха 25°С
- солнечные лучи падают перпендикулярно на солнечную панель
- скорость ветра равна нулю
- масса воздуха 1.5
- некоторые другие критерии
Таким образом, реальная выходная мощность солнечных панелей может варьироваться в зависимости внешних погодных условий. При расчётах обычно мы занижаем мощность солнечных панелей, основываясь на разнице между лабораторными испытаниями и вашей реальной установкой.
Если 12В солнечная панель имеет мощность 100Вт, то имеется ввиду мгновенная мощность. Если проведём измерения при условиях STC, то мы должны получить выходное напряжение ~18В и ток 5.55А. Мощность – это произведение напряжения на ток (P=V*I), поэтому 18В·5.55А = 100Вт.
Здесь даже можно провести небольшую аналогию с автомобилем, мощность – это как скорость автомобиля. Если автомобиль едет с постоянной скоростью 100км/ч, то за 1 час он проедет 100км. Тоже самое с солнечной панелью. Чтобы определить какое количество энергии будет произведено за определённое время, нужно количество ватт умножить на количество часов. Например, за 1 час будет сгенерирован 100Вт x 1ч = 100ватт·часов = 100Вт·ч .
Если рассмотреть всё это на конкретной солнечной панели, то можно взять солнечную панель Delta SM 100-12P оптимальное рабочее напряжение 18.1В (Ump) и оптимальный рабочий ток 5.52А. 18.1В х 5.52А = 99.91Вт (100Вт) .
Что можно записать от 100Вт солнечной панели?
Теперь нам нужно выяснить, сколько часов нужно подставлять в уравнение, чтобы определить, сколько энергии будет генерироваться солнечной панелью за день. А сколько часов реального солнечного излучения равносильно стандартным тестовым условиям? Как мы отметили выше, интенсивность солнечного излучения близка или идентичная тестовым, в полдень, когда солнце находится в зените, т.е в период 12.00-13.00.
Сколько часов солнечная панель будет подвергаться солнечному излучению в течение дня?
Интенсивность солнечного излучения в течение дня
Количество часов солнечного света, равное полудню, называется инсоляцией или эффективным солнечным часом (ESH, Effective Solar Hours).
Вы прекрасно знаете, что несмотря на то, что солнце встаёт в 8 утра, оно не такое яркое как в полдень. Поэтому, если продолжительность солнечного дня составляет 10-12 часов, то нельзя просто умножить 100Вт х 10часов (или на 12). Так, между 8 и 9 утра интенсивность солнца приблизительно наполовину меньше, чем в полдень. Поэтому 1 утренний час приблизительной равен половине эффективного солнечного часа. Кроме того, зимой световой день значительно короче чем летом, еще и интенсивность излучения слабее – т.е. количество эффективных солнечных часов в течение года сильно варьируется.
Влияние местоположения на выработку энергии
Ваше местоположение также определяет количество эффективных солнечных часов. Например, для Казани количество эффективных солнечных часов составляет 3.5ч, для Москвы 3ч., для Краснодара 3.7ч – это усреднённые значения в день в течение года по данным с сайта NREL PVWatts Calculator.
Учитываем использование в течение года
Возвращаясь к рассматриваемому вопросу о том, что можно запитать от 100Вт панели, теперь нужно рассмотреть будут ли вы её использовать круглый год или только в определённый период, например, в период весна-осень. Если вы хотите использовать в течение всего года, то нужно рассмотреть самый худший вариант, т.е. самый худший месяц в году с точки зрения солнечной энергетики.
Для этого можно воспользоваться еще один полезным сервисом, он чем-то похож на NREL PVWatts Calculator, но здесь сразу отображается оптимальный угол наклона солнечных панелей для вашего местоположения. Данный сервис полностью на английском языке, но там всё интуитивно понятно и можно самостоятельно разобраться что к чему за пару минут.
Для начала из выпадающего списка нужно выбрать страну (Russian Federation), затем город (Kazan’) и потом направление солнечных панелей, в нашем случае выбираем юг (Facing directly South).
