В останні десятиліття альтернативна енергетика стає дедалі популярнішою. Цьому сприяють автономність від поставок електрики, екологічність та окупність. Тому у багатьох виникає ідея купити сонячну панель для розробки власної незалежної електростанції. Це буває актуально як для забезпечення енергією житлових приміщень, так і виробничих підприємств. Однак, під час використання сонячних панелей виникає безліч питань: як їх розрахувати, де правильно встановити, як можна під’єднати та багато інших. Розглянемо це в цій статті.
Паралельне та послідовне під’єднання сонячних панелей
Під’єднання сонячних панелей виконується трьома способами – паралельно, послідовно та змішано (паралельно-послідовно). Кожен з них має свої особливості, сфери застосування та впливає на вибір решти обладнання сонячної електростанції.
З'єднання сонячних панелей паралельно
Паралельне під’єднання передбачає з'єднання плюсового проводу однієї панелі з плюсовим іншої, також під’єднується мінус до мінуса. Згідно з нашими тестами так можна під’єднувати як моно-, так і полікристалічні фотоелементи. При такому з'єднанні з'являються такі властивості:
- напруга на виході не підсумовується – якщо паралельно було під'єднано кілька сонячних панелей на 48 В, то на виході виходить саме така напруга, незалежно від кількості панелей. Під’єднувати паралельно можна тільки панелі з однаковою напругою;
- підсумовується підсумкова сила струму – якщо паралельно під’єднано 10 панелей по 10 А, то на виході сила струму дорівнює 100 А;
- установка сонячної панелі з паралельним під’єднанням зручна в експлуатації тим, що вихід з ладу одного елемента, його тимчасове затемнення хмарою або покриття пилом – не призведе до значних втрат енергії;
- при такому під’єднанні зазвичай використовують контролери з широко-імпульсною модуляцією, які коштують менше, ніж MPPT-контролери.
Під’єднання сонячних панелей послідовно
У разі послідовного під’єднання плюсовий дріт однієї панелі під'єднується до мінусового наступної, таким чином утворюється ланцюг із кількох панелей. Таке під’єднання може бути організовано як з полікристалічними панелями, так і з монокристалічними.
Цей тип з'єднання характеризується такими властивостями:
- Напруга на виході підсумовується. Послідовне під’єднання 10 панелей по 24 В призведе до утворення 240 В на виході.
- Сила струму не підсумовується. Встановлення сонячних батарей з максимальним струмом 10 А в кількості 10 штук дасть загальний струм 10 А незалежно від їхньої кількості. Під’єднувати таким способом можна тільки панелі з однаковим струмом.
- Вихід з ладу однієї з панелей призведе до значної втрати енергії на всій ділянці ланцюга. Тому знадобиться час для пошуку та відновлення її працездатності. Також втрати енергії будуть у разі забруднення або затемнення однієї з панелей.
- Для послідовного під’єднання часто використовують MPPT-контролер, який шукає максимальну точку потужності між наявним діапазоном напруг і сили струму всіх панелей у ланцюзі. Так досягається максимальна продуктивність, і нівелюється недолік з попереднього пункту списку. Зокрема це покращує ефективність роботи сонячних батарей взимку та восени, коли часто буває хмарність і опади.
Встановлення сонячної батареї з паралельно-послідовним під’єднанням
Паралельно-послідовне під'єднання частіше використовується в надскладних і вимовних системах, оскільки передбачає застосування великої кількості фотоелементів. Можуть використовуватися полі- і монокристалічні панелі. Через складність і високу ефективність цей спосіб під’єднання зазвичай застосовується на великих виробництвах.
При такому з'єднанні створюється батарея панелей, під’єднаних послідовно. Потім кожна з цих батарей під’єднується одна до одної паралельно. У результаті вдається отримати підсумовування і напруги, і струму.
Схеми та способи під’єднання сонячних батарей
Панелі можуть під’єднуватись до електростанції за трьома різними схемами, кожна з яких відрізняється за продуктивністю та функціональністю. Також від обраної схеми залежить кошторис на монтаж сонячних панелей, оскільки список обладнання скрізь різний.
Мережеве під’єднання панелей
Для реалізації такої схеми під'єднання сонячних панелей, крім них самих, знадобиться контролер і інвертор, а акумулятор не потрібен. Його відсутність значно знижує вартість електростанції. Однак у такому разі не можна буде виробляти електрику в темний час доби. У такій схемі можна використовувати мобільні панелі й розгортати їх тільки вдень. Рейтинг найкращих портативних сонячних батарей допоможе вам підібрати хорошу модель.
За результатами наших тестів можна сказати, що це хороша схема під’єднання для будинку або квартири, оскільки обходиться недорого й проста в обслуговуванні. А також це хороший варіант для виробництва, оскільки робочий час буває зазвичай протягом світлового дня.
Автономна схема під’єднання
Монтаж сонячних батарей для автономної схеми передбачає також наявність акумулятора, який буде накопичувати енергію протягом дня й віддавати її в темний час доби. Від цього підвищується вартість і складність установки.
Це хороший варіант для тих випадків, коли потрібно отримати повну автономність від державної електромережі. Сонячні панелі у квартирі (за наявності достатнього місця для монтажу) або в будинку за такою схемою будуть чудовим варіантом. Також це досить продуктивна схема під’єднання для не електрифікованих будівель.
Гібридна схема під’єднання
Гібридна схема під'єднання використовує у своєму складі додаткове джерело живлення, яке залучається за відсутності електрики від панелей і акумулятора. Наприклад, за відсутності сонячного світла й заряду акумулятора, схема перемикається на живлення від державної електромережі або генератора. Це хороша схема підключення сонячних панелей для будинку або виробництва. Для квартири зазвичай занадто громіздко.
Підключення за гібридною схемою – це найдорожчий спосіб у плані придбання комплектуючих. Він передбачає використання додаткового обладнання для комутації між різними джерелами живлення: панелями, акумулятором, мережею (генератором). Встановлення сонячних панелей під ключ з таким під’єднанням також обійдеться дорожче, оскільки схема складніша. Однак, вона найбільш надійна й добре підходить для випадків, коли перебої в електриці неприпустимі.
Скільки сонячних батарей і до чого потрібно під’єднати
Встановлення сонячних панелей потребує правильного розрахунку. Головним параметром є потужність, що генерується. Слід купувати моделі із запасом у 30 %. Тобто, сонячна панель на 450 Вт гарантовано зможе надати енергію на 30 % меншу, ніж заявлена (315 Вт), максимального значення цей параметр досягне тільки за досягнення ідеальних умов (ясне небо, чиста від пилу панель).
Наприклад, якщо ви визначили, що вам потрібна енергія в обсязі 10 кВт, то до неї слід додати ще 30 % - вийде 13 кВт. І щоб дізнатися, скільки потрібно панелей, розділити цю цифру на потужність панелей – 13 кВт / 0,45 кВт = 28,8 (потрібно округлити в більший бік) – знадобиться під’єднати 29 панелей потужністю по 450 Вт. Відповідно, якщо потужність кожного фотоелемента менша, то встановити сонячні панелі потрібно буде в більшій кількості.
До чого під’єднуються сонячні панелі
Для того, щоб сонячні панелі виконували свою роль у сонячній електростанції, знадобиться додаткове обладнання. До нього належить:
- Контролер – це мінікомп'ютер, який керує розподілом енергії. Він підбирається з урахуванням напруги панелей – для 24-х вольтових сонячних панелей один тип контролера, для 48-ми – інший. Також у розрахунок слід брати максимальний струм від фотоелементів. Ці параметри залежать від способу під’єднання панелей. Контролер потрібен для будь-якої схеми під’єднання.
- Інвертор – це пристрій, необхідний для перетворення енергії від панелей у відповідне для живлення обладнання. Він підбирається з урахуванням споживаної потужності з невеликим запасом. Тобто, якщо споживана потужність – 10 кВт, то інвертор повинен мати потужність трохи більшу. Також необхідний для будь-якої схеми під’єднання.
- Акумулятор – зберігає енергію для її використання в темний час доби. Повинен збігатися за напругою з інвертором і контролером. Що більша його ємність, то більше зібраної вдень енергії вдасться зберегти. Потрібен для автономної та гібридної схеми під'єднання.
- АВР – автоматичне включення резерву. Потрібно, коли є необхідність організувати живлення від різних джерел. Знадобиться для гібридної схеми.
Правильний вибір сонячних панелей впливає на ефективність електростанції, рівень її автономності та раціональну витрату бюджету.
Дроти та роз'єми для під’єднання сонячних панелей
Перед тим, як встановити сонячну панель, слід подбати про комунікації. Для під’єднання фотоелементів знадобиться використовувати багато проводів і роз'ємів. Для досягнення найбільшої ефективності потрібно застосовувати дроти відповідного перетину, в іншому випадку будуть втрати продуктивності. На думку наших експертів варто користуватися спеціальними "сонячними дротами" – вони мають додатковий захист від впливу сонця та опадів.
Найпоширеніший роз'єм для під’єднання панелей – MC4. Він також забезпечує стійкість до опадів, сонця та надійність в умовах роботи на вулиці. Застосовувати інші типи роз'ємів не рекомендується.
Як встановити сонячні панелі
Кріплення сонячних панелей на дах – один з найчастіших варіантів монтажу. Фотоелементи отримують достатньо сонця й не займають корисного місця на землі. Монтаж сонячних батарей на дах може використовуватися як у будинках, так і в багатоквартирних будівлях.
Якщо такої можливості немає, то перед тим як кріпити сонячні панелі на землі, слід підібрати відповідне місце. Сусідні споруди й дерева не повинні затемнювати їх протягом усього сонячного дня.
Рекомендований напрямок монтажу – південь, південний схід. Кут нахилу відносно землі – 35 градусів. Ці параметри рекомендуються для більшості регіонів України.
Для економії простору можна використовувати біфракційні сонячні панелі. Вони більш продуктивні, оскільки вловлюють світло з двох сторін. Це дає змогу скоротити кількість панелей і займану ними площу.
Скільки коштує встановити сонячні батареї на будинок
Вартість установки залежить від багатьох факторів і має бути обчислена індивідуально. На цю цифру впливають такі параметри:
- тип схеми – мережева є найдешевшим варіантом, без акумулятора, а найдорожча – гібридна, з акумулятором і АВР;
- послідовне під’єднання може обійтися трохи дорожче, оскільки MPPT-контролер коштує більше, проте в результаті така схема виявляється ефективнішою;
- кількість використовуваних панелей – згідно з підрахунком вище, що більша потрібна потужність, то більше знадобиться під’єднати фотоелементів. Одним з оптимальних варіантів буде використовувати сонячні панелі потужністю 330 Вт. Вони мають середній розмір і вагу, також їх буде легше розмістити на площі монтажу та встановити;
- загалом потужність всієї системи також впливає на вартість решти обладнання – що більша потужність (і більше панелей), то більше знадобиться дротів, потужніший мережевий інвертор та інше.
Тепер ви знаєте про способи під’єднання сонячних панелей. Ми розглянули переваги й недоліки паралельного та послідовного під’єднання. А також вивчили мережеву, автономну та гібридну схеми, їхні сфери експлуатації та переваги. Ці знання допоможуть вам підібрати відповідний варіант для своїх потреб.
