Schémy a spôsoby pripojenia solárnych batérií: ako správne vykonať montáž solárneho panelu

Alternatívny zdroj energie na báze solárnych batérií je vynikajúcou možnosťou na vytvorenie nezávislého zásobovania energiou. Zabezpečí vysokú energetickú účinnosť nielen počas horúcich dní, ale aj v zamračenom počasí. Nebolo by zlé mať takéto zariadenie doma, však?

Na to stačí len vhodne vybrať technické komponenty a vykonať montáž. Zvládne to každý, kto pozná schémy a spôsoby pripojenia solárnych batérií. Povieme vám, ako sa buduje výkonný systém, ktorý premieňa “zelenú energiu” na elektrinu potrebnú na napájanie domácich spotrebičov.

Okrem toho sa dozviete, ako vybrať miesto na inštaláciu solárnych panelov a ako ich skombinovať s pevnou elektrickou sieťou. Užitočné rady a dôležité odporúčania poskytnú účinnú pomoc domácim majstrom. Na lepšie pochopenie sú uvedené tematické fotografie, schémy a videá.

Konštrukcia solárnej batérie

Ak plánujete pripojiť solárne panely svojpomocne, musíte mať prehľad o tom, z akých komponentov sa systém skladá.

Solárne panely sa skladajú z batérií na fotovoltických článkoch, ktorých hlavným účelom je premieňať slnečnú energiu na elektrinu. Prúd sústavy závisí od intenzity svetla: čím jasnejšie je žiarenie, tým väčší prúd sa generuje.

Hlavnými konštrukčnými prvkami systému sú:

• Solárna batéria – premieňa slnečné svetlo na elektrickú energiu.
• Akumulátor – chemický zdroj prúdu, ktorý akumuluje vygenerovanú elektrickú energiu.
• Kontrolér nabíjania – sleduje napätie akumulátorov.
• Invertor, ktorý premieňa jednosmerné elektrické napätie akumulátorovej batérie na striedavých 220 V, ktoré je potrebné na fungovanie osvetľovacieho systému a prevádzku domácich spotrebičov.
• Poistky, inštalované medzi všetkými prvkami systému a chrániace systém pred skratom.
• Sada konektorov štandardu MC4.

Okrem hlavného účelu kontroléra – sledovať napätie akumulátorov, zariadenie podľa potreby odpojuje niektoré prvky. Ak indikátor na svorkách akumulátora počas dňa dosiahne hodnotu 14 voltov, čo naznačuje ich prebíjanie, kontrolér preruší nabíjanie.

Okrem solárneho modulu do zariadenia takejto elektrárne patria fotovoltaické meniče – kontrolér a invertor, ako aj pripojené akumulátory

V nočnom období, keď indikátor napätia akumulátorov dosiahne extrémne nízku hodnotu 11 voltov, kontrolér zastaví prevádzku elektrárne.

Kde je najlepšie nainštalovať panely?

Prvé, čo je potrebné urobiť pred inštaláciou a pripojením solárnej batérie, je rozhodnúť sa o mieste umiestnenia jednotky.

Na inštaláciu fotovoltaických modulov je vhodné použiť stacionárne konštrukcie vyrobené z kovových profilov, alebo modernejšie otočné alternatívy.

Solárne batérie je možné umiestniť prakticky na akékoľvek dobre osvetlené miesto:

• na streche vidieckeho domu;
• na balkóne bytového domu;
• na priľahlom pozemku k domu.

Hlavné je zabezpečiť potrebné podmienky na dosiahnutie maximálnej výroby elektrickej energie. Jednou z nich je orientácia a uhol sklonu voči horizontu. Svetloabsorbujúci povrch jednotky by mal byť nasmerovaný na juh.

V ideálnom prípade by slnečné lúče mali dopadať na ňu pod uhlom 90°. Na dosiahnutie tohto efektu je potrebné zvoliť optimálny uhol sklonu v závislosti od klimatických podmienok regiónu. Pre každý región je tento ukazovateľ iný.

Aby sa zabezpečila maximálna výkonnosť solárnych panelov, odporúča sa meniť uhol sklonu zariadení 2-4 krát ročne: 18. apríla, 24. augusta, 7. októbra a 5. marca.

