Saulės baterijų prijungimo schemos ir būdai: kaip tinkamai sumontuoti saulės panelę

Alternatyvus energijos šaltinis, pagrįstas saulės baterijomis, yra puikus pasirinkimas nepriklausomam energijos tiekimui organizuoti. Jis užtikrins aukštą energijos efektyvumą ne tik karštomis dienomis, bet ir debesuotu oru. Būtų neblogai turėti tokį įrenginį savo namuose, ar ne?

Tam tereikia tinkamai parinkti techninius komponentus ir atlikti montavimą. Tai padaryti gali kiekvienas, žinodamas saulės baterijų prijungimo schemas ir būdus. Papasakosime, kaip sukonstruoti našią sistemą, perdirbančią “žaliąją energiją” į elektros energiją, reikalingą buitiniams prietaisams maitinti.

Be to, sužinosite, kaip pasirinkti vietą heliopanelėms įrengti ir kaip jas suderinti su stacionariu elektros tinklu. Naudingi patarimai ir svarbios rekomendacijos suteiks veiksmingą pagalbą namų meistrams. Siekiant palengvinti suvokimą, pateikiamos teminės nuotraukos, schemos ir vaizdo įrašai.

Saulės baterijos sandara

Planuojant savarankiškai prijungti saulės plokštes, būtina turėti supratimą, iš kokių elementų sistema sudaryta.

Saulės plokštes sudaro fotoelektrinių elementų baterijų komplektas, kurių pagrindinė paskirtis – paversti saulės energiją elektros energija. Sistemos srovės stipris priklauso nuo šviesos intensyvumo: kuo ryškesnė spinduliuotė, tuo didesnė srovė generuojama.

Pagrindiniai sistemos konstrukciniai elementai yra:

• Saulės baterija – saulės šviesą paverčia elektros energija.
• Akumuliatorius – cheminis srovės šaltinis, kaupiantis pagamintą elektros energiją.
• Įkrovimo valdiklis – stebi akumuliatorių įtampą.
• Inverteris, paverčiantis nuolatinę akumuliatoriaus baterijos įtampą į kintamąją 220 V, reikalingą apšvietimo sistemos ir buitinių prietaisų veikimui.
• Saugikliai, įrengiami tarp visų sistemos elementų ir apsaugantys sistemą nuo trumpojo jungimo.
• MC4 standarto jungčių rinkinys.

Be pagrindinės valdiklio paskirties – stebėti akumuliatorių įtampą, prietaisas pagal poreikį išjungia vienus ar kitus elementus. Jei dienos metu akumuliatoriaus gnybtuose įtampa pasiekia 14 voltų, o tai rodo jų perkrovimą, valdiklis nutraukia įkrovimą.

Be saulės modulio, tokios elektrinės įrenginį sudaro fotovoltiniai keitikliai – valdiklis ir inverteris, taip pat prie jų prijungti akumuliatoriai

Naktį, kai akumuliatorių įtampa pasiekia itin žemą 11 voltų lygį, valdiklis sustabdo elektrinės darbą.

Kur geriau įrengti plokštes?

Pirmas dalykas, kurį reikia padaryti prieš įrengiant ir prijungiant saulės bateriją – nuspręsti dėl agregato išdėstymo vietos.

Fotovoltiniams moduliams montuoti patogu naudoti stacionarias konstrukcijas iš metalinių profilių arba labiau modernizuotus sukančius analogus.

Saulės baterijas galima išdėstyti praktiškai bet kurioje gerai apšviestoje vietoje:

• ant priemiesčio kotedžo stogo;
• ant daugiabučio namo balkono;
• prie namo esančioje teritorijoje.

Svarbiausia – užtikrinti reikiamas sąlygas maksimaliai elektros energijos gamybai. Viena iš jų yra orientacija ir pasvirimo kampas horizonto atžvilgiu. Taigi, agregato šviesą sugeriantis paviršius turi būti nukreiptas į pietus.

Idealiu atveju saulės spinduliai turėtų kristi į ją 90° kampu. Kad būtų pasiektas šis efektas, būtina parinkti optimalų nuolydžio kampą, atsižvelgiant į regiono klimato sąlygas. Kiekvienam regionui šis rodiklis yra skirtingas.

