Ηλιακά πάνελ για εξοχική κατοικία και σπίτι: τύποι, αρχή λειτουργίας και διαδικασία υπολογισμού ηλιοσυστημάτων

Η επιστήμη μας χάρισε την εποχή που η τεχνολογία αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας έγινε ευρέως διαθέσιμη. Κάθε ιδιοκτήτης έχει τη δυνατότητα να αποκτήσει φωτοβολταϊκά πάνελ για το σπίτι του. Οι ιδιοκτήτες εξοχικών κατοικιών δεν υστερούν σε αυτό το θέμα. Συχνά βρίσκονται μακριά από κεντρικές πηγές σταθερής ηλεκτροδότησης.

Σας προτείνουμε να εξοικειωθείτε με τις πληροφορίες που παρουσιάζουν τη δομή, τις αρχές λειτουργίας και τον υπολογισμό των λειτουργικών μονάδων ενός ηλιοσυστήματος. Η εξοικείωση με τις πληροφορίες που παραθέτουμε θα φέρει πιο κοντά την πραγματικότητα της τροφοδοσίας της ιδιοκτησίας σας με φυσική ηλεκτρική ενέργεια.

Για την καλύτερη κατανόηση των παρεχόμενων δεδομένων, επισυνάπτονται λεπτομερή σχήματα, εικόνες, φωτογραφίες και οδηγίες βίντεο.

Δομή και αρχή λειτουργίας ενός φωτοβολταϊκού πάνελ

Κάποτε, τα περίεργα μυαλά ανακάλυψαν για εμάς φυσικές ουσίες που, υπό την επίδραση των σωματιδίων του ηλιακού φωτός, των φωτονίων, παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. Η διαδικασία ονομάστηκε φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Οι επιστήμονες έμαθαν να ελέγχουν το μικροφυσικό φαινόμενο.

Με βάση ημιαγώγιμα υλικά, δημιούργησαν συμπαγείς ηλεκτρονικές συσκευές – τα φωτοστοιχεία.

Οι κατασκευαστές ανέπτυξαν την τεχνολογία συνένωσης μικροσκοπικών μετατροπέων σε αποδοτικά ηλιοπάνελ. Ο βαθμός απόδοσης των ηλιακών πάνελ από πυρίτιο που παράγονται ευρέως από τη βιομηχανία είναι 18-22%.

Από την περιγραφή του διαγράμματος είναι προφανές: όλα τα συστατικά στοιχεία του ηλεκτρικού σταθμού είναι εξίσου σημαντικά – η σωστή επιλογή τους καθορίζει την ομαλή λειτουργία του συστήματος

Από τα πάνελ συναρμολογείται η φωτοβολταϊκή συστοιχία. Είναι ο τελικός προορισμός του ταξιδιού των φωτονίων από τον Ήλιο στη Γη. Από εδώ, αυτά τα συστατικά της φωτεινής ακτινοβολίας συνεχίζουν την πορεία τους πλέον μέσα στο ηλεκτρικό κύκλωμα ως σωματίδια συνεχούς ρεύματος.

Κατανέμονται σε μπαταρίες ή μετατρέπονται σε φορτία εναλλασσόμενου ρεύματος τάσης 220 βολτ, τα οποία τροφοδοτούν διάφορες οικιακές συσκευές.

Το ηλιακό πάνελ είναι ένα σύμπλεγμα από συνδεδεμένες σε σειρά ημιαγωγικές συσκευές – φωτοβολταϊκά στοιχεία, που μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική.

Περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τις ιδιαιτερότητες της διάταξης και την αρχή λειτουργίας του ηλιακού πάνελ θα βρείτε σε ένα άλλο δημοφιλές άρθρο της ιστοσελίδας μας.

Τύποι φωτοβολταϊκών πάνελ

Οι ηλιακές μονάδες-πάνελ συναρμολογούνται από ηλιακά στοιχεία, αλλιώς – φωτοβολταϊκούς μετατροπείς. Μαζική εφαρμογή βρήκαν δύο είδη φωτοβολταϊκών στοιχείων.

Διαφέρουν ως προς τις ποικιλίες ημιαγωγού πυριτίου που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή τους, οι οποίες είναι:

• Πολυκρυσταλλικά. Πρόκειται για ηλιακά στοιχεία κατασκευασμένα από τήγμα πυριτίου μέσω παρατεταμένης ψύξης. Η απλή μέθοδος παραγωγής εξασφαλίζει προσιτή τιμή, αλλά η απόδοση της πολυκρυσταλλικής παραλλαγής δεν υπερβαίνει το 12%.
• Μονοκρυσταλλικά. Πρόκειται για στοιχεία που προκύπτουν από την κοπή σε λεπτές πλάκες τεχνητά καλλιεργημένου κρυστάλλου πυριτίου. Η πιο αποδοτική και ακριβή επιλογή. Μέση απόδοση περίπου 17%, μπορείτε να βρείτε μονοκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά στοιχεία με υψηλότερη απόδοση.

