Режимы автономного электроснабжения

 

1.Полное электроснабжение

Полное электроснабжение от солнечных батарей подразумевает полную замену сетевого электроснабжения на автономное без какого-либо ограничения привычного стиля жизни. Чтобы определить необходимое количество энергии, достаточно понаблюдать за электросчётчиком или просто посмотреть на свои ежемесячные платежи за электричество. Чтобы полностью отключиться от электросети но ни в чём не менять образ жизни необходима система, способная за месяц выдать не менее 600 кВт•ч электроэнергии при мощности в длительном режиме не менее 5 кВт, а потребление энергии за сутки может достигать 50 кВт•ч при среднем значении от 10 до 20 кВт•ч в сутки.

2. Комфортное электроснабжение

Комфортное электроснабжение отличается от полного лишь исключением самых прожорливых потребителей например электронагревателей, у которых мощность превышает 2 кВт или среднее энергопотребление за сутки превышает 4 .. 5 кВт•ч. Таким образом, стиральные машины, электроутюги, хлебопечки, электрочайники и даже электроподогрев полов в санузлах вместе с электробойлерами горячего водоснабжения продолжают оставаться в системе, а вот электроплиты, электродуховки, конвекторы и электроподогрев обширных площадей исключаются. Что, конечно, не мешает подключить их к внешней сети отдельной линией.

Обычно комфортный режим потребует в среднем от 100 до 250 кВт•ч в месяц (среднесуточное потребление от 3 до 8 кВт•ч) при пиковом потреблении до 15 кВт•ч в сутки, а мгновенная потребляемая мощность в длительном режиме не превышает 5 кВт.

 

3. Умеренное электроснабжение

Этот режим предполагает заметные изменения в образе жизни при сохранении высокого уровня комфорта. Впрочем, список потребителей мало отличается от режима комфортного энергоснабжения, за исключением таких необязательных элементов, как электрочайники и электроподогрев полов. Использование электроподогрева горячей воды тоже может быть ограничено. Помимо этого, изменения касаются и времени выполнения не очень регулярных, но энергоёмких работ. Чтобы сэкономить на ёмкости аккумуляторов, такие работы надо выполнять не ночью и не в пасмурную погоду, а в солнечные ясные дни, когда поток солнечной энергии максимален и частично компенсирует разряд аккумуляторов, а то, что разрядилось, будет восполнено до наступления темноты. К этим работам, например, относится большая стирка (особенно в машине-автомате с подогревом воды), глажка большого количества белья, активная работа с мощным электроинструментом и садовой электротехникой и т.п. Если исключить регулярных потребителей второй очереди (чайник и водонагреватели), то следует ориентироваться на ежемесячное потребление порядка 150 кВт•ч при мгновенной потребляемой мощности в длительном режиме до 3 .. 3.5 кВт и пиковой мощности до 5 кВт, а ожидаемое среднесуточное потребление составляет 4 .. 6 кВт•ч с возможным максимумом до 11 кВт•ч в сутки.

 

4.Базовое электроснабжение

 

В этом режиме особенности энергопотребления очень существенно влияют на стиль жизни. Это влияние прежде всего заключается в постоянном учёте текущей нагрузки на автономное энергоснабжение и в необходимости поочерёдного включения более-менее мощных потребителей. Кроме того, в этом режиме следует постоянно помнить об экономии, в частности включать свет только там, тогда и столько, где, когда и сколько он действительно нужен. То же касается и всех остальных электроприборов. Тем не менее, невзирая на все оговорки, в этом режиме всё же можно поддерживать достаточный уровень комфорта и использовать практически всю домашнюю электротехнику, однако время включения энергоёмких потребителей в значительной степени определяется погодой, - все энергоёмкие работы следует проводить только в солнечные дни и, желательно, до обеда, чтобы к вечеру заряд аккумуляторов восстановился до максимума. В этом случае ежемесячное потребление примерно100 кВт•ч при мгновенной потребляемой мощности в длительном режиме около 1 кВт с пиковым потреблением до 2.5 кВт, а в моменты использования электроинструмента - до 4 кВт, при ожидаемом среднесуточном потреблении 3 .. 4 кВт•ч с максимумом до 7 кВт•ч в сутки.

