Установка солнечных панелей: правила сборки, способы крепления и соединения

Схема подключения модуля

Клик для увеличения схемы

После снятия задней стенки можно получить доступ к печатной плате устройства.

В качестве аккумулятора была выбрана батарея 12 В емкостью 1,2 А/ч, потому, что она у автора была. На самом деле в ясный солнечный день панель сможет зарядить 2-3 таких аккумулятора. Для уменьшения опасности короткого замыкания в цепь аккумулятора включен плавкий предохранитель. Для недопущения разряда аккумулятора через солнечную панель при малом освещении последовательно с панель включен диод Шотки типа IN5817. Когда аккумулятор полностью заряжен ток, отбираемый от солнечной батареи, составляет около 50 мА, при напряжении 19 В.

В качестве тестовой нагрузки использована самодельная светодиодная фитолампа на 4-х последовательно включенных фитосветодиода мощностью 1 Вт, последовательно со светодиодами включен резистор типа МЛТ-2, сопротивлением 30 Ом. При напряжении 12,6 В, ток потребляемый лампой составит около 60 мА. Таким образом аккумулятор на 1,2 А*ч позволяет питать эту лампу около 20 часов.

В целом собранная автономная конструкция оказалась вполне работоспособной с технической точки зрения. Но с экономической точки зрения, учитывая стоимость солнечной батареи, аккумулятора и блока управления картина получается безрадостной. Солнечная батарея стоит 2700 р,  аккумулятор 12 В 1,2 А/ч стоит около 500 р, блок управления 400 р. Так же автор пробовал использовать два последовательно включенных аккумулятора 6 В 12 А/ч (они будут иметь стоимость около 3000 р), такой аккумулятор у автора заряжается за 3-4 солнечных дня, при этом ток зарядки доходит до 270 мА.

Общая стоимость использованного оборудования в минимальной комплектации 3600 р. Как несложно видеть, данная фитолампа потребляет около 0,8 Вт. При тарифе 3,5 р за 1 кВт/ч, лампа должна работать от сети при КПД источника питания 50%, около 640000 ч или 73 года только для того, что бы можно было оправдать затраты на оборудование. При этом за такой промежуток времени, несомненно, придется несколько раз полностью сменить оборудование, деградацию аккумулятора и фотоэлементов ни кто не отменял.

Характеристики солнечных панелей, влияющие на их установку

На монтаж влияет следующее:

  • размер фотогальванических элементов, который определяет их количество, возможности размещения под особенности крыши;
  • материал покрытия: черепица, металл, каучук, ТПО, ПВХ, шифер, ондулин.
  • форма листов покрытия: волнообразные, плитками, находящие друг на друга элементы, со стыковыми швами в виде фальцев.

Именно для процесса закрепления к крыше вид и технология фотогальванических элементов — моно, поли, тонкая пленка — малозначимы. Но мощность и эффективность все-таки может повлиять на монтаж солнечных панелей. Например, если дом имеет север крыши с ограниченной поверхностью, то туда можно поставить более эффективные изделия, остальные — на южную часть, лучше прогреваемую солнцем.

Если по каким-то причинам пользователь посчитает уместным комбинировать продукцию разных фирм или типы панелей, то это также возможно при подходящих параметрах для выбранной архитектуры системы.

Крыша из солнечных батарей кровельные технологии должна учитывать всегда. Например, если каркас состоит из ОСБ плит, это дает более широкие возможности для размещения креплений.

В продаже есть стандартные унифицированные наборы для фиксации солнечных батарей со всеми необходимыми элементами. У производителей можно также заказать нужное количество и параметры набора под индивидуальные потребности.

Монтаж солнечных батарей на крыше

Перед проведением монтажа своими руками необходимо тщательно подготовиться к работе, предусмотреть все нюансы, выбрать правильно место. Следует учесть, что солнечные батареи работают исключительно от солнечной энергии, соответственно, рядом с прибором не должно быть тени. Эксплуатация установки на теневой стороне возможна, но значительно снижается функциональность. Кроме того, длительное использование батарей в таком режиме может вывести их из строя.

