Существуют 3 варианта соединения солнечных панелей между собой:

Последовательное соединение

Параллельное соединение

Последовательно-параллельное соединение солнечных панелей.

Данная статья как раз для того, чтобы разобраться в каждом из них.

Возможные варианты подключения солнечных батарей (солнечных панелей)

Существуют 3 варианта соединения солнечных батарей между собой:

Последовательное соединение;

Параллельное соединение;

Последовательно-параллельное соединение.

Для того чтобы разобраться чем они отличаются, обратимся к основным характеристикам солнечных батарей:

Номинальное напряжение солнечной батареи - как правило 12В или 24В;
. Напряжение при пиковой мощности Vmp - напряжение при которой батарея выдает максимальную мощность;
. Напряжение холостого хода Voc - напряжение в отсутствии нагрузки (важно при выборе контроллера заряда);

Напряжение максимальное в системе Vdc - определяет максимальное количество батарей объединенных вместе;
. Ток Imp - ток при максимальной мощности батареи;
. Ток Isc - ток короткого замыкания, максимально возможный ток батареи.

Мощность солнечной батареи определяется как произведение Напряжения и тока в точке максимальной мощности - Vmp х Imp

В зависимости от того какая схема подключения солнечных батарей выбрана, будут определяться характеристики системы солнечных батарей и подбираться соответствующий контроллер заряда.

Рассмотрим каждую схему соединения:

1) Последовательное соединение солнечных батарей :

При таком соединении минусовая клемма первой батареи соединяется с плюсовой клеммой второй, минусовая второй с клеммой третьей и так далее.

При последовательном соединении нескольких батарей, напряжение их всех будет складываться. Ток системы будет равен току батареи с минимальным током. По этой причине не рекомендуется соединять последовательно батареи с различным значением тока максимальной мощности, поскольку работать они будут не в полную силу.

Рассмотрим на примере:

Имеем 4 солнечных монокристаллических батареи со следующими характеристиками:

Номинальное напряжение: 12В
. Напряжение при пиковой мощности Vmp: 18.46 В
. Напряжение холостого хода Voc: 22.48В
. Напряжение максимальное в системе Vdc: 1000В
. Ток в точке максимальной мощности Imp: 5.42А
. Ток короткого замыкания Isc: 5.65А

Соединив последовательно 4 таких батареи мы получим на выходе номинальное напряжение 12Вх 4=48В. Напряжение холостого хода = 22,48В х 4=89,92В и Ток в точке максимальной мощности равный 5,42А. Эти три параметра задают нам ограничения при выборе контроллера заряда.

2) Параллельное соединение солнечных батарей

В данном случае батареи соединяются при помощи специальных Y - коннекторов. У таких коннекторов имеется два входа и один выход. К входам подключаются клеммы одинакового знака.

При таком соединении напряжение на выходе каждой батареи будет равны между собой и равны напряжению на выходе из системы батарей. Ток от всех батарей будет складываться. Такое соединение позволяет, не поднимая напряжения увеличить ток от них.

Рассмотрим на примере все тех же 4х батарей:

Соединив параллельно 4 таких батареи мы получим номинальное напряжение на выходе равное 12В, Напряжение холостого хода останется 22,48В, но ток при этом будет равен 5,42А х 4 = 21,68А.

3) Последовательно-параллельное соединение солнечных батарей

Последний тип соединения объединяет в себе два предыдущих. Применяя данную схему соединения батарей, мы можем регулировать напряжение и ток на выходе из системы нескольких батарей, что позволит подобрать наиболее оптимальный режим работы всей солнечной электростанции.

В случае такого подключения соединенные последовательно цепочки батарей объединяют параллельно.

Вернемся к нашему примеру с 4-мя батеями:

Соединив по 2 батареи последовательно и затем объединим их соединив цепочки батарей параллельно мы получим следующее. Номинальное напряжение на выходе будет равно сумме двух последовательно соединенных батарей 12В х 2=24В, напряжение холостого хода будет равно 22,48В х 2=44,96В, а ток при этом будет равен 5,42А х2=10,84А.