Далее система предлагает выбрать угол наклона солнечной панели среди нескольких предложенных вариантов:
- Вертикальная поверхность
- Оптимальный среднегодовой угол
- Изменение угла наклона в течение года
- Максимальная зимняя выработка
- Максимальная летняя выработка
- Плоская поверхность
Поскольку мы размещаем одну 100Вт панель, то давайте разместим её под “зимним” углом. Для Казани самый худший месяц году – это декабрь, в котором в среднем за день только 1.41 эффективных солнечных часа. Получается в декабре за один день 100Вт будет вырабатывать 141Вт·ч. Только нужно помнить, что это усреднённое значение для всего месяца, поэтому в какие-то дни выработка будет больше, в какие меньше, а в какие-то может даже будет близко к этому значению, но не каждый день. В среднем, если мы просуммируем выработку за все дни в декабре и разделим на количество дней, то получим значение близкое к 141Вт·ч.
Учитываем потери
Ничто в реально работающей системе не обходится без потерь, поэтому нужно учитывать падение напряжения на проводах, пыль и грязь на поверхности солнечных панелей, потери на контроллере заряда и прочее. Поэтому мы умножим 141Вт·ч х 0,7 = 98.7Вт·ч (30% фактор потерь). Это всё равно, что потерять 1/3 вырабытываемой мощности, но это реальность и от нёё никуда не деться. В итоге в декабре мы получили прибл. 100Вт·ч/день. Что теперь можно сделать с этой мощностью?
Подбираем контроллер заряда и аккумулятора для хранения энергии
Для начала, вырабатываемую энергию нужно где-то хранить, чтобы можно было использовать её позже, когда она понадобится. Для хранения используется аккумуляторная батарея. Перед этим нам нужен контроллер заряда, который регулирует процесс подачей энергии в аккумуляторную батарею глубокого разряда, которую можно заряжать и разряжать на регулярной основе. В качестве контроллера заряда идеально подойдёт EPSOLAR 1012LS – это простой, но надёжный ШИМ-контроллер заряда с номинальным напряжением 12В и и максимальным током заряда до 10А.
Контроллер заряда Epsolar LS 1012EU 10А
Какой ёмкости аккумулятор нужно использовать? Итак у нас есть 100Вт·ч которыми мы заряжаем 12В аккумулятор. Поскольку ватты делённые на вольты равны амперам, то получаем 100Вт·ч : 12В ~8А·ч . Несмотря на то, что используем аккумуляторы глубокого разряда, они всё равно не любят разряда более чем на 50% (самый оптимальный вариант – это разряд не более чем на треть). Тогда оптимальный вариант аккумулятора для зимнего времени 8А·ч х 2 = 16А·ч.
Количество энергии, которую может хранить аккумулятор меняется в зависимости от температуры. Так, запасённая энергия при 0°С на 15% меньше, чем при 20°С, поэтому умножаем 16А·ч х 1.15 = 18.4 А·ч .
Подбираем инвертор
Далее нам нужно использовать инвертор, для преобразования постоянного напряжения от аккумулятора в привычные нам 220В. Оптимальный вариант для маленьких система это компактный 300Вт инвертор ИС2-12-300. Возьмём коэффициент потерь на преобразование 5%. Тогда 18.4 А·ч / 0.95 = 19.4 А·ч ., округлим полученное значение до 19А·ч.
ИС2-12-300 инвертор DC-AC (12В | 300Вт)
Рассчитываем время автономной работы
Солнце светит не каждый день, поэтому нам нужно учитывать пасмурные дни, дождь снег. Нам нужно для себя рассчитать в течение какого количество дней без солнца мы хотели бы иметь запас энергии. Это называется днями автономии. Скажем так, нам нужно 2 дня автономии, тогда 19А·ч. х 2 = 38А·ч, получается, совместно с 100Вт солнечной панелью мы должны использовать аккумулятор ёмкостью ~40А·ч. Можно чуть больше, можно чуть меньше.
Хорошим выбором является аккумулятор Delta GEL 12-33 – гелевый аккумулятор ёмкостью 33А·ч, оснащён цифровым индикатором напряжения, уровня заряда, а также количества отработанных дней. Под крышкой аккумулятора имеются дополнительный контейнеры со специализированным раствором, долив которого позволяет продлить срок службы батареи на 15-30%. Также не плохим выбором будет AGM аккумулятор ВОСТОК СК-1233 ёмкостью также 33А·ч.
Источник https://www.solarhome.ru/basics/solar/pv/pv-panels-connection.htm
Источник https://mywatt.ru/poleznaya-informaciya/skolko-energii-daet-solnechnaya-batareya-na-chto-hvatit-odnoj-solnechnoj-batarei
Источник https://reenergo.ru/blog/chto-mozhno-zapitat-ot-100vt-solnechnoj-paneli/