Τα πολυκρυσταλλικά ηλιακά στοιχεία έχουν επίπεδο τετράγωνο σχήμα με ανομοιογενή επιφάνεια. Οι μονοκρυσταλλικές ποικιλίες μοιάζουν με λεπτά τετράγωνα ομοιόμορφης επιφανειακής δομής με κομμένες γωνίες (ψευδοτετράγωνα).

Έτσι μοιάζουν τα φωτοβολταϊκά στοιχεία – οι φωτοβολταϊκοί μετατροπείς: τα χαρακτηριστικά του ηλιακού πάνελ δεν εξαρτώνται από την ποικιλία των χρησιμοποιούμενων στοιχείων – αυτό επηρεάζει μόνο το μέγεθος και την τιμή

Τα πάνελ της πρώτης εκτέλεσης με την ίδια ισχύ είναι μεγαλύτερα σε μέγεθος από τα δεύτερα λόγω μικρότερης απόδοσης (18% έναντι 22%). Αλλά είναι, κατά μέσο όρο, περίπου δέκα τοις εκατό φθηνότερα και έχουν μεγαλύτερη ζήτηση.

Για τους κανόνες και τις λεπτομέρειες επιλογής ηλιακών μπαταριών για την τροφοδοσία αυτόνομης θέρμανσης μπορείτε να διαβάσετε εδώ.

Διάγραμμα λειτουργίας ηλιακής ηλεκτροδότησης

Όταν περιδιαβαίνετε με το βλέμμα τα μυστηριωδώς ακουόμενα ονόματα των εξαρτημάτων που αποτελούν το σύστημα τροφοδοσίας με ηλιακό φως, έρχεται η σκέψη για την υπερτεχνική πολυπλοκότητα της συσκευής.

Σε μικροεπίπεδο της ζωής του φωτονίου είναι έτσι. Αλλά παραστατικά το γενικό διάγραμμα του ηλεκτρικού κυκλώματος και η αρχή λειτουργίας του φαίνονται πολύ απλά. Από το ουράνιο φωτιστικό μέχρι τη «λάμπα του Ιλίτσα» μόνο τέσσερα βήματα.

Τα ηλιακά πλαίσια – το πρώτο συστατικό του σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Πρόκειται για λεπτές ορθογώνιες πάνελ, συναρμολογημένες από συγκεκριμένο αριθμό τυπικών φωτοβολταϊκών πλακών. Οι κατασκευαστές κατασκευάζουν φωτοπάνελ διαφορετικά ως προς την ηλεκτρική ισχύ και την τάση, πολλαπλάσια των 12 βολτ.

Οι συσκευές επίπεδου σχήματος τοποθετούνται εύκολα σε επιφάνειες εκτεθειμένες σε άμεσες ακτίνες. Τα αρθρωτά μπλοκ συνδυάζονται με αμοιβαίες συνδέσεις σε ηλιακή μπαταρία. Το έργο της μπαταρίας είναι να μετατρέπει την λαμβανόμενη ηλιακή ενέργεια, παράγοντας συνεχές ρεύμα καθορισμένης τιμής.

Οι συσκευές αποθήκευσης ηλεκτρικού φορτίου – μπαταρίες για ηλιακές μπαταρίες είναι γνωστές σε όλους. Ο ρόλος τους στο σύστημα ενεργειακής τροφοδοσίας από τον ήλιο είναι παραδοσιακός. Όταν οι οικιακοί καταναλωτές είναι συνδεδεμένοι σε κεντρικό δίκτυο, οι αποθηκευτές ενέργειας αποθηκεύουν ηλεκτρισμό.

Επίσης, συσσωρεύουν τα πλεονάσματά του, εάν το ρεύμα του ηλιακού στοιχείου είναι αρκετό για την τροφοδοσία των ηλεκτρικών συσκευών.

Η μπαταρία παρέχει στο κύκλωμα την απαιτούμενη ποσότητα ενέργειας και διατηρεί σταθερή τάση, μόλις η κατανάλωση σε αυτό αυξηθεί σε υψηλότερη τιμή. Το ίδιο συμβαίνει, για παράδειγμα, τη νύχτα όταν τα φωτοβολταϊκά πάνελ δεν λειτουργούν ή σε καιρό με λίγη ηλιοφάνεια.

