Как соединить солнечные панели между собой?

Возможные варианты подключения солнечных панелей

При монтаже солнечных электростанций неизбежно возникает вопрос – как соединять солнечные панели и чем отличаются варианты подключения. Именно об этом мы и поговорим в этой статье.

Существуют 3 варианта соединения солнечных панелей между собой:

-Последовательное соединение

-Параллельное соединение

-Последовательно-параллельное соединение солнечных панелей

Для того чтобы разобраться чем они отличаются, обратимся к основным характеристикам солнечных панелей:

• Номинальное напряжение солнечной батареи – как правило 12В или 24В, но существуют и исключения
• Напряжение при пиковой мощности Vmp – напряжение при которой панель выдает максимальную мощность
• Напряжение холостого хода Voc – напряжение в отсутствии нагрузки (важно при выборе контроллера заряда АКБ)
• Напряжение максимальное в системе Vdc – определяет максимальное количество панелей объединенных вместе
• Ток Imp – ток при максимальной мощности панели
• Ток Isc – ток короткого замыкания, максимально возможный ток панели

Мощность солнечной панели определяется как произведение Напряжения и тока в точке максимальной мощности – Vmp* Imp

В зависимости от того какая схема подключения солнечных панелей выбрана, будут определяться характеристики системы солнечных панелей и подбираться соответствующий контроллер заряда.

Теперь предметно рассмотрим каждую схему соединения:

1) Последовательное соединение солнечных панелей

При таком соединении минусовая клемма первой панели соединяется с плюсовой клеммой второй, минусовая второй с клеммой третьей и так далее.

При последовательном соединении нескольких панелей, напряжение всех панелей будет складываться. Ток системы будет равен току панели с минимальным током. По этой причине не рекомендуется соединять последовательно панели с различным значением ток максимальной мощности, поскольку работать они будут не в полную силу.

Рассмотрим на примере:

Имеем 4 солнечных монокристаллических панели со следующими характеристиками:

• Номинальное напряжение солнечной батареи: 12В
• Напряжение при пиковой мощности Vmp: 18.46 В
• Напряжение холостого хода Voc: 22.48В
• Напряжение максимальное в системе Vdc: 1000В
• Ток в точке максимальной мощности Imp: 5.42А
• Ток короткого замыкания Isc: 5.65А

Соединив последовательно 4 таких панели мы получим на выходе номинальное напряжение 12В*4=48В. Напряжение холостого хода = 22,48В*4=89,92В и Ток в точке максимальной мощности равный 5,42А. Эти три параметра задают нам ограничения при выборе контроллера заряда.

2) Параллельное соединение солнечных панелей

В данном случае панели соединяются при помощи специальных Y — коннекторов. У таких коннекторов имеется два входа и один выход. К входам подключаются клеммы одинакового знака.

При таком соединении напряжение на выходе каждой панели будет равны между собой и равны напряжению на выходе из системы панелей. Ток от всех панелей будет складываться. Такое соединение позволяет, не поднимая напряжения увеличить ток от панелей.

Рассмотрим на примере все тех же 4х панелей:

Соединив параллельно 4 таких панели мы получим номинальное напряжение на выходе равное 12В, Напряжение холостого хода останется 22,48В, но ток при этом будет равен 5,42А*4=21,68А.

3) Последовательно-параллельное соединение солнечных панелей

Последний тип соединения объединяет в себе два предыдущих. Применяя данную схему соединения панелей, мы можем регулировать напряжение и ток на выходе из системы нескольких панелей, что позволит подобрать наиболее оптимальный режим работы всей солнечной электростанции.

В случае такого подключения соединенные последовательно цепочки панелей объединяют параллельно.

Вернемся к нашему примеру с 4мя панелями:

Соединив по 2 панели последовательно и затем объединим их соединив цепочки панелей параллельно мы получим следующее. Номинальное напряжение на выходе будет равно сумме двух последовательно соединенных панелей 12В*2=24В, напряжение холостого хода будет равно 22,48В*2=44,96В, а ток при этом будет равен 5,42А*2=10,84А.

Такое соединение позволит максимально сэкономить на покупке контроллера заряда, поскольку от него не потребуется выдерживать больших напряжений как в случае последовательного соединения или больших токов как в случае параллельного соединения. Именно поэтому соединяя панели между собой необходимо стремится к балансу между токами и напряжениями.

