Как правильно подключить солнечные панели. Схема подключения солнечных панелей.

Использование энергии солнца - это альтернатива невосполняемым источникам энергии. Современные технологии позволяют использовать солнечные батареи для уличного освещения, отопления и освещения небольших домов. Сегодня уже не редкость солнечные батареи для дачи, которые позволяют в летний период обеспечить хозяйство электроэнергией.

Солнечные батареи

Устройство, которое представляет собой большое количество фотоэлектрических преобразователей, соединенных в единую систему, и есть солнечная батарея.

Для солнечной батареи важно наличие прямых солнечных лучей, энергия которых преобразуется в электрический ток.

Устанавливаются батареи в тех районах, где солнечные дни составляют большую часть года. Правда, на эффективность работы солнечных батарей влияет еще и Ведь чем дальше от полюса, тем мощнее солнечные лучи. Но даже в средней полосе России зимой солнечные батареи снижают потребление электроэнергии из общих сетей, а летом появляется возможность даже продавать ее излишки.

Солнечные батареи бывают монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные.

Направленные в разные стороны кристаллы в поликристаллических батареях позволяют снизить зависимость от прямых солнечных лучей. Такие батареи сегодня наиболее распространены, их используют для освещения общественных зданий и частных домов. Часто уже встречается и уличное освещение на солнечной батарее именно поликристаллического типа.

Солнечные батареи для дачи

Еще совсем недавно главным аргументом против установки была их стоимость. Сегодня эту продукцию начинает выпускать отечественная промышленность, цены на нее становятся ниже, выбор - шире, а сервисное обслуживание - доступнее.

Современные технологии вполне способны справиться с освещением участка и обеспечить работу бытовых приборов. Правда, при этом нужна аккумуляторная а еще контроллер заряда и инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный.

Сегодня можно приобрести готовый комплект солнечной миниэлектростанции для дачи или небольшого дома с автономностью работы в течение 24 часов. Мощность такой электростанции - 235 Вт при мощности аккумуляторной батареи 2,4 кВт*ч.

Аккумуляторы для солнечных батарей

Аккумуляторные батареи являются важной частью оборудования современной гелиосистемы.

В яркие солнечные дни солнечные батареи вырабатывают значительно больше электрической энергии, чем потребляют электроприборы, а ночью, когда особенно важно освещение, не работают вообще. Значит, необходимо накапливать и хранить электроэнергию для последующего ее использования.

Аккумуляторная батарея для солнечной батареи и предназначена для равномерного и бесперебойного электроснабжения.

Также аккумуляторные батареи (АКБ) перекрывают пиковые нагрузки, слишком большие для фотомодулей, используют накопленную энергию в темное время суток, компенсируют разницу выработанной и потребленной энергии в пасмурную погоду.

Способы подключения АКБ

Чаще всего одного аккумулятора не хватает для полноценной работы и приходится использовать несколько однотипных батарей. Специалисты считают, что они вообще должны быть из одной партии.

Для повышения общей емкости системы используются три способа соединения (коммутации) АКБ.

При параллельном соединении складываются емкости всех батарей, а общее напряжение равно напряжению в одном устройстве.

Последовательное соединение, напротив, позволяет просуммировать все напряжения, а емкость остается равной емкости одной батареи в схеме.

Самым производительным является комбинированное последовательно-параллельное соединение, при котором суммируются как напряжения, так и емкости.

Правда, при таком соединении АКБ подвержены разбалансировке, то есть суммарное напряжение будет постоянным расчетным, а вот для каждого отдельного аккумулятора его показания будут меняться. Такое явление приводит к тому, что часть батарей недозаряжается, а часть заряжается выше нормы, и ресурс вырабатывается преждевременно.

Поэтому в комплект каждой гелиосистемы обязательно входит контроллер заряда солнечных батарей и перемычки, с помощью которых соединяют средние точки для самовыравнивания напряжения в АКБ.

Особенности аккумуляторных батарей для гелиосистем

Аккумуляторная батарея для солнечной батареи должна удовлетворять целому ряду требований. Она должна выдерживать большое количество циклов заряда/разряда. При этом саморазряд должен быть минимальным, а величина зарядного тока - большой, диапазон рабочих температур - широким.

Сегодня производители уже выпускают специальные аккумуляторные батареи, так называемые солнечные аккумуляторы, которые этим требованиям полностью отвечают.

Комплект солнечных батарей с такими устройствами и контроллером заряда позволяет накапливать энергию и хранить ее с максимальной эффективностью. А сетевой инвертор - преобразовать ее для подключения бытовых приборов и освещения.

Критерии выбора

Выбирать нужно по нескольким параметрам.

Самый важный из них - это емкость. Исходя из необходимого энергопотребления рассчитывается расчетный показатель емкости, увеличивается на 35-50%, и уже по нему подбирается одно или несколько устройств для параллельного подключения. АКБ с достаточной емкостью держит энергию до 4 суток.

