Солнечные электростанции для дома

Как работают солнечные электростанции для дома. Советы по выбору схемы и комплектующих элементов

Альтернативные источники электроэнергии все больше интересуют владельцев домов. Их привлекает дешевизна использования солнечной энергии. Но массовое внедрение устройств, работающих от световых потоков Солнца, сдерживается дороговизной оборудования и сложностью его подбора и монтажа.

На самом деле собрать своими руками и эксплуатировать солнечную электростанцию по силам домашнему мастеру, даже ученику старших классов. Для этого надо:

• ознакомиться с принципами работы схемы,

• определиться с задачами оборудования,

• подобрать наиболее подходящую комплектацию станции,

• провести механический монтаж всех элементов,

• собрать электрическую схему,

• проверить работоспособность и грамотно эксплуатировать.

Многочисленные практические эксперименты позволяют рекомендовать универсальную схему решения задач солнечной электростанции для дома.

Типовая схема домашней электростанции с солнечной батареей (для увеличения нажмите на рисунок):

В ее состав входят:

• модуль солнечных батарей на основе отдельных фотоячеек,

• контроллер,

• накопительные аккумуляторы электрической энергии,

• инвертор.

Следует хорошо представлять, что в солнечной электростанции роль солнечных батарей заключается не в прямом питании электрических потребителей (хотя в определенных ситуациях это вполне оправдано: часы, калькуляторы и подобные приборы), а в обеспечении заряда рабочих аккумуляторов схемы, которые:

• получают электроэнергию от солнечных модулей,

• накапливают ее и передают потребителям.

Вопрос создания домашней станции следует начинать с определения ее нагрузки. Для этого надо проанализировать все потребители, которые будут работать от энергии Солнца. Их разделяют на два основных класса:

• устройства, работающие от сети переменного тока 220 В,

• радиоэлектронная и компьютерная техника, функционирующая от постоянного тока напряжением 12/24В.

Электродвигатели холодильников, стиральных машин, пылесосов и других устройств работают только от сети ~220В/50Гц. Их придется подключать через устройство, которое из постоянной электроэнергии аккумуляторов формирует синусоидальные гармоники с необходимыми характеристиками. Этот прибор называют инвертором.

Как он работает и способы его подбора под определенные нагрузки — тема отдельной статьи. А сейчас важно понять, что выходная мощность подбираемого инвертора должна обеспечивать надежную работу всех подключенных к нему потребителей и даже иметь небольшой запас.

В целях экономии вполне допустим вариант поочередной эксплуатации потребителей переменного тока. Согласитесь, что иногда необязательно включать моющий пылесос на нагрев воды при работающей стиральной машине. Вполне разумно дождаться окончания стирки, а потом заняться пылесосом. Это значительно снизит нагрузку на инвертор.

Переход на использование солнечной электростанции в доме следует совместить с заменой приборов осветительной сети. Нет смысла тратить энергию инвертора на нагрев нитей ламп накаливания. От них следует сразу отказаться, или в крайнем случае перейти на энергосберегающие лампы, работающие от напряжения =24/12В.

Это избавит от лишних трат энергии потому, что их, как и остальное радиоэлектронное и компьютерное оборудование можно запитать напрямую от постоянного напряжения накопительных аккумуляторов.

Смотрите, что происходит: электронная схема, например, ноутбука работает от электроэнергии батареи =12В.

Для ее подзаряда используется блок питания, который преобразует переменное напряжение ~220В/50Гц в величину =19В.

12 вольт вполне достаточно для работы этого ноутбука. Причем из него вообще можно изъять аккумулятор и питать напрямую от накопительных аккумуляторных батарей (АКБ). При таком способе создается порядка 40% экономии энергии по сравнению со способом ее двойного преобразования инвертором, а затем блоком питания.

Зачем дополнительно нагружать создаваемую конструкцию ненужными устройствами, бессмысленно грея окружающий воздух сложными электронными приборами? Схему питания каждого бытового помощника надо хорошо продумать и подобным образом упростить его электропитание. Для этого потребуется совсем немного затрат:

• отрезки провода,

• стандартные переходники.

В заключение такой работы будет не сложно рассчитать требуемую выходную мощность инвертора, а по ней уже подобрать подходящую модель для покупки.

Теперь пришло время определиться с накопительными аккумуляторными батареями для домашней солнечной электростанции. Правила их выбора и основные характеристики здесь не рассматриваем - это объемная отдельная тема, которая будет подробно рассмотрена в другой статье.

А сейчас заострим свое внимание на том, что эти аккумуляторные батареи должны надежно питать обе группы потребителей, которые мы кратко рассмотрели. Здесь тоже следует соблюдать очередность работы приборов и иметь какой-то запас.

Определившись с задачей аккумуляторов (их емкостью и суммарным выходным напряжением) можно подбирать модули солнечных батарей. Их современное производство выпускает большим ассортиментом с разными способами изготовления. Они обладают отличающимися друг от друга характеристиками и возможностями.

Обратите внимание на то, что модули солнечных батарей:

• по выходному напряжению должны соответствовать накопительныаккумумляторным батареям,

• обладать мощностью, способной при средних условиях освещения выдавать номинальный зарядный ток на рабочие аккумуляторы.

Есть еще одно устройство в этой схеме: контроллер. Он работает посредником между солнечными батареями и накопительными аккумуляторным батареям, регулируя процесс заряда.

Рассмотрим упрощенную электросхему для солнечной электростанции, работающей без контроллеров. Это сделано для того, чтобы у вас было четкое понимание его назначения.

Упрощенная схема домашней электростанции с солнечной батареей (для увеличения нажмите на рисунок):

В этой схеме контроллер убран, а вместо него работает обыкновенный диод. Почему так поступили?

Единственная задача контроллера: подзаряд накопительных аккумуляторных батарей до 14÷14,5 В. Делает это он разными способами и работает периодически:

• при повышенной солнечной активности,

• отсутствии потребления электроэнергии (аккумуляторы ничего не питают — не нужна зарядка),

• заниженной емкости аккумуляторных батарей, когда они не справляются с нагрузкой и часть энергии потребителям идет от модулей солнечных батарей.

Полный заряд батареи выполняет МРРТ контроллер, занимающийся сканированием точки с максимальной мощностью отдачи у солнечной батареи (см. Как устроены и работают солнечные батареи). Это самая надежная, но дорогая конструкция. Остальные модели, особенно разработки On/Off вполне можно заменить силовым диодом.

Он не даст в темное время суток перетекать току от аккумуляторных батарей к солнечной батарее, предотвратит их разряд. При этом способе не рекомендуется оставлять на длительное время солнечную электростанцию без нагрузки: аккумуляторы будут подзаряжаться без какого-либо ограничения, а нам необходимо обеспечить баланс между зарядом и расходом энергии. В этом случае можно исключить часть солнечной батареи из работы или скоммутировать дополнительно постоянную нагрузку: вентиляцию, обогрев, светильники…

Использование диода с отказом от контроллера удешевляет схему, но требует более тщательного наблюдения за ней и внесения ручных корректировок в работу.

В заключение обратите внимание на самое главное при создании конструкции: все элементы схемы домашней солнечной электростанции работают в комплексе, а поэтому должны быть хорошо подобраны и сбалансированы между собой и потребителями.

В следующих статьях будут рассмотрены устройство и принцип действия контроллеров, инверторов и аккумуляторных батарей для домашних солнечных электростанций. 

Смотрите также: Солнечные аккумуляторы: как подобрать, эксплуатировать и восстановить пластины (десульфатировать)