Несомненно, солнечная энергетика – перспективная отрасль, а установка и подключение солнечной батареи дает владельцу устройства массу преимуществ. Но чтобы в полной мере воспользоваться всеми плюсами такой альтернативной энергетики, нужно знать, как правильно собрать, подключить и установить солнечные батареи. От этого во многом зависит конечный результат, ведь установка солнечных панелей для дома или для любого другого объекта – недешевое дело, поэтому нужно максимально четко придерживаться инструкций и делать все правильно.

• Как устроена схема электроснабжения с солнечными панелями
• Как правильно установить солнечную батарею
• Подключение солнечной батареи – основные этапы
• Пошаговая инструкция
• Видео

Как устроена схема электроснабжения с солнечными панелями

Сама солнечная батарея представляет собой конструкцию из какого-то количества модулей (полупроводниковых фотоэлементов), которые генерируют энергию. В зависимости от потребности в количестве энергии «на выходе», чтобы повысить мощность отдачи, солнечные панели объединяют между собой в солнечные электростанции. Сюда входит целый комплект оборудования, который нужен для преобразования солнечной энергии в электрический ток.

Схема работы

Для подключения солнечных панелей вам потребуются следующие комплектующие.

• Непосредственно солнечные батареи. Их тип, количество и размер вы выбираете в зависимости от ваших задач, потребностей и бюджета.
• Аккумуляторные батареи (АКБ). Химический источник тока. Именно здесь будет накапливаться генерируемая солнечными панелями энергия. Поэтому при выборе аккумулятора нужно ориентироваться на его емкость – чем больше емкость, тем больше запас энергии для нужд потребления. Автомобильные аккумуляторы использовать в таких схемах не рекомендуется, т.к. они неспособны выдержать частые перезарядки. Лучше приобретать AGM (срок службы 4–5 лет) или гелиевые аккумуляторы (срок службы 9–11 лет).
• Контроллер заряда – важное устройство, которое выполняет несколько функций одновременно и позволяет продлить срок службы аккумулятора. Во-первых, он автоматически контролирует заряд АКБ: регулирует подачу энергии от солнечных панелей, чем предохраняет сам аккумулятор от полной разрядки, а при полном заряде отключает АКБ от системы. Во-вторых, контроллер защищает сами солнечные панели: отключает их при полной зарядке и включает на зарядку в момент, когда энергия начинает расходоваться. Контроллер также препятствует перетеканию обратных токов в пасмурную погоду и ночью. А еще помогает выбрать оптимальный режим зарядки, благодаря чему возрастает количество накапливаемой энергии и увеличивается срок службы аккумулятора. Современные контроллеры оборудованы специальной панелью с дисплеем, где видно напряжение батарей. А «продвинутые» контроллеры поддерживают эффективную зарядку при помощи специальных алгоритмов и программ.
• Инвертор. С помощью этого прибора постоянное напряжение от аккумулятора преобразуется в переменное 220 В, которое используется конечным потребителем. Инверторы могут иметь разные технические характеристики – мощность, качество получаемого напряжения. Поэтому при подключении солнечных батарей в доме нужно обратить внимание и выбрать инвертор подходящей мощности – в зависимости от электроприборов, которые будет обслуживать гелиоустановка. Инверторы также могут выполнять функцию дополнительной защиты электросети.
• Крепежные элементы и провода для коммуникации и соединения комплектующих солнечной установки. Могут также понадобиться предохранители (реле), которые ставятся между всеми элементами системы и защищают ее от короткого замыкания.

Это самая простая схема сборки и установки солнечных батарей для дома, с минимумом компонентов. За счет того, что в ней практически нет движущихся деталей (если не считать возможной замены АКБ), такая система может простоять десятки лет.

Подключить солнечные батареи по данной схеме в квартире или доме можно даже самостоятельно, и они будут обслуживать бытовые приборы (холодильник, телевизор, систему освещения, погружной насос). А вот если нужно обеспечить работу техники, которая требует больших затрат энергии, например, электрокотла , то понадобится более мощное и дорогостоящее оборудование и, скорее всего, консультация специалистов.

