Сонячні електростанції для дому
Як працюють сонячні електростанції для дому. Поради щодо вибору схеми та комплектуючих елементів
Насправді зібрати своїми руками та експлуатувати сонячну електростанцію під силу домашньому майстру, навіть учневі старших класів. Для цього треба:
ознайомитись із принципами роботи схеми,
визначитися із завданнями обладнання,
підібрати найбільш відповідну комплектацію станції,
провести механічний монтаж всіх елементів,
зібрати електричну схему,
перевірити працездатність та грамотно експлуатувати.
Численні практичні експерименти дозволяють рекомендувати універсальну схему розв'язання задач сонячної електростанції для дому.
Типова схема домашньої електростанції із сонячною батареєю (для збільшення натисніть на малюнок):
До її складу входять:
модуль сонячних батарей на основі окремих фотоосередків,
накопичувальні акумулятори електричної енергії,
Слід добре уявляти, що в сонячній електростанції роль сонячних батарей полягає не в прямому живленні електричних споживачів (хоча в певних ситуаціях це цілком виправдано: годинник, калькулятори та подібні прилади), а в забезпеченні заряду робочих акумуляторів схеми:
одержують електроенергію від сонячних модулів,
накопичують її та передають споживачам.
Питання створення домашньої станції слід починати звизначення її навантаження. Для цього треба проаналізувати всі споживачі, які працюватимуть від енергії Сонця. Їх поділяють на два основні класи:
пристрої, що працюють від мережі змінного струму 220 В,
радіоелектронна та комп'ютерна техніка, що функціонує від постійного струму напругою 12/24В.
Електродвигуни холодильників, пральних машин, пилососів та інших пристроїв працюють лише від мережі
220В/50Гц. Їх доведеться підключати через пристрій, який із постійної електроенергії акумуляторів формує синусоїдальні гармоніки з необхідними характеристиками. Цей пристрій називають інвертором.
Як він працює та способи його підбору під певні навантаження – тема окремої статті. А зараз важливо зрозуміти, що вихідна потужність інвертора, що підбирається, повинна забезпечувати надійну роботу всіх підключених до нього споживачів і навіть мати невеликий запас.
З метою економії цілком допустимо варіант послідовної експлуатації споживачів змінного струму. Погодьтеся, що іноді необов'язково включати миючий пилосос на нагрівання води при пральній машині, що працює. Цілком розумно дочекатися закінчення прання, а потім зайнятися пилососом. Це значно зменшить навантаження на інвертор.
Перехід на використання сонячної електростанції в будинку слід поєднати із заміною приладів освітлювальної мережі. Нема рації витрачати енергію інвертора на нагрівання ниток ламп розжарювання. Від них слід відразу відмовитись, або в крайньому випадку перейти на енергозберігаючі лампи, що працюють від напруги = 24/12В.
Це позбавить зайвих витрат енергії тому, що їх, як і решта радіоелектронного та комп'ютерного обладнання можна запитати безпосередньо від постійної напруги накопичувальних акумуляторів.
Дивіться, що відбувається:електронна схема, наприклад, ноутбука працює від електроенергії батареї = 12В.
Для її підзаряду використовується блок живлення, який перетворює змінну напругу
220В/50Гц за величину =19В.
12 вольт цілком достатньо для роботи ноутбука. Причому з нього можна вилучити акумулятор і живити безпосередньо від накопичувальних акумуляторних батарей (АКБ). При такому способі створюється близько 40% економії енергії в порівнянні зі способом подвійного перетворення інвертором, а потім блоком живлення.
Навіщо додатково навантажувати створювану конструкцію непотрібними пристроями, безглуздо гріючи навколишнє повітря складними електронними приладами? Схему живлення кожного побутового помічника треба добре продумати і спростити його електроживлення. Для цього знадобиться зовсім небагато витрат:
На закінчення такої роботи буде не складно розрахувати необхідну вихідну потужність інвертора, а по ній вже підібрати потрібну модель для покупки.
Тепер настав час визначитися із накопичувальними акумуляторними батареями для домашньої сонячної електростанції. Правила їх вибору та основні характеристики тут не розглядаємо – це об'ємна окрема тема, яка буде детально розглянута в іншій статті.
А зараз звернемо увагу на те, що ці акумуляторні батареї повинні надійно живити обидві групи споживачів, які ми коротко розглянули. Тут теж слід дотримуватись черговості роботи приладів і мати якийсь запас.
Визначившись із завданням акумуляторів (їх ємністю та сумарною вихідною напругою) можна підбирати модулі сонячних батарей. Їхнє сучасне виробництво випускає великим асортиментом з різними способами виготовлення. Вони володіють різними один від одногохарактеристиками та можливостями.
Зверніть увагу на те, що модулі сонячних батарей:
за вихідною напругою повинні відповідати накопичувальні акумуляторним батареям,
володіти потужністю, здатною за середніх умов освітлення видавати номінальний зарядний струм на робочі акумулятори.
Є ще один пристрій у цій схемі: контролер. Він працює посередником між сонячними батареями та накопичувальними акумуляторними батареями, регулюючи процес заряду.
Розглянемо спрощену електросхему для сонячної електростанції, яка працює без контролерів. Це зроблено для того, щоб ви мали чітке розуміння його призначення.
Спрощена схема домашньої електростанції із сонячною батареєю (для збільшення натисніть на малюнок):
У цій схемі контролер прибрано, а замість нього працює звичайний діод. Чому так вчинили?
Єдине завдання контролера: підзаряд накопичувальних акумуляторних батарей до 14÷14,5 В. Робить це він у різний спосіб і працює періодично:
при підвищеній сонячній активності,
відсутність споживання електроенергії (акумулятори нічого не живлять - не потрібна зарядка),
заниженої ємності акумуляторних батарей, коли вони не справляються із навантаженням і частина енергії споживачам іде від модулів сонячних батарей.
Повний заряд батареї виконує контролер МРРТ, що займається скануванням точки з максимальною потужністю віддачі у сонячної батареї (див. Як влаштовані і працюють сонячні батареї). Це найнадійніша, але найдорожча конструкція. Інші моделі, особливо розробки On/Off, цілком можна замінити силовим діодом.
Він не дасть у темний час доби перетікати струм від акумуляторних батарей до сонячної батареї, запобігає їх розряду. При цьомуспособі не рекомендується залишати на тривалий час сонячну електростанцію без навантаження: акумулятори заряджатимуться без будь-якого обмеження, а нам необхідно забезпечити баланс між зарядом і витратою енергії. В цьому випадку можна виключити частину сонячної батареї з роботи або скомутувати додатково постійне навантаження: вентиляцію, обігрів, світильники.
Використання діода з відмовою від контролера здешевлює схему, але вимагає більш ретельного спостереження за нею та внесення ручних коригувань у роботу.
Насамкінець зверніть увагу на найголовніше при створенні конструкції: всі елементи схеми домашньої сонячної електростанції працюють у комплексі, а тому повинні бути добре підібрані та збалансовані між собою та споживачами.