Такое соединение позволит максимально сэкономить на покупке контроллера заряда, поскольку от него не потребуется выдерживать больших напряжений как в случае последовательного соединения или больших токов как в случае параллельного соединения. Именно поэтому соединяя панели между собой необходимо стремится к балансу между токами и напряжениями.

О том как подобрать контроллер заряда можно прочитать

Решил для новичков отдельно написать статью о вариантах подключения Солнечных батарей. Многие не знают как правильно соединить солнечные батареи в цепь, какой использовать провод, где ставить диоды, ну а дольше можно развернуть если напишите под темой.

И так начнем с варианта подключения 12 вольтовых СБ:

Провода от солнечных батарей лучше использовать 2 кв /мм до 100 Ватт, 2.5 Кв /мм до 150 Ватт, 3 кв/мм 200 Ватт и т.д.

На шесть солнечных батарей по 4 А *6 =24 А, сечение провода должно быть минимум 6 кв/мм, лучшим вариантом 12 кв/мм.

Плюсы такой системы: мах ток, более дешевое исполнение не желе на другое напряжение, Широкая применяемость такого подключения, Множество приборов рассчитано на питание именно 12 Вольт.

Минус: Дорогие инверторы с чистым синусом.

Подключение 12 вольтовых солнечных батарей чтобы получить на выходе напряжение для зарядки 24 вольтовых АКБ:

На выходе соединив 2 последовательно мы получаем повышенное напряжение ток же будет равен самой слабой из двух СБ.

Провода от солнечных батарей лучше использовать 2 кв /мм до 150 Ватт, 2.5 Кв /мм до 250 Ватт, 3 кв/мм 350 Ватт И т.д.

Провода к которым подключаем Солнечные батареи выбираем из расчета длины провода От всех СБ до контроллера.

На три пары солнечных батарей по 4 А *3 =12 А, сечение провода должно быть минимум 4 кв/мм, лучшим вариантом 8 кв/мм.

Плюсы: Дешевые инверторы, дешевле обходятся провода для сопряжения СБ и контроллера. Если вы имеете четное количество СБ, и одинаковых АКБ, то вы можете без труда переделать вашу 12 вольтовую систему на 24 вольта.

Минус: нельзя подключать разные панели в паре чтобы не было просадки по току! Панели рассчитанные именно на это напряжение, слишком громоздкие, для нормальной зарядки двух АКБ подключенных последовательно на 180 -200 А. Сложности в правильном подключении.

Рассмотрим подключение 48 вольтовых СБ:

На выходе соединив 4 последовательно мы получаем повышенное напряжение ток же будет равен самой слабой СБ.

Провода от солнечных батарей лучше использовать 3 кв /мм до 400 Ватт

Провода к которым подключаем Солнечные батареи выбираем из расчета длины провода От всех СБ до контроллера.

На четыре солнечных батарей по 4А *1 =4А, сечение провода должно быть минимум 3 кв/мм, лучшим вариантом 6 кв/мм.

Плюсы: ну не знаю я какие + у этих систем!, кроме как толщина проводов.

Минусы: Дорогой контроллер заряда, дорогие СБ, дорогие АКБ. Сложности в монтаже если собирать систему одному, требуется повышенный контроль напряжений, доп. установка систем защиты.

10 марта 2015 в 19:45

Мой личный опыт использования солнечных панелей без подключения к РЭС

• Энергия и элементы питания

В статье описывается самый обычный эксперимент с получением электрической энергии от солнца.

Предыстория

Захотел я переехать из города на природу. Требования были следующие:

• Недалеко от Киева, рассматривались участки до 30км
• Недалеко от родителей моих и супруги, которые остаются в Киеве
• Поменьше людей, побольше природы.

В результате было выбрано с. Зазимье, Броварского района. 10 километров до границы города. Удобно ехать домой на такси, если с машиной что-то не так. Был выбран участок, куплен. А потом местная энергокомпания «развела руками». Я был в шоке. Я рассчитывал решить вопрос максимум за 5K$, а получилось «как всегда». Таким образом я пришел к альтернативным источникам получения электроэнергии.

Первый опыт был интересным. Фундамент мы заливали с помощью генератора FIRMAN на 950Вт, небольшой бетономешалки (40л) и по выходным. Все это помещалось в Славуту. Был построен небольшой дом 18м2+чердак, на простом каркасе, в котором мы сейчас и обитаем время от времени. В основном в теплое время, конечно. Рядом в селе снимаем кусок дома на зимнее время. Речь и пойдет об электрификации этого дома.

Начало

Были куплены две солнечные панели китайского производства по 180Вт каждая. Был куплен контроллер ШИМ EPSOLAR на 20А. Два свинцово-кислотных аккумулятора по 100Ач достались по очень льготной цене и инвертор FORT FX55. Позднее мне еще подарили автомобильный преобразователь 12-220 на 300Вт. А до этого я еще купил на 150Вт без вентиляторный автомобильный преобразователь.

С оборудованием разобрались.

Вот снимок характеристик одной панели:

Вот то, что панели выдают на ХХ:

Фотография сразу после установки на крышу:

Быт, потребление

Живу я, сами понимаете, ИТ-жизнью. Убежденный фрилансер, периодически пытаюсь создать что-то большее чам самостоятельный фриланс. Кому интересно, можете зайти ко мне в гости

Все вышеописанное питает: Macbook Pro 2010, телефоны, книжки, планшеты, 3G-роутер, принтер HP LaserJet 1020. Зарядка шуруповерта, насосная станция для воды 1100Вт, пару прожекторов на улицу с датчиками движения и освещенности. Освещение в доме светодиодное 12В.

Есть так же генератор 2,5КВт Кентавр. 4-х тактный. Масло отдельно, а 95-й бензин отдельно. Расход 0,5л в час. Очень экономно получется. На нем сейчас работает бетономешалка, когда она требуется.

На кухне в мелком доме сейчас стоит газовый баллон на 4,8л, без редуктора. Типа «туристический», но работает постоянно. Хватает на две недели при готовке три раза в день. Мимо АГЗС проезжаю регулярно, так что с заправкой проблем нет.

Вот как мое хозяйство выглядело этой зимой:

Большой дом и планы на него

Как я уже писал, изначально планировалась сеть для него, поэтому куплен инвертор FORT FX55 (3500Вт / 5500Вт пусковой). Крыша спроектирована под 20 солнечных панелей 180Вт, что бы они «стали на угол 50 градусов». Широта у меня такая. Где-то вычитал, что на нашей широте и ставить надо под углом 50 градусов - это самый оптимальный угол. Аккумуляторы куплю гелевые, поставлю отдельный новый контроллер.

Будет печка, с которой я на освещение буду снимать зимой электричество (см. ru.wikipedia.org/wiki/Элемент_Пельтье). Так же с печки будет «снято»: горячая вода, водяное отопление (пол + батареи). Печка будет «двухколпаковая». Для эстетики добавлю камин.

На кухне газовая плита и газовая же (ох, и трудно было найти) духовка. Встроенная в мебель.
Вопросы? Комментарии?

Оговорюсь сразу, что несмотря на 4 балла по ТОЭ, основы электротехники я совсем не помню. Ну разве что закон Ома, который является частным случаем Второго правила Кирхгофа. Все делалось по логике и вычитанному из интернета.

Альтернативная энергетика становится все доступнее. Эта статья даст вам полное представление о солнечной энергетике локальных масштабов, видах фотоэлементов и панелей, принципах построения солнечных ферм и экономической обоснованности.

Особенности солнечной энергетики в средних широтах

Для жителей средних широт альтернативная энергетика весьма привлекательна. Даже в северных широтах среднегодовая суточная доза излучения составляет 2,3-2,6 кВт·ч/м 2 . Чем ближе к югу — тем выше этот показатель. В Якутске, например, интенсивность солнечного излучения составляет 2,96, а в Хабаровске — 3,69 кВт·ч/м 2 . Показатели в декабре составляют от 7% до 20% от среднегодового значения, а в июне и июле возрастают вдвое.

Вот пример расчета эффективности солнечных панелей для Архангельска — региона с одним из самых низких показателей интенсивности солнечного излучения:

• Q — среднегодовое количество солнечной радиации в регионе (2,29 кВт·ч/м 2);
• К откл — коэффициент отклонения поверхности коллектора от южного направления (среднее значение: 1,05);
• P ном — номинальная мощность солнечной панели;
• К пот — коэффициент потерь в электроустановках (0,85-0,98);
• Q исп — интенсивность излучения, при которой панель испытывалась (обычно 1000 кВт·ч/м 2).

Последние три параметра указываются в паспорте панелей. Таким образом, если в условиях Архангельска работают панели KVAZAR с номинальной мощностью 0,245 кВт, а потери в электроустановке не превышают 7%, то один блок фотоэлементов обеспечит генерацию в размере около 550 Вт·ч. Соответственно, для объекта с номинальным потреблением 10 кВт·ч понадобится около 20 панелей.

Экономическая обоснованность

Сроки окупаемости солнечных панелей посчитать несложно. Умножьте суточное количество производимой энергии в сутки на количество суток в году и на срок эксплуатации панелей без снижения мощности — 30 лет. Рассмотренная выше электроустановка способна генерировать в среднем от 52 до 100 кВт·ч в сутки в зависимости от продолжительности светового дня. Среднее значение составляет около 64 кВт·ч. Таким образом, за 30 лет электростанция в теории должна выработать 700 тыс. кВт·ч. При одноставочном тарифе в 3,87 руб. и стоимости одной панели около 15 000 руб, затраты окупятся за 4-5 лет. Но реальность более прозаична.

Дело в том, что декабрьские значения солнечной радиации меньше среднегодовых примерно на порядок. Поэтому для полностью автономной работы электростанции зимой требуется в 7-8 раз больше панелей, чем летом. Это существенно увеличивает вложения, но уменьшает срок окупаемости. Перспектива введения «зеленого тарифа» выглядит вполне ободряюще, но даже на сегодняшний день можно заключить договор на поставку электроэнергии в сеть по оптовой цене, которая втрое ниже розничного тарифа. И даже этого достаточно, чтобы выгодно продавать 7-8 кратный излишек выработанной электроэнергии в летний период.

Основные типы солнечных панелей

Существует два основных типа солнечных панелей.

Твердые кремниевые фотоэлементы считаются элементами первого поколения и наиболее распространены: около 3/4 рынка. Их существует две разновидности:

• монокристаллические (черного цвета) имеют высокий КПД (0,2-0,24) и малую цену;
• поликристаллические (темно-синего цвета) дешевле в производстве, но менее эффективны (0,12-0,18), хотя при рассеянном свете их КПД снижается меньше.

Мягкие фотоэлементы называют пленочными и изготавливают либо из кремниевого напыления, либо путем многослойной композиции. Кремниевые элементы дешевле в производстве, но их КПД в 2-3 раза ниже кристаллических. Однако при рассеянном свете (сумерки, пасмурность) они эффективнее кристаллических.

Некоторые виды композитных пленок имеют КПД около 0,2 и стоят гораздо больше твердых элементов. Их применение в солнечных электростанциях весьма сомнительно: пленочные панели в большей степени подвержены деградации со временем. Основная область их применения — мобильные энергоустановки с низким потреблением энергии.

Гибридные панели включают помимо блока фотоэлементов также коллектор — систему капиллярных трубок для нагрева воды. Преимущество их не только в экономии площади и возможности горячего водоснабжения. За счет водяного охлаждения фотоэлементы меньше теряют в производительности при нагреве.

