Портативная солнечная батарея – специально для туристов
У каждого в наше время есть электронные гаджеты. Не суть, что у кого-то их меньше, а кого-то больше. Все их необходимо заряжать, а для этого нужны зарядные устройства. Но, особенно остро этот вопрос касается тех, кто попадает в места, где отсутствует электропитание. Единственным выходов являются солнечные батареи. Но, цены на них остаются высокими, а выбор — небольшим. Оптимальным вариантом, как принято считать, является продукция компании Goal Zero (хотя есть и российская продукция, и китайская – как всегда вызывающая сомнении).
Но, оказалось, что не все то плохо, что сделано в Китае или Корее. Особенно порадовала солнечная батарея компания YOLK из Чикаго, которая начала производство компактной солнечной батареи Solar Paper – самой тонкой и легкой. Ее вес всего 120 граммов. Но есть и другие преимущества – модульная конструкция, позволяющая наращивать мощность. Солнечная батарея похожа на пластиковую коробку, по размерам напоминающую Ipad, только тоньше в два раза. На ее лицевой стороне размещена солнечная панель. Есть на корпусе выход для ноутбука и порты USB и для подключения других солнечных панелей, а также фонарик. Внутри этой чудо коробки – аккумуляторы и плата управления. Зарядить девайс можно от розетки, причем, одновременно это могут быть телефон и два ноутбука. Конечно, заряжается устройство и от солнца. Как только на него попадает свет, загорается индикатор. В походных условиях солнечная панель просто незаменима: с успехом заряжает все нужные устройства – телефоны быстрее, ноутбуки.
https://youtube.com/watch?v=EdR_ZGsnLLQ
Портативные солнечные батареи отличаются компактными размерами: они выпускаются даже в виде брелков, прикрепить которые можно к чему угодно. Разрабатывались они для того, чтобы можно было их взять на рыбалку, в поход и пр. Обязательно у них имеется фонарик, чтобы ночью можно было осветить дорогу, палатку и т.д., крепления, позволяющие легко их разместить на рюкзаках, байдарках, палатках
Очень важно, чтобы в таком устройстве был встроенный аккумулятор, позволяющий заряжать девайсы и в ночное время
На что обратить внимание при выборе солнечных батарей?
При выборе солнечных батарей для частного дома или дачи необходимо обратить внимание не только на КПД батареи, которое в современных конструкциях на основе кремниевых элементов, ограничивается величиной 20-21%, но и на суммарную мощность купленной солнечной электростанции. Она должна обеспечить электроэнергией, достаточной для потребления электросистемой дома в любую погоду
Зимой сильно снижается длительность светового дня, поэтому в регионах, где это наблюдается, необходимо делать запас мощности, чтобы батарей хватало на то время, когда солнце менее активно. Почему выработка зимой меньше? Не нужно думать, что из-за холода батарея будет хуже работать. Негативное действие на эффективность работы оказывают осадки в виде снега, которые необходимо удалять и меньшая продолжительность светового дня с высокой облачностью – именно это негативно влияет на выработку электроэнергии в зимнее время. Летом солнечная батарея генерирует меньшее напряжение, чем зимой. В жару температура на поверхности гелиопанели может достигать 50–55 °С, что снижает эффективность фотогальванических элементов.
Еще один важный момент при составлении плана “Как выбрать солнечные батареи для домашней электростанции” – эффективность финансовых вложений. Многие батареи при правильном выборе окупаются достаточно быстро, так как производимая при использовании энергии солнца электроэнергия является бесплатной. Выходное номинальное напряжение солнечных батарей кратно 12В и 24В, но бывают и 20В – это панели с 60 элементами. Фактическое напряжение на выходе гелиопанелей, как правило больше номинального. Так гелиопанель с выходным номинальным напряжение, равным 12В, в точке максимальной мощности выдает 17В, а при холостом ходе выдает 23В. Аналогично работают и батареи с номинальным напряжением на выходе 20 В и 24В. Двадцативольтовая батарея выдает напряжение на выходе 30В точке максимальной мощности и 39В – в режиме холостого хода, а двадцатичетырехвольтовая соответственно – 37В и 45В.
Конструкция солнечной батареи
Солнечная батарея конструктивно представляет собой устройство для преобразования солнечной энергии в электрическую. Состоит батарея из следующих функциональных узлов:
- алюминиевой рамки;
- закаленного стекла с антибликом;
- ламинированной пленки (передней и задней поверхностей );
- элементов (ячеек) соединенных проводниками;
- защитной пленки;
- соединительной коробки.
Принцип работы солнечных батарей.
В конструкции предусмотрены диоды для защиты элементов от перегорания в результате перегрева в частично затененных областях. Выход из строя отдельной составляющей может привести к неисправности всей панели.
Ламинирующие пленки предназначены для герметизации конструкции и обеспечения плотного прилегания полупроводниковой пластины к стеклу. Плотное прилегание обеспечивает минимальные потери мощности, которые возникают из-за преломления света. Герметизация также используется для защиты от атмосферных осадков и коррозии. Для того чтобы солнечные лучи достигли поверхности полупроводниковых элементов, им необходимо пересечь границы стекла и ламинирующей пленки. Если стекло во всех моделях солнечных батарей одинаковое, то пленка имеет отличительные характеристики. Характеристики пленки влияют на выходные характеристики панели.
При выборе солнечной батареи проверить качество пленки невозможно, поэтому приходится верить производителю. Перед выбором советуем ознакомиться с репутацией производителей солнечных производителей.
По качеству все полупроводниковые солнечные элементы разделены на 3 типа:
- Grade A – высокого качества при старении теряется мощность примерно на 5%;
- Grade B – среднего качества старении теряется мощность не более 30%;
- Grade C – низкого качества старение элементов приводит к потерям мощности более чем на 30%.
При выборе солнечной батареи важным параметром считается такой параметр, как выходное номинальное напряжение, которое зависит от количества полупроводниковых элементов в схеме. Стандартный модуль рассчитан на напряжение 12 В и состоит из 36 элементов. Их различают по мощности. Для увеличения тока используют параллельное соединение, а для увеличения напряжения последовательное соединение. Напряжение каждого элемента составляет 0,5 В, при присоединении 36 штук выходное напряжение равно примерно 18 вольт. Этого напряжения вполне достаточно как для заряда аккумулятора, так и для присоединения преобразователей с 12 на 220 В. Если брать модуль, в котором содержится 72 элемента, то выходное напряжение будет составлять 24 В.
Схема солнечной батареи.
Если 72 элементная батарея рассчитана на 12 вольт, то скорее всего это конструкция не из цельных полупроводниковых составляющих, а из их частей, соединенных по смешанной схеме. Смешанная схема представляет собой как параллельное, так и последовательное соединение кристаллов солнечных элементов. Приобретать такую конструкцию не рекомендуется по причине низкой надежности из-за большого количества соединений с большей вероятностью появления микротрещин.
Какие модули относят к нестандартным? Модуль, который состоит не из 36 и не 72 элементов. Для того чтобы его соединить с системой, необходим специальный контроллер. Выбирая солнечный модуль, руководствуйтесь значение необходимого напряжения для системы (12, 24, 48 В).
Плюсы и минусы
Бытовое применение солнечной энергии имеет свои плюсы:
- Экологическая безопасность.
- Долговечность.
- Простота установки и эксплуатации панелей.
- Надежность.
- Независимость.
- Низкий уровень шума работы системы.
- Малый вес.
- Отсутствие быстро изнашиваемых подвижных элементов.
Но у применения батарей есть и минусы:
- Высокая стоимость.
- Работа электростанции сопровождается выделением тепла.
- Для установки системы необходим большой участок площади.
- Невысокий коэффициент полезного действия – до 25%.
Эффективность солнечных батарей зимой
Зимой главную роль играет угол наклона панелей, поскольку солнце находится низко над линией горизонта, и это сказывается на их производительности. Зачастую устанавливается оптимальный угол на круглый год.
Эффективность солнечных модулей в зимний сезон снижается от 3 до 8 раз, что зависит от региона. Чем ближе к экватору, тем выше продуктивность электростанции. С увеличением площади батарей повышается количество накапливаемой энергии в них. Если в летнее время для освещения, снабжения питанием компьютера и холодильника понадобится 1 кВт электричества, то есть результат работы четырех 250-ваттных панелей, то зимой для этих же целей потребуется в 2 кВт.
При использовании солнечных коллекторов, владельцы должны контролировать состояние жидкости, которая проходит по трубкам, чтобы она не превратилась в лед.
Область применения
Сегодня отсутствуют ограничения на использование солнечных батарей. Это обусловлено их преимуществами, в частности, выработкой достаточного количества электроэнергии для энергообеспечения всего объекта или решения локальных проблем (применения в качестве элемента питания и пр.). Освещение – это пока основное направление применения таких модулей. Реже их используют для обогрева, причем в большинстве случаев солнечные батареи обсуживают малогабаритные объекты. Их применяют:
в частных и многоквартирных домах;
Применение солнечных батарей в многоквартирных домах
коммерческих зданиях;
Использование солнечных панелей на промышленных зданиях
теплицах;
Солнечная энергетика в аграрном секторе
на придомовой территории.
Крытый навес из солнечных панелей
Условия, при которых предпочтительно устанавливать такие модули:
- для обогрева/освещения местности, где отсутствуют ЛЭП, в данном случае применение преобразователей солнечной энергии позволит сократить затраты на энергообеспечение объекта, это более выгодный метод, если сравнивать с применением дизельных генераторов;
- в некоторых многоквартирных домах, построенных за последние годы, использовался альтернативный источник энергии (в системах водоснабжения) или в качестве резервного;
- в местности (селах, деревнях) время от времени случается отключение электричества, такие модули позволяют обеспечить бесперебойную работу техники.
Подбор аккумуляторов, контроллера заряда и инвертора
После того как была выбрана солнечная батарея, осталось подобрать количество аккумуляторов, контроллер заряда и инвертор. Исходя из мощности солнечных панелей в 200 Вт, контроллер заряда должен быть рассчитан на ток 17 А.
Был выбран контроллер заряда EPsolar LS2024R с рабочим током в 20А, рассчитанный на напряжение 12/24 В. Данный прибор предназначается для защиты от чрезмерного разряда и перезаряда аккумуляторных батарей. Имеется функция автоматического выбора напряжения, функция выбора типа аккумулятора.
Есть защита от: неправильной полярности, КЗ, перегрева, перенапряжений, в том числе при ударе молнии, обрыва цепи в аккумуляторной батарее и разряда аккумуляторной батареи через солнечную батарею в ночное время.
Аккумуляторная батарея была выбрана емкостью на 100 А, типа DELTA GEL 12-100. Данная АКБ гелевого типа с напряжением 12 В. Обладает устойчивостью к глубокому разряду и низким саморазрядом. Основное предназначение – работа в буферном (постоянного подзаряда) или циклическом (разряд-заряд) режиме. Срок службы составляет до 12 лет.
Для преобразования постоянного тока от АКБ в переменный частотой 50 Гц и напряжением 220 В был выбран инвертор СИБКОНТАКТ ИСЗ-12-600 М3. Мощность инвертора составляет 600 Вт. Имеет встроенную защиту от перегрузки, АКБ от полного разряда, тепловую защиту и энергосберегающий режим. Позволяет подключать любое электрооборудование благодаря синусоидальной форме выходного тока.
А сколько нужно для частного дома?
Одна солнечная панель стоит от 7000 рублей. Стоимость может быть очень разной – всё зависит от размеров панели, её качества и, конечно же, от производителя: чем раскрученнее бренд, тем дороже.
Но вы же понимаете, что панели будут работать только днём, причём солнечным днём, а в пасмурную погоду или ночью эта система просто не сможет функционировать. И энергия будет потребляться из запасов, накопленных в солнечные часы. А чтобы образовался запас, должны быть излишки, и это дополнительные панели.
ФОТО: img.alicdn.comЧтобы сохранить избыток энергии, потребуются аккумуляторы, причём не любые, а гелевые, которые прослужат долго и надёжно
Аккумуляторов надо не один и не два, а минимум четыре или больше, в зависимости от того, какое количество энергии вам потребуется. И какими бы надёжными эти аккумуляторы ни были, они служат года 3–4, а потом их придётся менять.
Если сложить всё вместе, получится далеко не 60 тысяч, а минимум 300, и ещё придётся постоянно вкладываться в плановую замену панелей и аккумуляторов. Вы готовы к этому?
Мощность и количество
Определить, какое количество солнечных панелей необходимо, следует по средней и максимальной мощности потребления. Среднюю легко найти в счетах за электроэнергию – месячное потребление делится на количество дней в месяце. Максимальное находится суммированием мощностей всех имеющихся в доме электроприборов.
Кроме мощности потребителей необходимо учесть:
- Время работы солнечных батарей. Как правило, принимается равным 6 часам, соответственно, мощность генерации нужно кратно увеличить.
- Потери на преобразование при зарядке аккумуляторов и получении переменного напряжения на инверторе. С их учетом необходим запас по мощности не менее 30%.
- Пиковые токи. Например, при средней мощности стиральной машины 500 Вт при работе нагревателя может потребляться до 2 кВт. При пуске насосов или других двигателей, пусковые токи могут превосходить номинальные значения в 5-6 раз. Конечно, львиную долю примут на себя аккумуляторы, но запас модулей по току в 20-30% не помешает.
- Географию и погодные условия местности – коэффициент инсоляции. Найти его для зимнего и летнего времени можно в справочниках.
После расчета необходимой мощности генерации рассчитывается мощность, отдаваемая одной батареей:
P = Kc * Wn * Ki
Где:
- Кс – стандартный сезонный коэффициент, 0.5 для лета и 0.7 для зимы.
- Wn – мощность панели, заявленная производителем.
- Ki – коэффициент инсоляции, также берется для лета и зимы.
Рассчитанную необходимую мощность генерации делят на оба (летнее и зимнее) значения. Наибольшее из двух чисел будет минимальным количеством панелей, которые потребуются для электроснабжения дома.
Мнение эксперта
Торсунов Павел Максимович
Окончательно принимают ближайшее число кратное 2 для системы с выходным напряжением 24 В, 4 – для 36 В, 4 – для 48 В.
Подбор узлов гелиоэлектростанции
Для изучения проекта независимого источника питания можно рассмотреть электростанцию на дачу из фотоэлектрических панелей.
Исходные параметры:
- потребление (Е), кВт/ сутки — 14;
- мощность нагрузки (среднее, максимальное, пиковое значение), Вт — 700, 1500, 1850;
- место расположения объекта недвижимости — г. Казань.
Подразумевается сезонная генерация (март — сентябрь).
Определение рабочего напряжения системы
| Напряжение сети постоянного тока, V | Особенности | Рекомендованная мощность, кВт |
| 12 | Параллельное включение АКБ увеличивает силу тока на выходе, поэтому применяют провода с большим поперечным сечением | До 1,5 |
| 24 | Замена аккумуляторных батарей выполняется парами | 1,5-3 |
| 48 | Этот уровень напряжения увеличивает опасность поражения пользователей электрическим током | 6 и более |
Комплектование батареи солнечными модулями
Формула расчета мощности панели преобразователя — P = (Е*1000)/ (К*И), где:
- Е — среднесуточное потребление электроэнергии;
- 1000 — относительная светочувствительность фотоэлементов;
- К — коэффициент потерь;
- И — инсоляция при оптимальном положении панелей относительно падающих лучей.
Если рабочая зона блока установлена горизонтально, среднее значение солнечной радиации для Казани летом составляет 4,49 кВт*ч/м кв. Подставив исходные параметры, вычисляют мощность электрического источника автономного питания: P = (14*1000)/ (4,49*0,7) ≈ 4450 Вт.
Обустройство аккумуляторного энергоблока
При выборе АКБ учитывают следующие факторы:
- для системы с фотоэлектрическими преобразователями подходят АКБ с маркировкой Solar;
- необходимо покупать комплект батарей из одной товарной партии (подразумеваются одинаковые технические параметры АКБ);
- полная разрядка уменьшает срок службы аккумуляторов, поэтому значение поддерживают от 50 до 70%;
- достаточный энергетический запас — сутки.
Для установки АКБ применяют отапливаемое помещение. Рекомендуемая температура воздуха: +25°C.
Аккумулятор для солнечных батарей.
Выбор хорошего контроллера
Хорошее оснащение блока управления обеспечивает поэтапный процесс зарядки, продлевающий ресурс АКБ. Сложный контроллер обеспечивает коммутацию автономного и сетевого источников питания по установленному алгоритму.
Подбор инвертора лучшего исполнения
Эффективное преобразование выполняется без больших потерь (КПД>90%). Важный параметр генерации — форма выходного сигнала. Чем точнее синусоида блока питания, тем лучше.
Обзор популярных производителей
В процессе выбора лучше рассматривать проверенных производителей, которые у всех на слуху. Какой фирмы выбрать солнечные батареи:
- NIBE. Представитель лидеров-производителей отопительного оборудования мирового уровня. Продукция шведской компании экономична, термоэффективна и выполнена с учетом европейских стандартов. Пример выпускаемых товаров – NIBE SOLAR. Это комплект, в который входят сразу все необходимые элементы:
- солнечные панели NIBE Solar FP215P (2-6 шт.);
- расширительный бак;
- насосная станция;
- блок контроллера.
- Sanyo. Японский производитель электроники, создавший самые энергоэффективные солнечные панели в мире под названием HIT-N230. При КПД 22,8% их толщина вдвое меньше, чем у стандартных батарей.
- SOLBAT. Производитель солнечных батарей с 17-летним опытом работы. Компания предлагает монокристаллические солнечные модули в каркасе и облегченные бескаркасные. Возможно изготовление элементов по индивидуальным размерам. Цены батарей: МСК-30 – 2500 р., МСК-100- 5300 р., МСК-50 – 3500 р.
- Jinko Solar. Представитель крупнейших производителей солнечных элементов в мире. Среди удачных решений компании выделяют панель Jinko Solar Eagle PERC. При цене 14000 р. показатель ее эффективности составляет до 18,02%. Модуль оснащен фотоэлементами, имеющими 5 шин, что снижает потери генерируемого тока до минимума.
Существуют плюсы и минусы использования солнечной энергии в быту. К преимуществам относят возможность обеспечить автономное энергообеспечение и экономить на счетах за электричество. Минусами считают высокую стоимость и зависимость от погоды и времени суток. Будут ли системы достойной заменой централизованному электричеству и какие солнечные батареи самые эффективные, покажет только время.
Это интересно: Лучшие производители солнечных батарей — все нюансы
Кому стоит обратить внимание на солнечные батареи
Суммируя вышесказанное, понимаем – установка гелиоэлектростанций оправдывает свое назначение в местах:
- Где невозможно подключение в централизованной электросети.
- В случае большого износа сетей, там, где специализированные службы не могут гарантировать постоянного качественного энергообеспечения.
- В южных регионах, где поток солнечной энергии в течение года максимальный.
- В высокогорной местности, там наблюдается наибольшее количество солнечных безоблачных дней.
Предыдущая
Альтернативные источникиКакие солнечные батареи лучше? Монокристалл или поликристалл
Следующая
Альтернативные источникиЭффективная солнечная батарея своими руками
Спасибо, помогло!Не помогло
Выводы и полезное видео по теме
Применение солнечных панелей в автономных коммуникационных системах:
https://youtube.com/watch?v=pBvnzgHdH9Q
Демонстрация продукции одного из лидеров производства солнечных батарей:
Принцип устройства и работы вакуумного коллектора:
https://youtube.com/watch?v=hE2FMlYVWJQ
Гелиосистемы ежегодно улучшают показатели в преобразовании солнечной энергии. Разработчики уже предлагают огромный выбор коллекторов плоского и трубчатого типа, с использованием кварцевого напыления или монокристаллические модули.
Все это постепенно актуализирует альтернативные источники энергии, вследствие чего солнечная энергия скоро станет доступна каждому.
Имеете опыт подключения или использования солнечных батарей для отопления дома? Или остались вопросы по теме? Пожалуйста, делитесь своим мнением, оставляйте комментарии и участвуйте в обсуждениях. Блок для связи расположен ниже.
