Солнечная электростанция своими руками

Солнечные электростанции перестают быть редкостью в быту, они все чаще помогают в обеспечении автономности дома, повышая комфорт проживания. Обладая базовыми знаниями в электронике/электротехнике, вы можете собрать домашнюю солнечную станцию сами, сэкономив на этом немалые средства. Солнечные электростанции могут быть трех видов: автономные, сетевые ( с генерацией в сеть) и комбинированные (комбинация сетевой и автономной электростанций). В данной статье рассматривается пример построения автономной солнечной электростанции, так как такой тип станции наиболее востребован для решения задачи резервного электроснабжения дома.

Любая солнечная электростанция, выдающая переменный ток, состоит из четырех базовых элементов:

- солнечные панели,

- контроллер заряда АКБ,

- аккумуляторы,

- комбинированный инвертор - преобразователь.

Примечание: в настоящее время не редкость инвертор со встроенным контроллером заряда аккумуляторных батарей, в случае использования такого инвертора количество компонентов солнечной электростанции сокращается. Но необходимо учитывать, что использование отдельного контроллера заряда повышает надежность и возможности модернизации солнечной электростанции.

В принципе, этих элементов достаточно, чтобы комплекс работал и выполнял свои функции.

Однако, если комплекс собирать грамотно, стремиться к повышению эффективности, долговечной работы, а также соблюдать меры безопасности, понадобятся некоторые дополнительные элементы и знания.

Нарисуем подробную схему стандартной солнечной электростанции и составим список необходимых/рекомендуемых элементов.

Перечень и назначение всех элементов стандартной солнечной электростанции

1. Солнечные батареи

Количество и мощность подбираются в зависимости от нагрузки, необходимой продолжительности электроснабжения и географического положения объекта.

2. Ответные коннекторы (комплект "папа+мама")

Провода большинства солнечных панелей оканчиваются специальными водпонепроницаемыми разъемами (коннекторами МС4), которые не найти в магазинах. Поэтому дополнительно к солненчым панелям необходимо приобретать ответные коннекторы.

3. Провод между панелями и контроллером заряда

Так как солнечные панели расположены на улице, а оборудование в помещении, расстоянием между ними, как правило, существенное. Поэтому для сокращения потерь очень важно подобрать провод соответствующей марки и сечения.

Минимальное рекомендуемое сечение провода 4кв.мм., но если расстояние больше 10м, лучше брать провод большего сечения - 6, 10 или 16кв.мм. (в зависимости от расстояния).

Для удобства прокладки рекомендуем использовать многожильный провод, например, ПВ3.

Также необходимо помнить о защите провода от негативных факторов окружающей среды (солнечное излучение, осадки, обледенение) и механических повреждений.

4. Контроллер заряда

Необходим для обеспечения правильного заряда АКБ: правильным током и напряжением.

Контроллеры бывают 2х видов: устаревшие ШИМ (PWM) и современные MPPT.

ШИМ-контроллеры (PWM) недороги и обеспечивают простейший режим заряда. Их КПД невысок, настроек нет. Определенные ограничения сужают круг их использования.

MPPT-контроллеры немного дороже, но обладают рядом неоспоримых преимуществ: КПД выше на 20-25%, интеллектуальное управление режимами заряда АКБ, возможность настроек (у более мощных моделей), нет жесткой привязки к входному напряжению от солнечных батарей.

Рекомендуем, не задумываясь, остановиться на MPPT-контроллере.

Мощность и вольтаж подбирается в зависимости от количества и мощности солнечных батарей, а также АКБ.

5. Выключатель постоянного тока (до входа в контроллер)

Очень важный элемент, на который многие не обращают внимания.

Во-первых, этот автомат может защитить контроллер от выгорания в случаях, когда ток от солнечных батарей превышает номинал контроллера (такое бывает при неправильно подобранном оборудовании или в солнечные дни).

Во-вторых, что еще более важно, он позволяет безопасно проводить обслуживание всего комплекса. Необходимо помнить важное правило: солнечным панелям, когда их электрический контур замкнут и они вырабатывают ток, ВСЕГДА нужен накопитель (АКБ) или потребитель (любой ТЭН). Если от контроллера отключить АКБ или нагрузку, а панели оставить подключенными, то он сгорит. Причина в том, что контроллер некуда девать приходящую энергию от панелей.

6. Выключатель постоянного тока (после выхода с контроллера)

Этот автомат нужен для того, чтобы защитить оборудование от короткого замыкания, которое может произойти со стороны АКБ.

7. Аккумуляторы-накопители

Их емкость, напряжение и количество подбирается в зависимости от нагрузки, времени электропитания, а также характеристик солнечных батарей, контроллера заряда и инвертора.

8. Перемычки между аккумуляторами

Многие не знают, что качество перемычек значительно влияет на работу и жизнь АКБ.

Хорошие перемычки - короткие, толстые (от 25-35кв.мм.), из меди, с крепко обжатыми наконечниками.

10. Инвертор для солнечной электростанции - это пожалуй самый главный компонент.

Инвертор преобразует постоянный ток в переменный - для всех бытовых приборов.

Модель и мощность подбирается в зависимости от нагрузки, пусковых токов и напряжения АКБ. Вообще, идеальной конструкцией солнечной электростанции следует считать ту, где разные группы нагрузок получают питание от разных инверторов. Многие фирмы выпускают инверторы с самыми различными свойствами. Они могут отличаться формой выходного сигнала (наиболее простые и дешёвые на выходе дают прямоугольный сигнал, так называемый «меандр», изготовители которого, правда, чаще называют его: модифицированной синусоидой, имитированной синусоидой, псевдо синусоидой, квазисинусоидой), способом компенсации нагрузок (за счёт сохранения амплитуды напряжения или площади кривой), применяемым схемным решением (одно или два преобразования напряжения, импульсным или аналоговым преобразованием сигнала).

Некоторые инверторы имеют встроенное зарядное устройство от существующей сети (комбинированный инвертор) и могут дополнительно заряжать аккумуляторную батарею от сети, другие могут осуществлять подпитку энергии, полученной от солнечных панелей энергией от сети (гибридные инверторы), третьи могут направлять энергию, полученную от солнца, в сеть (сетевые или in-grid инверторы). Вообще, конструкция инвертора может быть самой разнообразной. Качественный инвертор должен выдавать чистый синусоидальный сигнал с искажениями меньше 3 %, не менять значение амплитуды напряжения при подключении максимальной нагрузки более чем на 10 %, осуществлять двойное преобразование (первое - постоянного тока, второе – переменного), иметь аналоговую часть вторичного преобразования с качественным трансформатором, иметь значительный запас по перегрузке и набор защитных функций от короткого замыкания в нагрузке, от неправильного подсоединения к аккумуляторам, от перегрузки, от неисправности аккумуляторов, не допускать глубокого разряда аккумуляторов.

Всем указанным требованиям соответствует инвертор IR с выходной мощностью от 1 до 6 кВт.

Это краткое описание типов инверторов может помочь вам правильно выбрать инвертор для дома (для солнечной электростанции).

11. Автоматический выключатель переменного тока

Предохраняет инвертор от перегрузок и выхода из строя при возникновении короткого замыкания со стороны нагрузки.

12. Защитное заземление

Это не устройство и не прибор. Это рекомендуемые меры по обустройству защитного заземления для ободрудования и человека. Даже если не происходит экстремального события (молния, короткое замыкание), на приборах скапливается статическое электричество. Его и надо отводить в землю.