Длительность разрядки и зарядки. Из двух устройств с одинаковым номиналом емкости предпочтительнее то, для которого требуется меньший интервал времени для зарядки.

Емкость свинцового аккумулятора зависит от массы свинца в нем, поэтому чем больше масса АКБ, тем выше его реальная емкость. При выборе нужно обращать внимание на вес и габариты устройства.

Производители задают для своей продукции диапазон рабочих температур и периодичность обслуживания, на эти показатели тоже следует обращать внимание.

В сопроводительных документах всегда указывается срок использования АКБ, количество разрядочных циклов (чем больше этот показатель при прочих равных условиях, тем лучше) и величина саморазряда в месяц.

При расчете параметров аккумуляторной батареи нужно учитывать потери энергии при ее хранении и преобразовании. Эффективность современных устройств для гелиосистем составляет примерно 85%.

Виды аккумуляторов для солнечных батарей

Привычные автомобильные аккумуляторы не рассчитаны на большое количество циклов и отличаются значительным саморазрядом. Для гелиостанций используются совершенно другие устройства.

1. AGM-аккумуляторы, в конструкции которых между абсорбирующими стекломатами находится в связанном состоянии электролит. Такое устройство может эксплуатироваться в любом положении, при низкой цене и глубине заряда около 80% выдерживают до 500 циклов и отличаются высоким уровнем заряда.

Срок из эксплуатации не так велик - 5 лет, и диапазон рабочих температур ограничен 15-25 °С, но они быстро заряжаются - требуется меньше 8 часов на полное восстановление, могут транспортироваться в заряженном состоянии и эксплуатироваться в помещении с недостаточной вентиляцией.

AGM-аккумуляторы быстро выходят из строя из-за перезаряда, но недозаряд переносят вполне удовлетворительно.

2. Гелевая батарея для солнечной батареи тоже может работать в любом положении. Желеобразный гелевый электролит удерживается в порах силикагеля, который служит разделителем для пластин. Неоспоримое достоинство такой конструкции - электроды не осыпаются, потому что все свободное пространство заполнено гелем, а значит, исключена возможность короткого замыкания. Кроме того, они выдерживают полную разрядку и значительное число циклов, примерно в полтора раза больше, чем у аналогичных AGM-аккумуляторов. Но и цена их заметно выше.

Несмотря на цену, гелевые аккумуляторы экономичней, не нуждаются в обслуживании, могут в полностью разряженном состоянии без ущерба находиться несколько дней, потери энергии в них незначительны из-за малого саморазряда.

3. OPzS аккумуляторы, так называемые заливные устройства с жидким электролитом, не требующие обслуживания, разработаны специально для разрядки малыми токами. Они выдерживают очень большое количество глубоких циклов, используются, как правило, в мощных дорогих солнечных системах, и сами стоят достаточно дорого.

Контроллер заряда солнечных батарей

Электронные устройства предназначены для контроля и регулировки уровня заряда на аккумуляторе. Именно они предохраняют АКБ как от полной разрядки, так и от излишней зарядки.

Контроллеры заряда - очень важные элементы солнечных батарей. Они обеспечивают многостадийный заряд АКБ, автоматическое отключение при полном заряде батареи и при минимальном заряде - нагрузок, подключение фотомодулей, когда батарею нужно зарядить, и переподключение нагрузок после зарядки.

Самый дешевый и примитивный вид контроллеров типа On/Off отключает солнечные батареи от АКБ, когда напряжение достигает предельного значения, не давая аккумуляторам зарядиться полностью и тем самым сокращая их ресурс.

PWM-контроллеры, работающие по ШИМ (широтно-импульсная модуляция) - технологии, экономичны и эффективны в районах с высокой активностью солнца. Они прекращают заряд, позволяя аккумулятору при этом полностью зарядиться. Устанавливаются такие устройства в маломощных, до 2 кВт, системах с аккумулятором малой емкости.

МРРТ-контроллеры управляют максимальными энергетическими пиками. Они наиболее эффективны в гелиосистемах, но и значительно дороже устройств других моделей.

Производители аккумуляторов для солнечных батарей

На российском рынке не так много производителей этого вида продукции.

Компания CSB Battery Co., Ltd (Тайвань) предлагает свинцово-кислотные АКБ, изготовленные по технологии AGM, со сроком службы до 10 лет, рассчитанные на напряжение 12 В, емкостью от 26 до 100 А*ч по цене от 2,6 до 8,2 тыс. рублей.

Примерно такие же аккумуляторы выпускает Shandong Sacred Sun Power Sources Co., Ltd (Китай).

HAZE Battery Company Ltd (Великобритания) поставляет гелевые АКБ со сроком службы до 12 лет, рабочим напряжение 12 В, емкостью от 15 до 230 А*ч и диапазоном температур от -20 до +50 °С по ценам от 7 до 28 тыс. рублей.

SSKGroup (Россия-Бельгия) выпускает надежные гелевые аккумуляторные батареи для солнечных батарей с пламегасителем со сроком службы 15 лет, емкостью от 100 до 180 А*ч по ценам от 11 до 19 тыс.рублей.

Производители солнечных батарей

Основными производителями солнечных батарей долгое время были Япония, Германия, США и Китай. Российские солнечные батареи собираются из материалов, произведенных в этих странах. Самые популярные отечественные солнечные батареи с доступной ценой изготавливаются из поликристаллического кремния, произведенного в Германии и США.

Сегодня российские производители не только производят солнечные модули, но и разрабатывают новые, как, например, «Квант» в Москве.

Краснодарская компания «Солнечный ветер» производит не только модули, но и готовые домашние гелиостанции. Проектирует готовые гелиосистемы и «СоларИннТех» из Зеленограда.

На отечественном рынке все больше оборудования для гелиосистем, включая готовые типовые проекты. Но при некоторых инженерных навыках и усидчивости можно самостоятельно рассчитать систему для конкретных условий эксплуатации и подобрать необходимое оборудование: солнечные батареи, аккумуляторы, контроллеры разных производителей в широком ценовом диапазоне. При этом можно сэкономить на некоторых составляющих, собрав их самостоятельно из подручных материалов, например, контроллер.

Аккумулятор – обязательная часть электростанции, занимающейся преобразованием солнечной энергии в электрическую. Основной функцией аккумулятора является накопление энергии и ее последующая отдача. Дело в том, что солнечная батарея может функционировать только при поступлении солнечного света, то есть в светлое время суток.

Другими словами, энергия не будет вырабатываться в пасмурную погоду и в темное время суток. Именно в это время аккумулятор будет отдавать энергию. Срок автономной работы солнечной батареи определяется энергетической емкостью аккумулятора.

Помимо емкости, еще одним существенным параметром данного элемента солнечной электростанции является наибольшее количество циклов полного заряда и полного разряда аккумулятора, а также возможная продолжительность его эксплуатации.

С учетом некоторых особенностей работы солнечной электростанции к ее аккумуляторам предъявляются следующие требования:

1. Большой зарядный срок, то есть время, за которое аккумулятор заряжается полностью.
2. Значение саморазряда, чем оно меньше, тем лучше. Саморазряд представляет собой потери энергии, допускаемые самим аккумулятором.
3. Способность выдерживать большое количество циклов полного заряда и разряда.
4. Диапазон температур, при которых аккумулятор может функционировать без проблем. Чем выше данный показатель, тем лучше.
5. Обслуживание аккумулятора. Чем меньше мероприятий необходимо проводить при обслуживании данного элемента солнечной электростанции, тем лучше.

На сегодняшний день выпускаются специальные аккумуляторы, предназначенные именно для солнечных батарей. Подобные аккумуляторы соответствуют всем приведенным выше требованиям. В отличие от прочих аккумуляторов они отличаются низким показателем саморазряда, а также низкой чувствительностью к зарядкам и разрядкам, соответственно эффективность их работы, а также продолжительность службы высокая.

Виды аккумуляторов и их характеристики

Стартерные аккумуляторы

Выбирать эту разновидность стоит только в том случае, если место, где будет установлен аккумулятор, будет иметь хорошую вентиляцию. Подобная разновидность аккумуляторов, предназначенных для работы в составе солнечной электрической станции, отличается довольно высоким показателем саморазряда. Их используют в тех случаях, когда солнечная батарея вынуждена функционировать в тяжелых условиях.

Аккумуляторы с намазными пластинами

Подобные устройства можно назвать наилучшим вариантом в таких случаях, когда осуществлять постоянное обслуживание системы невозможно. Помимо этого гелевые аккумуляторы незаменимы в случае установки в плохо вентилируемом помещении. Однако подобные накопители электрической энергии нельзя назвать бюджетным вариантом. К тому же продолжительность эксплуатации подобных аккумуляторов относительно невелика. Положительными качествами подобных элементов можно назвать малые потери электрической энергии, что значительно продлит работу станции в ночные часы и пасмурную погоду.

AGM-аккумуляторы

Основой работы данных накопителей электрической энергии являются абсорбирующие стекломаты. Между стекломатами располагается электролит в связанном состоянии. Использовать по назначению аккумулятор можно в абсолютно любом положении. Стоимость подобных аккумуляторов относительно невелика, а уровень заряда достаточно высокий.

Срок продолжительности эксплуатации данного аккумулятора составляет около пяти лет. Помимо этого отличительными особенностями аккумулятора AGM-типа, являются: возможность перемещения в полностью заряженном состоянии, способность выдерживать до восьми сотен циклов полного заряда и разряда, относительно небольшие размеры, быстрая зарядка (около семи с половиной часов).

Данный аккумулятор работает в диапазоне температур от пятнадцати до двадцати пяти градусов. Однако подобные аккумуляторы плохо переносят неполный заряд.

Гелевые аккумуляторы

Электролит в данном аккумуляторе имеет консистенцию желе. Конструкция подобных аккумуляторов отличается высокой устойчивостью к заряду и разряду. Они не нуждаются в многочисленных мероприятиях по их обслуживанию. Стоимость подобного элемента относительно невысокая. Потери энергии также не существенны.

Заливные (OPzS) аккумуляторы

Электролит в данных аккумуляторах находится в жидком состоянии. Они не нуждаются в постоянном обслуживании. В большинстве случаев необходимо контролировать уровень электролита примерно раз в год. Подобные устройства, предназначенные для аккумулирования электрической энергии, разработаны для разрядки небольшими токами, а также могут выдерживать большое количество циклов полной зарядки и разрядки.

Однако стоимость подобных устройств довольно высокая, так что их целесообразно использовать в мощных электростанциях, занимающихся преобразованием солнечной энергии в электрическую.

Критерии, влияющие на выбор

При выборе аккумулятора для электрических станций, занимающихся преобразованием солнечной энергии необходимо принимать во внимание следующие критерии:

1. Значение емкости аккумулятора, которое является одним из наиболее важных параметров устройства. Дело в том, что аккумулятор должен держать энергию около четырех суток. Данный параметр определяется из требуемого энергопотребления.
2. Продолжительность зарядки и последующей разрядки. Производители устанавливают номинальные значения емкости и скорости зарядки и разрядки аккумулятора, однако далеко не всегда эти значения соответствуют реальным.
3. Габаритные размеры и вес аккумулятора. При этом стоит отметить, что аккумуляторы одного типа могут иметь разный вес. Значение емкости, как правило, выше у того устройства, которое весит больше.
4. Условия эксплуатации. Под условиями подразумевается температура, при которой устройство может работать без нарушений, периодичность проведения мероприятий по обслуживанию аккумуляторов и необходимость вентиляции помещения.
5. Срок эксплуатации и количеством циклов полной зарядки и разрядки. При этом стоит помнить, что чем меньше глубина разрядки при работе аккумулятора, тем больше циклов разрядки и зарядки он способен выдержать.

Выбирая аккумулятор для солнечных батарей и рассчитывая параметры данного устройства, обязательно нужно помнить, что при аккумулировании и в процессе преобразования, устройства теряют часть электрической энергии. Как правило, эффективность современных моделей для солнечных электрических станций составляет восемьдесят пять процентов.

Расчёт и выбор аккумулятора

Для начала необходимо рассчитать мощность ожидаемой выработки энергии. Расчеты производятся на основе мощности излучения солнца, составленных с учетом погоды в разное время года.

Помимо этого при получении результата необходимо в обязательном порядке учесть углы наклона панели солнечной батареи, причем неважно — горизонтально или вертикально она сориентирована.

Угол наклона крайне важен, поэтому его нужно выбирать правильно.

Если планируется эксплуатировать систему в течение всего года, то лучше всего сориентировать панель под угол на пятнадцать градусов больше, чем значение географической широты расположения объекта, где находится система.

Помимо всего этого необходимо учитывать, что в процессе эксплуатации на панели солнечной батареи будет скапливаться пыль, наледь и снег. Для московского региона угол наклона панели составляет семьдесят процентов с ориентацией на южную сторону. Если планируется использовать фотоэлектрическую батарею, то её можно установить на фасаде дома или на крыше, при этом угол наклона должен быть сориентированным в восточном или западном направлении.

После выбора угла наклона панели солнечной батареи нужно провести расчет возможной производительности солнечной электростанции, требуемого числа солнечных модулей, необходимых для функционирования системы в определенном режиме. Все расчеты осуществляются на примере самого худшего месяца, чаще всего этим месяцем является январь, и самого лучшего для солнечной электростанции — июль, а также для большей части года, периода с последнего месяца зимы, февраля, по последний месяц осени, ноябрь.

Именно в этот период солнце наиболее активно. Стандартный показатель инсоляции рассчитывается для площади в один квадратный метр, при этом номинальное значение мощности определяется при температуре в двадцать пять градусов стандартного потока света в один киловатт на один квадратный метр.

Принимая максимальное значение инсоляции (мощность излучения солнца, падающего на поверхность), расчет показывает, что значение вырабатываемой батареей электрической энергии относится к значению показателя инсоляции одного квадратного метра, точно также, как и вырабатываемая энергия к значению мощности солнечного излучения на поверхности земли при ясной погоде, которая приходится на один квадратный метр, то есть тысячи ватт.

Умножая значение месячной инсоляции на значение вырабатываемой мощности солнечной батареи, поделенное на максимальное значение инсоляции, можно более точно узнать возможную месячную выработку энергии солнечной батарей.

Расчет выработки солнечной панели проводится при помощи перемножения значения месячной инсоляции, выработки электрической энергии и соотношения КПД солнечной батареи и номинального значения мощности батареи.

В свою очередь, значение номинальной мощности устройства рассчитывается при помощи перемножения максимального значения мощности инсоляции и выработки электрической энергии, получаемой от солнечной электростанции, поделенных на произведение месячной инсоляции и КПД.