Napríklad v moskovskom regióne je uhol sklonu povrchu solárnych panelov počas letných mesiacov 15-20°, a v zimných mesiacoch sa mení na 60-70°.

Pri umiestnení solárnych panelov na pozemku pri dome je lepšie panely zdvihnúť nad povrch pôdy aspoň o pol metra – pre prípad veľkého množstva snehu. Takéto riešenie je správne aj v tom, že zabezpečuje dostatočnú vzdialenosť na cirkuláciu vzduchu.

Treba pamätať na to, že aj malý tieň škodlivo ovplyvňuje výrobu elektriny agregátom. Panely treba umiestňovať len na miesta, ktoré nie sú vystavené ani najmenšiemu zatieneniu.

Niektorí „majstri“ s cieľom ochrany panelov inštalujú na vrch panelov dodatočné sklo, ale aj pri zdanlivej priehľadnosti môže sklenená vrstva znížiť účinnosť panelov o 30%.

Existuje niekoľko spôsobov fixácie panelov:

• pomocou prítlačných fixátorov;
• pomocou skrutkového spojenia cez priechodné otvory umiestnené v spodnej časti rámu.

Nosná konštrukcia musí byť vyrobená z koróziivzdorných materiálov. Bez ohľadu na spôsob montáže nie je dovolené samostatne vykonávať zmeny v konštrukcii panelov a vŕtať dodatočné otvory.

Úlohou majiteľa domu je udržiavať panely v čistote. Nahromadenie prachu, snehu a vtáčieho trusu na obrazovke znižuje množstvo elektrickej energie vyrobenej systémom minimálne o 10%.

Možnosti zapojenia solárnych batérií

Solárne batérie pozostávajú z niekoľkých samostatných panelov. Na zvýšenie výstupných parametrov systému, ako je výkon, napätie a prúd, sú prvky navzájom pripojené pomocou fyzikálnych zákonov.

Pripojenie niekoľkých panelov navzájom je možné vykonať pomocou jednej z troch schém montáže solárnych batérií:

• paralelná;
• sériová;
• zmiešaná.

Paralelná schéma predpokladá pripojenie rovnomenných svoriek k sebe, pričom prvky majú dva spoločné uzly zbiehania vodičov a ich vetvenia.

Pri paralelnej schéme sa „plusy" spájajú s „plusmi" a „mínusy" s „mínusmi", v dôsledku čoho sa výstupný prúd zvyšuje a výstupné napätie zostáva v rozmedzí 12 Voltov.

Hodnota maximálneho možného výstupného prúdu pri paralelnej schéme je priamo úmerná počtu pripojených prvkov. Princípy výpočtu počtu sú uvedené v nami odporúčanom článku.

Sériová schéma predpokladá pripojenie opačných pólov: „plus" prvého panela k „mínusu" druhého. Zostávajúci nevyužitý „plus" druhého panela a „mínus" prvej batérie sa pripájajú k regulátoru umiestnenému ďalej v schéme.

Tento typ spojenia vytvára podmienky pre tok elektrického prúdu, pri ktorom zostáva jediná cesta pre prenos nosiča energie od zdroja k spotrebiteľovi.

Pri sériovej schéme zapojenia sa výstupné napätie zvyšuje a dosahuje hodnotu 24 Voltov, čo býva dostatočné na napájanie prenosných zariadení, LED lámp a niektorých elektrických spotrebičov.

Sériovo-paralelnú alebo zmiešanú schému najčastejšie používajú pri potrebe spojenia niekoľkých skupín batérií. Použitím tejto schémy je možné na výstupe zvýšiť napätie aj prúd.

Pri sériovo-paralelnej schéme zapojenia dosahuje výstupné napätie hodnotu, ktorej charakteristiky najlepšie vyhovujú na riešenie väčšiny domácich úloh.

Táto možnosť je výhodná aj v tom, že v prípade poruchy jedného z konštrukčných prvkov systému, ostatné spojovacie obvody naďalej fungujú. To výrazne zvyšuje spoľahlivosť celého systému.

