Установка сонячних батарей – це раціональний, екологічний та надійний спосіб забезпечити свій будинок чи підприємство електроенергією. Джерела традиційної енергії, такі як вугілля, бензин, дизельне паливо тощо. - Вичерпні. Їх формування Землі є тривалим процесом. Інша проблема невідновлюваних ресурсів — постійне підвищення цін та проблеми з їхньою доставкою. Звідси потреба та доцільність використання альтернативних ресурсів. Сонячна енергія вважається найкращим і найпопулярнішим джерелом - вона безкоштовна, знаходиться в природі удосталь і в найбільш стійкій формі.
Зміст статті:
Пристрій та принцип дії сонячної батареї
Енергія сонця перетворюється на електрику сонячними батареями. Це перетворення ґрунтується на принципі фотоелектричного ефекту, який відбувається у матеріалах, що мають різні характеристики провідності. Монокристалічні, полікристалічні та аморфні фотоелектричні модулі виготовлені з кремнію - відомого напівпровідника, здатного перетворювати іонізуюче випромінювання безпосередньо на електрику.
Напівпровідники мають простий p-n перехід - сторона "p" (позитивна) містить надлишок дірок, тоді як сторона "n" (негативна) містить надлишок електронів. Електрони рухаються від мінуса - з того місця, де вони є надлишку, до плюсу - де є їх недолік. Електричний струм виникає при контакті між двома такими напівпровідниками за наявності джерела напруги. В результаті фотоефекту, під впливом світла, енергія фотонів передається електронам речовини та утворюється їх упорядкований рух, тобто електричний струм. Кремній легують донорними та акцепторними домішками для утворення електронно-діркових переходів, щоб напівпровідник міг пропускати струм.
Фотоелектричні системи в залежності від їх типу та призначення комплектуються таким обладнанням:
- Сонячні батареї складаються з фотоелектричних елементів, укладених у раму. При виготовленні монокристалічних і полікристалічних фотоелементів використовують кристалічний кремній, при виробництві аморфних елементів — аморфний кремній. Найбільш високий ККД та гарні експлуатаційні характеристики забезпечують кристалічні пристрої. Аморфні панелі легші за кристалічні і краще працюють в умовах поганого освітлення, проте сильно поступаються в ефективності та довговічності. Монтаж сонячних панелей може виконуватися на даху та/або стінах будинків та земельних ділянках. Їх монтують на спеціальній металевій конструкції у добре освітленому сонцем місці під фіксованим кутом відповідно до географічного положення.
- Інвертори – це пристрої, які перетворюють потужність постійного струму (DC) на змінну форму (AC). Інвертори виконують ключову роль забезпечення електроенергією споживачів. Вони керують роботою всієї фотоелектричної системи, накопичують енергію в акумуляторних батареях та/або передають її в енергосистему, захищають мережу від перевантажень, перегріву, коротких замикань та інших ненормальних режимів за допомогою вбудованих захистів.
- Контролер заряду – це інтерфейс між масивом панелей та блоком акумуляторів. Він захищає акумулятор від перезарядки при її заряді і від глибокого розряду - при живленні навантаження. Отже, це збільшує термін служби АБ. Через світлодіоди контролер показує стан зарядки, такі як батарея недозаряджена, перезаряджена або глибоко розряджена. Контролер підключається до акумулятора, а потім до фотоелектричного масиву.
- Акумуляторні батареї призначені для накопичення та збереження енергії. Застосовуються в автономних та гібридних системах. Енергія сонця є періодичним джерелом - вона доступна лише вдень. Тому її можна використовувати для заряджання акумуляторів, які допомагають забезпечити прилади електрикою у разі нестачі світла або його відсутності.
- Навантаження — це електричні прилади, підключені до фотоелектричної системи. Більшість побутового навантаження споживають змінний струм. Постійний струм використовується для заряджання акумуляторів.
- Допоміжне обладнання для локального резервування - джерело, яке замінює електростанцію або централізовану мережу. Наприклад, встановлення дизель-генераторів на випадок, якщо система не забезпечує достатньої потужності.
Вибір обладнання для СЕС
При виборі електростанції та обладнання для неї, в першу чергу, слід визначити сумарне електроспоживання вашим будинком. Загальне споживання електроенергії є сумою споживання окремими приладами = загальна кількість ват-годин на день (Вт-год/день). Виходячи із сумарної витрати та з урахуванням втрат, вибираються компоненти електростанції:
- Розрахунок сонячних батарей для приватного будинку виконується з урахуванням загальних втрат енергії у системі. Стандартний коефіцієнт втрат становить приблизно 30% – він враховує пил на панелях, непрямі втрати сонячного світла тощо. У середньому вважається, що за оптимальних умов потужність панелі становить 70% від заявленої в технічній документації. Отже, потужність фотоелектричного масиву потрібно вибирати на ~30% більше загальної потреби житлового навантаження в електроенергії.
Наприклад, ви визначили, що для забезпечення будинку електрикою потрібна СЕС на 8 кВт. Для цієї системи знадобиться монокристалічних панелей:
Leapton LP210x210-M-55-MH-400W - 8000 / 400 = 20 шт.;
Risen RSM120-8-590M 590 W - 8000 / 590 = 13,6 шт. Приймаємо 14 шт. При цьому фактична потужність станції складе: 14*590=8260 Вт (8,2 кВт).
Ці моделі пристроїв наведені як приклад.
2. Вхідна потужність інвертора з міркувань ефективності та надійності має відповідати потужності СЕС. ККД перетворювача має бути не менше 95%, інакше система нестиме значні втрати.
3. Акумулятор повинен мати достатню ємність, щоб забезпечувати енергією прилади вночі та в похмурі дні. У фотоелектричних системах зазвичай застосовуються акумулятори глибокого циклу. Вони швидко заряджаються та розряджаються до низького рівня енергії. При виборі ємності в ампер-годинниках, розрахунковими величинами є загальна витрата навантаженням ват-годин у день і час автономної роботи. Сюди ж враховуються 15-20% стандартних втрат циклу зарядки-розрядки та умова, що рекомендована глибина розряду має перевищувати 40-90% енергії залежно від типу АБ. Загальна потужність виходить: 1,15 x (1,1÷1,6) x споживання Вт-год/день.
4. Контролер заряду розрахований на певну величину Inom та Unom. Вибирайте контролер відповідно до напруги модулів та акумуляторів, і переконайтеся, що він має достатню потужність для обробки струму від фотовольтаїчного модуля.
Послідовне та паралельне з'єднання сонячних панелей
Основним обладнанням будь-якої електростанції є сонячні панелі. Потужність, що генерується однією панеллю, мала, тому кілька пристроїв підключають послідовно/паралельно, щоб отримати необхідну напругу/струм. Спосіб їх підключення має важливе значення - він впливає ефективність станції, а також на належну роботу інвертора.
-
Послідовне з'єднання створюється при з'єднанні плюсової клеми одного модуля з мінусової клеми іншого. При послідовному розміщенні напруга панелей підсумовується, а сила струму та потужність залишаються незмінними. Наприклад, якщо з'єднати послідовно два модулі з U номінальним 34,2 і I номінальним 11,7 А, напруга становитиме 68,4 В, а сила струму залишиться 11,7 А. Це важливо для інвертора - він функціонує при певному рівні напруги .
Підключення сонячних панелей до мережного інвертора залежить як від характеристик панелей та інвертора, і від схеми з'єднання. Наприклад, інвертор Solis S5-GR3P 8 кВт розрахований на пускову напругу 180 В, U номінальну 600 В, максимальну UDC = 1100 В. Робочий діапазон напруги МРРТ знаходиться в межах 160 -1000 В. При цьому рекомендована потужність фотоелектричного масиву не повинна перевищувати 12 . Для пуску інвертора вищезгаданих панелей з Uном. = 34,2 потрібно послідовно підключити від 6 шт. (<180/34,2 = 5,3 шт).
Таких послідовно з'єднаних ліній (стринг) може бути кілька, але не більше, ніж кількість ліній, на яку розраховано інвертор. Тобто. до моделі Solis S5-GR3P ми можемо приєднати дві лінії (стрінги) послідовних ланцюжків модулів, що не перевищують Uраб.макс. 1000 V. При цьому струм кожної зі стрінг залишається незмінним 11,7 ампер, що не перевищує максимального значення 16 ампер для входу інвертора.