Для попадания максимального количества энергии на фотоэлементы батареи их устанавливают по движению солнца (в месте, где максимально в течение дня лучи будут попадать на прибор).

При монтаже, транспортировке и дальнейшей установке оборудования также важно учитывать вес оборудования. Общая масса может достигать 700 кг

Проверяем комплект установки

Для бесперебойной работы оборудования комплектацию солнечных батарей пополняют дополнительными приборами. Перед проведением монтажных работ нужно убедиться, что в наборе присутствуют все составляющие. Как правило, в комплект входят:

  • солнечные батареи;
  • контроллер заряда;
  • аккумуляторы для сбора энергии;
  • инвертор (лучше приобретать с функцией записи и хранения информации);
  • автомат постоянного тока;
  • предохранитель;
  • кабель для подключения всех элементов в одну систему.

Схема сборки солнечной электросистемы

Подключение солнечных панелей осуществляется посредством задействования встроенных соединительных проводов сечением в 4 мм2. Лучше всего для этой цели подходят одножильные медные провода, изоляционная оплетка которых устойчива к ультрафиолетовому излучению.

В случае использования провода, изоляция которого не устойчива к воздействию УФ-лучей, его наружную прокладку рекомендуется выполнять гофрорукаве.

Конец каждого провода соединен с разъемом стандарта МС4 посредством пайки или обжима, благодаря чему обеспечивается герметичное соединение

Независимо от выбранной схемы перед подключением солнечных панелей в обязательном порядке необходимо проверить правильность электромонтажа.

При подключении панелей не рекомендуется превышать технические требования по допустимому току и максимальному напряжению других устройств

Важно придерживаться указанных производителем технических требований контроллера заряда и инвертора

Стандартная схема сборки самой простой солнечной электростанции выглядит следующим образом.

Схема подключения панелей к аккумулятору, инвертору и контроллеру имеет простое исполнение, а потому особых сложностей в подключении не вызывает

Чтобы избежать поломки контроллера, при подключении элементов системы важно соблюдать последовательность. Монтажные работы выполняют в несколько этапов:. Монтажные работы выполняют в несколько этапов:

Монтажные работы выполняют в несколько этапов:

  1. Аккумулятор подключают к контроллеру, задействуя для этого соответствующие разъемы и не забывая соблюдать полярность.
  2. К контроллеру через разъемы при соблюдении все той же полярности присоединяют солнечную батарею.
  3. К разъемам контроллера подключают нагрузку в 12 В.
  4. Если необходимо преобразовать электрическое напряжение с 12 до 220 В, то в схему включают инвертор. Его подключают только к аккумулятору и ни в коем случае не напрямую к контроллеру.
  5. К свободному выходу инвертора подключают электроприборы, рассчитанные на напряжение в 220 В.

Выполнив соединение, нужно проверить полярность и измерить напряжение холостого хода панелей. Если показатель отличается от паспортного значения – соединение выполнено неправильно.

Для подключения устройства к системе нет необходимости вскрывать распаечную монтажную коробку – все соединительные разъемы расположены в доступности

На завершающем этапе солнечную батарею необходимо заземлить. Чтобы минимизировать вероятность короткого замыкания, в местах соединения между аккумулятором, инвертором и контроллером устанавливают предохранители.

Энергия солнечных электростанций найдет применение в питании маломощных бытовых приборов и в зарядке аккумуляторов мобильной техники:

Галерея изображений

Фото из

Энергосберегающие светильники в интерьере

Уличное освещение на солнечных батареях

Обеспечение работы ж/к телевизора

Зарядка аккумуляторов мобильных устройств

Желающим соорудить солнечную батарею собственноручно поможет информация, приведенная в следующей статье.

Схема подключения

Схема подключения солнечной батареи выглядит следующим образом:

  1. Постоянный ток поступает по проводу в контроллер.
  2. Постоянный ток распределяется контроллером на две ветви: одна ведет к аккумуляторной батарее, чтобы ее подзарядить, вторая питает приборы, потребляющие постоянный ток.
  3. Постоянный ток поступает из аккумулятора в инвертор, который преобразует его в переменный.
  4. Из инвертора переменный ток направляется в распределительную коробку, откуда он распределяется по всему дому.