Siekiant užtikrinti maksimalų saulės baterijų našumą, įrenginių nuolydžio kampą rekomenduojama keisti 2–4 kartus per metus: balandžio 18 d., rugpjūčio 24 d., spalio 7 d. ir kovo 5 d.

Pavyzdžiui, Maskvos regione saulės baterijų paviršiaus išdėstymo nuolydžio kampas vasaros mėnesiais yra 15–20°, o žiemos mėnesiais keičiasi iki 60–70°.

Išdėstant saulės baterijas prie namo esančioje teritorijoje, plokštes geriau pakelti virš žemės paviršiaus bent pusmetriu – jei iškristų didelis sniego kiekis. Toks sprendimas taip pat teisingas tuo, kad užtikrina pakankamą atstumą oro cirkuliacijai.

Verta prisiminti, kad net nedidelis šešėlis kenkia agregato elektros gamybai. Plokštes reikia išdėstyti tik tose vietose, kurios neturi net menkiausio užtemdymo.

Kai kurie „išminčiai“, siekdami apsaugoti baterijas, ant plokščių montuoja papildomą stiklą, tačiau net ir esant regimam skaidrumui, stiklinis sluoksnis gali sumažinti plokščių efektyvumą 30%.

Yra keli plokščių fiksavimo būdai:

• naudojant prispaudžiamuosius fiksatorius;
• varžtiniu sujungimu per kiaurymes, esančias apatinėje rėmelio dalyje.

Atraminė konstrukcija turi būti pagaminta iš korozijai atsparių medžiagų. Nepriklausomai nuo montavimo būdo, į plokščių konstrukciją negalima savarankiškai keisti ir gręžti papildomų skylių.

Namo savininko užduotis – palaikyti plokštes švarias. Dulkių, sniego ir paukščių išmatų susikaupimai ant ekrano sumažina sistemos pagamintos elektros energijos kiekį mažiausiai 10%.

Heliobaterijų jungimo variantai

Saulės baterijas sudaro kelios atskiros plokštės. Siekiant padidinti sistemos išėjimo parametrus – galią, įtampą ir srovę – elementai sujungiami vienas su kitu taikant fizikos dėsnius.

Kelių plokščių sujungimą tarpusavyje galima atlikti taikant vieną iš trijų saulės baterijų montavimo schemų:

• lygiagreti;
• nuosekli;
• mišri.

Lygiagreti schema numato to paties pavadinimo gnybtų prijungimą vienas prie kito, kai elementai turi du bendrus laidų susikirtimo ir išsišakojimo mazgus.

Lygiagrečiai sujungus, „pliusai“ jungiami su „pliusais“, o „minusai“ – su „minusais“, dėl to išėjimo srovė padidėja, o išėjimo įtampa išlieka 12 voltų ribose.

Maksimalios galimos išėjimo srovės dydis taikant lygiagrečią schemą yra tiesiogiai proporcingas prijungtų elementų skaičiui. Kiekio apskaičiavimo principai pateikiami mūsų rekomenduojamame straipsnyje.

Nuosekli schema numato priešingų polių prijungimą: pirmosios plokštės „pliusą“ prie antrosios „minusas“. Likęs nenaudojamas antrosios plokštės „pliusas“ ir pirmosios baterijos „minusas“ prijungiami prie pagal schemą toliau esančio valdiklio.

Toks sujungimo būdas sudaro sąlygas elektros srovės tekėjimui, kai lieka vienintelis kelias energijos nešikliui perduoti iš šaltinio vartotojui.

Taikant nuoseklią prijungimo schemą, išėjimo įtampa padidėja ir pasiekia 24 voltų ribą, ko dažnai pakanka nešiojamai technikai, LED lempoms ir kai kuriems elektros imtuvams maitinti.

Nuosekliai-lygiagreti arba mišri schema dažniausiai naudojama, kai reikia sujungti kelias baterijų grupes. Taikant šią schemą, išėjime galima padidinti ir įtampą, ir srovę.

Taikant nuosekliai-lygiagrečią prijungimo schemą, išėjimo įtampa pasiekia lygį, kurio charakteristikos geriausiai tinka daugeliui buitinių užduočių spręsti.

Toks variantas naudingas ir tuo, kad sugedus vienam iš sistemos konstrukcinių elementų, kitos jungiamosios grandinės toliau veikia. Tai žymiai padidina visos sistemos patikimumą.

Kombinuotosios schemos surinkimo principas pagrįstas tuo, kad kiekvienos grupės įrenginiai jungiami lygiagrečiai, o visos grupės į vieną grandinę jungiamos nuosekliai.

Derinant skirtingus jungimo tipus, nesunku surinkti reikiamų parametrų bateriją. Svarbiausia, kad sujungtų elementų skaičius būtų toks, kad į akumuliatorius tiekiama darbinė įtampa, atsižvelgiant į jos kritimą įkrovos grandinėje, viršytų pačių akumuliatorių įtampą, o baterijos apkrovos srovė užtikrintų reikiamą įkrovos srovės dydį.

Saulės elektros sistemos surinkimo schema

Saulės plokščių prijungimas atliekamas naudojant įmontuotus 4 mm² skerspjūvio jungiamuosius laidus. Tam geriausiai tinka pavieniai variniai laidai, kurių izoliacinis apvalkalas yra atsparus ultravioletiniams spinduliams.

Jei naudojamas laidas, kurio izoliacija nėra atspari UV spinduliams, jo išorinį klojimą rekomenduojama atlikti gofruotoje rankovėje.

Kiekvieno laido galas sujungtas su MC4 standarto jungtimi litavimo arba užspaudimo būdu, taip užtikrinant sandarų sujungimą.

Nepriklausomai nuo pasirinktos schemos, prieš jungiant saulės plokštes būtina patikrinti elektros instaliacijos teisingumą.

Jungiant plokštes, nerekomenduojama viršyti kitų įrenginių leistinos srovės ir maksimalios įtampos techninių reikalavimų. Svarbu laikytis gamintojo nurodytų įkrovos valdiklio ir keitiklio techninių reikalavimų.

Paprasčiausios saulės elektrinės standartinės surinkimo schemos pavyzdys yra toks.

Plokščių prijungimo prie akumuliatoriaus, keitiklio ir valdiklio schema yra paprasta, todėl didesnių sunkumų jungiant nekyla.

Kad būtų išvengta valdiklio gedimo, jungiant sistemos elementus svarbu laikytis sekos.

Montavimo darbai atliekami keliais etapais:

1. Akumuliatorius prijungiamas prie valdiklio naudojant atitinkamas jungtis ir nepamirštant laikytis poliškumo.
2. Prie valdiklio per jungtis, laikantis to paties poliškumo, prijungiama saulės baterija.
3. Prie valdiklio jungčių prijungiama 12 V apkrova.
4. Jei reikia konvertuoti elektros įtampą iš 12 V į 220 V, tada į grandinę įtraukiamas inverteris. Jis jungiamas tik prie akumuliatoriaus ir jokiu būdu ne tiesiogiai prie valdiklio.
5. Prie laisvo inverterio išėjimo jungiami elektros prietaisai, skirti 220 V įtampai.

Atlikus jungimą, reikia patikrinti poliškumą ir išmatuoti tuščiosios eigos įtampą plokštėse. Jei rodiklis skiriasi nuo paso vertės – jungimas atliktas neteisingai.

Norint prijungti įrenginį prie sistemos, nereikia atidaryti jungiamosios montažinės dėžutės – visi jungiamieji lizdai yra prieinami.

Paskutiniame etape saulės bateriją būtina įžeminti. Norint sumažinti trumpojo jungimo tikimybę, jungimo vietose tarp akumuliatoriaus, inverterio ir valdiklio įrengiami saugikliai.

Saulės elektrinių energija ras pritaikymą maitinant mažos galios buitinius prietaisus ir kraunant mobiliųjų įrenginių akumuliatorius:

Norintiems patiems pasigaminti saulės bateriją padės informacija, pateikta kitame straipsnyje.

Skirtingų krypčių elementų prijungimas

Taikant nuoseklią saulės baterijų montavimo schemą, kad nesumažėtų prietaisų darbo efektyvumas, visos bendros grandinės plokštės turi būti išdėstytos vienu kampu ir vienoje plokštumoje.

Jei plokštės bus išdėstytos skirtingose plokštumose, tai gali lemti, kad artimesnė ar labiau apšviesta plokštė veiks galingiau nei šiek tiek toliau esančios.

Tai reiškia, kad artimesnė plokštė generuos elektrą, kurios dalis bus skirta tolimesnių plokščių šildymui. O priežastis ta, kad srovė teka mažiausio pasipriešinimo keliu. Siekiant sumažinti nuostolius, kiekvienai plokštei geriau naudoti atskirą valdiklį.

Pagrindiniai reikalavimai naudojant valdiklį – prijungiamų plokščių galia viršija 1 kW ir pakankamai didelis atstumas tarp baterijų

Klausimą galima išspręsti ir įrengiant atjungimo diodus. Jie dedami viduje tarp plokščių. Dėl to, išduodant maksimalų galios rodiklį, plokštės neperkaista.

Nemažą reikšmę turi ir įtampos kritimas jungtyse, taip pat pačiuose žemos įtampos sistemos dalies laiduose.

Perduodamos galios ir laido skerspjūvio neatitikimo lentelė, raudonai nurodanti parametrus, kuriems esant kyla stipraus gaisrui pavojingo įkaitimo rizika

Pavyzdžiu gali būti tas faktas, kad vieno metro ilgio kabelio atkarpoje, kurios skerspjūvis 4 mm², tekant 80 A srovei (įtampa 12 V), vertės krenta 3,19 %, tai sudaro 30,6 W. Naudojant suktukus, įtampos kritimas gali svyruoti nuo 0,1 iki 0,3 V.

Helioenergijos ir stacionaraus tinklo suderinimas

Planuojant naudoti saulės elektros energiją lygiagrečiai su įrengtu centralizuotu stacionariu tinklu, prijungimo schema daroma kiek kitokia. O pagrindinė tokio sprendimo priežastis yra ta, kad privatus vartotojas neturi galimybės „išmesti“ likusios energijos.

O tai gali išprovokuoti įtampos svyravimus, trunkančius iki vienos sekundės.

Derinant saulės elektros energiją su stacionariu centralizuotu tinklu, vadovaujamasi ta pačia taisykle: kuo daugiau šaltinių prijungiama, tuo sudėtingesnė tampa schema

Pagal aukščiau pateiktą schemą, įtampa iš saulės lauko pirmiausia nukreipiama į akumuliatorių, o jau iš ten perduodama apkrovai.

Projektuojant tokį montavimo variantą, verta atsižvelgti į dviejų rūšių apkrovas:

• ne rezervuojama – šviesa name, buitinė technika ir pan.;
• rezervuojama – avarinis apšvietimas, šaldytuvas, elektrinis katilas.

Atsižvelkite: kuo didesnė akumuliatoriaus talpa, tuo ilgiau autonominiu režimu veiks rezervuojami elektros prietaisai.

Rinkdamiesi tokį energijos generavimo į tinklą būdą, būkite pasiruošę, kad teks gauti leidimą vietiniuose energetikos tinkluose.

Nepaisant to, kad saulės baterijų inverteriai gamina įtampą, kurios kokybė kartais aukštesnė nei centralizuotame tinkle, vietiniai energetikos tinklai neduoda leidimo, kad elektros skaitiklis suktųsi atgal.

Dėl šios priežasties pagal schemą saulės inverteriai nutraukia darbą dingus įtampai tinkle. O rezervuojama apkrova pradeda „maitintis“ iš akumuliatoriaus.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Žemiau pateikto vaizdo medžiagos autoriai dalijasi asmenine patirtimi ir aptaria saulės kolektorių montavimo niuansus.

Vaizdo įrašas #1. Gamyklinio pavyzdžio sistemos surinkimo ir montavimo pavyzdys:

Vaizdo įrašas #2. Kaip teisingai sumontuoti plokštes:

Nėra nieko sudėtingo sujungiant kelias plokštes su kitais sistemos elementais. Tačiau pradedančiajam meistrui procesas gali būti sunkiai įveikiamas. Todėl, jei neturite skaičiavimų patirties ir montavimo įgūdžių, verta kreiptis į specialistą, turintį reikiamų žinių.

Ar norėtumėte papasakoti, kaip surinkote savo saulės elektrinę sodui ar kaimo namui? Galbūt žinote proceso niuansų, kurie neaprašyti straipsnyje? Rašykite, prašau, komentarus žemiau esančiame bloke, užduokite klausimus, dalinkitės nuomone ir nuotraukomis straipsnio tema.