Схемы подключения солнечных батарей загородного дома.

Подключение солнечных батарей не должно вызывать сложностей. Ничего экстраординарного в этой процедуре нет. Но поскольку то и дело я продолжаю получать вопросы по схеме подключения солнечных батарей, я решил написать эту статью и привести иллюстрации, чтобы раз и навсегда снять эти вопросы.

Из физики школьного периода нам известны понятия последовательного, параллельного и последовательно-параллельного (или смешанного) подключения. Ничего в солнечных батареях нет такого, что бы выводило их подключение за рамки понятий школьной физики. Я прекрасно понимаю, что люди задают эти вопросы не потому, что не знают что такое последовательное или параллельное соединение. Знают. Их “пугает” новый предмет рассмотрения - солнечные батареи.

Так вот, скажу ещё раз: ничего такого в солнечных батареях нет. Это всего лишь такой же составной из солнечных модулей прибор, как и все другие, а значит и схемы соединений группы модулей в батареи осуществляются по тем же принципам. После сказанного мною вы воскликните: “Вот в чем дело! А я-то думал!”, и продолжать статью необходимости уже, как бы, и нет.

Тем не менее я продолжу, чтобы уничтожить всякие сомнения, плюс попутно вы получите полезную практическую информацию. Я с бОльшей симпатией отношусь к тем, кто, не боясь показаться глупым, задают вопросы. Это помогает им двигаться вперед, а не казаться умными и стоять на месте.

Три варианта схем подключения

Как мы уже говорили выше, существует три варианта соединений солнечных модулей в солнечные батареи. Давайте посмотрим на первый из них - вариант параллельного соединения (рис. 1):

Рисунок 1.

В этом варианте мы соединяем клемму (+) одного модуля с клеммой (+) второго модуля, так же соединяем и клеммы (-) обоих модулей. От клеммы (+) и клеммы (-) любого из модулей мы выводим концы (жилы) для подключения получившейся группы (батареи) из двух модулей для подключения к, например, контроллеру заряда, если он предусмотрен в нашей солнечной электростанции или к аккумуляторным батареям, в случае, если контроллер заряда батарей не предусмотрен.

Если есть необходимость соединить три модуля в единую батарею, мы поступаем точно также. Соединяем все три клеммы (+), затем - все три клеммы (-) и также выводим концы от клемм (+) и от клемм (-). Не важно сколько батарей приходится соединять, все повторяется точно также.

Вариант два. Последовательное соединение (рис. 2):

Рисунок 2.

В этом случае клемму (+) первого модуля соединяем с клеммой (-) второго модуля. От клеммы (-) первого модуля и от клеммы (+) второго модуля выводим концы для подключения к контроллеру заряда или аккумуляторным батареям. Так же не важно какое количество модулей будете соединять, принцип тот же. Клемма (+) первого на клемму (-) второго, клемма (+) второго на клемму (-) третьего, клемма (+) третьего на клемму (-) четвертого и т. д., ровно столько, сколько модулей вам необходимо соединить.

Ну и, третий вариант. Последовательно-параллельный (рис. 3):

Рисунок 3.

Действительно, иногда приходится прибегать и к этому варианту соединения. Для простоты понимания - вы собираете сначала две группы модулей параллельно, на рисунке левый верхний и левый нижний это первая группа. Правый верхний и правый нижний - вторая группа. После этого соединяете эти две группы последовательно так, как если бы это были не группы, а два модуля. В группе может быть не два модуля, а три и четыре, а таких групп может быть тоже и три и четыре и больше.

На практике это выглядит следующим образом. Так выглядит солнечный модуль с лицевой стороны, т. е. со стороны рабочей его поверхности:

Это его тыльная сторона с расположенной на ней клеммной коробкой. Как раз в ней и следует подключать к клеммам жилы кабеля:

Это сама клеммная коробка с подключенными жилами кабеля. Обратите внимание на то, чтобы жилы кабеля были либо опрессованы наконечником-кольцо, либо, как в моем случае облужены припоем:

А это опрессованные жилы кабеля, предназначенные для подключения в клеммных зажимах уже под крышей дома:

Третья жила у меня резервная. Пока она не задействована, поэтому и не опрессована.

Какая необходимость соединять модули по разным схемам

Смотрите. Мы знаем, что нам необходима мощность солнечной электростанции 160 Вт, а приборы, контроллер заряда, инвертор - на 12 В входного напряжения. Мы приобретаем два 12-ти вольтовых солнечных модуля, каждый по 80 Вт и соединяем их как? Правильно. Параллельно. Тем самым обеспечиваем напряжение схемы 12 В и суммарная мощность модулей будет 160 Вт.

