Как правильно подключить солнечные панели для автономного электроснабжения

Установка из солнечных батарей будет работать эффективно и быстрее окупит себя, если знать, как правильно сделать монтаж и ответственно подойти к процессу установки всех элементов этого сложного оборудования. Разберем подробно как подключить солнечную панель, варианты сборок, подбор составляющих, основные правила.

Назначение и преимущества солнечных станций

Функция СЭС состоит в том, чтобы аккумулировать энергию солнца, пропускать их через контроллеры и преобразователь для получения электрической энергии. Полученная электроэнергия подается на АКБ либо напрямую в потребительские сети 220 V или 380 V.

Выгода таких установок в полной автономности и автоматичности. Лишнее электричество можно реализовывать другим потребителям. При этом надо учитывать такие негативные факторы как зависимость от погоды и необходимости найти место для солнечной батареи, без затенения.

На заметку. Оснащение для сборки моно/поликристаллических солнечных панелей не из дешевых. Следует грамотно подойти к подбору и сбору всех составляющих системы, чтобы они окупились в наименьшие сроки.

Основные функциональные части СЭС

Как подключить солнечную панель

Чтобы разобраться, как подключить солнечную панель, нужно знать назначение основных элементов конструкции:

Собственно сами фотоэлементы, притягивающие и концентрирующие энергию солнечного света. Поверхность панелей из поликристаллического кремния обычно покрывается антирефлексионным слоем, который увеличивает эффективность поглощения солнечного света. В качестве защитного покрытия могут выступать темперированное стекло или специальный полимерный материал.
Инвертор. Однофазные или трехфазные преобразователи формируют переменный ток 220/380 V. Для обеспечения стабильности СЭС рекомендуется оснащать солнечные батареи преобразователями с хорошим запасом номинала в 25-30%.
Контроллер. В случае перезарядки АКБ электронный модуль дает команду на прерывание процесса зарядки. Учитывая степень разряда, контроллер заряда солнечной батареи регулирует и устанавливает нужный уровень электротока.
Аккумуляторы. Необходимые компоненты для накопления и расходования электроэнергии.
Предохранители. Устанавливаются между панелями и их секциями для исключения риска КЗ.
Коннекторы. Выглядят как пара разъемов в изолированном корпусе или разветвленный аксессуар аналогичной конструкции. Востребованный для солнечных аккумуляторных батарей стандарт коннекторов — MC4.

Конструктивные особенности панелей

Конструктивно солнечная батарея представляет собой блок из разного количества модулей, которые объединяют в себе полупроводниковые фотоэлементы.

Солнечная панель (поли или монокристалл) включает следующие слои:

кремниевый гелиоэлемент, непосредственно взаимодействующий с УФ лучами;
герметизирующее покрытие;
покрытие от механических нагрузок (например, ударов града, ветки дерева), может быть выполнено из специального стекла или прозрачного пластика.

Слои и состав материалов могут различаться. Электронный блок управления чаще всего вмонтирован в корпус преобразователей, ИБП.

Структура солнечной панели

Как подключить солнечную панель?

Этапы сборки стандартной электрической станции, работающей от солнца:

Соединяют электронные модули управления с аккумуляторами, тем самым проверяя их работоспособность.
Устанавливают первый фотоэлемент.
Монтируют аккумулятор с преобразователем.
Делают электропроводку, ведущую к потребителям.

Следует проверить все элементы системы на соответствие технических параметров между собой и только потом начинать сборку. Если пропустить этот этап, дорогостоящее оборудование может сломаться.

Контроллер и АКБ

Аккумуляторы рекомендуется подсоединять к солнечным панелям через управляющий модуль, который будет регулировать зарядку/разрядку, отдавать команды на автоматическое включение/выключение.

Схема подключения контроллера заряда солнечной батареи выглядит следующим образом

аккумулятор +контроллер;
контроллер+солнечные батареи;
аккумулятор + инвертор.

Есть и другие способы подключения. Указанный выше относится к оптимальным. Аккумулятор сохраняет нерастраченную электроэнергию, при необходимости раздает ее к электроприборам.

Как подключить солнечную панель к аккумулятору

Солнечные батареи без использования прибора для контроля заряда АКБ

Упрощенную систему монтажа без контроллера заряда солнечной батареи применяют, когда ток, поступающих от фотоэлементов не сможет создать перезаряд АКБ, например:

станцию планируется эксплуатировать в малосолнечных регионах.
в зонах с низким солнцестоянием;
при использовании фотоэлектрических панелей небольшой мощности.

Защитный предохранитель устанавливают максимально близко к АКБ. Это поможет уберечь аккумулятор от КЗ. На целостности фотоэлементов короткое замыкание не отразится, есть опасность перегрева и плавления проводов, и как следствие, пожара.

Важно. Получение энергии без использования электронного контролирующего модуля блока опасно, так как следствием является превышение расхода электричества и чрезмерная зарядка. Увеличивается скорость износа и снижается работоспособность АКБ.

Монтаж СБ, аккумуляторов, контроллера

АКБ обычно входит в комплект СЭС или приобретается дополнительно согласно нужным параметрам. Количество аккумуляторов не ограничено. Если установить блок солнечных батарей, в доме появится существенный резерв энергии. Это пригодится в том случае, если приходится интенсивно пользоваться электричеством после захода солнца. Чтобы снизить риски возможных неполадок, АКБ с идентичными техпараметрами подключают последовательно.

Разберем схематично, как подключить солнечную панель к аккумулятору и соединить с электронным блоком управления:

Определить на проводах плюсы и минусы, проверить клеммы. Как правило, все контакты должны быть помечены производителем изделия графическими метками.
Выполнить подключение к электрическим контактам АКБ и батарей, зафиксировать зажимы.
Если все сделано как надо, на табло контроллера заряда солнечной батареи высветятся показатели нагрузки, напряжения, рабочее состояние аккумуляторов.

Бюджетный контролирующий модуль имеет базовые программные установки и три пары клемм. Предназначен для обслуживания гелиосистем на 150 Вт. Когда панелей больше двух, целесообразно использовать управляющих устройств.

Как подключить солнечную панель к контроллеру

Поэтапное подключение

Теперь рассмотрим пошагово, как подключить солнечную панель к контроллеру и другим деталям системы:

Выполнить коннект АКБ и управляющего устройства с помощью кабелей, с соблюдением полярности. При этом контроллер распознает напряжение в сети (стандарт 12V, 24 V).
Подключить вторую пару контактов к фотоэлектрическим модулям.
Подключить третью пару клемм, предназначенных для отвода к розеткам с низковольтным питанием (12, 24 В).

Одновременно можно настроить автоматическое ночное освещение или включение/выключение по таймеру низковольтного оборудования. Оборудование с энергопотреблением 220 В подключается через устройство для преобразования постоянного тока в переменный.

Управляющий модуль беспрерывно выполняет мониторирование батареи. При увеличенных нагрузках выполняет роль буфера, защищая оборудование от перегруза.

Подключение управляющего устройства к панелям

Наибольшее распространение имеют поликристаллические солнечные панели, которые обычно меньше подвержены влиянию температуры, чем монокристаллические варианты. Сравнительно недорогое оборудование чаще всего приобретают для загородных домов. Недостатком такого типа панелей является бОльшая площадь для генерации энергии, чем для монокристаллов. Последние лучше себя показывают в условиях низкой освещенности. Перед тем как подключить солнечную панель к контроллеру, оборудование проверяют на целостность, снимают упаковку.

Правильно подключить солнечные панели

Элементы на поликристаллах идут на 12 V. Этому техпараметру должен соответствовать и контроллер заряда солнечной батареи. Когда диапазон на 24V и выше, пара подбирается соответственно. Контролирующий модуль без вмешательства человека отключит батарею при достижении нужного заряда.

К каждой модели прилагается инструкция. Техдокументацию нужно тщательно изучить. Обычно производители предлагают инструкцию на русском, с подробными чертежами, которые наглядно объясняют схему подключения.

Фиксируют проводку клеммными зажимами. Подсоединение выполняют со строгим соблюдением полярности, смотрят на заводские бирки и знаки. Для подключения провода оснащены специальными контактными разъемами.

Когда требуется подсоединить сразу несколько панелей, применяют схему Parallel circuit. В ход пойдут несколько кабелей и клемм, а также разветвитель. Таким образом можно установить два и более контролирующих устройств.

Как подключить солнечную панель к инвертору?

На электронном модуле предусмотрен механический зажим для подключения кабелей низковольтных сетей (12V, 24V). Инвертор для этой линии не требуется. Бывают ситуации, когда СБ используются исключительно для подобных приборов.

Для линии 220 V или 380 V нужен инвертор, который формирует переменную величину тока как у традиционной домашней электросети. Таким образом, в доме появится возможность автономно запитывать электрооборудование без центральной электросети.

Солнечная электростанция обычно комплектуется инверторами или нужно докупить его отдельно.

Как подключить солнечную панель к инвертору

Разберем, как подключить солнечную панель пошагово:

сверка всех комплектующих с заявленным в техдокументации перечнем;
изучение инструкции по монтажу и эксплуатации;
подключение преобразователя к АКБ.

Используются два электропровода («+» и «–»), которые фиксируются с помощью зажимов с завинчивающимися крышечками.

Способы соединения фотоэлементов

Когда фотоэлемент единственный, существует только один способ подсоединения к системе. Когда нужно монтировать несколько секций стыковка панелей выполняется разными способами, зависит от модификации:

Параллельная схема соединения панелей через идентичные по полярности зажимы. На выходе электричество 12 V.
Последовательный контур от плюса одной панели к минусу следующей. Оставшиеся выходы идут на управляющий модуль. На выходе электричество 24 V.

Лучше всего на практике показывает себя комбинированная, последовательно-параллельная схема соединения. Группы между собой соединяют последовательно, фотоэлементы — параллельно.

Подбор по параметрам элементов СЭС

Все части гелиосистемы должны совпадать по своим техническим параметрам. Этот момент нужно проконтролировать, когда комплект СЭС собирается самостоятельно.

Особенно важно правильно подобрать модуль управления зарядом батареи.

Мощность панелей

Техпараметры солнечных панелей подбирают по следующим направлениям:

На соответствие рабочему напряжению.
На совместимость с напряжением открытого контура.

Элемент должен выдерживать максимальную силу входного тока от солнечных батарей. Данное значение можно вычислить, если знать номинал предохранителя контроллера и рассчитать ток КЗ панелей всего контура. Если не учитывать и неправильно рассчитать номинальную мощность, без предохранителя оборудование перегорит.

Как правило, производители солнечной панели предусматривают защиту от перегруза до 20 % до 15 минут.

Напряжение солнечных модулей и АКБ

Выпускают модификации гелиосистем на 12 V или 24 V, а также универсальные варианты с автопереключателем. Чтобы получить более мощные системы устанавливают параллельные контуры из нескольких панелей и аккумуляторов.

Для удобства монтажа мощной СЭС контроллеры работающие по принципу зарядки ШИМ выпускают под предельное значение рабочего напряжения кратно 12 В: на 36, 48, 60 В. Это позволяет соединять модули последовательно.

Контроллеры типа МРРТ с управляемым импульсным преобразователем характеризуются высоковольтным входом от солнечных батарей: 50 В и более 1000 В.

Максимальная сила тока зарядки

В модификации ШИМ модуля макс. входной ток от панелей переходит в зарядный ток АКБ. В моделях технологии МРРТ входной и выходной электроток для заряда АКБ различаются или равны, когда номинал напряжения модулей идентичен номиналу аккумуляторов.

Для продуктивной работы солнечных панелей показатели первой должны превышать вторую в 2-3 раза. Когда превышение в 1,5 раза или более чем в 3 раза, КПД страдает катастрофически. Изделие МРРТ нужно выбирать по наибольшему показателю заряда аккумуляторных батарей.

Количество АКБ и нагрузка на контроллер

Максимальная мощность на выходе электронного модуля управления учитываются и со стороны АКБ. Комплект аккумуляторов должен соответствовать управляющему модулю и покрывать ожидаемый расход электроэнергии. Если блок батарей не будет успевать зарядиться в течение светового дня, постоянная нагрузка приведет к еще большей разрядке. В итоге панели быстро изнашиваются и выходят из строя.

Тип АКБ

Разные модели АКБ имеют свои программы зарядки и алгоритмы работы. Контроллер настраивает напряжение и контролирует силу тока в рамках указанного диапазона. Наибольшее распространение имеют управляющие устройства с широтно-импульсной модуляцией, когда параметры несущего импульса изменяются при помощи модулирующего сигнала. Более дорогостоящие MPPT модели определяют точки максимума по мощности с ориентировкой на производительность панелей.