Имейте в виду: энергоснабжение дома можно сделать более эффективным, добавив дополнительные источники электрического тока. Такое действие, однако, усложнит схему подключения устройств.

Как видите, установка солнечных батарей не является слишком сложной задачей. Все сводится к выполнению пунктов следующего плана:

  • убрать деревья, отбрасывающие тень;
  • правильно определить угол наклона панелей;
  • закрепить панели на крыше (если нужно – следует воспользоваться специальными регулируемыми каркасами);
  • установить в доме необходимые приборы (инвертор, коллектор, аккумуляторы);
  • соединить элементы схемы проводами.

Обратите внимание: в стоимость комплектов солнечных батарей обычно не входит цена фурнитуры, проводки, креплений. Если вы не уверены, что сможете выполнить подобную работу, лучше доверить дело профессионалам

Ведь при неправильном подключении можно не просто получить ток меньшей мощности, можно вывести из строя дорогую систему

Если вы не уверены, что сможете выполнить подобную работу, лучше доверить дело профессионалам. Ведь при неправильном подключении можно не просто получить ток меньшей мощности, можно вывести из строя дорогую систему.

Смотрите видео, в котором опытные специалисты объясняют нюансы установки солнечных панелей:

Инвертор

Способы подключения солнечных батарей могут быть разными, но подбор параметров частей системы имеет общие принципы. Рассмотрим, как подобрать инвертор для СЭС разных типов.

Электростанция полностью автономного типа. Такая система не подключена к сети Энергосбыта (внешней магистрали), пользователь получает все электричество только от панелей. Подойдет инвертор off-grid. Эти автономные модели могут быть одно и трехфазными, способны преобразовывать постоянный токи разного вольтажа 12, 24, 48, 96 В и выше. Данные изделия самые дешевые (25–600 долл.), но это не означает их неэффективность — для не особо требовательной сборки указанного типа они подойдут, нет смысла брать более дорогие изделия, так как их потенциал не будет использоваться.

Схема с подключением к центральной сети. СЭС работает как автономно, так и совместно с главной магистралью. Но без аккумуляторов. Тут подойдет инвертор on-grid:

  • регулирует забор электричества, но не из АКБ, а из сети Энергосбыта, если модули не выдают достаточного его количества;
  • отправляет излишки продуцируемой энергии в центральную сеть, например, для продажи «по зеленым тарифам».

Стоимость изделия on-grid 200–20 000 $. Зависит от мощности конкретной модели, например, для устройства на 3–6 кВт — 2000 $, на 1000 кВт — 15 000 $ и выше. Для дома хватит 5 кВт.

Аккумуляторно-сетевая СЭС — самый распространенный оптимальный тип: вырабатывается энергия для запитывания приборов дома, излишек накапливается в АКБ, которые отдают заряд ночью и/или когда модули не справляются с нагрузкой, а также в центральную сеть для продажи. Если система из-за возросших потребностей не справится с нагрузкой, то предполагается забор энергии из магистрали Энергосбыта. Для таких условий подойдет модель hybrid (с сетевыми функциями). Цена начинается с 500–600 $ и до около 20 000 $.

Иные параметры

Дальше кратко подбор инвертора по иным критериям, которые необходимо учесть перед тем, как подключить солнечную панель.

ПараметрОписание
МощностьЗависит от номинала по мощности СЭС, связанной со стороной от постоянного тока и максимумом нагрузки — от переменного. Надо взять полное значение по мощности СЭС (допустимая погрешность 90–120%) и мощность всех приборов при их одновременном включении. Первая характеристика указана в ТД панелей, по второй считают не просто кВт, а совокупное пиковое (пусковое) значение, которое может превышать рабочее в 5–7 раз. Из-за перегрузки во время запуска даже на 2–3 сек. инвертор не запустится.
По напряжениюРекомендованное соотношение (вольтаж/мощность СЭС):

  • 12 В /600 Вт;
  • 24 В/ 600…1500 Вт;
  • 48 В/ больше 1500 Вт.
КПДЭто малозначимый параметр — все современные изделия имеют 90–95% КПД. Энергопотребление прибора не должно быть большим 5–10% проходящей через него энергии.
Вес1 кг — 100 Вт. Качественный прибор не может быть легким, так как чем он мощнее, тем больше трансформатор и его медные обмотки.
Меандровые, синусоидальные типы сигналаМеандр (прямоугольная форма) — дешевый, не защитит полностью от скачков напряжения. Плохо влияет на индуктивные нагрузки, например, на компрессор, насосы кондиционеры, стиралки. К нему ставят дополнительные стабилизаторы. Чистая синусоида — дорогое изделие, колебания очень плавные, только такая модель рекомендована без оговорок для частного дома для запитывания перечисленных выше и всех других приборов. Квазисинусоид — тут применен компромисс, грубо говоря, имитация чистой синусоиды, подойдет для таких же целей, как в предыдущем пункте, прибор менее качественный, но дешевле.
1 или 3 фазныйТрехфазный можно поставить и на 1 и на 3-фазную сеть. Однофазный — только на такую же систему.

Количество инверторов

Теоретически 1 прибора, если он подобран правильно под мощность, другие параметры, хватит для всей СЭС. Но при большом количестве пластин в нескольких линях желательно на каждую ставить свой инвертор. Причина в том, что нестабильность одной ветки (расположенность на чуть ниже освещаемой стороне) негативно влияет на общий инвертор, КПД понизится. А с отдельными такими устройствами этот недостаток нивелируется.

Хороший вариант — модель для нескольких отдельных MPPT входов (2– 4 и больше). Но цена такого оснащения часто неоправданно высокая.

Особенности подключения

  1. Солнечная панель.
  2. Устройство, которое контролирует заряд.
  3. Аккумулятор.
  4. Инвертор.
  5. Электрическая сеть дома.

Обязательно в эту схему входят предохранители от короткого замыкания и лампочка, которая показывает уровень нагрузки. Предохранители устанавливаются на провода с положительным зарядом перед аккумулятором, лампочкой, инвертором.

Лампочку и аккумуляторы подключают к контроллеру заряда.

Эта схема предусматривает наличие одной солнечной панели или нескольких, работающих с одинаковой нагрузкой.

Несколько батарей соединены одним проводом, площадь поперечного сечения которого всегда больше 4 мм². Если планируется установить на крыше дома несколько солнечных панелей, и часть из них будет наклонена под другим углом, то схема подключения предусматривает наличие контроллера для каждой панели.

Практика показала:

  • Монокристаллические способны генерировать ток в течение 3 десятков лет и даже больше.
  • Более дешевые поликристаллические будут работать на протяжении 20 лет.
  • Гибкие панели имеют срок службы 7-20 лет. Наиболее короткую «жизнь» имеют изделия первого поколения, наиболее длинную – изделия второго поколения. Главным минусом является быстрая деградация. В течение первых 24 месяцев работы их мощность падает на 10-40%.

Используемые на больших солнечных станциях модули смогли работать с одинаковой мощностью в течение 25 лет. Заявленные в описании характеристики выполнялись на 100%. Это говорит об отсутствии деградации. Некоторые из панелей уменьшили выработку на 10%. Производители гарантировали уменьшение выработки на 20%.

Независимо от срока использования светочувствительные элементы никогда не теряют своей производительности.
То есть может пройти 50 лет, и они могут производить такое же количество электроэнергии. На ухудшение выработки влияет разрушения защитных пленок, которые позволяют влаге проникать внутрь панели и вызывать коррозию всех соединений. Этот минус приводит к увеличению сопротивления, чрезмерному нагреву, разрушению соединений. Аккумуляторы могут работать 2-15 лет, силовая электроника – 5-20 лет.

Принципиальные схемы солнечных батарей и вариантов их присоединения к управляющим и преобразующим устройствам не является большой сложностью. Практическая сложность общей схемы, с конкретными значениями характеристик всех элементов, заключается в правильном расчете нагрузки, настройке контроллера зарядки и контроллера отбора энергии от других источников.

На примере рисунка рассмотрим некоторые нюансы, связанные с разнонаправленностью панелей, что приводит к различной освещенности панелей. Кроме этого, рассмотрим типы контроллеров зарядки АБК.

Размещение нескольких панелей в одной плоскости не вызывает особых проблем в схемотехнике и практическом подключении. Панели, размещенные в разных плоскостях, пусть близких, работают по-другому. Более освещенная панель (более близкая к точке максимальной мощности) генерирует электричество, часть которого идет на нагрев другой панели, т.к. ток течет по пути наименьшего сопротивления.

И есть два способа избежать этих потерь:

  • Установить на каждую панель свой контроллер. Имеет смысл, если это мощные панели (более 1 кВт) или панели разнесены на большое расстояние.
  • Установить отсекающие (запирающие) диоды. Некоторые производители комплектуют диодами свои панели и предусматривают их место в распределительной коробке. Кстати, внутри панели (схема панели) предусматривается наличие диодов между модулями (пластинами), что позволяет получать максимальную мощность и не «греть» пластину с более низкими показателями.

Другая мелочь, на которую мало обращают внимание — это падение напряжения в проводах низковольтной части системы и потери в соединениях. Например, при длине кабеля 1 м сечением 4 кв. мм при прохождении тока в 80 А с напряжением 12 В падение напряжения составит 0,383 В (3,19 %) или 30,6 Вт

В «скрутках» падение составляет 0,1-0,3 В

мм при прохождении тока в 80 А с напряжением 12 В падение напряжения составит 0,383 В (3,19 %) или 30,6 Вт. В «скрутках» падение составляет 0,1-0,3 В.

Красным цветом указано несоответствие передаваемой мощности сечению провода, при котором происходит сильный пожароопасный нагрев.

Этапы установки оборудования

Схема монтажа панелей

К выполнению монтажных работ можно приступать сразу после приобретения комплекта, так как все необходимое для этого поставляется вместе с панелями.

Обычно в комплектацию включены:

  • Крюки;
  • Крепления;
  • Профили из алюминия.

Сам процесс установки солнечных панелей заключается в следующем. На поверхности крыши при помощи крюков крепятся панели.

Специалисты рекомендуют, если установка солнечных батарей предполагается на плоскую крышу, то между ней и панелью должен оставаться небольшой зазор. Это необходимо для того, чтобы избежать потери производительности системы из-за нагрева фотоэлементов.

Монтаж солнечных батарей выполняется следующим образом. Вначале собирают каркас, используя для этого болты диаметром 6 и 8 мм. Затем он фиксируется при помощи металлических угольников, придающих конструкции прочность и нужный угол наклона.

Смотрим видео, этапы монтажа:

Панель подвешивается к крыше посредством специальных шпилек. Но чтобы она не лопнула необходимо в процессе выполнения монтажа солнечных батарей следить за поверхностью каркаса. В ней не должно быть перекосов.

Рекомендации специалиста

Поскольку энергия, вырабатываемая батареей не может применяться напрямую, то между ней и сетью устанавливают инвертор. Есть несколько вариантов его подключения:

  • Автономный;
  • Резервный;
  • С возможностью продажи излишков.

Первый способ монтажа используется в населенных пунктах, где нет электросетей. Для его реализации потребуются аккумуляторы большой мощности, которые будут накапливать энергию днем и отдавать ночью.

Резервный способ подключения подходит для объектов с централизованной сетью. В таком случае устанавливаемые солнечные батареи играют роль дополнительного источника питания, что позволяет снизить цену на электричество.

Также профессионалы не рекомендуют устанавливать солнечные батареи на крышу темного цвета, так как на ней они будут чрезмерно нагреваться. Идеальным вариантом является монтаже на светлое покрытие способное отражать лучи. Именно такой, рассеянный свет лучше всего воспринимается панелями.