Как правильно установить солнечную батарею

Начать надо с того, что выбрать место для установки и подключения солнечной батареи. Во-первых, определитесь с площадью – батареи могут быть громоздки и нужно, чтобы хватило места. Во-вторых, важна степень освещенности места установки, чем больше, тем лучше – в таком случае гелиосистема будет максимально эффективна. Хорошим выбором может быть крыша, стены, фасад частного дома, прилегающая к нему территория, балкон многоквартирного дома.

При установке солнечных батарей нужно соблюдать правильный угол наклона относительно горизонта и ориентацию солнечной конструкции – светопоглощающая лицевая (или фасадная) поверхность панелей должна быть направлена на юг. Максимум отдачи солнечная панель дает, когда лучи света падают под углом 90º. Поэтому продумайте в зависимости от вашего региона и климатических условий такое расположение солнечных панелей, чтобы угол падения света был оптимальным максимальное время в течение светового дня. Возможно, для более эффективной работы солнечной батареи угол наклона придется периодически менять, в зависимости от сезона или погоды. Если вы ставите солнечную батарею на крыше дома, предпочтительно, чтобы угол наклона был около 45º. При меньших углах солнечные батареи устанавливают на дополнительные спецконструкции, которые помогают обеспечить нужный угол наклона, жесткость системы и ее устойчивость.

Для установки и монтажа солнечной батареи используют специальный крепеж, в том числе рейлинги, к которым крепится сама панель. Солнечная батарея при установке должна быть зафиксирована, как минимум, в четырех точках при помощи прижимных фиксаторов или болтов по наружной длинной стороне алюминиевой рамы. Предпочтительно использовать специальные отверстия/посадочные места для крепления, предусмотренные в конструкции.

Если солнечные батареи подключены между собой цепочкой, следите, чтобы они располагались в одной плоскости и под одним углом – так их работа будет эффективнее. Если вы устанавливаете солнечные батареи на прилегающем к дому участке, выбирайте открытое и максимально незатененное место, без деревьев, кустов или каких-то сооружений, которые могут отбрасывать тень. Также не забудьте про циркуляцию воздуха между поверхностью установки и грунтом – нужно приподнять панели минимум на полметра от земли.

При правильной установке производительность солнечных батарей будет одинаковой как зимой, так и летом, но только при ясной и солнечной погоде (зимой иногда даже эффективней из-за отсутствия перегрева). Конструкция солнечных батарей продумана так, чтобы все оборудование могло работать в разных климатических условиях и выдерживать температуру от +80ºС до –35ºС.

Подключение солнечной батареи – основные этапы

Установленные на крыше солнечные панели

Конструкция гелиопанели достаточно сложная, поэтому при установке и сборке надо строго придерживаться инструкции, технических требований производителей к приборам, схемы электромонтажа всех составляющих гелиосистемы. Нельзя превышать технические требования других устройств по максимальному напряжению и допустимому току.

При соединении элементов надо обязательно следить за соблюдением полярности. Желательно проверить (измерить) напряжение холостого хода всего массива гелиопанелей – если оно отличается от паспортной величины, значит, в схеме что-то соединено неправильно.

Подключать систему лучше всего при помощи одножильных медных проводов с сечением в зависимости от длины провода и тока, но не меньше 0,4 см2, с изоляционной оплеткой, которая устойчива к УФ-лучам. Если используются провода без такой оплетки, то при их установке снаружи здания (на улице) для прокладки проводов потребуется гофрорукав. При подключении солнечных панелей применяют только специальные коннекторы (стандарт MC4). Соединяют провода и коннекторы с помощью специального обжимного инструмента или пайки.

Подключение солнечной батареи обычно происходит пошагово и в определенной последовательности. Рассмотрим эти этапы.

Пошаговая инструкция

1. С помощью кабеля соединяют аккумулятор и контроллер. Контроллер регулирует заряд/разряд аккумулятора и является как бы посредником между аккумулятором и солнечными панелями. С другой стороны к аккумулятору присоединяется инвертор, преобразующий ток. Такой вариант соединения считается оптимальным, хотя есть и другие возможности подключения. При необходимости можно установить несколько аккумуляторов, соединив их между собой последовательно. Устанавливают их чаще всего на металлическом стеллаже с полимерным покрытием.
2. Таким же образом соединяют контроллер с солнечными панелями. Кроме основной функции – следить за напряжением аккумулятора – контроллер при необходимости отключает те или иные элементы. Например, ночью, когда величина напряжения АКБ становится ниже 12В или днем, когда показатель напряжения на клеммах АКБ достигает 14В, что говорит о перезарядке батарей – устройство прерывает зарядку. На контроллере должен быть значок гелиопанели, чтобы не перепутать разъемы. Если нужно подключить и установить не одну, а несколько батарей, то каждую последующую солнечную панель ставят параллельно предыдущей.
3. Соединение аккумулятора и инвертора. Инвертор включают в гелиосистему, когда оборудование и приборы в доме, которые нужно питать электроэнергией, работают от 220В – прибор преобразует постоянное электрическое напряжение АКБ в переменное (220В). В исключительных случаях, для системы 12В, инвертор не нужен.
4. Разводка для подачи энергии потребителю. На этом этапе полученная солнечная энергия, трансформированная в электрическую, поставляется непосредственно к месту использования – потребителю (бытовым, осветительным приборам и пр.).

При соединении всех комплектующих этой цепи, нужно четко следовать инструкции к каждому прибору, которая обычно прилагается.

Во избежание несоответствия параметров оборудования и каких-либо несостыковок, приобретать приборы лучше не по отдельности, а всю систему в комплекте. Особенно это пригодится тем, кто хочет установить и подключить солнечные батареи самостоятельно, но делает это впервые. Приборы и оборудование, которые укомплектованы, совместимы по мощности, емкости и другим параметрам, а значит, будут работать слаженно и эффективно. Так вы наилучшим образом обеспечите свой объект чистой и качественной энергией в необходимом вам количестве.

В современном мире основными ресурсами энергии как право являются природные ресурсы. Для получении электрической энергии используются нефть, уголь, торф, газ, или радиоактивные вещества такие как плутоний и уран. Но все мы прекрасно понимаем, что наступит день и они закончатся, поэтому ученые в последнее время очень озабочены этим фактом. Единственный ресурс который не кончится — это вода, но гидроэлектростанции (ГЭС) не могут покрыть все расходы потребителей, ведь в нашем веке с развитием новейших технологий потребление электрической энергии резко возросло. А значит, наше будущее зависит от альтернативной энергетики. На данный момент уже применяются такие источники энергии, как ветростанции и солнечные модули. О ветростанциях мы поговорим в следующий раз, а речь сегодня пойдет о самодельной солнечной панели небольшой мощности, но которой хватит к примеру для зарядки мобильного телефона или питания светодиодной панели на пару ватт.

Данный модуль у меня работает уже пол года без всяких проблем, мощность небольшая, но для светодиодного освещения он в самый раз. Известно, что солнечные модули делают на полупроводниковых элементах, например кремний или германий, их КПД до недавнего времени был 11%, но уже сегодня ученым удалось поднять КПД таких модулей до 25%! И так начнем.

Прошу не судить за то, что для конструирования такой модули мне пришлось разобрать ровно 60 отечественных диодов типа КД2010 и ему подобных. Статья разумеется для новичков, которые интересуются альтернативными видами энергии, радио мастер в жизни не будет мучить себя изготовлением такой модули. Полупроводниковый кристалл диода при ярком солнце дает напряжение порядка 0.7 вольт, сила тока увы…. микроамперы. Для себя создал специальную технологию, которая позволяет очень аккуратно вынимать кристалл диода, металлический корпус диода нам не нужен. Итак ниже смотрим на сам процесс.

Берем сам диод, сверху у него есть стеклянная изоляция, его мы будем ломать нанеся слабенькие удары молотком пока стекло не треснет. Затем при помощи молотка нужно нанести удары по шву диода со всех сторон, в конце концов швы отойдут друг от друга и мы увидим кристалл, который припаян к металлическому корпусу диода. Теперь кристалл нужно отпаять от корпуса, для этого идем на кухню, включаем газовую плиту. Держим диод при помощи плоскогубцев на огне порядка 20 секунд, за это время плавится олово, и кристалл уже можно вынуть, удобно использовать пинцет. И так со всеми диодами, согласитесь процесс не сложный, но отнимает много времени. После того, когда все кристаллы готовы приступаем к сборке солнечной батареи.