Princíp zostavy kombinovanej schémy je založený na tom, že zariadenia v rámci každej skupiny sú zapojené paralelne. Pripojenie všetkých skupín do jedného obvodu sa vykonáva sériovo.

Kombinovaním rôznych typov zapojení nebude problém zostaviť batériu s požadovanými parametrami. Hlavné je, že počet spojených prvkov musí byť taký, aby prevádzkové napätie privádzané k akumulátorom, berúc do úvahy jeho pokles v nabíjacom obvode, presahovalo napätie samotných akumulátorov, a zaťažovací prúd batérie zároveň zabezpečoval potrebnú veľkosť nabíjacieho prúdu.

Schéma zostavenia solárneho elektrického systému

Pripojenie solárnych panelov sa uskutočňuje pomocou vstavaných spojovacích vodičov s prierezom 4 mm². Najlepšie sa na tento účel hodia jednožilové medené vodiče, ktorých izolačný oplet je odolný voči ultrafialovému žiareniu.

V prípade použitia vodiča, ktorého izolácia nie je odolná voči účinkom UV žiarenia, odporúča sa jeho vonkajšie vedenie vykonať v káblovej chráničke.

Koniec každého vodiča je spojený s konektorom štandardu MC4 pomocou spájkovania alebo krimpovania, čím sa zabezpečuje hermetické spojenie.

Bez ohľadu na zvolenú schému je pred pripojením solárnych panelov bezpodmienečne potrebné skontrolovať správnosť elektroinštalácie.

Pri pripájaní panelov sa neodporúča prekračovať technické požiadavky na prípustný prúd a maximálne napätie iných zariadení. Dôležité je dodržiavať technické požiadavky regulátora nabíjania a invertora uvedené výrobcom.

Štandardná schéma zostavy najjednoduchšej solárnej elektrárne vyzerá nasledovne.

Schéma pripojenia panelov k akumulátoru, invertoru a regulátoru má jednoduché prevedenie, a preto nespôsobuje osobitné ťažkosti pri pripájaní.

Aby ste predišli poškodeniu regulátora, pri pripájaní prvkov systému je dôležité dodržať postupnosť.

Montážne práce sa vykonávajú v niekoľkých etapách:

1. Akumulátor sa pripája k regulátoru, pričom sa používajú príslušné konektory a nezabúda sa na dodržanie polarity.
2. K regulátoru sa cez konektory pri dodržaní rovnakej polarity pripája solárny panel.
3. Konektory regulátora pripájajú záťaž s napätím 12 V.
4. Ak je potrebné transformovať elektrické napätie z 12 V na 220 V, do schémy sa zahrnie invertor. Ten sa pripája iba k batérii a v žiadnom prípade nie priamo k regulátoru.
5. K voľnému výstupu invertora pripájajú elektrické spotrebiče určené na napätie 220 V.

Po vykonaní spojenia je potrebné skontrolovať polaritu a zmerať napätie naprázdno panelov. Ak sa hodnota líši od výrobcom udávanej hodnoty, spojenie je vykonané nesprávne.

Na pripojenie zariadenia k systému nie je potrebné otvárať rozvodnú montážnu krabicu – všetky pripájacie konektory sú ľahko prístupné.

V záverečnej fáze je potrebné uzemniť solárny panel. Aby sa minimalizovala pravdepodobnosť skratu, na miestach spojenia medzi batériou, invertorom a regulátorom sa inštalujú poistky.

Energia solárnych elektrární nájde uplatnenie pri napájaní nízkopríkonových domácich spotrebičov a pri nabíjaní batérií mobilných zariadení:

Tým, ktorí si chcú postaviť solárny panel svojpomocne, pomôžu informácie uvedené v nasledujúcom článku.

Pripojenie viacsmerových prvkov

Pri použití sériovej schémy montáže solárnych panelov, aby sa neznížila účinnosť zariadení, by sa všetky panely spoločného obvodu mali umiestniť pod rovnakým uhlom a v rovnakej rovine.

Ak sa panely budú nachádzať v rôznych rovinách, môže to viesť k tomu, že bližší alebo viac osvetlený panel bude pracovať s vyšším výkonom ako tie umiestnené o niečo ďalej.