Обзор моделей

Выпуском аккумуляторов для солнечных электрических станций занимаются такие компании, как:

1. Немецкая фирма Bosh, занимающаяся выпуском техники бытового и промышленного назначения.
2. Немецкая фирма Sonnenschein, занимающаяся разработкой и выпуском техники.
3. Английская компания YUASA (Великобритания).
4. Американская фирма C&D Technoloqies.
5. Китайский производитель техники Delta.
6. Китайская компания Haza (Китай).
7. Тайваньская фирма APS.

Все представленные выше компании, успевшие с самой лучшей стороны зарекомендовать себя на рынке, занимаются выпуском аккумуляторов для солнечных батарей. Продукция каждой из компаний отличается своими особенностями. Например, аккумуляторы, выпускаемые фирмой Haza изготовлены с использованием технологий AGM и HZY.

Для автономных систем лучше всего подходят аккумуляторы, изготовленные с использованием технологии Gel «глубокого разряда» или аккумуляторы технологии OPzV. Таким характеристикам соответствуют аккумуляторы, выпущенные фирмой Delta.

Обзор цен на разные виды

Стоимость аккумуляторов для солнечных батарей во многом зависит от показателя емкости устройства.

Разберем стоимость аккумуляторов для батарей на примере гелевых аккумуляторов, выпускаемых компанией Delta:

GX12-12

Является самой дешевой моделью, который имеет емкость двенадцать ампер часов.

Стоимость 1900 рублей.

HRL12-100

Имеет емкость сто ампер часов.

Стоимость 13200 рублей.

HRL12-890W (HRL12-200)

Является одной из самых дорогих моделей аккумуляторов для солнечных батарей, емкость которого равняется двумстам ампер часам.

Стоимость 29430 рублей.

Солнечные батареи – это экологичный и автономный источник электроэнергии, преобразующий в электроэнергию солнечный свет. Заманчиво, правда? Ведь солнце светит каждый день, и не требует за это платы. (Из Вы можете узнать, как правильно выбрать солнечные батареи.)

Помимо экологичности, перспективность этого способа в независимости от центральных электросетей – что важно как с финансовой точки зрения, так и для тех, кто живет вне доступа к ним. (О можете прочитать эту статью.)

Что же зачастую останавливает людей использовать гелиосистемы, помимо первичной стоимости оборудования и ? Одно из частых возражений: в нашем климате недостаточно часов светового дня, солнца мало, и что же, электричество будет с перебоями?

Ответ на этот вопрос давно получен – чтобы не быть зависимым от солнечных дней, в автономных системах выработки электроэнергии используются аккумуляторы для солнечных батарей, накапливающие и сохраняющие энергию.

Аккумуляторные батареи это необходимая и важная часть системы выработки и преобразования энергии из солнечной в электрическую.

В солнечные дни гелиосистемы производят больше энергии, чем система использует, а ночью не производят ничего.

Поэтому нужно накапливать и где-то хранить электроэнергию. То есть именно аккумуляторы позволяют получить равномерное энергоснабжение без перебоев, независимо от погоды и других условий.

Чтобы сделать грамотный и обоснованный выбор, нужно обратить внимание на ряд его важнейших характеристик.

Разновидности

Свинцово-кислотные

Обычные свинцово-кислотные аккумуляторы
Их чаще всего используют в автомашинах. Они самые недолговечные – срок их работы - 2-4 года. И хотя их иногда используют в гелиосистемах, они не очень подходят для работы в системах электроснабжения на солнечных батареях, т.к. не рассчитаны на цикличный режим работы.

AGM аккумулятор
Один из наиболее дешевых вариантов, подходящих для систем с солнечными батареями. Из минусов – небольшой срок работы - 5-6 лет. Чувствителен к превышению напряжения заряда. Может работать, будучи заряженным не до конца, но полностью противопоказан перезаряд.

Гелевый аккумулятор
Аккумулятор, в котором в качестве электролита используется кислота в форме геля.

Преимущества:

Гелевые аккумуляторы более дорогие, но удобнее в обслуживании.

Аккумулятор OPzV с использованием жидкого электролита
Раз в год нужно проверять уровень жидкости, и при потребности – доливать. Большое количество циклов сохраняет работоспособность, срок службы больше, чем у гелевого. Повышенная устойчивость к глубокому разряду.

Используется чаще в профессиональных системах из-за своей высокой стоимости.

Щелочные

Вместо кислоты в них используется щелочь.

Их минусы:

Плюсы:

• лучше, чем кислотные, выдерживают глубокие разряды и цикличность работы;
• долгий срок службы – в среднем больше 15 лет.

Батареи со встроенными элементами питания

Этот тип батарей хорошо подходят для подзарядки небольшой техники – такой, как айфоны и айпады, мобильные телефоны, смартфоны, аудиоплееры, фотоаппаратура и видеокамеры. (В этой статье Вы можете прочитать о .)

В работе используется литиевый аккумулятор, накапливающий солнечную энергию с помощью специальных панелей. Все вместе это заключено в пластик.

