Сонячна електростанція своїми руками
Сонячні електростанції перестають бути рідкістю в побуті, вони все частіше допомагають у забезпеченні автономності будинку, підвищуючи комфорт проживання. Маючи базові знання в електроніці/електротехніці, ви можете зібрати домашню сонячну станцію самі, заощадивши на цьому чималі кошти. Сонячні електростанції можуть бути трьох видів: автономні, мережеві (з генерацією в мережу) та комбіновані (комбінація мережевої та автономної електростанцій). У статті розглядається приклад побудови автономної сонячної електростанції, оскільки такий тип станції найбільш затребуваний вирішення завдання резервного електропостачання будинку.
Будь-яка сонячна електростанція, що видає змінний струм, складається із чотирьох базових елементів:
- контролер заряду АКБ,
- комбінований інвертор – перетворювач.
Примітка: в даний час не рідкість інвертор із вбудованим контролером заряду акумуляторних батарей, у разі використання такого інвертора кількість компонентів сонячної електростанції скорочується. Але необхідно враховувати, що використання окремого контролера заряду підвищує надійність та можливості модернізації сонячної електростанції.
У принципі цих елементів достатньо, щоб комплекс працював і виконував свої функції.
Однак, якщо комплекс збирати грамотно, прагнути підвищення ефективності, довговічної роботи, а також дотримуватися заходів безпеки, знадобляться деякі додаткові елементи та знання.
Намалюємо докладну схему стандартної сонячної електростанції та складемо список необхідних/рекомендованих елементів.
1.Сонячні батареї
Кількість і потужність підбираються взалежно від навантаження, необхідної тривалості електропостачання та географічного положення об'єкта.
2. Конектори у відповідь (комплект "тато+мама")
Проводи більшості сонячних панелей закінчуються спеціальними водонепроникними роз'ємами (коннекторами МС4), які не знайти в магазинах. Тому додатково до сонненчих панелей необхідно купувати конектори у відповідь.
3. Провід між панелями та контролером заряду
Так як сонячні панелі розташовані на вулиці, а обладнання в приміщенні, відстанню між ними, як правило, суттєве. Тому для скорочення втрат дуже важливо підібрати провід відповідної марки та перерізу.
Також необхідно пам'ятати про захист дроту від негативних факторів навколишнього середовища (сонячне випромінювання, опади, зледеніння) та механічних пошкоджень.
4. Контролер заряду
Необхідний для забезпечення правильного заряду АКБ: правильним струмом та напругою.
Контролери бувають 2х видів: застарілі ШІМ (PWM) та сучасні MPPT.
ШИМ-контролери (PWM) недорогі та забезпечують найпростіший режим заряду. Їхній ККД невисокий, налаштувань немає. Певні обмеження звужують коло їхнього використання.
MPPT-контролери трохи дорожчі, але мають низку незаперечних переваг: ККД вище на 20-25%, інтелектуальне управління режимами заряду АКБ, можливість налаштувань (більш потужні моделі), немає жорсткої прив'язки до вхідної напруги від сонячних батарей.
Рекомендуємо, не замислюючись, зупинитись на MPPT-контролері.
Потужність та вольтаж підбирається залежно від кількості та потужності сонячних батарей, а також АКБ.
5. Вимикач постійного струму (до входу в контролер)
Дуже важливий елемент, на який багато хто не звертаєуваги.
По-перше, цей автомат може захистити контролер від вигоряння у випадках, коли струм від сонячних батарей перевищує номінал контролера (таке буває при неправильно підібраному устаткуванні або в сонячні дні).
По-друге, що важливіше, він дозволяє безпечно проводити обслуговування всього комплексу. Необхідно пам'ятати важливе правило: сонячним панелям, коли їхній електричний контур замкнуть і вони виробляють струм, ЗАВЖДИ потрібен накопичувач (АКБ) або споживач (будь-який ТЕН). Якщо від контролера відключити АКБ або навантаження, а панелі залишити підключеними, він згорить. Причина в тому, що контролер нікуди подіти енергію, що приходить від панелей.
6. Вимикач постійного струму (після виходу з контролера)
Цей автомат потрібен для того, щоб захистити обладнання від короткого замикання, яке може статися АКБ.
7. Акумулятори-накопичувачі
Їх ємність, напруга та кількість підбирається залежно від навантаження, часу електроживлення, а також характеристик сонячних батарей, контролера заряду та інвертора.
8. Перемички між акумуляторами
Багато хто не знає, що якість перемичок значно впливає на роботу та життя АКБ.
Хороші перемички – короткі, товсті (від 25-35кв.мм.), з міді, з міцно обтиснутими наконечниками.
10. Інвертор для сонячної електростанції - це мабуть найголовніший компонент.
Інвертор перетворює постійний струм на змінний - для всіх побутових приладів.
Модель та потужність підбирається залежно від навантаження, пускових струмів та напруги АКБ. Взагалі ідеальною конструкцією сонячної електростанції слід вважати ту, де різні групи навантажень отримують харчування від різних інверторів. Багато фірм випускають інверториз різними властивостями. Вони можуть відрізнятися формою вихідного сигналу (найпростіші і дешевші на виході дають прямокутний сигнал, так званий «меандр», виробники якого, щоправда, частіше називають його: модифікованою синусоїдою, імітованою синусоїдою, псевдо синусоїдою, квазісинусоїдою), способом компенсації навантажень збереження амплітуди напруги або площі кривої), що застосовується схемним рішенням (одне або два перетворення напруги, імпульсним або аналоговим перетворенням сигналу).
Деякі інвертори мають вбудований зарядний пристрій від існуючої мережі(комбінований інвертор) і можуть додатково заряджати акумуляторну батарею від мережі, інші можуть підживлювати енергію, отриману від сонячних панелей енергією від мережі(гібридні інвертори), треті можуть спрямовувати енергію, отриману від сонця, в мережу(мережні або in-grid інвертори). Взагалі, конструкція інвертора може бути найрізноманітнішою. Якісний інвертор повинен видавати чистий синусоїдальний сигнал із спотвореннями менше 3 %, не змінювати значення амплітуди напруги при підключенні максимального навантаження більш ніж на 10 %, здійснювати подвійне перетворення (перше – постійного струму, друге – змінного), мати аналогову частину вторинного перетворення з якісним трансформатором , мати значний запас перевантаження і набір захисних функцій від короткого замикання в навантаженні, від неправильного приєднання до акумуляторів, від навантаження, від несправності акумуляторів, не допускати глибокого розряду акумуляторів.
Всім зазначеним вимогам відповідаєінвертор IR з вихідною потужністю від 1 до 6 кВт.
Цей короткий опис типів інверторів може допомогти вам правильно вибрати інвертор для дому (длясонячної електростанції).
11. Автоматичний вимикач змінного струму
Захищає інвертор від перевантажень і виходу з ладу у разі короткого замикання з боку навантаження.
12. Захисне заземлення