Солнечные электростанции

   Как работают солнечные электростанции для дома. Советы по выбору схемы и комплектующих элементов

Солнечные электростанции

   Солнечные электростанции, батареи расположенные на крыше

   Альтернативные источники электроэнергии все больше интересуют владельцев домов. Их привлекает дешевизна использования солнечной энергии. Но массовое внедрение устройств, работающих от световых потоков Солнца, сдерживается дороговизной оборудования и сложностью его подбора и монтажа. На самом деле собрать своими руками и эксплуатировать солнечную электростанцию по силам домашнему мастеру, даже ученику старших классов.

   Для этого надо:

  • ознакомиться с принципами работы схемы
  • определиться с задачами оборудования
  • подобрать наиболее подходящую комплектацию станции
  • провести механический монтаж всех элементов
  • собрать электрическую схему
  • проверить работоспособность и грамотно эксплуатировать

   Многочисленные практические эксперименты позволяют рекомендовать универсальную схему решения задач солнечной электростанции для дома.

   Типовая схема домашней электростанции с солнечной батареей:

Солнечные электростанции   
  Солнечные электростанции, типовая схема

   В ее состав входят:

  • модуль солнечных батарей на основе отдельных фото ячеек
  • контроллер
  • накопительные аккумуляторы электрической энергии
  • инвертор

   Следует хорошо представлять, что в солнечной электростанции роль солнечных батарей заключается не в прямом питании электрических потребителей (хотя в определенных ситуациях это вполне оправдано: часы, калькуляторы и подобные приборы), а в обеспечении заряда рабочих аккумуляторов схемы, которые:

  • получают электроэнергию от солнечных модулей
  • накапливают ее и передают потребителям

   Вопрос создания домашней станции следует начинать с определения ее нагрузки. Для этого надо проанализировать все потребители, которые будут работать от энергии Солнца. Их разделяют на два основных класса:

  • устройства, работающие от сети переменного тока 220 В
  • радиоэлектронная и компьютерная техника, функционирующая от постоянного тока напряжением 12/24В

   Электродвигатели холодильников, стиральных машин, пылесосов и других устройств работают только от сети ~220В/50Гц. Их придется подключать через устройство, которое из постоянной электроэнергии аккумуляторов формирует синусоидальные гармоники с необходимыми характеристиками. Этот прибор называют инвертором.

   Как он работает и способы его подбора под определенные нагрузки — тема отдельной статьи. А сейчас важно понять, что выходная мощность подбираемого инвертора должна обеспечивать надежную работу всех подключенных к нему потребителей и даже иметь небольшой запас. В целях экономии вполне допустим вариант поочередной эксплуатации потребителей переменного тока. Согласитесь, что иногда необязательно включать моющий пылесос на нагрев воды при работающей стиральной машине. Вполне разумно дождаться окончания стирки, а потом заняться пылесосом. Это значительно снизит нагрузку на инвертор.

   Переход на использование солнечной электростанции в доме следует совместить с заменой приборов осветительной сети. Нет смысла тратить энергию инвертора на нагрев нитей ламп накаливания. От них следует сразу отказаться, или в крайнем случае перейти на энергосберегающие лампы, работающие от напряжения = 24/12В. Это избавит от лишних трат энергии потому, что их, как и остальное радиоэлектронное и компьютерное оборудование можно запитать напрямую от постоянного напряжения накопительных аккумуляторов.

   Смотрите, что происходит: электронная схема, например, ноутбука работает от электроэнергии батареи =12В.

Солнечные электростанции
   АКБ от компьютера

   Для ее подзаряда используется блок питания, который преобразует переменное напряжение ~220В/50Гц в величину = 19В.

Солнечные электростанции
    Блок питания

   12 вольт вполне достаточно для работы этого ноутбука. Причем из него вообще можно изъять аккумулятор и питать напрямую от накопительных аккумуляторных батарей (АКБ). При таком способе создается порядка 40% экономии энергии по сравнению со способом ее двойного преобразования инвертором, а затем блоком питания.