Т. е. мы воспользовались первой параллельной схемой соединения. Если бы нам понадобилась мощность 240 Вт и напряжение 12 В, мы опять бы прибегли к первой схеме, только модулей уже было бы три.

Бывают случаи, когда есть необходимость собрать схему не на 12 В, а на 24 В, 36 В и выше. Для чего это нужно? Дело в том, что чем больше модулей мы устанавливаем, тем больше суммарная мощность солнечных модулей. Это в свою очередь приводит к повышению токов в цепях. Мы же помним закон Ома.

Мощность деленая на напряжение равняется силе тока. Мощность мы увеличиваем, напряжение остается прежним, значит ток увеличивается. Увеличение тока вынуждает нас увеличивать сечение провода. Так вот представьте, количество модулей увеличивается, значит увеличивается площадь покрываемая ими, следовательно увеличивается и длина проводов.

Не забывайте про рекомендацию, которою я давал о коммутации солнечных модулей под крышей дома, в статье . А мы еще и сечение этих проводов должны увеличить. Т. е. следует неизбежное удорожание проводов. Чтобы избежать лишних затрат и перестраивают систему на более высокое напряжение.

Этого можно добиться соединив модули последовательно. Предположим, на рисунке 2 изображены два 12-ти вольтовые модуля. Благодаря последовательной схеме соединения, мы добились, что их можно включить в 24-х вольтовую схему. Что касается смешанного соединения, оно необходимо, когда обе задачи приходится решать одновременно.

Заключение

При использовании разных вариантов схем, следует иметь ввиду некоторые важные вещи влияющие на результирующие электрические характеристики, получающиеся при коммутации модулей в солнечные батареи.

Это важно!

Так, к примеру, в прошлой статье мы говорили, что при последовательном соединении напряжение соединяемых модулей суммируется. Если вы соединяете два 12-ти вольтовые модуля, то результирующим напряжением будет 24 Вольта. Я не беру сейчас во внимание такие понятия, как напряжение холостого хода, ток короткого замыкания и т. д., чтобы не морочить вам голову теорией.

Но мы не говорили о том, что будет с токами, а ведь это важно для вас при выборе, например, контроллера заряда солнечных батарей. На какой входной ток контроллер вам выбирать.

Так вот, необходимо знать: в последовательной схеме результирующий ток будет равен току модуля с наименьшим его значением, т. е. наименьшему току из всех соединяемых последовательно модулей. Именно поэтому рекомендуется последовательно соединять модули с одинаковыми характеристиками, чтобы из-за одного “слабого” модуля не терять мощность, которую могли бы обеспечить модули, будь они все одинаковы.

При параллельном соединении, мы говорили, результирующее напряжение будет равно напряжению одного модуля, независимо от того, сколько вы их соединяете параллельно. А вот результирующий ток будет собой представлять сумму токов всех модулей соединенных параллельно.

Чтобы у вас не вызывало трудностей смешанное (или последовательно-параллельное соединение), смело, образно конечно, дробите всю группу на более мелкие и выяснив ток и напряжение по отдельности каждой мелкой группы, рассматривайте эти мелкие группы как отдельный модуль.

Как видите, ничего сверхзаумного в схеме подключения солнечных батарей нет. Все просто. К стати, этот же принцип соединения касается и аккумуляторных батарей, но это уже отдельная песня. Там есть свои нюансы.

Если вам помогла эта статья нажмите на одну из кнопок социальных сетей, чтобы статья могла помочь и другим.

Если решено организовать освещение на солнечных батареях, нужна схема подключения солнечных батарей загородного дома и подходящая электростанция.

Состоят солнечные батареи из нескольких панелей, оснащенных фотоэлементами, которые встречаются различных типов и размеров:

Компактные монокристаллические, состоящие из множества ячеек, отличаются малым весом, но в пасмурную погоду энергии для загородного дома вырабатывают немного.

С предыдущими похожи по составу поликристаллические панели, менее зависящие от направления солнечных лучей, поскольку, направлены кристаллы в разные стороны, благодаря чему лучей улавливают больше.

При одинаковых характеристиках, следующий вид панелей – тонкопленочный, потребует для установки в доме большей площади. Они напоминают пленку, натягивать которую можно в любом месте, меньше стоят, менее зависимы от облачности (потери составляют всего до 20%), но эффективность их снижается при запыленности.

Используют солнечные батареи и тогда, когда возможность подключиться к обычной сети отсутствует. Устанавливать непривередливые источники можно на балконе, на крыше или прямо на загородном участке.

