Установка солнечных батарей — это рациональный, экологичный и надежный способ обеспечить свой дом или предприятие электроэнергией. Источники традиционной энергии, такие как уголь, бензин, дизельное топливо и т.д. — исчерпаемые. Их формирование на Земле является длительным процессом. Другая проблема невозобновляемых ресурсов — постоянное повышение цен и проблемы с их доставкой. Отсюда потребность и целесообразность использования альтернативных ресурсов. Солнечная энергия считается лучшим и самым популярным источником — она бесплатна, находится в природе в изобилии и в наиболее устойчивой форме.
Содержание статьи:
Устройство и принцип действия солнечной батареи
Энергия солнца преобразуется в электричество солнечными батареями. Это преобразование основано на принципе фотоэлектрического эффекта, который происходит в материалах, имеющих разные характеристики проводимости. Монокристаллические, поликристаллические и аморфные фотоэлектрические модули изготовлены из кремния — известного полупроводника, способного преобразовывать ионизирующее излучение непосредственно в электричество.
Полупроводники имеют простой p-n переход — сторона "p" (положительная) содержит избыток дыр, в то время как сторона "n" (отрицательная) содержит избыток электронов. Электроны двигаются от минуса — с того места, где они имеются в избытке, к плюсу — где имеется их недостаток. Электрический ток возникает при контакте между двумя такими полупроводниками при наличии источника напряжения. В результате фотоэффекта, под воздействием света, энергия фотонов передается электронам вещества и образуется их упорядоченное движение, т. е. электрический ток. Кремний легируют донорными и акцепторными примесями для образования электронно-дырочных переходов, чтобы полупроводник был способным пропускать ток.
Фотоэлектрические системы в зависимости от их типа и назначения комплектуются следующим оборудованием:
- Солнечные батареи — состоят из фотоэлектрических элементов, заключенных в раму. При изготовлении монокристаллических и поликристаллических фотоэлементов используется кристаллический кремний, при производстве аморфных элементов — аморфный кремний. Наиболее высокий КПД и хорошие эксплуатационные характеристики обеспечивают кристаллические устройства. Аморфные панели легче кристаллических и лучше работают в условиях плохой освещенности, однако сильно уступают в эффективности и долговечности. Монтаж солнечных панелей может выполняться на крыше и/или стенах домов и земельных участках. Их монтируют на специальной металлической конструкции в хорошо освещенном солнцем месте под фиксированным углом в соответствии с географическим положением.
- Инверторы — это устройства, которые преобразуют мощность постоянного тока (DC) переменную форму (AC). Инверторы выполняют ключевую роль в обеспечении электроэнергией потребителей. Они управляют работой всей фотоэлектрической системы, накапливают энергию в аккумуляторных батареях и /или передают ее в энергосистему, защищают сеть от перегрузок, перегрева, коротких замыканий и других ненормальных режимом с помощью встроенных защит.
- Контроллер заряда — это интерфейс между массивом панелей и блоком аккумуляторов. Он защищает аккумуляторную батарею от перезарядки при ее заряде и от глубокого разряда — при питании нагрузки. Следовательно, это увеличивает срок службы АБ. Через светодиоды контроллер показывает состояние зарядки, такие как батарея недозаряжена, перезаряжена или глубоко разряжена. Контроллер подключается к аккумулятору, а затем к фотоэлектрическому массиву.
- Аккумуляторные батареи предназначены для накопления и сохранения энергии. Применяются в автономных и гибридных системах. Энергия солнца является периодическим источником — она доступна только днем. Поэтому ее можно использовать для зарядки аккумуляторов, которые помогают обеспечить приборы электричеством в случае недостатка света или его отсутствия.
- Нагрузка — электрические приборы, подключенные к фотоэлектрической системе. Большинство бытовой нагрузки потребляют переменный ток. Постоянный ток используется при зарядке аккумуляторов.
- Вспомогательное оборудование для локального резервирования — источник, который заменяет электростанцию или централизованную сеть. Например, установка дизель-генераторов на случай, если система не обеспечивает достаточной мощности.