 

5. Аварийное электроснабжение

Аварийный режим подразумевает жёсткое ограничение потребностей, однако в отличие от предыдущих случаев, предполагается, что автономная работа в таком режиме продлится не более нескольких дней подряд, поэтому многие энергоёмкие электроприборы можно вообще не использовать до восстановления обычного энергоснабжения. Задача аварийного энергоснабжения - обеспечить минимальные удобства и функционирование важнейших систем жизнеобеспечения дома.

Итак, в данном варианте всё, что не жизненно важно, выключено и не включается, в том числе не используются разные вспомогательные приборы . В этом случае ежемесячное потребление составит 50 .. 60 кВт•ч при мгновенной потребляемой мощности в длительном режиме примерно 600 Вт с пиковым потреблением до 1.5 кВт (в моменты использования электроинструмента - до 2.5 .. 3 кВт), а ожидаемое среднесуточное потребление составляет 1.5 .. 2 кВт•ч и не превышает 6 кВт•ч, хотя за счёт разнесения энергоёмких работ на разные дни вполне реально ограничить дневной максимум до 3 .. 4 кВт•ч.

В каждом конкретном случае данные надо считать индивидуально, исходя из имеющейся техники, собственных подходов к её использованию и сложившихся привычек. Однако методика расчёта та же самая.

Определение возможностей Солнца

Итак, потребности в энергии мы только что определили. Теперь надо посмотреть, что же можно получить от Солнца? Основа такого расчёта - это данные по мощности солнечного излучения с учётом погодных условий. Желательно, чтобы данные были для разных углов наклона панели, хотя бы для вертикальной и горизонтальной ориентации.

Важнейшим вопросом является выбор угла наклона панели. Имея в виду возможность круглогодичного использования, следует предпочесть угол на 15° больше географической широты (к тому же, чем больше наклон, тем меньше на панели будут задерживаться пыль и снег).

Наклон выбран. Теперь можно приступать к оценке потенциальной производительности солнечных батарей, или, что то же самое, к оценке количества солнечных модулей, необходимых для работы системы в желаемом режиме.

 

Иркутск  2012     Установка  системы в поселке БАКЛАШИ

Стандартная инсоляция рассчитывается для площади в 1 квадратный метр. Однако точная площадь элементов солнечной панели нам не известна. Зато известна её номинальная мощность, которая определяется для засветки мощностью 1 кВт / м2 при 25°С. Этого вполне достаточно. Приняв мощность солнечного излучения у поверхности Земли (максимальную инсоляцию) той же самой - что, в общем, соответствует действительности, - мы получим, что выработка батареи относится к инсоляции квадратного метра также, как мощность батареи относится к мощности солнечного излучения у земной поверхности в ясную погоду, приходящейся на 1 квадратный метр, то есть к 1000 Вт. Умножив месячную инсоляцию из таблицы на соотношение мощностей батареи и максимальной инсоляции, можно оценить выработку солнечной батареи за этот месяц.Следует отметить, что, как правило, максимальная мощность солнечной батареи, о которой, собственно, и заявляет производитель, соответствует напряжению на её выходе, на 15 .. 40% превышающему напряжение аккумуляторных батарей. Большинство недорогих контроллеров заряда могут либо подключать нагрузку напрямую, «просаживая» выходное напряжение батарей намного ниже оптимального, либо просто отсекать этот «излишек». Поэтому эти потери также можно заложить в КПД, уменьшив его на 10 .. 25% (потери мощности меньше потерь напряжения, поскольку при повышенной нагрузке «проседание» напряжения компенсируется некоторым увеличением тока, хотя и не полностью; более точно значение можно определить, лишь зная зависимость напряжения от тока нагрузки для конкретной батареи). Однако существуют модели контроллеров, которые удерживают эти потери в пределах 2 .. 5%.

 

Выбор оборудования

 

Как уже говорилось, в состав систем электроснабжения на солнечных батареях входят следующие типы устройств.

 

1.Панели с фотоэлектрическими элементами.

 

2. Контроллер солнечной батареи, обеспечивающий нормирование выходного напряжения батареи, зарядку аккумуляторов и (опционно) подачу низковольтного постоянного тока в нагрузку.

 

3. Электрохимические аккумуляторы, запасающие энергию в период её избытка и подающие её в систему в период нехватки при недостаточном освещении фотоэлементов или при временном возрастании потребления.

 

4. Инвертор, обеспечивающий преобразование постоянного низковольтного тока от аккумуляторов и фотоэлементов к бытовому или промышленному стандарту.

 

Определяющими критериями выбора являются две мощности - номинальная мощность солнечной батареи и максимальная мощность нагрузки, причём в общем случае эти величины могут мало коррелировать друг с другом. Скажем, можно весь летний день заряжать аккумуляторы от 200-ваттной солнечной батареи, поворачивая её вслед за Солнцем и накопив 2.5 кВт•ч энергии, а вечером за полчаса потратить их на сварку, используя инвертор мощностью 5 кВт.

 

Но прежде чем выбирать конкретные модели, следует определиться с низковольтным напряжением постоянного тока, которое будет использоваться в системе.

 

Выбор напряжения системы

 

Если с выбором выходного напряжения системы всё ясно -  это 220 В переменного тока с частотой 50 Гц, то выбор низковольтного напряжения постоянного тока, - т.е. напряжения на входе инвертора, оно же номинальное напряжение блока аккумуляторов и фотоэлектрических панелей - гораздо шире. Стандартные мощные аккумуляторы имеют напряжение 12 В, часто встречаются и 6-вольтовые «мотоциклетные» варианты. Наконец, можно найти модули напряжением 2 В и собрать из них батарею на любое напряжение, кратное этому шагу. Номинальное выходное напряжение фотоэлектрических панелей мощностью от 50 Вт и выше обычно либо 12, либо 24 В, но его также можно наращивать с соответствующим шагом, соединяя батареи последовательно.

 

Большинство инверторов рассчитаны на напряжение входного постоянного тока 12, 24, 48 или 96 В, в зависимости от мощности. Дело в том, что уже для обеспечения мощности в 1 кВт при напряжении 12 В необходим ток в 83 с лишним ампера! Если же учесть потери инвертора, которые могут достигать 15%, то ток вплотную приближается к 100 А. Подобные и даже в 2-3 раза большие токи характерны для автомобильного стартёра, но там они протекают редко и недолго. Здесь же они должны течь в длительном, практически постоянном режиме. В результате сечение провода должно быть очень большим - для медного провода не менее 25 мм2 (диаметр около 6 мм), - а сами провода должны быть как можно более короткими - не более метра, а лучше постараться уложиться в 20 .. 30 см. В противном случае в них будут слишком большие потери энергии, тратящейся на их нагрев, который не просто бесполезен, а откровенно вреден и даже опасен. При мощности 10 кВт ток, соответственно, возрастёт до 1000 А, а сечение провода увеличится уже не в 10, а более чем в 20 раз из-за проблем с отводом тепла из середины жилы - это будет медный пруток диаметром почти полтора сантиметра. Даже просто обеспечить компактное и надёжное соединение, позволяющее пропускать через него столь мощные токи в течении многих лет, весьма сложно. По этим причинам производители инверторов ограничивают входной ток, потребляемый инвертором в режиме номинальной мощности, одной-двумя сотнями ампер, и при повышении мощности вынуждены поднимать входное напряжение.

 

В отличии от фотоэлектрических панелей и аккумуляторов, инверторы и контроллеры нельзя каскадировать последовательно, поэтому их необходимо выбирать, исходя из напряжения постоянного тока по необходимой выходной мощности инвертора в вышеприведённой таблице.

 

В пределах 24 В это напряжение безопасно и подходит для номинальной выходной мощности инвертора в кВт и даже до кВт-а кВт вполне достаточно практически для всех потребителей встречающихся в обычном домашнем хозяйстве. .Если же требуется запитать одновременно несколько мощных потребителей то может быть оправдано их подключение к двум или более инверторам одновременно-каждого к своему-при том что номинальная мощность каждого инвертора не превышает кВт а входное напряжение остаётся в пределах. Кстати это позволит системе продолжать работу и в случае внезапного выхода из строя одного из инверторов оставшийся обеспечит необходимое напряжение хотя за мощностью нагрузки конечно нужно будет следить более тщательно. И лишь тогда когда мощность одного потребителя превышает выходную мощность одного инвертора придётся взять более мощный инвертор и следовательно перейти на более высокое напряжение постоянного тока. Соединять таким образом инвертора можно с некоторыми ограничениями при монтаже, иначе возможен выход инвертора из строя.

