Схеми и начини на свързване на слънчеви батерии: как да проведете правилно монтажа на слънчевия панел

Алтернативен източник на енергия на базата на слънчеви батерии – отличен вариант за организиране на независимо енергоснабдяване. Той ще осигури висока енергийна ефективност не само в горещите дни, но и в облачно време. Би било добре да имате такова устройство у дома, нали?

За това трябва само грамотно да подберете техническите компоненти и да извършите монтажа. Всеки може да направи това, познавайки схемите и начините на свързване на слънчевите батерии. Ще разкажем как се изгражда производителна система, преобразуваща “зелената енергия” в електричество, необходимо за захранване на битовото оборудване.

Освен това ще научите как да изберете място за инсталиране на хелиопанели и как да ги съчетаете със стационарната електромрежа. Полезни съвети и важни препоръки ще окажат действена помощ на домашните майстори. За опростяване на възприятието са предоставени тематични снимки, схеми и видеоклипове.

Устройство на слънчева батерия

Планирайки да извършите свързването на слънчеви панели сами, е необходимо да имате представа от какви елементи се състои системата.

Слънчевите панели се състоят от комплект батерии на фотоелектрически елементи, основното предназначение на които е да преобразуват слънчевата енергия в електрическа. Силата на тока на системата зависи от интензитета на светлината: колкото по-ярко е излъчването, толкова по-голям ток се генерира.

Основните конструктивни елементи на системата са:

• Слънчева батерия – преобразува слънчевата светлина в електрическа енергия.
• Акумулатор – химически източник на ток, който натрупва генерираната електроенергия.
• Контролер на зареждането – следи за напрежението на акумулаторите.
• Инвертор, който преобразува постоянното електрическо напрежение на акумулаторната батерия в променливо 220V, необходимо за функционирането на осветителната система и работата на битовата техника.
• Предпазители, монтирани между всички елементи на системата и защитаващи системата от късо съединение.
• Комплект конектори по стандарт МС4.

Освен основната задача на контролера – да следи за напрежението на акумулаторите, устройството при необходимост изключва определени елементи. Ако показанието на клемите на акумулатора през деня достигне стойност от 14 волта, което показва презареждане, контролерът прекъсва зареждането.

Освен слънчевия модул, в устройството на такава електроцентрала влизат фотоелектрически преобразуватели – контролер и инвертор, както и свързани към тях акумулатори

През нощния период, когато показанието на напрежението на акумулаторите достигне пределно ниска стойност от 11 волта, контролерът спира работата на електроцентралата.

Къде е най-добре да се инсталират панелите?

Първото нещо, което трябва да се направи, преди да се монтира и свърже слънчевата батерия, е да се определи мястото за разполагане на агрегата.

За монтиране на фотоелектрически модули е удобно да се използват стационарни конструкции, изработени от метални профили, или по-модернизирани въртящи се аналози

Слънчевите батерии могат да се разполагат практически във всяка добре осветена точка:

• на покрив на крайградска вила;
• на балкон на многофамилна сграда;
• на прилежащата към къщата територия.

Основното е да се осигурят необходимите условия за получаване на максимално производство на електроенергия. Едно от тях е ориентацията и ъгълът на наклон спрямо хоризонта. Така светопоглъщащата повърхност на агрегата трябва да бъде насочена на юг.

В идеален случай слънчевите лъчи трябва да падат върху нея под 90°. За да се постигне този ефект, е необходимо да се избере оптимален ъгъл на наклон в зависимост от климатичните условия на региона. За всеки регион този показател е различен.

За да се осигури максимална производителност на слънчевите батерии, ъгълът на наклон на устройствата се препоръчва да се променя 2-4 пъти годишно: на 18 април, 24 август, 7 октомври и 5 март.

Например, в Московския регион ъгълът на наклон на разположението на повърхността на слънчевите батерии за летните месеци е 15-20°, а през зимните месеци се променя до 60-70°.

При разполагане на слънчевите батерии върху прилежащата към къщата територия, панелите е по-добре да се повдигнат над повърхността на почвата с поне половин метър – в случай на голямо количество снеговалеж. Такова решение е правилно и в това отношение, че осигурява достатъчно разстояние за циркулация на въздуха.

Струва си да се помни, че дори малка сянка влияе пагубно на производството на електричество от агрегата. Панелите трябва да се разполагат само на места, които не са подложени дори на най-малко засенчване.

Някои «майстори» с цел защита на батериите монтират отгоре на панелите допълнително стъкло, но дори при видима прозрачност стъкленият слой е способен да намали КПД на панелите с 30%.

Съществуват няколко начина за фиксиране на панелите:

• посредством използване на притискащи фиксатори;
• чрез болтово свързване през отвори, разположени в долната част на рамката.

Носещата конструкция трябва да бъде изработена от корозионноустойчиви материали. Независимо от метода на монтаж в конструкцията на панелите не могат да се внасят промени и да се пробиват допълнителни отвори.

Задачата на собственика на къщата е да поддържа панелите в чист вид. Натрупванията върху екрана от прах, сняг и птичи тор с поне 10% намаляват количеството електроенергия, произведено от системата.

Варианти на свързване на хелиобатерии

Слънчевите батерии се състоят от няколко отделни панела. За да се увеличат изходните параметри на системата като мощност, напрежение и ток, елементите се свързват помежду си, прилагайки законите на физиката.

Свързването на няколко панела помежду си може да се извърши, като се приложи една от трите схеми за монтаж на слънчеви батерии:

• паралелна;
• последователна;
• смесена.

Паралелната схема предполага свързване на едноименните клеми една с друга, при което елементите имат два общи възела на събиране на проводниците и тяхното разклонение.

При паралелната схема „плюсовете“ се свързват с „плюсовете“, а „минусите“ с „минусите“, в резултат на което изходният ток се увеличава, а напрежението на изхода остава в границите на 12 волта

Големината на максимално възможния ток на изхода при паралелна схема е правопропорционална на броя на свързаните елементи. Принципите за изчисляване на броя са дадени в препоръчаната от нас статия.

Последователната схема предполага свързване на противоположните полюси: „плюсът“ на първия панел към „минуса“ на втория. Останалият неизползван „плюс“ на втория панел и „минусът“ на първата батерия се свързват към разположения по-нататък по схемата контролер.

Такъв вид свързване създава условия за протичане на електрически ток, при което остава единствен път за пренос на енергията от източника към потребителя.

При последователна схема на свързване напрежението на изхода се увеличава и достига стойност от 24 волта, което е достатъчно за захранване на преносима техника, светодиодни лампи и някои електроприемници.

Последователно-паралелната или смесена схема най-често се използва при необходимост от свързване на няколко групи батерии. Чрез прилагането на тази схема на изхода могат да се увеличат както напрежението, така и токът.

При последователно-паралелна схема на свързване напрежението на изхода достига стойност, чиито характеристики са най-подходящи за решаване на по-голямата част от битовите задачи.

Такъв вариант е изгоден и в това отношение, че в случай на повреда на един от конструктивните елементи на системата, другите свързващи вериги продължават да функционират. Това значително повишава надеждността на работата на цялата система.

Принципът на изграждане на комбинирана схема се основава на това, че устройствата във всяка група се свързват паралелно. А свързването на всички групи в една верига се осъществява последователно.

Комбинирайки различни видове свързвания, няма да е трудно да се сглоби батерия с необходимите параметри. Основното е, че броят на свързаните елементи трябва да бъде такъв, че работното напрежение, подавано към акумулаторите, като се вземе предвид спадането му в зарядната верига, да надвишава напрежението на самите акумулатори, а товарният ток на батерията да осигурява необходимата стойност на заряден ток.

Схема на сглобяване на слънчева електросистема

Свързването на слънчевите панели се осъществява чрез използване на вградени съединителни проводници с напречно сечение 4 мм². Най-подходящи за целта са едножилни медни проводници, чиято изолационна обвивка е устойчива на ултравиолетово лъчение.

В случай на използване на проводник, чиято изолация не е устойчива на въздействието на УВ-лъчи, външното му полагане се препоръчва да се извършва в гофрирана тръба.

Краят на всеки проводник е свързан с конектор от стандарт МС4 чрез запояване или обжим, благодарение на което се осигурява херметично съединение.

Независимо от избраната схема, преди свързването на слънчевите панели е задължително да се провери правилността на електрическия монтаж.

При свързване на панелите не се препоръчва да се надвишават техническите изисквания за допустим ток и максимално напрежение на другите устройства. Важно е да се придържате към посочените от производителя технически изисквания на контролера за зареждане и инвертора.

Стандартната схема за сглобяване на най-простата слънчева електростанция изглежда по следния начин.

Схемата за свързване на панелите към акумулатора, инвертора и контролера е с просто изпълнение и поради това не създава особени затруднения при свързването.

За да се избегне повреда на контролера, при свързване на елементите на системата е важно да се спазва последователността.

Монтажните работи се извършват на няколко етапа:

1. Акумулаторът се свързва към контролера, като за целта се използват съответните конектори, като не се забравя да се спазва полярността.
2. Към контролера, чрез конекторите, при спазване на същата полярност, се присъединява слънчевата батерия.
3. Към конекторите на контролера се свързва товар от 12 V.
4. Ако е необходимо да се преобразува електрическото напрежение от 12 до 220 V, тогава във веригата се включва инвертор. Той се свързва само към акумулатора и в никакъв случай не директно към контролера.
5. Към свободния изход на инвертора се свързват електрически уреди, предназначени за напрежение 220 V.