Το σχέδιο ενεργειακής τροφοδοσίας σπιτιού με ηλιακούς συλλέκτες διαφέρει από τις εκδόσεις με συλλέκτες θερμότητας λόγω της δυνατότητας αποθήκευσης ενέργειας σε μπαταρία

Ο ελεγκτής είναι ένας ηλεκτρονικός διαμεσολαβητής μεταξύ του ηλιακού στοιχείου και των μπαταριών. Ο ρόλος του είναι να ρυθμίζει το επίπεδο φόρτισης των μπαταριών. Η συσκευή δεν επιτρέπει το βρασμό τους από υπερφόρτιση ή την πτώση του ηλεκτρικού δυναμικού κάτω από ένα ορισμένο όριο, απαραίτητο για τη σταθερή λειτουργία ολόκληρου του ηλιακού συστήματος.

Αναστροφέας, αυτή είναι η κυριολεκτική εξήγηση του όρου inverter για ηλιακούς συλλέκτες. Ναι, στην πραγματικότητα, αυτός ο κόμβος εκτελεί μια λειτουργία που κάποτε φαινόταν φανταστική στους ηλεκτρολόγους μηχανικούς.

Μετατρέπει το συνεχές ρεύμα του ηλιακού στοιχείου και των μπαταριών σε εναλλασσόμενο με διαφορά δυναμικού 220 βολτ. Αυτή η τάση είναι η τυπική για τη συντριπτική πλειοψηφία των οικιακών ηλεκτρικών συσκευών.

Η ροή ηλιακής ενέργειας είναι ανάλογη με τη θέση του ήλιου: κατά την εγκατάσταση των στοιχείων, καλό είναι να προβλέπεται ρύθμιση της γωνίας κλίσης ανάλογα με την εποχή

Μέγιστο φορτίο και μέση ημερήσια κατανάλωση ενέργειας

Η απόλαυση μιας δικής σας ηλιακής μονάδας κοστίζει ακόμα αρκετά. Το πρώτο βήμα προς την απόκτηση της δύναμης της ηλιακής ενέργειας είναι ο καθορισμός του βέλτιστου μέγιστου φορτίου σε κιλοβάτ και της λογικής μέσης ημερήσιας κατανάλωσης ενέργειας σε κιλοβατώρες για το σπίτι ή το εξοχικό.

Το μέγιστο φορτίο δημιουργείται από την ανάγκη ταυτόχρονης ενεργοποίησης πολλών ηλεκτρικών συσκευών και καθορίζεται από τη μέγιστη συνολική ισχύ τους, λαμβάνοντας υπόψη τις υψηλότερες χαρακτηριστικές εκκίνησης ορισμένων από αυτές.

Ο υπολογισμός της μέγιστης κατανάλωσης ισχύος επιτρέπει τον εντοπισμό του ποιες ηλεκτρικές συσκευές είναι ζωτικής σημασίας να λειτουργούν ταυτόχρονα και ποιες όχι. Σε αυτόν τον δείκτη υπόκεινται τα χαρακτηριστικά ισχύος των μονάδων του σταθμού παραγωγής ενέργειας, δηλαδή το τελικό κόστος της συσκευής.

Η ημερήσια κατανάλωση ενέργειας μιας ηλεκτρικής συσκευής μετράται με το γινόμενο της μεμονωμένης ισχύος της επί τον χρόνο που λειτούργησε από το δίκτυο (κατανάλωσε ηλεκτρική ενέργεια) κατά τη διάρκεια της ημέρας. Η συνολική μέση ημερήσια κατανάλωση ενέργειας υπολογίζεται ως το άθροισμα τηε ενέργειας που κατανάλωσε ο κατανάλωτήε κατά τη διάρκεια τηε ημέρα.

Η επακόλουθη ανάλυση και βελτιστοποίηση των ληφθέντων δεδομένων φορτίων και κατανάλωσης ενέργειας θα εξασφαλίσουν τον απαιτούμενο εξοπλισμό και την επακόλουθη λειτουργία του ηλιακού ενεργειακού συστήματος με ελάχιστο κόστος.

Το αποτέλεσμα της κατανάλωσης ενέργειας βοηθά στην ορθολογική προσέγγιση της δαπάνης της ηλιακής ηλεκτρικής ενέργειας. Το αποτέλεσμα των υπολογισμών είναι σημαντικό για τον περαιτέρω υπολογισμό της χωρητικότητας των μπαταριών. Από αυτήν την παράμετρο εξαρτάται ακόμα περισσότερο η τιμή της μπαταρίας, ενός αρκετά ακριβού εξαρτήματος του συστήματος.

Διαδικασία υπολογισμού ενεργειακών δεικτών

Η διαδικασία υπολογισμών κυριολεκτικά ξεκινά με ένα οριζόντιο τοποθετημένο, με τετράγωνα, ανοιγμένο φύλλο τετραδίου. Με ελαφριές γραμμές μολυβιού, από το φύλλο προκύπτει ένα έντυπο με τριάντα στήλες και σειρές όσες και οι οικιακές ηλεκτρικές συσκευές.

Προετοιμασία για αριθμητικούς υπολογισμούς

Η πρώτη στήλη σχεδιάζεται παραδοσιακά – ο αύξων αριθμός. Η δεύτερη στήλη – η ονομασία της ηλεκτρικής συσκευής. Η τρίτη – η ατομική της κατανάλωση ισχύος.