Если планируется монтаж нескольких батарей, то расстояние между рядами не должно быть меньше 1,7 от их высоты, иначе элементы будут затенять друг друга.

Подключение солнечных панелей

Выбирая место для монтажа необходимо учитывать освещенность поверхности, поэтому идеально располагать панели с южной стороны здания. Большое влияние на выработку энергии играет и угол наклона. Он может быть 15-90 градусов и выбирается в зависимости от географической широты расположения населенного пункта.

Не должны затенять панели и соседние конструкции, деревья, антенны. Потому что даже небольшой участок на которые не попадают солнечные лучи, способен значительно снизить выработку энергии.

В процессе эксплуатации необходимо периодически очищать батареи от пыли и грязи, поскольку они также снижают производительность оборудования.

Заключение

В монтаже нет особых сложностей, и они могут быть установлены самостоятельно. Однако, прежде чем приступать к этому, нужно учесть определенные правила и особенности самого процесса. А кроме этого стоит учитывать, что такие системы не являются идеальными и имеют свои недостатки. Причем это не только значительная стоимость, но и недостаточная эффективность работы в холодное время года.

Параллельное соединение солнечных панелей

Данная схема подходит для тех случаев, когда необходимо оставить напряжение на одном уровне, но повысить мощность солнечного PV-массива. Приведем пример на двух солнечных панелях мощность 100В с напряжением 12В. Соединение происходит путем подключения положительных соединений в одну группу, а отрицательных выводов – во вторую группу. Такими образом, напряжение остается прежним 12В, а мощность возрастает до 200 Вт.

Рисунок 1. Параллельное соединение солнечных панелей (12В 200Вт).

Последовательное соединение солнечных панелей

Последовательное соединение применяется в тех ситуациях, когда необходимо поднять уровень напряжения, но зафиксировать мощность на одном уровне. На схеме отражено соединение двух солнечных панелей мощностью 100Вт с напряжением 12В, когда в итоге получаем солнечный PV-массив 24В 100Вт.

Рисунок 2. Последовательное соединение солнечных панелей (24В 100Вт).

Параллельно-последовательное соединение солнечных панелей

Более сложной схемой соединения солнечных батарей будет параллельно-последовательный тип. Зачастую подобная схема применяется для относительно мощных солнечных массивов. Применение этой схемы дает возможность как поднять номинальное напряжение соединенных панелей, так и увеличить мощность. На примере показано, как можно соединить четыре панели с напряжением 12В и мощностью 100Вт. После соединения получаем солнечный PV-массив с напряжением 24В и мощностью 200Вт.

Рисунок 3. Параллельно-последовательное соединение солнечных панелей (24В 200Вт).

Соединение солнечных батарей разной мощности

Когда требуется соединить вместе солнечные батареи разной мощности, то может применяться две вышеописанные схемы: параллельная и последовательная. Однако необходимо учитывать возможности применяемого MPPT-контроллера. Так, чтобы подключить батареи параллельно, максимальный выходной ток должен соответствовать току MPPT-контроллера и наоборот, для соединения разных по мощности солнечных модулей последовательно, MPPT-контроллер обязательно должен иметь более высокое рабочее напряжение, чем сумма напряжения холостого хода двух модулей.

Рисунок 4. Параллельное и последовательной соединение солнечных панелей разной мощности.

Как видно по приведенным расчетам, производительность выше на 5,5% при последовательном соединении. Рекомендуем использовать этот вариант.

Внимание! Соединение солнечных батарей разной мощности несколько снижает производительность MPPT-контроллера и делает болеет трудным поиск точки максимальной мощности, но такая система также будет нормально работать при необходимости

Заключение

Сегодня было рассмотрено то, как правильно и эффективно соединять фотоэлектрические панели. Но если остались вопросы, наши специалисты по альтернативной энергетике проведут необходимые консультации.

Также ранее мы писали о том, как правильно соединять аккумуляторные батареи и какие это несет преимущества в зависимости от применяемой схемы соединения: параллельной, последовательной и параллельно-последовательной.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitter
Напишите комментарий