Управляющее устройство нужно выбирать с программным обеспечением под конкретный тип АКБ. В бюджетных моделях контроллеров заложены одна или две программы для свинцово-кислотных, негерметичных, герметичных гелевых или свинцово-кислотных аккумуляторов.

Аккумуляторные батареи размещают внутри помещения, в сухом месте, где поддерживается температура окружающего воздуха +10...+25 градусов. Это значительно продлевает срок эксплуатации АКБ, уменьшает потери электричества.

Параметры инвертора

Как подключить солнечную панель к инвертору

Электрические преобразователи подбирают в зависимости от типа станций:

Сетевые. Синхронные модели on-grid используют при подключении к центральной электросети. Станция работает автономно или совместно с сетью от Энергосбыта. ЭБУ настраивают забор электричества из центральной сети, если модули не выдают достаточного количества. Накапливают электроэнергию в батареях. Направляют излишки энергии от панелей в центральную электросеть. При неполадках в сети прибор автоматически отключается.
Независимые. Инверторы off-grid предназначены для полностью автономных СЭС. Дом не подключен к внешним электросетям и питается полностью от солнечных панелей. Бывают одно и трехфазными, выдают постоянные токи 12, 24, 48, 96 В и выше. Мощность в границах 100 – 8000 Вт. Приборы off-grid считаются частью замкнутой фотоэлектрической системы и не взаимодействуют с внешней электрической сетью.
Универсальные. Гибридная модель hybrid с рабочими параметрами для аккумуляторно-сетевой СЭС. Это наилучший вариант генератора периодического напряжения. Электронергии достаточно для функционирования домашней бытовой техники, лишний ток концентрируется в аккумуляторах. Ночью они отдают заряд электроприборам. Когда нагрузка слишком большая модули отдают электричество в центральную сеть для реализации другим потребителям. И наоборот, возможен забор энергии из сети.

Гибридный преобразователь сочетает свойства автономного и сетевого инвертора, обладает достаточным количеством настроек. Это наилучший проект для обустройства солнечной станции в загородном доме, но и довольно дорогостоящий.

Отдельные модели преобразователей могут быть укомплектованы зарядными устройствами. Даже если выйдет со строя один инвертор, система продолжит работу без аварийного перерыва.

Сколько инверторов необходимо ставить?

При правильном подборе мощности на одну солнечную батарею достаточно одного прибора. При большом числе панелей рекомендуется устанавливать инвертор на все линии по отдельности. Нестабильная ветка, расположенная на менее освещаемой стороне крыши, не будет оказывать негативного влияния КПД всей системы. Хорошо показывают себя модели для нескольких отдельных MPPT входов (2– 4 и больше).

На заметку. При расчете количества инверторов можно отталкиваться от следующего соотношения: один приходится на каждые 5 кВт, генерируемых солнечными панелями.

Электрические кабели

Мало знать, как правильно подключить солнечные панели, нужно использовать для этого подходящие провода. Подключение панелей к главным компонентам системы и соединение их между собой выполняется с помощью кабеля сечением от 4 мм. Ниже стандартного минимума использовать кабели не рекомендуется. Можно использовать 2.5 мм для монтажа одного модуля малой мощности. Более толстый кабель позволит снизить сопротивление, и соответственно уменьшить электропотери.

Провод должен иметь надежную изоляцию, быть устойчивым к ультрафиолетовому излучению и оставаться работоспособным при температурах –30...+120 градусов.

Итоги

Как правильно подключить солнечные панели

Солнечные батареи требуют грамотного монтажа. Любое отклонение от нормы приведет к падению результативности работы СЭС. Важен не только выставленный угол панелей, но и соответствие характеристикам контроллера заряда солнечной батареи, преобразователей. Необходимо правильно подобрать по мощности аккумуляторы, необходимое количество солнечных панелей, набор проводов для быстрого подключения. Преимущество готовой для монтажа системы заключается в изначальном соответствии параметров оборудования и полной комплектации. Очень многое зависит и от качества солнечных фотоэлементов. Чем эффективнее они впитывают ультрафиолет, тем лучше будет работать вся система и потребитель получит большее количество энергии.