Οι στήλες από την τέταρτη έως την εικοστή έβδομη – οι ώρες της ημέρας από 00 έως 24. Σε αυτές, μέσω οριζόντιάς γραμμής κλάςματός, κατσχωρούνται:

• σςον αριαΘητή – ο χρόνος λειτοουργίας ςης συσκευής κσςά ςη διάρκεια ςης συγκεκριμέης ώρας ε δεκαδική μορφή (0,0);
• σςον πάρονομαςτή – και πάλης η αςομική κσςνάλωση ισχύος ςης (αυςή η επάάληψη χρειάζεσςι γι λύ μσμβμσμό ςν ωριών φοργίων).

Η εικοστή όγδοη σςήλη – ο συνολικό χρόνο ςο λειτοργεί ο οικιακή συσκευή κσά ςη διάρκεια ςης ημέρς. Σςην εικοστή ένση – κσςγράφεσςι ο προσωπική κανάλση εμέργειας ςης συσκευής σς απςήλσμσ ςου ςλσςιμσύ ςης αςμικής καςάλσς ίσύος μ το χρόνο λειτουργίας κσά ςη ημερήσ ρήοδο.

Η κςάρση ανλύτικής ροδφής κσνλτν λαμβνονσς υπόψη τ ωρί φρτί θ βοηθςει ν δτήρσ περισσότρς οκείς συσκευές, χάρη στην ορθολογική χρήση ς.

Η ριακοσή σςήλη είνι επίρς ςπιή – σημείωση. Θ φνεί ρήσιμη γι νδιάμσους υογισμούς.

Σύνταξη προδιαγραφών των καταναλωτών

Σς ώμνο σάδιο υογισμών – η μαρπή ςου ντύπυ ςετραδίου σε ροδφή οικκαών κσναλωών ηλεκρκής ένέργεας. Μ ςην ρίη σςήλη είνι ξκάθρ. Εδώ ςοθεονι ϊ ύονες ριθμοί ςν γρμμν.

Σ ύη σςήλη κσγράφονι ι οομασές ςν κςναλσών μέργειας. Συνςσάςι ι ξκνάςη ςη μπλήωσ μ ης ηλεκρές συσκευές ςυ χρ. Ση νέια ρφγονι λοι χρο αριςρόσρ ή δξιόσρφ (ες βολέε τν κθένα).

Αν πάχι ύερο (κ.λπ.) όρφος, η ιαδικασία είνι η ίδι: πό ςη σκά – κυκλικά. Τσχρόν, μν ξχνάς ςη συσκευές σ ςη κιμακσάά κ ςο εωερικό φσμό.

Σς ρίη σςήλη μ ςν ένειξη ίσχύος ποέναν ςπό ςη οομασία κάε ηετρικής συσκευής είνι καλύερ να ςη συμπλρώνετε ασχρόνα μ ςη δεύερη.

Οι στήλες από την τέταρτη έως την εικοστή έβδομη αντιστοιχούν η κάθε μία στη δική της ώρα της ημέρας. Για ευκολία, μπορείτε να τις χαράξετε αμέσως με οριζόντιες γραμμές στη μέση των γραμμών. Τα πάνω μισά των γραμμών που προκύπτουν είναι οι αριθμητές, τα κάτω μισά είναι οι παρονομαστές.

Αυτές οι στήλες συμπληρώνονται γραμμή προς γραμμή. Οι αριθμητές διαμορφώνονται επιλεκτικά ως χρονικά διαστήματα δεκαδικής μορφής (0,0), που αντικατοπτρίζουν τον χρόνο λειτουργίας της συγκεκριμένης ηλεκτρικής συσκευής σε εκείνη ή την άλλη συγκεκριμένη ωριαία περίοδο. Παράλληλα, εκεί όπου τοποθετούνται οι αριθμητές, εγγράφονται οι παρονομαστές με την ένδειξη ισχύος της συσκευής, που λαμβάνεται από την τρίτη στήλη.

Αφού συμπληρωθούν όλες οι ωριαίες στήλες, προχωρούν στον υπολογισμό του ατομικού ημερήσιου χρόνου λειτουργίας των ηλεκτρικών συσκευών, κινούμενοι κατά μήκος των γραμμών. Τα αποτελέσματα καταγράφονται στα αντίστοιχα κελιά της εικοστής όγδοης στήλης.

Στην περίπτωση που ο ηλιακός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής παίζει βοηθητικό ρόλο, για να μην λειτουργεί το σύστημα άσκοπα, μέρος του φορτίου μπορεί να συνδεθεί σε αυτόν για μόνιμη τροφοδοσία.

Με βάση την ισχύ και τον χρόνο λειτουργίας υπολογίζεται διαδοχικά η ημερήσια κατανάλωση ενέργειας όλων των καταναλωτών. Αυτή σημειώνεται στα κελιά της εικοστής ένατης στήλης.

Όταν συμπληρωθούν όλες οι γραμμές και οι στήλες της προδιαγραφής, γίνονται οι υπολογισμοί των συνόλων. Προσθέτοντας ανά στήλη τις ισχύς από τους παρονομαστές των ωριαίων στηλών, λαμβάνονται τα φορτία κάθε ώρας. Αθροίζοντας από πάνω προς τα κάτω τις ατομικές ημερήσιες καταναλώσεις ενέργειας της εικοστής ένατης στήλης, βρίσκεται η συνολική μέση ημερήσια κατανάλωση.

Ο υπολογισμός δεν περιλαμβάνει την ιδία κατανάλωση του μελλοντικού συστήματος. Αυτός ο παράγοντας λαμβάνεται υπόψη με έναν βοηθητικό συντελεστή στους επόμενους τελικούς υπολογισμούς.

Ανάλυση και βελτιστοποίηση των ληφθέντων δεδομένων

Εάν η τροφοδοσία από τον ηλιακό σταθμό ηλεκτροπαραγωγής σχεδιάζεται ως εφεδρική, τα δεδομένα ωριαίας καταναλισκόμενης ισχύος και της συνολικής μέσης ημερήσιας κατανάλωσης ενέργειας βοηθούν στην ελαχιστοποίηση της δαπάνης του ακριβού ηλιακού ηλεκτρισμού.

Αυτό επιτυγχάνεται αποκλείοντας τους ενεργοβόρους καταναλωτές έως τη στιγμή της αποκατάστασης της κεντρικής ηλεκτροδότησης, ιδιαίτερα τις ώρες μέγιστων φορτίων.

Εάν το ηλιακό ενεργειακό σύστημα σχεδιάζεται ως πηγή συνεχούς ηλεκτροδότησης, τότε τα αποτελέσματα των ωριαίων φορτίων προβάλλονται. Είναι σημαντικό να κατανεμηθεί η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη διάρκεια της ημέρας, ώστε να εξαλειφθούν τα υπερβολικά επικρατούντα μέγιστα και τα έντονα κατώτατα σημεία.

Η εξάλειψη των αιχμών, η εξομάλυνση των μέγιστων φορτίων, η άρση των απότομων πτώσεων της κατανάλωσης ενέργειας επιτρέπουν την επιλογή των πιο οικονομικών επιλογών των μονάδων του ηλιακού συστήματος και εξασφαλίζουν σταθερή, και κυρίως, απροβλημάτιστη μακροχρόνια λειτουργία του ηλιακού σταθμού.

Το γράφημα θα αποκαλύψει την ανομοιομορφία της κατανάλωσης ενέργειας: καθήκον μας είναι να μετατοπίσουμε τα μέγιστα στην ώρα της μεγαλύτερης ηλιακής δραστηριότητας και να μειώσουμε τη συνολική ημερήσια κατανάλωση, ειδικά τη νυχτερινή.

Το παρουσιαζόμενο σχέδιο δείχνει τη μετατροπή του μη ορθολογικού γραφήματος που προέκυψε βάσει της συνταχθείσας προδιαγραφής σε βέλτιστο. Ο δείκτης ημερήσιας κατανάλωσης μειώθηκε από 18 σε 12 kWh, η μέση ωριαία φόρτιση από 750 σε 500 W.

Η ίδια αρχή βελτιστοποίησης θα είναι χρήσιμη όταν χρησιμοποιείται η επιλογή τροφοδοσίας από τον ήλιο ως εφεδρική. Δεν αξίζει ίσως να ξοδεύετε υπερβολικά για αύξηση της ισχύος των ηλιακών μονάδων και των μπαταριών για χάρη μιας προσωρινής ταλαιπωρίας.

Επιλογή μονάδων του ηλιοηλεκτρικού σταθμού

Για απλοποίηση των υπολογισμών, θα εξεταστεί η εκδοχή χρήσης της ηλιακής μπαταρίας ως κύριας πηγής ηλεκτρικής ενέργειας για το εξοχικό. Καταναλωτής θα είναι ένα υποθετικό εξοχικό σπίτι στην Περιφέρεια Ριαζάν, όπου κατοικούν μόνιμα από τον Μάρτιο έως τον Σεπτέμβριο.

Πρακτικοί υπολογισμοί, βασισμένοι στα δεδομένα του προαναφερθέντος ορθολογικού γραφήματος ωριαίας κατανάλωσης ενέργειας, θα δώσουν σαφήνεια στα επιχειρήματα:

• Συνολική μέση ημερήσια κατανάλωση ενέργειας = 12.000 βατώρες.
• Μέσο φορτίο κατανάλωσης = 500 βατ.
• Μέγιστο φορτίο 1.200 βατ.
• Φορτίο αιχμής 1.200 × 1,25 = 1.500 βατ (+25%).

Οι τιμές θα χρειαστούν για τον υπολογισμό της συνολικής χωρητικότητας των ηλιακών συσκευών και άλλων παραμέτρων λειτουργίας.

Προσδιορισμός της τάσης λειτουργίας του ηλιοσυστήματος

Η εσωτερική τάση λειτουργίας κάθε ηλιακού συστήματος βασίζεται σε πολλαπλάσια των 12 βολτ, ως της πιο κοινής ονμαστικής τάσης των μπαταριών. Τα εξαρτήματα των ηλιακών σταθμών: ηλιακές μονάδες, ελεγκτές, μετατροπείς – παράγονται ως επί το πλείστον για τις δημοφιλείς τάσεις 12, 24, 48 βολτ.

Η υψηλότερη τάση επιτρέπει τη χρήση καλωδίων τροφοδοσίας μικρότερης διατομής – πράγμα που σημαίνει αυξημένη αξιοπιστία επαφών. Από την άλλη πλευρά, οι μπαταρίες που χαλάνε σε δίκτυο 12V μπορούν να αντικαθίστανται μία προς μία.

Σε δίκτυο 24 βολτ, λαμβάνοντας υπόψη την ιδιαίτερότητα λειτουργίας των μπαταριών, η αντικατάσταση θα πρέπει να γίνεται μόνο ανά ζεύγη. Το δίκτυο 48V θα απαιτήσει αντικατάσταση και των τεσσάρων μπαταριών ενός κλάδου. Επιπλέον, στα 48 βολτ υπάρχει ήδη κίνδυνος ηλεκτροπληξίας.

Με ίδια χωρητικότητα και περίπου ίδια τιμή, θα πρέπει να αγοράζετε μπαταρίες με το μεγαλύτερο επιτρεπόμενο βάθος εκφόρτισης και το μεγαλύτερο ρεύμα.

Η κύρια επιλογή της ονομαστικής εσωτερικής τάσης του συστήματος σχετίζεται με τα χαρακτηριστικά ισχύος των μετατροπέων που παράγονται από τη σύγχρονη βιομηχανία και πρέπει να λαμβάνει υπόψη το μέγεθος του φορτίου αιχμής:

• από 3 έως 6 kW – 48 βολτ,
• από 1,5 έως 3 kW – 24 ή 48 V,
• έως 1,5 kW – 12, 24, 48 V.

Επιλέγοντας μεταξύ της αξιοπιστίας της καλωδίωσης και της ταλαιπωρίας αλλαγής μπαταριών, για το παράδειγμά μας θα σταθούμε στην αξιοπιστία. Στη συνέχεια, θα βασιστούμε στην τάση λειτουργίας του υπλογιζόμενου συστήματος των 24 βολτ.

Συγκρότηση της μπαταρίας με φωτοβολταϊκά πάνελ

Ο τύπς υπολογισμού της απαιτούμενης ισχύς από την ηλιακή μπαταρία έχει ως εξής:

Ρσμ = ( 1000 * Εσουτ ) / ( κ * Σιν ),

όπου:

• Ρσμ = ισχύς της ηλιακής μπαταρίας = συνολική ισχύς των ηλιακών μονάδων (πάνελ, W),
• 1000 = η αποδεκτή φωτοαισθησία των φωτοβολταϊκών μετατροπέων (kW/m²)
• Εσουτ = η ανάγκη ημερήσιας κατανάλωσης ενέργειας (kWh, στο παράδειγμά μας = 18),
• κ = εποχικός συντελεστής που λαμβάνει υπόψη όλες τις απώλειες (καλοκαίρι: 0,7; χειμώνα: 0,5),
• Σιν = πινακιακή τιμή ηλιοφάνειας (ροή ηλιακής ακτινοβολίας) υπό βέλτιστη κλίση των πάνελ (kWh/m²).

Η τιμή ηλιοφάνειας μπορεί να βρεθεί από την τοπική μετεωρολογική υπηρεσία.

Η βέλτιστη γωνία κλίσης των ηλιακών πάνελ ισούται με την τιμή γεωγραφικού πλάτους της τοποθεςίας:

• την άνοιξη και τυ φθινόπωρυ,
• συν 15 βαθμούς – τον χειμώνα,
• μείον 15 βαθμούς – τυ καλκαίρι.

Η Περιφέρεια Ριαζάν που εξετάζυται στυ παράδειγμά μας βρίσκεται στυ 55υ παραλλήλυ.

Η μέγιστη ισχύς των ηλιακών μπαταριών επιτυγχάνεται με τη ρήση συστημάτων παρακλύθησης, εποχική αλλαγή γωνίας κλίσης πάνελ, εφαρμγή μικτής διαφράς των μνάδων

Για τ χρνικό διάστημα από Μάρτιο έως Σεπτέμβριο, η βέλτιστη μη ρυθμιζόμενη κλίση της ηλιακής μπαταρίας είναι ίση με τη θερινή γωνία 40⁰ ως πρς την επιφάνεια του εδάφυς. Με αυτή την εγκατάσταση των μονάδων, η μέση ημερήσια ηλιοφάνεια του Ριαζάν για αυτήν την περίοδο είναι 4,73. Όλες οι πληροφρίες υπάρχυν, ας κάνυμε τν υπλγισμό:

Ρσμ = 1000 * 12 / ( 0,7 * 4,73 ) ≈ 3 600 βατ.

Αν λάβυμε ως βάση της ηλιακής μπαταρίας 100-βατ μνάδες, τότε θα χρειαστύν 36 τεμάχια. Θα ζυγίσυν γύρω στα 300 κιλά και θα κλύψυν επιφάνεια περίπυ 5 x 5 μ.

Διαγράμματα εγκατάστασης και επιλγές σύνδεσης ηλιακών μπαταριών πυ έχυν δκιμαστεί στην πράξη παρυσιάζνται εδώ.

Εγκατάσταση της μονάδας συσσωρευτών ενέργειας

Επιλέγντας μπαταρίες, πρέπει να καθοδηγείστε από τα αξιώματα:

1. ΔΕΝ είναι κατάλληλες για αυτόν τ σκπύ οι συνήθεις μπαταρίες αυτκινήτυ. Οι μπαταρίες ηλιακών σταθμών ηλεκτρπαραγωγής φέρυν την επικέτα «SOLAR».
2. Οι μπαταρίες πρέπει να αγράζνται μόν ίδιες σε όλες τις παραμέτρυς, κατά προτίμηση από μία μνάδα παρτίδα παραγωγής.
3. Ο χώρς όπυ στεγάζεται η μνάδα μπαταρίας πρέπει να είναι θερμός. Η βέλτιστη θερμκρασία όταν ι μπαταρίες παρέχυν πλήρη ισχύ είναι 25⁰C. Με την πτώση της στ -5⁰C, η χωρητικότητα των μπαταριών μειώνεται κατά 50%.

Αν λάβυμε για τν υπλγισμό μία ενδεικτική μπαταρία τάσης 12 βλτ χωρητικότητας 100 αμπέρ/ώρα, δεν είναι δύσκλ να υπλγιστεί ότι για μία ώρα μπρεί να τρφδτήσει κατανλτές συνλικής ισχύς 1200 βατ. Αλλά αυτό σημαίνει πλήρη εκφόρτιση, κάτι πυ είναι εξαιρετικά ανεπιθύμητ.

Για μακροχρόνια λειτουργία μπαταριών, ΔΕΝ συνιστάται η μείωση της φόρτισής τους κάτω από 70%. Το όριο είναι 50%. Λαμβάνοντας ως «χρυσή τομή» το 60%, θέτουμε ως βάση για τους επόμενους υπολογισμούς ενεργειακό απόθεμα 720 Wh ανά 100 Ah χωρητικότητας μπαταρίας (1200 Wh x 60%).

Πιθανόν, η αγορά μιας μπαταρίας χωρητικότητας 200 Ah να είναι φθηνότερη από την αγορά δύο των 100 Ah, και ο αριθμός των επαφών σύνδεσης των μπαταριών θα μειωθεί.

Αρχικά, οι μπαταρίες πρέπει να εγκαθίστανται φορτισμένες στο 100% από σταθερή πηγή ρεύματος. Οι μπαταρίες πρέπει να καλύπτουν πλήρως τα φορτία κατά τη διάρκεια της νύχτας. Εάν ο καιρός δεν είναι ευνοϊκός, να διατηρούν τις απαραίτητες παραμέτρους του συστήματος και κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Είναι σημαντικό να ληφθεί υπόψη ότι η υπερβολική ποσότητα μπαταριών θα οδηγήσει σε συνεχή υποφόρτισή τους. Αυτό θα μειώσει σημαντικά τη διάρκεια ζωής τους. Η πιο ορθολογική λύση φαίνεται να είναι ο εξοπλισμός της μονάδας με μπαταρίες που έχουν ενεργειακό απόθεμα επαρκές για την κάλυψη της ημερήσιας κατανάλωσης ενέργειας.

Για να υπολογίσουμε την απαιτούμενη συνολική χωρητικότητα των μπαταριών, διαιρούμε τη συνολική ημερήσια κατανάλωση ενέργειας 12000 Wh με 720 Wh και πολλαπλασιάζουμε επί 100 Ah:

12 000 / 720 * 100 = 2500 Ah ≈ 1600 Ah

Συνολικά, για το παράδειγμά μας θα χρειαστούν 16 μπαταρίες χωρητικότητας 100 Ah ή 8 των 200 Ah, συνδεδεμένες σε σειρά-παράλληλα.