To znamená, že bližší panel bude generovať elektrickú energiu, ktorej časť bude odchádzať na ohrev vzdialenejších panelov. Príčina spočíva v tom, že prúd tečie po ceste najmenšieho odporu. Aby sa minimalizovali straty, pre každý panel je lepšie použiť samostatný regulátor.

Základné požiadavky pri použití regulátora – výkon pripojených panelov nad 1 kW a vzdialenosť medzi batériami na dostatočne veľkú vzdialenosť.

Problém je možné vyriešiť aj inštaláciou oddeľovacích diód. Umiestňujú sa vnútri medzi platne. Vďaka tomu pri poskytovaní maximálneho výkonu sa platne neprehrievajú.

Nemalý význam má aj pokles napätia v spojeniach, ako aj v samotných vodičoch nízkonapäťovej časti systému.

Tabuľka nesúladu prenášaného výkonu s prierezom vodiča, červenou farbou označujúca parametre, pri ktorých vzniká riziko silného požiarneho zahrievania.

Ako príklad môže slúžiť skutočnosť, že na metrový úsek kábla s prierezom 4 mm² pri prechode prúdu s hodnotou 80 A (napätie 12 V) hodnoty klesnú o 3,19 %, čo predstavuje 30,6 W. Pri použití krútení môže pokles napätia kolísať v rozmedzí od 0,1 do 0,3 V.

Kombinácia solárnej energie a pevnej siete

Pri plánovaní používať elektrickú energiu zo slnka súbežne s vybudovanou centralizovanou stacionárnou sieťou sa schéma zapojenia robí trochu inak. Hlavným dôvodom tohto riešenia je, že súkromný odberateľ nemá možnosť «odvádzať» zvyšnú energiu.

A to môže spôsobiť výkyvy napätia trvajúce až jednu sekundu.

Pri kombinovaní solárnej elektriny so stacionárnou centralizovanou sieťou sa riadia rovnakým pravidlom: čím viac zdrojov sa pripája, tým zložitejšou sa schéma stáva.

Podľa vyššie uvedenej schémy sa napätie zo solárneho poľa najprv posiela smerom k batérii a až odtiaľ sa prenáša na záťaž.

Pri navrhovaní takejto možnosti montáže treba brať do úvahy dva druhy záťaže:

• nezálohovaná – svetlo v dome, domáce spotrebiče atď.;
• zálohovaná – núdzové osvetlenie, chladnička, elektrický kotol.

Majte na pamäti: čím väčšia je kapacita batérie, tým dlhšie budú zálohované elektrické spotrebiče pracovať v autonómnom režime.

Pri výbere tohto spôsobu generovania energie do siete buďte pripravení na to, že budete musieť vybaviť povolenie v miestnych energetických sieťach.

Napriek tomu, že invertory pre solárne batérie vyrábajú napätie, ktorého kvalita je niekedy vyššia ako v centralizovanej sieti, miestne energetické siete nedávajú súhlas na to, aby sa elektromer otáčal opačným smerom.

Z tohto dôvodu podľa schémy solárne invertory prestanú pracovať v momente straty napätia v sieti. A zálohovaná záťaž sa začne napájať z batérie.

Závery a užitočné video k téme

Autori video materiálu, ktorý je uvedený nižšie, sa delia o osobné skúsenosti a rozoberajú nuansy montáže solárnych panelov.

Video #1. Príklad zostavy a montáže systému továrenského vzoru:

Video #2. Ako správne nainštalovať panely:

V procese spájania niekoľkých panelov s inými prvkami systému nie je nič zložité. Ale pre začínajúceho majstra môže byť proces náročný. Preto pri absencii skúseností s výpočtami a montážnymi zručnosťami sa oplatí obrátiť na odborníka, ktorý má potrebné znalosti.

Chcete porozprávať, ako ste zostavili vlastnú solárnu elektráreň pre chatu alebo vidiecky dom? Možno sú vám známe detaily procesu, ktoré nie sú v článku opísané? Napíšte prosím komentáre do bloku nižšie, pýtajte sa, zdieľajte svoj názor a fotografie k téme článku.