   Зачем дополнительно нагружать создаваемую конструкцию ненужными устройствами, бессмысленно грея окружающий воздух сложными электронными приборами? Схему питания каждого бытового помощника надо хорошо продумать и подобным образом упростить его электропитание. Для этого потребуется совсем немного затрат:

  • отрезки провода
  • стандартные переходники

   В заключение такой работы будет не сложно рассчитать требуемую выходную мощность инвертора, а по ней уже подобрать подходящую модель для покупки.

Накопительные аккумуляторные батареи и модули солнечных батарей

   Теперь пришло время определиться с накопительными аккумуляторными батареями для домашней солнечной электростанции. Правила их выбора и основные характеристики здесь не рассматриваем — это объемная отдельная тема, которая будет подробно рассмотрена в другой статье. А сейчас заострим свое внимание на том, что эти аккумуляторные батареи должны надежно питать обе группы потребителей, которые мы кратко рассмотрели. Здесь тоже следует соблюдать очередность работы приборов и иметь какой-то запас.

   Определившись с задачей аккумуляторов (их емкостью и с суммарным выходным напряжением) можно подбирать модули солнечных батарей. Их современное производство выпускает большим ассортиментом с разными способами изготовления. Они обладают отличающимися друг от друга характеристиками и возможностями.

   Обратите внимание на то, что модули солнечных батарей:

  • по выходному напряжению должны соответствовать накопительным аккумумляторным батареям
  • обладать мощностью, способной при средних условиях освещения выдавать номинальный зарядный ток на рабочие аккумуляторы

   Есть еще одно устройство в этой схеме: контроллер. Он работает посредником между солнечными батареями и накопительными аккумуляторным батареям, регулируя процесс заряда. Рассмотрим упрощенную электросхему для солнечной электростанции, работающей без контроллеров. Это сделано для того, чтобы у вас было четкое понимание его назначения.

Солнечные электростанции

   Солнечные электростанции, простая схема с диодом

   В этой схеме контроллер убран, а вместо него работает обыкновенный диод. Почему так поступили? Единственная задача контроллера: подзаряд накопительных аккумуляторных батарей до 14÷14,5 В. Делает это он разными способами и работает периодически:

  • при повышенной солнечной активности
  • отсутствии потребления электроэнергии (аккумуляторы ничего не питают — не нужна зарядка)
  • заниженной емкости аккумуляторных батарей, когда они не справляются с нагрузкой и часть энергии потребителям идет от модулей солнечных батарей

   Полный заряд батареи выполняет МРРТ контроллер, занимающийся сканированием точки с максимальной мощностью отдачи у солнечной батареи. Это самая надежная, но дорогая конструкция. Остальные модели, особенно разработки On/Off вполне можно заменить силовым диодом. Он не даст в темное время суток перетекать току от аккумуляторных батарей к солнечной батарее, предотвратит их разряд. При этом способе не рекомендуется оставлять на длительное время солнечную электростанцию без нагрузки: аккумуляторы будут подзаряжаться без какого-либо ограничения, а нам необходимо обеспечить баланс между зарядом и расходом энергии. В этом случае можно исключить часть солнечной батареи из работы или с коммутировать дополнительно постоянную нагрузку: вентиляцию, обогрев, светильники…

Использование диода с отказом от контроллера удешевляет схему, но требует более тщательного наблюдения за ней и внесения ручных корректировок в работу.

   В заключение обратите внимание на самое главное при создании конструкции: все элементы схемы домашней солнечной электростанции работают в комплексе, а поэтому должны быть хорошо подобраны и сбалансированы между собой и потребителями.

   В следующих статьях будут рассмотрены устройство и принцип действия контроллеров, инверторов и аккумуляторных батарей для домашних солнечных электростанций.

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!