Главное, помнить о двух правилах, без которых будет невозможным потребление энергии. Имеется в виду ориентация конструкции и угол наклона.

Другими словами, поверхность элементов направлена должна быть на юг, чтобы на нее попадало максимальное количество лучей. Угол наклона составлять должен 90 градусов.
Чтобы работала система солнечных батарей для дома на максимальную мощность, ее расположение рекомендуется менять летом и зимой.

Еще необходимо помнить о том, что с низкими температурами фотоэлементы контактировать не должны. Поэтому, конструкции не устанавливают прямо на землю, а закрепляют в четырех точках на высоте 50 см.

Крепить фотоэлементы во избежание повреждения рекомендуется на длинной стороне, индивидуально выбрав способ: болты (крепятся через отверстия рамки), фиксаторы и пр.

На картинке ниже представлен комплект электростанции, состоящий из таких устройств:

Поглощающих естественный свет элементов, которые преобразуют его в электрическую энергию, т.е. солнечные батареи.
Панели подсоединяются к прибору, контролирующему уровень запасенного электричества, называемому контроллером, соединенным с АКБ. Он следит за напряжением аккумулятора: при перезарядке аккумулятора в дневное время (14 Вольтах на клеммах), он автоматически отключает зарядку, а ночью, в случае разряда, т.е. предельно низкого напряжения в 11 Вольт, прекращает работу электростанции.
Накопитель сгенерированной энергии – аккумулятор.
Инвертор предназначен для изменения типа тока с постоянного на переменный, нужный для работы электрооборудования в загородном доме, бытовой техники, освещения. Для всех приборов придется выделить место.

Схема выглядит в простейшем случае следующим образом:

Никаких сложностей, как видно, с такой схемой подключения нет. Основное – соблюдение полярности и правильное соединение штекеров (в соответствующий разъем). Если же желают использовать солнечную энергию в загородном доме одновременно со стационарной сетью, схема подключения будет выглядеть по-иному:

Нагрузка, резервируемая в этом случае, это холодильник, котел или аварийное освещение. Под нерезервируемой понимается свет в помещении, бытовая техника и пр. Электроприборы в автономном режиме работают тем дольше, чем большую емкость имеет аккумулятор.
Разобравшись с тем, как работает схема подключения, нужно понять, как соединить панели между собой.

Не возникает вопросов при подключении одной панели: к соответствующим разъемам контроллера подсоединяют минус и плюс. Если же панелей много, их можно подсоединить:

параллельно, т.е. соединим между собой одноименные клеммы и, получив на выходе напряжение 12В;

последовательно, т.е. плюс первой соединить с минусом второй, а оставшиеся минус первой и плюс второй – к контроллеру. На выходе будет 24 В.

последовательно-параллельно, т.е. использовать смешанное подключение. Подразумевает такая схема, что несколько групп батарей соединены между собой. Внутри каждой из них панели соединены параллельно, а группы – последовательно. Эта схема на выходе дает самые оптимальные характеристики.

Разобраться детальнее с подключением альтернативных источников в доме поможет видео:

Видео: Как подключить солнечную батарею к аккумулятору

Такие электростанции с помощью аккумуляторных батарей накапливают для дома заряд Солнца и сохраняют его, резервируя в аккумуляторных банках. В Америке, Японии, европейских странах применяется нередко гибридное электроснабжение.

То есть, работают две схемы, одна из которых обслуживает оборудование низковольтное, питающееся от 12 В, другая схема – отвечает за бесперебойное снабжение энергией высоковольтного оборудования, работающего от 230 В.

Бесперебойно обеспечивают загородные дома качественной электроэнергией, поскольку энергия Солнца мощная и неиссякаемая.
Дают возможность пользования привычным электрооборудованием благодаря инвертору, который преобразует в переменный постоянный ток, давая на выходе 230 В.
Электроснабжение загородного дома находится под автоматической 100% защитой. Надежно защищает автоматику энергосистемы контроллер, присутствующий в схеме подключения, не допускающий в темное время суток перегрузки системы.
Оснащение дома солнечными батареями не требует согласования проекта, поэтому сэкономить можно на оформлении его и на оплате за классическую электроэнергию, стоимость которой с каждым годом растет.
Продолжительный срок службы — до 30 лет. Поэтому их выбирают в прогрессивных странах для генерации энергии. У нас это процесс новый пока и дорогостоящий, поэтому люди стараются собирать их своими руками, что получается у них достаточно успешно.

К недостаткам относится, прежде всего, высокая цена и недостаточное число профессиональных мастеров, способных грамотно сделать расчет и выполнить монтаж. Окупаемость установок происходит в течение 4-5 лет.