Выбор оборудования для СЭС
При выборе электростанции и оборудования для нее, в первую очередь следует определить суммарное электропотребление вашим домом. Общее потребление электроэнергии является суммой потребления отдельными приборами = общее количество ватт-часов в день (Вт-час/день). Исходя из суммарного расхода и с учетом потерь, выбираются компоненты электростанции:
- Расчет солнечных батарей для частного дома выполняется с учетом общих потерь энергии в системе. Стандартный коэффициент потерь составляет примерно 30% — он учитывает пыль на панелях, косвенные потери солнечного света и т.д. В среднем считается, что при оптимальных условиях, мощность панели составляет 70% от заявленной в технической документации. Следовательно, мощность фотоэлектрического массива нужно выбирать на ~30% больше от общей потребности жилищной нагрузки в электроэнергии.
Например, вы определили, что для обеспечения дома электричеством нужна СЭС на 8 кВт. Для этой системы понадобится монокристаллических панелей:
- Leapton LP210x210-M-55-MH-400W — 8000 / 400 = 20 шт.;
- Risen RSM120-8-590M 590 W — 8000 / 590 = 13,6 шт. Принимаем 14 шт., при этом фактическая мощность станции составит: 14*590=8260 Вт (8,2 кВт).
Эти модели устройств приведены в качестве примера.
2. Входная мощность инвертора из соображений эффективности и надежности должна соответствовать мощности СЭС. КПД преобразователя должен быть не менее 95%, в противном случае система будет нести значительные потери.
3. Аккумулятор должен иметь достаточную емкость, чтобы обеспечивать энергией приборы ночью и в пасмурные дни. В фотоэлектрических системах, как правило, применяются аккумуляторы глубокого цикла. Они быстро заряжаются и разряжаются до низкого уровня энергии. При выборе емкости в ампер-часах, расчетными величинами являются общий расход нагрузкой ватт-часов в день и время автономной работы. Сюда же учитываются 15-20% стандартных потерь цикла зарядки-разрядки и условие, что рекомендованная глубина разряда не должна превышать 40-90% энергии в зависимости от типа АБ. Общая мощность получается: 1,15 x (1,1÷1,6) x потребление Вт-ч/день.
4. Контроллер заряда рассчитан на определенную величину Inom и Unom. Выбирайте контроллер в соответствии с напряжением модулей и аккумуляторов, и убедитесь, что он имеет достаточную мощность для обработки тока от фотовольтаического модуля.
Последовательное и параллельное соединение солнечных панелей
Основным оборудованием любой электростанции являются солнечные панели. Мощность, генерируемая одной панелью, мала, поэтому несколько устройств подключают последовательно / параллельно, чтобы получить требуемое напряжение/ток. Способ их подключения имеет важное значение — он влияет на эффективность станции, а также на должную работу инвертора.
- Последовательное соединение создается при соединении плюсовой клеммы одного модуля с минусовой клеммой другого. При последовательном размещении напряжение панелей суммируется, а сила тока и мощность остаются неизменными. Например, если соединить последовательно два модуля с U номинальным 34,2 В и I номинальным 11,7 А, напряжение будет составлять 68,4 В, а сила тока останется 11,7 А. Это важно для инвертора — он функционирует при определенном уровне напряжения.
Подключение солнечных панелей к сетевому инвертору зависит как от характеристик панелей и инвертора, так и от схемы соединения. Например, инвертор Solis S5-GR3P 8 кВт рассчитан на пусковое напряжение 180 В, U номинальное 600 В, максимальное UDC =1100 В. Рабочий диапазон напряжения МРРТ находится в пределах 160 -1000 В. При этом рекомендованная мощность фотоэлектрического массива не должна превышать 12 кВт. Для пуска инвертора вышеупомянутых панелей с Uном.= 34,2 В нужно последовательно подключить от 6 шт. (<180/34,2=5,3 шт).
Таких последовательно соединенных линий (стринг) может быть несколько, но не более, чем количество линий, на которое рассчитан инвертор. Т.е. к модели Solis S5-GR3P мы можем присоединить 2 линии (стринги) последовательных цепочек модулей, не превышающих Uраб.макс. 1000 V. При этом ток каждой из стринг остается неизменным 11,7 ампер, что не превышает максимального значения 16 ампер для входа инвертора.
2. Параллельное соединение создается, когда плюсовая клемма одного модуля соединяется в распределительной коробке с плюсовой клеммой другого, а минусовые клеммы — с минусовой. Такое расположение приводит к увеличению тока при неизменном напряжении. В результате параллельного включения тех же модулей, напряжение в цепи останется на уровне 34,2 В, но сила тока увеличится до 23,4 А. Такое подключение позволяет повысить мощность PV-массива и производить большее количество э/э, не превышая пределы U рабочего. Инверторы также имеют ограничения по силе тока, которые нельзя превышать при параллельном размещении.
3. Последовательно-параллельная схема подключения солнечных панелей является более сложной, чем два предыдущих варианта. Она применяется, как правило, для мощных промышленных СЭС и позволяет поднять как напряжение, так и ток. В рассматриваемом выше примере, при последовательно-параллельном соединении двух модулей, получим 68,4 вольт и 23,4 ампера.
Чем еще отличаются последовательно и параллельно соединенные фотоэлектрические панели?
В схемах с параллельным подключением солнечных панелей используются контроллеры с технологией широтно-импульсной модуляции тока заряда (ШИМ), в схемах с последовательным включением — контроллеры с отслеживанием точки максимальной мощности панели (MPPT).
В последовательной цепочке при снижении производительности / выходе из строя одного модуля, снизится производительность / перестанет работать вся цепочка устройств. Вам придется найти проблемное устройство и устранить причину поломки, чтобы вся линия снова заработала. Если снижение производительности происходит по причине временного затенения одно или нескольких модулей, ситуацию можно исправить с помощью MPPT-контроллеров. Они отслеживают пару ток-напряжение на каждом из устройств, при которых мощность будет максимально возможной. Применение МРРТ-контроллеров эффективно и в случае разнонаправленных относительно сторон горизонта модулей.
В параллельной цепочке работоспособность и производительность всех модулей сохранится, даже если один из них выйдет из строя. На практике способ подключения фотовольтаических панелей зависит от используемого вида инвертора.
Для специалистов в области фотоэлектрической энергетики нет ничего сложного в схемах подключения солнечных панелей и других элементов системы. Но для будущего владельца СЭС этот вопрос может быть затруднительным. Если вы хотите, чтобы оборудование было согласовано по характеристикам и подключено таким образом, чтобы электростанция была эффективной и обеспечивала лучшую отдачу инвестиций — обращайтесь к профессионалам.
Какие документы нужны для установки солнечных батарей?
Электростанцию необходимо установить в соответствии с Правилами и с учетом рекомендаций заводов-изготовителей оборудования. Оборудование должно быть обеспечено технической документацией и сертификатами соответствия от производителей. При увеличении мощности, необходимо оформить соответствующие технические условия.
Для установки солнечных батарей под "зеленый" тариф (ЗТ), владельцам домашних СЭС нужно обратиться в районное подразделение (электросети) облэнерго с для реконструкции узла учета. Далее необходимо подать в облэнерго следующие документы:
- заявление-сообщение, завизированное директором РЭСа и приложением — схемой подключения электростанции с указанным видом инвертора;
- ксерокопии документов и сертификатов на оборудование;
- акт-протокол программирования двунаправленного счетчика э/э;
- акт проверки измерительной системы;
- документы на право собственности или разрешение всех совладельцев дома при установке массива на крыше;
- проект — при изменении конструкции крыши;
- паспорт владельца, идентификационный номер и справка о наличии расчетного счета в банке;
- договор о пользовании э/э.
Договор о продаже электричества по "зеленому" тарифу частным домохозяйством заключается у поставщика универсальных услуг (организациях сбыта).
Юридические лица могут производить, распределять электричество и осуществлять деятельность на рынке э/энергии только при условии получения лицензии хозяйственной деятельности, которая выдается НКРЭКУ. Перечень документов для юридических лиц, необходимых для установления / пересмотра ЗТ приведен в Постановлении НКРЭКУ № 1817 от. 30.08.2019 года