Подобные батареи замечательно подходят для походов и путешествий, позволяя технике работать без подзарядки в течение 10-12 часов. Обычно этого достаточно для комфортного использования любых гаджетов и устройств в походных условиях

Принцип работы автономной системы выработки электроэнергии

Обычно для полноценной работы гелиосистемы емкости одного аккумулятора не хватает, поэтому несколько аккумуляторов объединяют по принципу батареи.

Последовательно или параллельно соединяя аккумуляторы – берут модели от одного производителя с одинаковыми характеристиками, можно подобрать необходимый размер емкости и напряжение.

При последовательном соединении емкость остается той же, как у одной единицы из соединенных устройств, а напряжение суммируется.

При параллельном наоборот, емкость становится суммой всех соединенных, а напряжение – как у одного аккумулятора.

Установка автономной системы производства электроэнергии на солнечных батареях требует серьезного подхода к выбору аккумуляторов и учету всех факторов, влияющих на их работоспособность.

Потому что во многом именно от этого зависит надежность всей системы и бесперебойная и эффективная работа источников электроэнергии.

Смотрите видео, в котором специалист подробно объясняет, как правильно выбрать аккумуляторы для солнечных батарей:

Любая автономная система электроснабжения, питающаяся от солнечной энергии, включает в себя несколько обязательных элементов: солнечные панели или батареи, инвертор, контроллер заряда и разряда и, конечно, аккумулятор. О нем то и пойдет речь в нашей сегодняшней статье. Как известно, солнечные батареи предназначены для получения энергии из солнечного излучения, так вот аккумуляторы для солнечных батарей, выполняют иную функцию. Их первостепенная задача – это накопление электроэнергии и последующая ее отдача.

Главная техническая характеристика аккумулятора – его емкость. По этому показателю можно определить максимальное время работы системы электроснабжения в автономном режиме. Помимо емкости следует учитывать срок службы, максимальное количество циклов заряда-разряда, температурный диапазон работы и другие показатели. Средний срок службы аккумулятора составляет 5-10 лет. Эта цифра зависит от типа аккумулятора и условий его использования.

Типы аккумуляторов

В солнечной энергетике наибольшей популярностью пользуется герметичный свинцово-кислотный аккумулятор, производимый с использованием 2 различных технологий:

1. Gelled Electrolite.
2. Absorptive Glass Mat.

Технология Gelled Electrolite стала применяться в конце 50-х годов. Она заключается в добавлении оксида 4-хвалетного кремния в электролит, что способствует переходу электролита в гелеобразное состояние. Этот метод позволяет достичь абсолютной герметичности батареи, а циркуляция газов осуществляется в многочисленных порах желеобразного электролита. Большой плюс гелевых аккумуляторов для солнечных батарей, производимых с применением технологии Gelled Electrolite, это отсутствие необходимости доливки воды в течение всей эксплуатации.

Технология Absorptive Glass Mat была разработана в 70-е годы. Она предполагает использование пористого стекловолоконного заполнителя-сепаратора. Его пропитывают электролитом и тем самым переводят в безжидкостное состояние. Дозируя количество электролита, добиваются того, чтобы заполненными оказались лишь мелкие поры, так как более крупные предназначаются для свободной циркуляции газов. AGM-батареи также не требуют дополнительного обслуживания.

Солнечные аккумуляторные батареи, производимые и по первой, и по второй технологии, обладают как достоинствами, так и недостатками. Узнать о них более подробно Вы сможете из таблиц 1 и 2.

Таблица 1. Преимущества

Таблица 2. Недостатки

Тонкости подключения

Первое с чем нужно определиться прежде, чем выбирать аккумулятор, — это требуемая емкость. Как правило, это значение выбирается с учетом среднесуточного потребления электроэнергии, не забывая при этом и про глубину разряда, которая должна составлять не более 50-70%. Правильный режим заряда/разряда – это главное условие, которое способно продлить срок службы аккумуляторов для солнечных батарей. Также следует помнить, что слишком большой ток заряда снижает количество содержащегося в АКБ электролита, что может привести к выходу из строя аккумуляторной батареи.

Наибольшее распространение получили «солнечные» аккумуляторы с рабочим напряжением в 12 В. Как правило, их используют для сборки аккумуляторных блоков требуемого напряжения, например 24 В, 48 В и т.д. Основные параметры такого блока:

• рабочая емкость;
• ток заряда;
• ток разряда.

Если же АКБ соединяются параллельно , то суммироваться будет не напряжение, а емкость . Напряжение же в этом случае останется неизменным. Но прежде, чем подключать батареи параллельно, необходимо выровнять на них напряжение.

Следующее условие – это температурный режим. Практически все АКБ для солнечной батареи способны выдерживать как низкие, так и очень высокие температуры. Но не стоит злоупотреблять этим, ведь увеличение температуры АКБ на 10°С приводит к ускорению всех химических процессов в 2 раза. А при заряде разница температур окружающей среды и батареи составляет 10-15°С, объясняется это процессом рекомбинации кислорода. Решить эту проблему поможет естественный обдув аккумуляторной батареи. Соблюдение всех правил – это залог долгой эксплуатации аккумулятора, об этом следует помнить.

Использование солнечной батареи, у которой максимальное значение генерируемого тока примерно равно току зарядки аккумулятора, позволяет автоматически заряжать АКБ при освещении. В этом случае следует предусмотреть некоторые правила подключения солнечной батареи к аккумулятору. Схема приведена на рисунке ниже.

Первое, что необходимо учесть – это подключение аккумулятора через диод (на схеме VD1). Такой способ поможет решить сразу 2 проблемы:

1. При плохом освещении напряжение солнечной батареи может стать ниже, чем напряжение на аккумуляторе. Без диода это приведет к разряду аккумулятора через внутреннее сопротивление солнечной панели вместо заряда.
2. Применение диода исключает необходимость отключения солнечной батареи от аккумулятора в темное время суток.

Помимо диода рекомендуется последовательное подключение миллиамперметра к солнечной батарее. Он позволяет определить ток какой величины потребляет аккумулятор солнечной энергии. Так вы сможете без проблем узнать, работает солнечная панель или нет. Если же Вы планируете использовать аккумулятор во время его зарядки или подзарядки, позаботьтесь о подключении в схему буферного конденсатора (на схеме С1).

Статью подготовила Абдуллина Регина

Небольшое видео о параллельном и последовательном подключении батарей:

Аккумуляторная батарея является накопителем энергии, вырабатываемой солнечной электростанцией при работе в дневное время и обеспечивает потребителей электроэнергией в ночное время.

Кроме этого, аккумуляторная батарея при возникновении максимальных нагрузок подпитывает систему электроснабжения, тем самым помогая солнечным батареям справляться с обеспечением потребителей в пиковые моменты и при пасмурной погоде, когда энергии солнца не достаточно для нормального электроснабжения объекта.

Виды аккумуляторов для солнечных батарей

В настоящей момент разработаны и выпускаются различные по конструкции, принципу действия и условиям работы аккумуляторные батареи (АКБ), поэтому всегда есть возможность выбрать интересующую модель по предъявляемым к ней требованиям. Рассмотрим существующие виды АКБ, используемые в составе солнечных электростанций.

Автомобильные аккумуляторы (WET)

Как правило, аккумуляторы данного вида используют при самостоятельной разработке систем независимого
автономного электроснабжения, для солнечных батарей небольшой мощности и непродолжительного времени использования. Использование АКБ данного вида значительно снижает стоимость всей создаваемой системы электроснабжения. Однако, в связи с режимом работы, который отличается от режима при запуске автомобильного двигателя, при работе в данной системе автомобильные аккумуляторы изнашиваются и выходят из строя, часто подлежат замене.

Аккумуляторы AGM и GEL

Суть работы аккумуляторов данного вида аналогичен автомобильным аккумуляторам с разницей лишь в том, что электролитное вещество пребывает в связанном состоянии. В AGM устройствах электролит помещён в стекловолокно, оно пропитано электролитным составом. В GEL устройствах электролит (серная кислота) помещается в гелеобразном виде.

Аккумуляторные батареи представленного вида широко используются в системах электростанций, работающих на энергии солнца, так как режим их работы связан с небольшим разрядным током и в продолжительный период времени, такой режим для устройств этого видане критичен.

Также АКБ данного типа не боятся глубокого разряда и выдерживают многократное повторение режимов «заряд-разряд». Единственный минус, при использовании подобных аккумуляторов, это их чувствительность к условиям зарядки, перезаряд может вызвать непоправимые последствия в работе АКБ.

Стоимость AGM и GEL аккумуляторов выше, чем у автомобильных.

Аккумуляторы OPzS

Аккумуляторы данного вида работают на том же принципе, что и приведенные выше (свинцово-кислотные), с той лишь разницей, что анод (положительный полюс) выполнен трубчатым и именно эта особенность АКБ, позволяет увеличить количество циклов «заряд-разряд» без нарушения функционирования аккумулятора. OPzS-аккумуляторы не требуют специального обслуживания, они успешно эксплуатируются длительное время. Единственный неприятный момент – сравнительно высокая цена.

Щелочные аккумуляторы

Положительным качеством АКБ данного вида является способность переносить глубокий разряд токами разной величины.

К отрицательным качествам можно отнести большие размеры и наличие эффекта памяти, который обусловлен тем, что в случае неполного разряда при последующей зарядке аккумулятор теряет часть своей ёмкости.

В случае использования подобных аккумуляторов в системах солнечных электростанций периодически будут возникать ситуации, когда разряд АКБ будет неполным, вследствие чего аккумуляторы потеряют часть своей ёмкости, что в конечном счете неблагоприятно отразится на работе системы в целом.

Литиевые АКБ

Литиевые аккумуляторы применяются во многих отраслях и производствах, в том числе в альтернативной энергетике.
В связи с высокой стоимостью устройств, широкого распространения в системах солнечных электростанции

аккумуляторы данного вида не получили, т. к. это значительно повышает стоимость всей системы и ее окупаемость.

К положительным свойствам литиевых АКБ можно отнести высокую энергоемкость, небольшие габариты, способность выдерживать глубокий разряд и способность к быстрому заряду.

Рассмотрим некоторые виды технологий, используемых при изготовлении аккумуляторных батарей.

Технологии GEL

В принципе действия аккумуляторной батареи подобного типа заложена суть работы кислотного аккумулятора. Различие наблюдается в том, что посредством добавления химических элементов (двуокиси кремния), электролит переведён в желеобразное (гелевое) состояние.

К преимуществам этой технологии можно отнести:

• Не требуется дополнительное обслуживание;
• При пробое корпуса электролит не вытекает;
• При зарядке отсутствует выброс ядовитых паров;
• Значительный циклический ресурс.

Технологии AGM

Принцип действия также аналогичен действию обычных кислотных аккумуляторов, отличие в том, что электролит находится в специальных пропитанных материалах (матах из стекловолокна).

• Возможность увеличить емкость АКБ;
• Способность работать в любом положении в пространстве, в любом помещении и с любыми системами;
• Способность выдерживать значительное количество циклов «заряд-разряд»;
• Устойчивость к глубокому разряду;
• Значительный срок службы АКБ, который может достигать 10 лет.

Технология литий (Li)

В основу данной технологии положено применение ионов лития, которые взаимодействуют с молекулами дополнительных металлов. В качестве дополнительных металлов применяются: Литий кобальт оксид (LiCoO2), Литий оксид марганца (LiMn2O4 LMO), Литий-Никель-Марганец-Кобальт оксид (LiNiMnCoO2 или NMC), Литий-железо-фосфатный (LiFePO4), Литий-Никель-Кобальт-Оксид Алюминия (LiNiCoAlO2), Литий-Титанат (Li4Ti5O12).

К преимуществам данной технологии можно отнести:

• АКБ, изготовленные по данной технологии имеют меньший вес;
• Обладают способностью сохранять продолжительное время накопленный заряд;
• Обладают способностью выдерживать большое количество циклов «заряд-разряд».

Основные технические характеристики и правила выбора

Для того чтобы правильно выбрать аккумуляторную батарею для солнечных батарей, необходимо вернуться к требованиям, которые к ним предъявляются при работе в такой системе, это:

При выборе аккумуляторных батарей для гелиосистем обязательно обращают внимание на важные технические параметры, которые служат критериями выбора того либо иного устройства, это:

• Емкость АКБ;
• Скорость заряда и разряда;
• Габаритные размеры и масса АКБ;
• Условия эксплуатации;
• Срок эксплуатации.

Расчёт и выбор аккумулятора

Это выражается формулой:

Емкость АКБ = 100 × время × мощность нагрузки

После того, как определена необходимая мощность АКБ, следует рассчитать количество аккумуляторов для

обеспечения нормальной работы солнечной электростанции. Для этого полученную общую емкость АКБ необходимо разделить на емкость одного аккумулятора.

Для того чтобы определить время, которое АКБ сможет обеспечивать потребителей электрической энергией, можно воспользоваться следующей формулой:

Время=суммарная ёмкость АКБ × напряжение АКБ × (КПД инвертора/мощность нагрузки)

Когда произведен расчет необходимого количества аккумуляторных батарей, выбран их тип и ёмкость, следует выбрать страну производителя и фирму, выпускающую выбранный тип АКБ.

На российском рынке аккумуляторные батареи представлены как отечественного, так и зарубежного производства, поэтому в данном вопросе советовать сложно, каждый делает свой выбор индивидуально, в зависимости от места проживания, материального достатка и личных предпочтений.

Правила эксплуатации

При эксплуатации аккумуляторных батарей, как впрочем и любого технического устройства, необходимо соблюдать правила. В случае использования АКБ в системах солнечных станций, правила эксплуатации определены характером работы подобных систем и выражены в требованиях предъявляемым к аккумуляторам, о чем написано выше.

В связи с большой электрической нагрузкой, которую как правило подключают к системам энергоснабжения, приходится включать в работу несколько аккумуляторных батарей, объединённых в единую группу. Делается это для увеличения общей емкости и для увеличения напряжения на выходе либо для достижения обеих задач.

Используется три схемы включения группы аккумуляторов:

Последовательно . При таком включении емкость группы будет равна ёмкости одного аккумулятора, а
напряжение будет отражено в сумме напряжений всех АКБ группы.

Параллельно . При таком включении напряжение неизменно и равно номинальному напряжению одного аккумулятора, а емкость группы определяется как сумма емкостей включенных АКБ;

Комбинировано . При данной схеме включения используется последовательное и параллельное включение АКБ.

При объединении аккумуляторов в группы следует помнить, что в одной группе следует использовать АКБ:

1. Одного вида;
2. Одной емкости;
3. Одного номинального напряжения.

Желательно, чтобы аккумуляторы были одинакового времени эксплуатации и фирмы производителя.