Επιλογή ενός καλού ελεγκτή

Γραμματική επιλογή ελεγκτή φόρτισης μπαταριών (μπαταρίες) – μια πολύ εξειδικευμένη εργασία. Οι παράμετροι εισόδου του πρέπει να αντιστοιχούν στα επιλεγμένα ηλιακά πάνελ, και η τάση εξόδου του στην εσωτερική διαφορά δυναμικού του ηλιακού συστήματος (στο παράδειγμά μας – 24 βολτ).

Ένας καλός ελεγκτής πρέπει υποχρεωτικά να παρέχει:

1. Πολυσταδιακή φόρτιση μπαταριών, που επεκτείνει σημαντικά τη διάρκεια αποτελεσματικής λειτουργίας τους.
2. Αυτόματη αμοιβαία σύνδεση-αποσύνδεση της μπαταρίας και του ηλιακού συλλέκτη, σε συσχέτιση με τη φόρτιση-εκφόρτιση.
3. Επανασύνδεση του φορτίου από την μπαταρία στον ηλιακό συλλέκτη και αντίστροφα.

Αυτός ο μικρός σε μέγεθος κόμβος είναι ένα πολύ σημαντικό εξάρτημα.

Εάν ένα μέρος των καταναλωτών (π.χ. φωτισμός) μετατραπεί σε απευθείας τροφοδοσία 12 βολτ από τον ελεγκτή, ο μετατροπέας θα χρειαστεί μικρότερης ισχύος, άρα φθηνότερος.

Από τη σωστή επιλογή του ελεγκτή εξαρτάται η απρόσκοπτη λειτουργία της ακριβής μονάδας μπαταριών και η ισορροπία ολόκληρου του συστήματος.

Επιλογή του καλύτερου μετατροπέα

Ο μετατροπέας επιλέγεται με τέτοια ισχύ ώστε να μπορεί να εξυπηρετεί μακροχρόνια το μέγιστο φορτίο. Η τάση εισόδου του πρέπει να αντιστοιχεί στην εσωτερική διαφορά δυναμικού του ηλιακού συστήματος.

Για την καλύτερη επιλογή, συνιστάται να δίνετε προσοχή στις παραμέτρους:

1. Η μορφή και η συχνότητα του παραγόμενου εναλλασσόμενου ρεύματος. Όσο πιο κοντά σε ημιτονοειδή κυματομορφή στα 50 Hz, τόσο καλύτερα.
2. Η απόδοση της συσκευής. Όσο υψηλότερο το 90% – τόσο καλύτερα.
3. Η ίδια κατανάλωση της συσκευής. Πρέπει να είναι ανάλογη με τη συνολική κατανάλωση ενέργειας του συστήματος. Ιδανικά – έως 1%.
4. Η ικανότητα της μονάδας να αντέχει σε σύντομες διπλές υπερφορτώσεις.

Η καλύτερη εκτέλεση – ένας μετατροπέας με ενσωματωμένη λειτουργία ελεγκτή.

Συναρμολόγηση οικιακού ηλιοσυστήματος

Σας ετοιμάσαμε μια φωτογραφική συλλογή που δείχνει παραστατικά τη διαδικασία συναρμολόγησης ενός οικιακού ηλιακού συστήματος από προκατασκευασμένες μονάδες:

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Βίντεο #1. Παρουσίαση εγκατάστασης ηλιακών μπαταριών στην οροφή του σπιτιού μόνοι σας:

Βίντεο #2. Επιλογή μπαταριών αποθήκευσης για ηλιακό σύστημα, τύποι, διαφορές:

Βίντεο #3. Εξοχικός ηλιακός σταθμός για όσους τα κάνουν όλα μόνοι τους:

Τα βήμα προς βήμα πρακτικά βήματα υπολογισμών που αναφέρθηκαν, η βασική αρχή της αποτελεσματικής λειτουργίας μιας σύγχρονης ηλιακής πάνελ μπαταρίας σε ένα οικιακό αυτόνομο ηλιακό σταθμό θα βοηθήσουν τους ιδιοκτήτες είτε ενός μεγάλου σπιτιού σε πυκνοκατοικημένη περιοχή είτε ενός εξοχικού σπιτιού στην ερημιά να αποκτήσουν ενεργειακή αυτάρκεια.

Θέλετε να μοιραστείτε προσωπική εμπειρία που αποκτήσατε κατά τη διάρκεια κατασκευής μίνι ηλιακού συστήματος ή μόνο μπαταρίας; Προέκυψαν ερωτήσεις στις οποίες θα θέλατε να λάβετε απάντηση; Βρήκατε λάθη στο κείμενο; Παρακαλώ, αφήστε τα σχόλιά σας παρακάτω στο πλαίσιο που βρίσκεται.