След извършване на свързването трябва да се провери полярността и да се измери напрежението на празен ход на панелите. Ако показателят се различава от паспортната стойност – свързването е извършено неправилно.

За свързване на устройството към системата не е необходимо да се отваря разпределителната кутия – всички свързващи конектори са разположени на достъпно място.

На последния етап слънчевата батерия трябва да се заземи. За да се минимизира вероятността от късо съединение, на местата на свързване между акумулатора, инвертора и контролера се поставят предпазители.

Енергията от слънчевите електроцентрали ще намери приложение в захранването на маломощни домакински уреди и в зареждането на акумулатори на мобилна техника:

На желаещите да изградят слънчева батерия собственоръчно ще помогне информацията, предоставена в следващата статия.

Свързване на разнонаправени елементи

Използвайки последователна схема за монтаж на слънчеви батерии, за да не се намали ефективността на работа на устройствата, всички панели от общата верига трябва да се разполагат под един ъгъл и на една равнина.

Ако панелите се разполагат в различни равнини, това може да доведе до това, че по-близкият или по-осветеният панел ще работи по-мощно от разположените малко по-далеч.

Това означава, че по-близкият панел ще генерира електричество, част от което ще отиде за загряване на по-далечните панели. А причината се крие в това, че токът тече по пътя на най-малкото съпротивление. За да се минимизират загубите, за всяка панел е по-добре да се използва отделен контролер.

Основните изисквания при използване на контролера – мощност на свързваните панели над 1 kW и отдалеченост между батериите на достатъчно голямо разстояние.

Въпросът може да бъде решен и чрез инсталиране на блокиращи диоди. Те се поставят вътре между пластините. По този начин, когато пластините дават максимална мощност, те не прегряват.

От голямо значение е и падението на напрежение в съединенията, както и в самите проводници на нисковолтовата част на системата.

Таблица на несъответствието на предаваната мощност на сечението на проводника, като с червено са посочени параметрите, при които съществува риск от силно пожароопасно нагряване

Като пример може да послужи фактът, че на метрово парче кабел със сечение 4 мм² при преминаване на ток 80 А (напрежение 12 V) стойностите спадат с 3,19%, което възлиза на 30,6 W. При използване на усуквания падането на напрежение може да варира в границите от 0,1 до 0,3 V.

Съчетаване на хелиоенергия и стационарна мрежа

При планиране на използването на електрическа енергия от слънцето паралелно с изградената централизирана стационарна мрежа, схемата на свързване се прави малко по-различна. И основната причина за това решение е, че частният потребител няма възможност да „изхвърля“ остатъчната енергия.

А това може да предизвика колебания на напрежение с продължителност до една секунда.

При комбиниране на слънчева електрическа енергия със стационарната централизирана мрежа се ръководи от същото правило: колкото повече източници се свързват, толкова по-сложна става схемата.

Съгласно горната схема, напрежението от хелиополето първо се насочва към АКБ, а оттам се предава на товара.

При проектиране на такъв монтаж трябва да се вземат предвид два вида товари:

• нерезервируема – осветление в дома, домакински уреди и др.;
• резервируема – аварийно осветление, хладилник, електрически котел.

Имайте предвид: колкото по-голям е капацитетът на акумулатора, толкова по-дълго ще работят в автономен режим резервируемите електроуреди.

Ако изберете такъв начин за генериране на енергия в мрежата, бъдете готови, че ще трябва да оформите разрешение в местните енергийни мрежи.

Въпреки че инверторите за слънчеви батерии произвеждат напрежение, чието качество понякога е по-високо от това в централизираната мрежа, местните енергийни мрежи не дават разрешение електромерът да се върти в обратна посока.

По тази причина, съгласно схемата, слънчевите инвертори спират работа в момента на изчезване на напрежението в мрежата. А резервируемият товар започва да се захранва от АКБ.

Изводи и полезно видео по темата

Авторите на видеоматериала, предоставен по-долу, споделят личен опит и разглеждат нюансите на монтажа на хелиопанели.

Видео #1. Пример за сглобяване и монтаж на система от заводски тип:

Видео #2. Как правилно да се монтират панелите:

Няма нищо сложно в процеса на свързване на няколко панела с други елементи на системата. Но за начинаещия майстор процесът може да стане затруднителен. Затова при липса на опит в изчисленията и умения за монтаж е добре да се обърнете към специалист, който притежава необходимите знания.

Искате ли да разкажете как сте сглобили собствена слънчева електроцентрала за вила или крайградска къща? Може би знаете тънкостите на процеса, които не са описани в статията? Пишете, моля, коментари в блока по-долу, задавайте въпроси, споделяйте мнение и снимки по темата на статията.