 

Выбор инвертора

 

Прежде всего, выбранный инвертор должен обеспечить необходимую выходную мощность. Входное (низковольтное) напряжение связано с этой мощностью довольно тесно. Но помимо этого у инверторов есть и другие характеристики, на которые следует обратить внимание.

 

Во-первых, это форма вырабатываемого тока. Простейшие модели вырабатывают переменный ток треугольной или даже прямоугольной формы (меандр). Такой ток успешно «едят» лишь нагревательные приборы, не содержащие электронных блоков, и лампы накаливания. Вся остальная электротехника (любые электромоторы, трансформаторы, люминесцентные и энергосберегающие лампы и пр.) от тока подобной формы могут либо выйти из строя, либо не запуститься, либо работать, но очень плохо - при том, что тестер честно показывает 220 В. Несколько более приемлем ток трапецеидальной формы. К счастью, в настоящее время инверторы, вырабатывающие на выходе переменный ток таких форм, встречаются редко. Наиболее часто современные инверторы выдают так называемый «модифицированный синус», представляющий собою ступенчатое приближение к синусоидальной форме. Такая форма тока вполне успешно «переваривается» практически всеми современными бытовыми устройствами и электроинструментами, но звук работы некоторых из них заметно меняется и становится громче, а блоки питания могут начать заметно «звенеть». Чтобы устранить эту проблему, можно попытаться использовать различные фильтры, сглаживающие неровности тока. Наконец, инверторы, вырабатывающие «чистый синус», выдают ток, форма которого очень близка к идеальному синусу и обычно намного лучше, чем форма тока в общественной электросети. Единственный недостаток этого класса инверторов - они немного крупнее и в полтора-два раза дороже аналогичных инверторов с «модифицированным синусом».

 

Во-вторых, это КПД инвертора. Чем он выше, тем меньше непроизводительные потери энергии. Большинство современных инверторов имеет КПД более 90%.

 

В-третьих, это способность инвертора работать в режиме зарядки аккумуляторов. По сути, такой инвертор в комплекте с аккумуляторами интересен уже сам по себе, - даже без солнечных батарей он представляет собой источник бесперебойного питания (UPS) - примерно такой, какие используются для компьютеров, но мощностью в несколько киловатт и ёмкостью в несколько киловатт-часов. При работе с солнечными батареями эта особенность также очень полезна - она позволяет уменьшить запас мощности солнечных батарей и ёмкости аккумуляторов для наиболее неблагоприятной ситуации, поскольку при недостатке солнечной энергии аккумуляторы можно подзарядить от внешней сети или от аварийного генератора.

 

В четвёртых чем подробнее индикация тем лучше. Весьма желательна возможность контроля как входного напряжения на аккумуляторах так и выходного в розетке. Кроме того необходимо наличие защиты от перегрузки и от короткого замыкания в нагрузке.

 

В-пятых, очень хорошо, если инвертор допускает кратковременное превышение номинальной нагрузки хотя бы в полтора-два раза. Это позволяет использовать электромоторы и нагревательные приборы, мощность которых равна номинальной мощности инвертора. Дело в том, что при их включении ток на секунду-другую существенно превышает соответствующий номинальному режиму. Если защита инвертора настроена строго на его номинальную мощность, то в этот момент она может сработать и не даст использовать электроприбор, потребление которого на самом деле вполне укладывается в рамки номинальной мощности за исключением краткого момента включения.

 

В-шестых, полезна функция, которая при полном заряде аккумулятора подключает к отдельной линии дополнительную нагрузку, скажем водонагреватели. В солнечные дни это позволяет с пользой автоматически утилизировать избыток энергии и не допускать траты энергии на второстепенные цели тогда, когда её мало.

 

И последнее. За сключением каких-то особых случаев, при мощности потребления до 10 кВт гораздо удобнее использовать не трёхфазное, а однофазное напряжение. Это упрощает разводку по дому и устраняет проблемы, связанные с распределением фаз по потребителям. К тому же трёхфазные инверторы труднее найти, и они сложнее и дороже, чем однофазные той же мощности.

 

Выбор аккумуляторов

 

Наиболее широко распространены аккумуляторы на 12 В, и именно из них обычно собираются аккумуляторные батареи на любое напряжение, кратное этой величине, в том числе 24, 48 и 96 В. Аккумуляторный блок системы автономного электроснабжения характеризуется такими основными параметрами, как рабочая ёмкость, ток заряда и ток разряда.

 

При рабочем напряжении, превышающем 12 В, несколько аккумуляторов соединяются последовательно таким образом, чтобы сумма их номинальных напряжений соответствовала необходимому номинальному напряжению блока. Если силы тока или запаса энергии одной такой сборки не хватает, то несколько сборок соединяются параллельно, пока их суммарные возможности не достигнут требуемого порога.

 

Выбор типа

 

В настоящее время экономически оправданной альтернативы мощным свинцово кислотным аккумуляторам нет. Однако и этот класс аккумуляторов имеет несколько разновидностей.

 

 

 

 

Наконец, надо выбрать тип фотоэлементов. В настоящее время наиболее часто предлагаются фотоэлементы на монокристаллическом или поликристаллическом кремнии. Монокристаллический кремний обычно имеет КПД в районе 16-18%, а поликристаллический - 12-14%, зато он несколько дешевле. Однако в готовых панелях цена за ватт (т.е. в пересчёте на вырабатываемую мощность) получается почти одинаковой, и монокристаллический кремний может оказаться даже выгодней. По такому параметру, как степень и скорость деградации, разницы между ними практически нет. В связи с этим выбор в пользу монокристаллического кремния очевиден. Кроме того, зачастую при снижении освещённости монокристаллический кремний обеспечивает номинальное напряжение дольше, чем поликристаллический, а это позволяет получать хоть какую-то энергию даже в весьма пасмурную погоду и в лёгких сумерках. Зато у поликристаллического кремния обычно ниже напряжение холостого хода (у монокристаллического оно может превышать номинал вдвое). Но если подключать панель к инвертору и аккумулятору не напрямую, а через контроллер, повышенное напряжение не имеет существенного значения.

И последнее. Обычно нет смысла выбирать суммарную мощность панелей фотопреобразователей больше мощности инвертора. Тем не менее, такое превышение может быть оправдано при наличии мощной постоянной нагрузки и мощного блока аккумуляторов или в расчёте на длительные периоды пасмурной погоды.

 

Если Вы знакомы с особенностями солнечных батарей, а именно с тем, что они представляют собой источники тока, что как раз и необходимо для зарядки аккумуляторов, то может возникнуть следующий вопрос. Зачем вообще нужен контроллер заряда для солнечной батареи? И действительно, достаточно просто соединить солнечную батарею с аккумулятором, и при наличии хоть какого-то света, а еще лучше - Солнца, от солнечной батареи пойдет зарядный ток в аккумулятор и без использования контроллера. Так для чего же тогда покупать контроллер заряда, какие функции он выполняет и в чем отличие разных типов контроллеров (MPPT, PWM, ON/OFF)? Попробуем разобраться с этим.

 

Итак, что будет, если не применять его совсем? При прямом подключении солнечной батареи к аккумулятору пойдет зарядный ток и напряжение на клеммах аккумулятора начнет постепенно расти. Пока оно не достигнет предельного напряжения зарядки (которое зависит от типа аккумулятора и его температуры), прямое подключение будет равнозначно присутствию контроллера моделей PWM или ON/OFF, поскольку в этом режиме эти модели просто соединяют вход и выход.

 

При достижении предельного напряжения (около 14 Вольт), ON/OFF контроллер, который является самым дешевым из всех типов, просто отключит солнечную батарею от аккумулятора и заряд прекратится, хотя в реальности аккумулятор заряжен еще не полностью и для полной зарядки требует поддержания на нем предельного напряжения в течение еще нескольких часов. Эту задачу решает PWM контроллер, который при помощи широтно-импульсного преобразования (ШИМ или, по английски — PWM) понижает напряжение солнечной батареи до нужного значения и поддерживает его.

 

Если же Вы не используете никакого контроллера, то Вам нужно постоянно следить при помощи вольтметра за зарядным напряжением и в нужный момент отключить солнечную батарею. И если Вы забудете ее отключить, то это приведет к перезаряду, выкипанию электролита и сокращению срока службы аккумуляторов. Однако, если Вы и отключите ее вовремя или же используете простой ON/OFF контроллер, аккумуляторы останутся заряженными не полностью (примерно на 90%), а регулярный недозаряд в конечном итоге приведет к значительному сокращению их срока службы.

 

Существуют еще два важных фактора, которые должны быть учтены при заряде аккумуляторов. Качественные контроллеры заряда обязательно должны учитывать температуру аккумулятора и иметь температурную компенсацию зарядных напряжений, а также иметь выбор типа аккумуляторной батареи (AGM, GEL, жидко-кислотный), поскольку разные типы имеют разные зарядные кривые (разные напряжения в одних и тех же режимах). Отметим также, что для температурной компенсации может использоваться как встроенный температурный датчик, так и выносной. При использовании выносного температурного датчика, точность работы контроллера повышается.

 

Принципиальное отличие контроллера заряда MPPT от всех остальных состоит в том, что он находит и отслеживает точку максимальной мощности солнечной батареи и использует всю доступную мощность путем широтно-импульсного преобразования при всех режимах заряда, а не только при последнем режиме для поддержания предельного напряжения зарядки. Таким образом, использование MPPT контроллера позволяет увеличить количество используемой солнечной энергии от одной и той же батареи на 10-30% в зависимости от глубины разряда аккумулятора.

Выбирая контроллер заряда аккумулятора необходимо руководствоваться следующими правилами:

 

1. Входное напряжение. Производителями регламентируется напряжение подключаемых солнечных батарей. Поэтому максимальное допустимое входное напряжение, указанное в технических данных контроллера, должно соответствовать напряжению холостого хода солнечной батареи (СБ) или сумме напряжений холостого хода группы солнечных модулей, соединенных последовательно, плюс запас не менее 20%. Запас обусловлен рядом причин:

 

- Указанное производителем входное напряжение может быть завышено;

 

- При аномально высокой солнечной активности напряжение холостого хода солнечной батареи может быть выше указанного производителем.

 

2. Суммарная мощность солнечных батарей должна быть не более произведения выходного тока контроллера на напряжение системы. При этом напряжение системы нужно брать для разряженных аккумуляторов. Также необходимо взять запас не менее 20% на случай аномально высокой солнечной активности.

 

Сделав расчет, опираясь на эти правила, Вы можете смело приступить к выбору изделия, соответствующего полученным характеристикам. Если Вы затрудняетесь в выборе или не уверены, что Ваш расчет верен - обратитесь к инженерам нашей компании за помощью. Обладая обширным опытом установки солнечных контроллеров, они помогут Вам с выбором необходимого изделия и дадут рекомендации по монтаж

 

 

Разновидности аккумуляторов

 

В системах бесперебойного питания могут использоваться четыре основных разновидности аккумуляторов (АКБ):

1. Стартерные автомобильные мало обслуживаемые (проверка уровня электролита раз в год и доливка дистиллированной воды при необходимости). Их необходимо устанавливать в нежилое проветриваемое помещение. Срок службы, при оптимальных условиях эксплуатации 3 - 5 лет.

2. Стартерные автомобильные не обслуживаемые герметичные. Их можно устанавливать в жилое помещение. Срок службы, при оптимальных условиях эксплуатации 3 - 6 лет

3. Стационарные типа AGM. Их можно устанавливать в жилое помещение. Срок службы, при оптимальных условиях эксплуатации до 12 лет.

4. Стационарные типа GEL (гелиевые). Их можно устанавливать в жилое помещение. Срок службы, при оптимальных условиях эксплуатации 12 лет.

На данный момент среди аккумуляторов наиболее широкое распространение получили герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы (VRLA), которые изготавливаются по двум технологиям.

Первая, наиболее распространенная технология - Absorptive Glass Mat (AGM). . В данном случае путем применения пористого заполнителя-сепаратора из стекловолокна, пропитанного электролитом, добиваются его безжидкостного состояния. Такой сепаратор представляет собой пористую систему, в которой капиллярные силы удерживают электролит. При этом количество электролита дозируется так, чтобы мелкие поры были заполнены, а крупные оставались свободными для свободной циркуляции газов. Таким образом, AGM батареи не требуют обслуживания в течение всего срока эксплуатации.

Вторая- Gelled Electrolite (GEL), так называемые гелиевые аккумуляторы, электролит в которых имеет геле образное состояние благодаря добавлению в него соединений кремния. Гелиевый электролит позволяет добиться полной герметичности батареи, так как все газовыделение происходит внутри сильно развитой системы пор в массе геля. Это решает проблему не обслуживаемости АКБ.

 

 

Элементы солнечной батареи

 

Модули солнечной батареи наземного применения как правило конструируются для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторных батарей с номинальным напряжением 12В. При этом последовательно соединяются 36 солнечных элементов, и далее собираются в модуль. Полученный пакет как правило обрамляют в алюминиевую раму, облегчающую крепление к несущей (опорной) конструкции. Мощность модулей солнечной батареи может достигать 10-300Вт.

Электрические параметры таких модулей отражаются в вольтамперной характеристике, определенной при стандартных условиях (т.е. когда мощность солнечной радиации равняется 1000 Вт/м2, температура элементов - 25°С и солнечный спектр - на широте 45°) (рисунок 1). Точка пересечения кривой с осью напряжения называется напряжением холостого хода Vх.х., а с осью тока - током короткого замыкания Iк.з. На этом же графике приведена кривая мощности, получаемой от солнечных элементов в зависимости от нагрузки. Номинальная мощность модуля определяется как наибольшая мощность при стандартных условиях. Значение напряжения, соответствующее максимальной мощности именуется рабочим напряжением Vр, а соответствующий ток - рабочим током Iр. Значение рабочего напряжения для модуля, состоящего из 36 элементов примерно равно 16-17В (0,45-0,47В/элемент) при 25°С. Такой запас по напряжению нужен для того, чтобы компенсировать уменьшение рабочего напряжения при разогреве модуля солнечным излучением. Температурный коэффициент напряжения холостого хода для кремния составляет - минус 0,4%/градус. Температурный коэффициент тока - плюс 0,07 %/градус. Напряжение холостого хода солнечного модуля мало меняется при изменении освещенности, в то время как ток короткого замыкания прямо пропорционален. КПД солнечного модуля определяется как отношение максимальной мощности модуля к общей мощности излучения, падающей на его поверхность при стандартных условиях, и составляет 15-40%.

 

 Вольт амперная характеристика солнечной батареи

С целью получения требуемой мощности и рабочего напряжения модули соединяют последовательно или параллельно. Так получают солнечную батарею. Мощность солнечной батареи всегда ниже, чем сумма мощностей модулей - из-за потерь, обусловленных различием в характеристиках однотипных модулей (потерь на рассогласование). Чем тщательнее подобраны модули в батарее (то есть, чем меньше различие в характеристиках модулей), тем ниже потери на рассогласование. К примеру, при последовательном соединении десяти модулей с разбросом характеристик 10% потери составляют примерно 6%, а при разбросе 5% - снижаются до 2%.

В случаи затенения одного модуля, или части элементов в модуле, в солнечной батарее при последовательном соединении появляется "эффект горячего пятна" - затененный модуль (или элемент) начинает рассеивать всю производимую освещенными модулями (или элементами) мощность, стремительно нагревается и выходит из строя. Для устранения этого эффекта параллельно с каждым модулем (или его частью) устанавливают шунтирующий диод. Диод нужен при последовательном соединении более двух модулей. К каждой линейке (последовательно соединенных модулей) также подключается блокирующий диод для выравнивания напряжений линеек. Все эти диоды как правило размещаются в соединительной коробке самого модуля.