Для сборки я использовал стандартную макетную плату , но вам не советую пользоваться ею, даже не представляйте как сложно паять на плате столько кристаллов! Изначально я хотел получить напряжение 6 вольт, но затем передумал и сделал модуль на 2 – 4 вольт. Почему так ? спросите вы. Просто если использовать диоды для получения напряжения 6 вольт, нужно параллельно подключить порядка 10 диодов, но в таком случае получаем ничтожную силу тока, который даже не хватит для питания светодиода. А для получения 2 – 4 вольт достаточно собрать блоки которые состоят из 4 – 5 кристаллов подключенных последовательно, затем эти блоки нужно подключить параллельно для повышения силы тока. Таким образом подключая 5 блоков параллельно, ток достаточно большой для питания белого светодиода. И вторая причина по которой я выбрал именно это напряжение для батарейки – последнее время очень часто стали использоваться высококачественные DC-DC преобразователи, область их применения очень широка, например часто их используют для зарядки мобильного телефона всего от одной пальчиковой батарейки. Входное напряжение от 0.8 до 3 вольт, выходное – 5 – 5.5 вольт, выходной ток устройства до 400 мА, отличные параметры для зарядки мобильного телефона и питания небольшой светодиодной панельки которая у меня уже имелась. Итак общий принцип работы – солнечная модуль днем заряжает никель – кадмиевую батарейку емкостью 3300 мА, напряжение батарейки 1.2 вольт, затем ее можно использовать для зарядки мобильного телефона или питания светодиодов, но заранее нужно ставить токоограничивающий резистор на 10 Ом.

Потом друзья подарили целый чемодан диодов! Модуль был изготовлен в корпусе от старого советского стабилизатора напряжения, но по прежнему напряжение модуля 2.3 – 2.6 вольт. Теперь уже модуль заряжает щелочные аккумуляторы, мощность модуля 7 Ватт! Ниже представлен способ подключения кристаллов полупроводника. Прежде, чем паять кристаллы, нужно мультиметром проверить их полярность просветив кристалл на солнце. Для подключения был использован провод МГТФ.

Хочу также представить вашему вниманию схемы двух преобразователей, которые могут использоваться для зарядки мобильных устройств. Первая схема преобразователя выполнена на транзисторах. Она обеспечивает на выходе напряжение 6 В при токе 300 мА. Дроссель намотан на ферритовом кольце от старого блока питания, возможно использовать кольца от энергосберегающих ламп, содержит 35 витков проводом 0.5 мм. Транзистор КТ815 можно заменить на более мощный типа КТ819. КТ315 можно заменить на импортные аналоги типа С9014, 9018.

Вторая схема преобразователя выполнена на основе высококачественного низковольтного DC – DC преобразователя ZHDZ5 это аналог R1210N452D, транзистор 007G полный аналог MMBR5031LT1, у данного преобразователя очень высокий кпд, и он продолжает работоспособность даже тогда, когда напряжение батарейки ниже 0.9 – 0.8 вольт. Такая же схема используется в походных зарядных устройствах для мобильника, которые могут зарядить ваш мобильный телефон всего от одной пальчиковой батарейки . Дроссель состоит из 20 витков провода 0.3 мм.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	Вариант №1.
VT1	Биполярный транзистор	КТ315Б	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VT2	Биполярный транзистор	КТ815А	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VD1	Стабилитрон	TDZ9V1J	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VD2	Диод	КД212А	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VD3	Диод	КД522А	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С1	Электролитический конденсатор	47 мкФ	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С2	Конденсатор	2200 пФ	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С3	Конденсатор	0.1 мкФ	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С4	Электролитический конденсатор	100 мкФ	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R1	Резистор	24 кОм	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R2	Резистор	220 Ом	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R3, R4	Резистор	470 Ом	2		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
L1	Катушка индуктивности	1-5 мкГн	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
	Вариант №2.
	DC-DC преобразователь	ZHDZ5	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
	Транзистор	007G	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
	Выпрямительный диод	1N4148	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
	Диод Шоттки	SS14	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
	Конденсатор	0.047 мкФ	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
	Конденсатор	0.1 мкФ	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
	Электролитический конденсатор	10 мкФ	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
	Резистор	150 Ом	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
	Резистор	220 Ом	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
	Светодиод		2		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
L	Катушка индуктивности		1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
	Батарея питания	1.5 В	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
						Добавить все

Скачать список элементов (PDF)