2. Паралельне з'єднання створюється, коли плюсова клема одного модуля з'єднується в розподільчій коробці з плюсовою клемою іншого, а мінусові клеми - мінусової. Таке розташування призводить до збільшення струму при постійній напрузі. В результаті паралельного включення тих же модулів, напруга в ланцюзі залишиться на рівні 34,2 В, але сила струму збільшиться до 23,4 А. Таке підключення дозволяє підвищити потужність PV-масиву та виробляти більшу кількість е/е, не перевищуючи межі U робочого . Інвертори також мають обмеження силою струму, які не можна перевищувати при паралельному розміщенні.
3. Послідовно-паралельна схема підключення сонячних панелей є складнішою, ніж два попередні варіанти. Вона застосовується, як правило, для потужних промислових СЕС і дозволяє підняти як напругу, і струм. У цьому прикладі, при послідовно-паралельному з'єднанні двох модулів, отримаємо 68,4 вольт і 23,4 ампера.
Чим ще відрізняються послідовно та паралельно з'єднані фотоелектричні панелі?
У схемах із паралельним підключенням сонячних панелей використовуються контролери з технологією широтно-імпульсної модуляції струму заряду (ШІМ), у схемах із послідовним включенням - контролери з відстеженням точки максимальної потужності панелі (MPPT).
У послідовному ланцюжку при зниженні продуктивності / виході з ладу одного модуля, знизиться продуктивність / перестане працювати весь ланцюжок пристроїв. Вам доведеться знайти проблемний пристрій та усунути причину поломки, щоб вся лінія знову запрацювала. Якщо зниження продуктивності відбувається через тимчасове затінення одного або кількох модулів, ситуацію можна виправити за допомогою MPPT-контролерів. Вони відстежують пару напруги струму на кожному з пристроїв, при яких потужність буде максимально можливою. Застосування МРРТ-контролерів є ефективним і у разі різноспрямованих щодо сторін горизонту модулів.
У паралельному ланцюжку працездатність та продуктивність усіх модулів збережеться, навіть якщо один з них вийде з ладу. Насправді спосіб підключення фотовольтаических панелей залежить від використовуваного виду інвертора.
Для фахівців у галузі фотоелектричної енергетики немає нічого складного у схемах підключення сонячних панелей та інших елементів системи. Але для майбутнього власника СЕС це питання може бути скрутним. Якщо ви хочете, щоб обладнання було узгоджено за характеристиками та підключено таким чином, щоб електростанція була ефективною та забезпечувала кращу віддачу інвестицій – звертайтеся до професіоналів.
Які документи необхідні для встановлення сонячних батарей?
Електростанцію необхідно встановити відповідно до Правил та з урахуванням рекомендацій заводів-виробників обладнання. Обладнання має бути забезпечене технічною документацією та сертифікатами відповідності від виробників. При збільшенні потужності необхідно оформити відповідні технічні умови.
Для встановлення сонячних батарей під "зелений" тариф (ЗТ), власникам домашніх СЕС потрібно звернутися до районного підрозділу (електромережі) обленерго для реконструкції вузла обліку. Далі необхідно подати до обленерго такі документи:
- заява-повідомлення, завізована директором РЕМу та додатком - схемою підключення електростанції із зазначеним видом інвертора;
- ксерокопії документів та сертифікатів на обладнання;
- акт-протокол програмування двонаправленого лічильника е/е;
- акт перевірки вимірювальної системи;
- документи на право власності або дозвіл усіх співвласників будинку під час встановлення масиву на даху;
- проект - при зміні конструкції даху;
- паспорт власника, ідентифікаційний номер та довідка про наявність розрахункового рахунку у банку;
- договір про користування е/е.
Договір про продаж електрики за "зеленим" тарифом приватним домогосподарством укладається у постачальника універсальних послуг (організаціях збуту).
Юридичні особи можуть провадити, розподіляти електрику та здійснювати діяльність на ринку е/енергії лише за умови отримання ліцензії господарської діяльності, що видається НКРЕКУ. Перелік документів для юридичних осіб, необхідних для встановлення/перегляду ЗТ наведено у Постанові НКРЕКУ № 1817 від. 30.08.2019 року