Как стало понятно, подключить загородный дом к такому источнику несложно. Главное – определить, какой должна быть на выходе нагрузка. Важно не забывать, что напрямую к контроллеру нельзя подключать инвертор, чтобы не погубить электростанцию загородного дома.

К установке предъявляются определенные требования. Устройства могут монтироваться только в регионах, где достаточно солнечного света, т.е. продолжительность светового дня длится с 10 до 17 часов. В противном случае функционировать они будут не надлежащим образом.
К месту установки также есть требования. Монтаж их может быть на стене постройки, на крыше, которая должна быть крепкой, на специальных стойках. Для эффективной работы, места установки не должны затеняться.

Видео: Установка солнечных батарей

Солнечные батареи – очень выгодный способ стать независимым от плохой работы общей электросети. Кроме этого, созданная ими электрическая энергия является абсолютно бесплатной.

Особенности подключения

Солнечная панель.
Устройство, которое контролирует заряд.
Аккумулятор.
Инвертор.
Электрическая сеть дома.

Обязательно в эту схему входят предохранители от короткого замыкания и лампочка , которая показывает уровень нагрузки. Предохранители устанавливаются на провода с положительным зарядом перед аккумулятором, лампочкой, инвертором.

Лампочку и аккумуляторы подключают к контроллеру заряда.

Эта схема предусматривает наличие одной солнечной панели или нескольких, работающих с одинаковой нагрузкой.

Несколько батарей соединены одним проводом, площадь поперечного сечения которого всегда больше 4 мм². Если планируется установить на крыше дома несколько солнечных панелей, и часть из них будет наклонена под другим углом, то схема подключения предусматривает наличие контроллера для каждой панели.

Практика показала:

Монокристаллические способны генерировать ток в течение 3 десятков лет и даже больше.
Более дешевые поликристаллические будут работать на протяжении 20 лет.
Гибкие панели имеют срок службы 7-20 лет. Наиболее короткую «жизнь» имеют изделия первого поколения, наиболее длинную – изделия второго поколения. Главным минусом является быстрая деградация. В течение первых 24 месяцев работы их мощность падает на 10-40%.

Используемые на больших солнечных станциях модули смогли работать с одинаковой мощностью в течение 25 лет. Заявленные в описании характеристики выполнялись на 100%. Это говорит об отсутствии деградации. Некоторые из панелей уменьшили выработку на 10%. Производители гарантировали уменьшение выработки на 20%.

Независимо от срока использования светочувствительные элементы никогда не теряют своей производительности. То есть может пройти 50 лет, и они могут производить такое же количество электроэнергии. На ухудшение выработки влияет разрушения защитных пленок, которые позволяют влаге проникать внутрь панели и вызывать коррозию всех соединений. Этот минус приводит к увеличению сопротивления, чрезмерному нагреву, разрушению соединений. Аккумуляторы могут работать 2-15 лет, силовая электроника – 5-20 лет.

Взвесив все положительные и отрицательные моменты использования альтернативных источников энергии, и выбрав использование последних в качестве основного поставщика электрического тока к потребляющим электроприборам, можно приступать к установке модулей на их будущее место работы: то есть балкон или крышу своего дома. Казалось бы, что может быть проще, но возникает вполне логичный вопрос - как соединить так, чтобы максимально и, по возможности, без потерь использовать возможности .

Значение школьного курса физики

Вспоминая обязательную школьную программу по физике, можно отметить, что возможны три варианта соединения :

параллельное,
последовательное,
смешанное, или как его еще называют последовательно-параллельное.

Название каждого соединения возвращает в прошлое на уроки физики. Даже если не получается вспомнить точное определение каждому из указанных терминов, почти все смогут нарисовать или хотя бы своими словами объяснить основные отличия той или иной схемы подключения.

Схема соединения солнечных источников энергии подчиняется все тем же законам школьной физики. Казалось бы, солнечные батареи - высокотехнологичный агрегат, еще недавно бывший основой для написания фантастических произведений, должен подключаться также непонятно, как и сам процесс фотосинтеза, происходящий в панелях, но это далеко не так.

Параллельное соединение солнечных панелей обеспечивает такое подключение моделей, при котором все элементы имеют два общих узла схождения или разветвления проводников. То есть, в каком бы месте и последовательности не происходило соединение выводов солнечных батарей, все минусовые и плюсовые клеммы сойдутся в двух основных точках: соответственно плюс и минус.

Последовательное соединение солнечных модулей дает возможность соединить элементы таким образом, чтобы для протекания электрического тока остался единственно возможный путь, по которому и будет происходить передача энергоносителя от источника к потребителю. Схема выглядит как цепочка нескольких солнечных батарей, соединенных через один проводник таким образом, чтобы выходной конец одной батареи соединялся с входной клеммой другой, и так от первой до последней панели.

Смешанная схема соединения позволяет соединять солнечные батареи одновременно двумя способами. При таком совмещении вариантов некоторые панели формируются в отдельные блоки, имеющие параллельное соединение, а затем эти блоки соединяются между собой последовательно или наоборот.

Отличия в работе модулей соединенных разными схемами

Каждая схема подключения солнечных батарей обеспечивает их бесперебойную работу. Но есть интересные особенности, которые помогут более разумно распорядиться не только самой солнечной электроэнергией, но и сэкономить на отдельных составных элементах всей цепочки автономного электропитания.

На практике это выглядит следующим образом. К примеру, необходимая - 360 Вт. Для набора этой мощности, помимо самих солнечных панелей, можно приобрести пару инверторов напряжением 12 В и мощностью 180 Вт. Соединив эти приборы с помощью параллельного соединения можно выйти на заданную мощность.

Конечно, 360 Вт крайне не достаточно для обеспечения жилой площади достаточным количеством электричества. Поэтому применяются несколько инверторов необходимой мощности.

Но следует помнить, что повышение мощности приведет к увеличению нагрузки на проводящие элементы.

Все это пагубно сказывается на пожарной безопасности, так как неверно рассчитанное сечение провода может привести к плачевным последствиям. Именно поэтому необходимо перед установкой нужны теоретические расчеты о количестве инверторов и их мощности.

Что касается последовательно соединенных солнечных батарей, то тут экономическая составляющая заключается в том, что один инвертор на 24 В, стоит дороже чем два по 12 В. Но установив последние инверторы параллельно, невозможно добиться схемы с напряжением 24 В или 36 В. Зато при последовательной конфигурации можно использовать несколько относительно дешёвых модулей по 12 В.

По такому же принципу выполняется соединение всех элементов солнечных батарей, начиная от самих панелей и заканчивая накопителями, то есть аккумуляторами.

В настоящее время существует множество поставщиков составляющих электросетей для сборки солнечных модулей. Достаточно широкий спектр поможет найти необходимые элементы, которые могут работать по любой из описанных схем.

Существуют 3 варианта соединения солнечных панелей между собой:

Последовательное соединение

Параллельное соединение

Последовательно-параллельное соединение солнечных панелей.

Данная статья как раз для того, чтобы разобраться в каждом из них.

Возможные варианты подключения солнечных батарей (солнечных панелей)

Существуют 3 варианта соединения солнечных батарей между собой:

Последовательное соединение;

Параллельное соединение;

Последовательно-параллельное соединение.

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

Номинальное напряжение солнечной батареи - как правило 12В или 24В;
. Напряжение при пиковой мощности Vmp - напряжение при которой батарея выдает максимальную мощность;
. Напряжение холостого хода Voc - напряжение в отсутствии нагрузки (важно при выборе контроллера заряда);

Напряжение максимальное в системе Vdc - определяет максимальное количество батарей объединенных вместе;
. Ток Imp - ток при максимальной мощности батареи;
. Ток Isc - ток короткого замыкания, максимально возможный ток батареи.

Мощность солнечной батареи определяется как произведение Напряжения и тока в точке максимальной мощности - Vmp х Imp

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

Рассмотрим каждую схему соединения:

1) Последовательное соединение солнечных батарей :

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

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

Рассмотрим на примере:

Имеем 4 солнечных монокристаллических батареи со следующими характеристиками:

Номинальное напряжение: 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 батареи мы получим на выходе номинальное напряжение 12Вх 4=48В. Напряжение холостого хода = 22,48В х 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 батарей

В данном случае батареи 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 батареи будет равны между собой и равны напряжению на выходе из системы батарей. Ток от всех батарей будет складываться. Такое соединение позволяет, не поднимая напряжения увеличить ток от них.

Рассмотрим на примере все тех же 4х батарей:

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

3) Последовательно-параллельное соединение солнечных батарей

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

В случае такого подключения соединенные последовательно цепочки батарей объединяют параллельно.

Вернемся к нашему примеру с 4-мя батеями:

Соединив по 2 батареи последовательно и затем объединим их соединив цепочки батарей параллельно мы получим следующее. Номинальное напряжение на выходе будет равно сумме двух последовательно соединенных батарей 12В х 2=24В, напряжение холостого хода будет равно 22,48В х 2=44,96В, а ток при этом будет равен 5,42А х2=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.

О том как подобрать контроллер заряда можно прочитать