Таблица. Обзор производителей

Модель	SSI Solar LS-235	SOLBAT MCK-150	Canadian Solar CS5A-210M	Chinaland CHN300-72P
Страна	Швейцария	Россия	Канада	Китай
Тип	Поликристалл	Монокристалл	Монокристалл	Поликристалл
Мощность при 1000 кВт·ч/м 2 , Вт	235	150	210	300
Число элементов	60	72	72	72
Напряжение: холостого хода/при нагрузке, В	36,9/29,8	18/12	45,5/37,9	36,7/43,6
Ток: при нагрузке/короткого замыкания, А	7,88/8,4	8,33/8,58	5,54/5,92	8,17/8,71
Вес, кг	19	12	15,3	24
Размеры, мм	1650х1010х42	667х1467х38	1595х801х40	1950х990х45
Цена, руб.	13 900	10 000	14 500	18 150

Оборудование гелиоэнергетического комплекса

Батареи генерируют при работе постоянный ток величиной до 40 В. Чтобы использовать его в бытовых целях, требуется ряд преобразований. За это отвечает следующее оборудование:

1. Блок аккумуляторных батарей. Позволяет пользоваться выработанной энергией ночью и в часы малой интенсивности. Используются гелиевые аккумуляторы номинальным напряжением 12, 24 или 48 В.
2. Контроллеры заряда поддерживают оптимальный цикл работы аккумуляторов и переводят требуемую мощность на питание потребителей. Необходимое оборудование подбирается под параметры батарей и аккумуляторов.
3. Инвертор напряжения трансформирует постоянный ток в переменный и имеет ряд дополнительных функций. Во-первых, инвертор устанавливает приоритет источника напряжения, а при недостатке мощности «подмешивает» питание из другого. Гибридные инверторы позволяют также отдавать излишек вырабатываемой энергии в городскую сеть.

1 — солнечные батареи 12 В; 2 — солнечные батареи 24 В; 3 — контроллер заряда; 4 — АКБ 12 В; 5 — освещение 12 В; 6 — инвертор; 7 — автоматика «умного дома»; 8 — блок АКБ 24 В; 9 — аварийный генератор; 10 — основные потребители 220 В

Применение в домашнем хозяйстве

Солнечные панели могут использоваться в абсолютно любых целях: от компенсации получаемой энергии и питания отдельных линий до полной автономизации энергосистемы , включая отопление и горячее водоснабжение. В последнем случае важную роль играет масштабное применение энергосберегающих технологий — рекуператоров и тепловых насосов.

При смешанном использовании гелиоэнергетики используют инверторы. При этом питание может направляться либо на работу отдельных линий или систем, либо частично компенсировать использование городского электричества. Классический пример эффективной энергосистемы — тепловой насос, питаемый небольшой солнечной электростанцией с блоком аккумуляторов.

1 — городская сеть 220 В; 2 — солнечные батареи 12 В; 3 — освещение 12 В; 4 — инвертор; 5 — контроллер заряда; 6 — основные потребители 220 В; 7 — АКБ

Традиционно панели устанавливают на крышах зданий, а в некоторых архитектурных решениях они полностью заменяют кровельное покрытие. При этом панели необходимо ориентировать на южную сторону таким образом, чтобы падение лучей на плоскость было перпендикулярным.

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

AGM технология	GEL технология
Абсолютно герметичная конструкция исключает возможность утечки кислоты и коррозии клемм, а также позволяет монтировать АКБ в любом положении, за исключением вверх дном.	Допускается установка аккумулятора на боковую поверхность и вверх дном. Являются более устойчивыми к глубоким разрядам.
Исключена возможность взрыва и выделения газов, но при условии правильной зарядки.	Стабильная работа при повышенной влажности и высоком уровне вибрации.
Стабильная работа батареи при температуре ниже -30°С.	Возможность эксплуатации при температурном режиме выше +50°С и ниже -35°С, а также вблизи чувствительных электронных устройств.
Увеличение срока службы за счет повышенной виброустойчивости.	Увеличение срока службы за счет использования активного материала, увеличивающего емкость аккумуляторной батареи.
Время полной зарядки аккумулятора в 7 раз меньше, чем время зарядки обычной свинцово-кислотной АКБ.	Минимальная цена в категориях «Цена/Количество месяцев службы» и «Цена/Число циклов».

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: