|
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ >Домашняя фотоэлектрическая система с аккумулятором. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии Солнечная система с аккумуляторами может питать много приборов при условии, что их энергопотребление не превышает мощности генератора. Поэтому необходимо правильно определить мощность системы. Первый шаг в этом направлении - составление спецификации, т.е. технического описания системы.
Расчет энергопотребления При проектировании домашней фотоэлектрической системы сначала нужно составить список всех электроприборов в доме, выяснить их потребляемую мощность и внести в список. В таблице внизу даны для справки данные о средней потребляемой мощности некоторых приборов. Однако необходимо помнить, что это всего лишь приблизительные оценки. Чтобы рассчитать потребляемую мощность (E) системы с инвертором (для приборов переменного тока), нужно внести поправку (умножить среднее потребление на коэффициент C, чтобы получить общую мощность).
Для работы других электроприборов - холодильника, утюга, вентилятора, электроплитки и т.д. - понадобится система большего размера и дороже. Так как эти системы не подчиняются единым стандартам, а зависят от конкретных нужд потребителя, расчет должен выполняться специалистом. Во-вторых, нужно оценить, сколько времени в течение дня используются те или другие электроприборы. К примеру, лампочка в гостиной горит 10 часов в сутки, а в кладовой - только 10 минут. Запишите эти данные во вторую колонку в следующей таблице. Потом составьте третью колонку, в которую впишите ежедневную потребность в энергии. Чтобы ее определить, нужно умножить мощность прибора на время его работы, например: 27 Вт x 4 часа = 108 Вт·ч. Запишите полученное число в третью колонку - это и есть ваше общее энергопотребление в день.
Далее необходимо определить количество солнечной энергии, на которое можно рассчитывать в данной местности. Обычно эти данные можно получить у местного поставщика солнечных батарей или на гидрометеостанции. Важно учитывать два фактора: среднегодовую солнечную радиацию, а также ее среднемесячные значения при наихудших погодных условиях (см. общие сведения в главе "Солнечная радиация"). С помощью первого значения фотоэлектрическую систему можно отрегулировать в соответствии со среднегодовой солнечной радиацией, то есть в некоторые месяцы будет больше энергии, чем требуется, а в другие - меньше. Если вы руководствуетесь второй цифрой, у вас всегда будет как минимум достаточно энергии для удовлетворения ваших потребностей, кроме разве что чрезвычайно продолжительных периодов плохой погоды. Теперь можно подсчитать номинальную мощность фотоэлектрического модуля. Умножьте значение энергопотребления (Вт·ч в день) на коэффициент 1,7 для поправки на потери энергии в системе, потом разделите на величину солнечной радиации (Вт·ч в день), напр., 280 (Вт·ч/день) x 1,7/ 5 (Вт·ч/день) = 96,2 Вт. К сожалению, выбор номинальной мощности фотоэлектрических модулей ограничен. Используя 50-ваттные модули, можно построить генератор мощностью 50 Вт, 100 Вт, 150 Вт и т.д. Если потребность в энергии составляет 95 Вт, лучше всего ей соответствует система из двух модулей. Если же общая мощность модулей сильно отличается от вашей расчетной величины, придется пользоваться либо недостаточно мощным, либо слишком мощным генератором. В первом случае фотобатарея не сможет удовлетворить общую потребность в энергии. Вам решать, устроит ли вас частичное обеспечение ваших потребностей. Во втором случае у вас будет избыток электроэнергии. Определение размера батареи зависит от потребности в энергии и от количества фотоэлектрических модулей. В приведенном примере минимальная емкость батареи составит 60 ампер-час (А-ч), а оптимальная - 100 А-ч. Такая батарея сможет сохранять 1200 Вт·ч при 12 В. Этого достаточно для электроснабжения в описанном выше случае, когда дневное потребление энергии составляет 280 Втч.
Постоянное напряжение В прошлом почти во всех фотоэлектрических системах использовалось постоянное напряжение 12 В. Широко применялись приборы на 12 В, питавшиеся прямо от батареи. Теперь, с появлением эффективных и надежных инверторов, все чаще в аккумуляторах используется напряжение 24 В. В настоящее время напряжение электрической системы определяется дневным поступлением энергии в течение дня. Системы, производящие и потребляющие менее 2000 Вт·ч в день, лучше всего сочетаются с напряжением в 12 В. Системы, производящие 2000--6000 Вт·ч в день, обычно используют напряжение 24 В. Системы, производящие более 6000 Вт·ч в день, используют 48 В. Напряжение в сети - это очень важный фактор, который влияет на параметры инвертора, средств управления, зарядного устройства и электропроводки. Однажды купив все эти компоненты, их трудно заменить. Некоторые компоненты системы, например, фотомодули, можно переключить с 12 В на более высокое напряжение, другие - инвертор, проводка и средства контроля - предназначены для определенного напряжения и могут работать только в его рамках. Аккумулятор В аккумуляторе накапливается энергия, выработанная солнечным модулем. Аккумулятор компенсирует периоды плохой погоды или слишком высокого энергопотребления (среднесрочное хранение).
Наиболее часто используются автомобильные аккумуляторы, доступные по цене и имеющиеся во всем мире. Однако они предназначены для передачи большого тока в течение короткого промежутка времени. Они плохо выдерживают продолжительные циклы зарядки-разрядки, типичные для солнечных систем. Промышленность выпускает т.н. солнечные аккумуляторы, которые отвечают данным требованиям. Их главная особенность - низкая чувствительность к работе в циклическом режиме. К сожалению, лишь в немногих развивающихся странах производятся такие батареи, а импортные стоят слишком дорого из-за стоимости перевозки и таможенных сборов. В такой ситуации можно использовать мощные аккумуляторы для грузовиков - это более доступный вариант, хотя и менять их придется чаще. Для большой фотоэлектрической системы емкости одного аккумулятора может оказаться недостаточно. Тогда можно параллельно подключить несколько аккумуляторов, соединив все положительные и все отрицательные полюса между собой. Для подключения нужно использовать толстую медную проволоку, желательно не длиннее 30 см. При зарядке аккумулятор выделяет потенциально взрывоопасные газы. Поэтому нужно остерегаться открытого огня. Однако выделение газов незначительное, особенно если используется регулятор заряда; так что риск не превышает обычного, связанного с использованием аккумулятора в автомашине. И все же аккумуляторы нуждаются в хорошей вентиляции. Поэтому не стоит накрывать их и прятать в ящики. Емкость аккумулятора указывается в ампер-часах. К примеру, аккумулятор на 100 А-ч и 12 В может сохранять 1200 Вт·ч (12 В x 100 А-ч). Однако емкость зависит от продолжительности процесса зарядки или разрядки. Период подзарядки указывают как индекс емкости C, например, "C100" для 100 часов. Отметим, что производители могут изготавливать аккумуляторы для разных базовых периодов. При хранении энергии в аккумуляторе определенное ее количество в процессе хранения теряется. Эффективность автомобильных батарей составляет около 75%, тогда как солнечные аккумуляторы имеют несколько лучшие показатели. Часть емкости аккумулятора теряется при каждом цикле заряд-разряд, пока не снижается настолько, что его приходится заменять. Солнечные аккумуляторы служат дольше, чем мощные автомобильные, срок службы которых составляет 2-3 года. Определение размера аккумулятора Важно, чтобы размер батареи позволял хранить энергию как минимум в течение 4 дней. Представим себе систему, которая потребляет 2480 Вт·ч в день. Разделив эту цифру на напряжение 12 вольт, получим дневное потребление 206 А-ч. Значит, 4 дня хранения равняются: 4 дня x 206 А-ч в день, равно 824 А-ч. Если используется свинцовая батарея, к этой цифре нужно прибавить 20%, чтобы аккумулятор никогда не разряжался полностью. Значит, емкость нашего идеального свинцового аккумулятора составляет 989 А-ч. Если же используется кадмиево-никелевая или железоникелевая батарея, дополнительные 20% емкости не требуются, т.к. щелочным аккумуляторам не вредит регулярная полная разрядка. Регулятор заряда Аккумулятор прослужит несколько лет только в том случае, если он используется вместе с качественным регулятором заряда, который защищает батарею от чрезмерной зарядки и глубокой разрядки. Если батарея полностью заряжена, регулятор снижает уровень тока, вырабатываемого солнечным модулем до величины, компенсирующей естественные потери заряда. И наоборот, регулятор прерывает поставку энергии на потребляющие приборы, когда аккумулятор разряжается до критического уровня. Таким образом, внезапное прекращение энергоснабжения может быть вызвано не поломкой в системе, а результатом действия этого защитного механизма.
Регуляторы заряда - электронные устройства, которые также могут пострадать в результате неисправностей либо некорректного обращения с системой. Более совершенные модели оборудованы предохранителями для предотвращения повреждения регулятора и других компонентов системы. Среди них - предохранители против короткого замыкания и изменения полярности (когда перепутаны полюса +/-), блокировочный диод, который препятствует разрядке батареи в ночное время. Многие модели оборудованы светодиодами, которые отмечают состояние работы и поломки системы. В некоторых моделях отмечается даже уровень зарядки батареи, хотя его весьма трудно определить с точностью.
Инвертор Инвертор превращает постоянный ток низкого напряжения в стандартный переменный (120 или 240 В, 50 или 60 Гц). Инверторы бывают от 250 Вт (стоимостью около 300 долларов) до свыше 8000 Вт (около 6 000 долларов). Электричество, вырабатываемое современными синусоидальными инверторами, отличается лучшим качеством, чем то, которое поступает к вам домой из местной энергосистемы.
Существуют также "модифицированные" синусоидальные инверторы - они не так дороги, но при этом пригодны для большинства домашних задач. Они могут создавать небольшие помехи, "шум" в электронном оборудовании и телефонах. Инвертор может служить "буфером" между домом и коммунальной энергосистемой, позволяя продавать избыток электроэнергии в общую электросеть.
Кабели Лучший способ избежать ненужных потерь - использование соответствующих электрокабелей и правильное их подключение к приборам. Кабель должен быть максимально коротким. Провода, соединяющие различные приборы, должны иметь площадь поперечного сечения не менее 1,6 мм2. Чтобы падение напряжения не превышало 3%, кабель между солнечным модулем и аккумулятором должен иметь поперечное сечение 0,35 мм2 (12- вольтная система) или 0,17 мм2 (24 В) на 1 метр на один модуль. То есть, кабель длиной 10 м для двух модулей должен быть не тоньше: 10 x 2 x 0,35 мм2 = 7 мм2. Поскольку с кабелем больше 10 мм2 в сечении трудно обращаться, и еще труднее найти, иногда приходится смириться с более высокими потерями. Если часть кабеля пролегает под открытым небом, он должен быть устойчивым к плохим погодным условиям. Очень важна также его устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Устройства слежения за Солнцем Фотоэлектрические модули работают лучше всего тогда, когда фотоэлементы расположены перпендикулярно солнечным лучам. Слежение за Солнцем может привести к увеличению ежегодного производства энергии на 10% зимой и на 40% летом по сравнению с неподвижно закрепленным фотоэлектрическим модулем. "Слежение" реализуется с помощью монтажа солнечного модуля на подвижной платформе, поворачивающейся за Солнцем. Прежде всего, нужно сопоставить преимущество лишней энергии, полученной благодаря слежению за Солнцем, со стоимостью монтажа и техобслуживания системы слежения. Устройства слежения недешевы. Во многих странах не имеет экономического смысла устанавливать слежение за Солнцем для менее чем восьми солнечных панелей (например, в США). При использовании восьми фотоэлектрических модулей мы получим больше энергии, если потратим деньги на увеличение числа панелей, а не на установку слежения. Только при восьми и более панелях устройство слежения окупится. У этого правила есть и исключения: к примеру, когда фотоэлектрические панели напрямую питают водяной насос, без аккумулятора, - тогда слежение за Солнцем выгодно для двух и более модулей. Это связано с техническими характеристиками, например, с максимальным напряжением, необходимым для питания двигателя насоса. Лампы Благодаря их высокой эффективности и долгому сроку службы, энергосберегающие лампы рекомендуется использовать в фотоэлектрических системах. Люминесцентные лампы или новые компактные флуоресцентные лампы (КФЛ) применимы во многих случаях. 18-ваттная КФЛ заменяет традиционную лампочку накаливания 100 ватт. Если эти лампы питаются от системы постоянного тока, они требуют электронного балласта. Качество балласта может быть самым разным, вплоть до неудовлетворительного. Низкокачественный балласт повлечет за собой дополнительные расходы по постоянной замене ламп. Балласт обязательно должен быть эффективным, обеспечивать большое количество включений, надежное зажигание при низких температурах и низком напряжении (10,5 В), а также защиту от коротких замыканий, разомкнутого контура, изменения полярности и радиопомех. Несмотря на то, что большинство компактных флуоресцентных ламп работают только с переменным током, некоторые компании предлагают и такие лампы, которые питаются от постоянного тока. Срок эксплуатации и калькуляция цен компонентов Очень важным фактором экономического анализа является срок эксплуатации фотоэлектрической системы. Сроки службы разных компонентов солнечного энергоснабжения подсчитаны на основе опыта, накопленного за последние годы.
Примерные данные для калькуляции цен на некоторые компоненты:
Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления
31.05.2026 Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1
31.05.2026 Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе
30.05.2026
▪ Ультразвуковой браслет для подавления микрофонов ▪ Безанодная твердотельная натриевая батарея ▪ Васаби спасает древние папирусы ▪ Найден след от столкновения с крупнейшем метеоритом за всю историю
▪ раздел сайта Советы радиолюбителям. Подборка статей ▪ статья Бехтерев Владимир Михайлович. Знаменитые афоризмы ▪ статья Для прослушивания какого альбома нужно иметь четыре аудиосистемы? Подробный ответ ▪ статья Машинист мачтового подъемника. Типовая инструкция по охране труда ▪ статья Средства для маникюра. Простые рецепты и советы
[an error occurred while processing this directive]
Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте
www.diagram.com.ua |
Смотрите другие статьи раздела 
Последние новости науки и техники, новинки электроники: