Painéis solares para casas e casas de veraneio: tipos, princípio de operação e procedimento para calcular sistemas solares

Exemplo de cálculo do consumo de energia dos aparelhos

Há sempre uma geladeira, TV, computador, máquina de lavar, caldeira, ferro, microondas e outros eletrodomésticos em casa, sem os quais a vida se torna desconfortável. Além disso, pelo menos 100 lâmpadas são usadas para iluminação (que sejam energeticamente eficientes). Tudo isso deve ser levado em consideração ao calcular a potência dos painéis solares instalados na casa.

A tabela fornece dados sobre sua potência, tempo de operação, consumo de energia, etc. Todos eles funcionam durante todo o ano:

dispositivo	Poder	Duração de uso por dia	Consumo diário
Lâmpadas para iluminação	200 W	cerca de 10 horas	2 kWh
Frigorífico	500 W	3 horas	1,5 kWh
Caderno	100 W	até 5 horas	0,5 kWh
Máquina de lavar	500 W	6 horas	3 kWh
Ferro	1500 W	1 hora	1,5 kWh
Televisão	150 W	5 horas	0,8 kWh
Caldeira 150 litros	1,2 kW	5 horas	6 kWh
inversor	20 W	24 horas	0,5 kWh
Controlador	5W	24 horas	0,1 kWh
Microondas	500 W	2 horas	3 kWh

Tendo feito um cálculo simples, chegamos ao consumo diário de energia final - 18,9 kW / h. Aqui você precisa adicionar a potência do equipamento adicional, que não é usado todos os dias - uma chaleira elétrica, uma cozinha combinada, uma bomba, um secador de cabelo etc. Em média, serão obtidos pelo menos 25 kW / h por dia.

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Portanto, o consumo mensal de energia será de 750 kWh. Para cobrir os custos atuais, a bateria solar deve gerar pelo menos o valor final, ou seja, 750 kW.

Quais benefícios o dono da casa recebe após a instalação de painéis solares

A instalação de conversores fotovoltaicos possibilita o recebimento de energia elétrica independentemente dos fornecedores de recursos. Se um conjunto de painéis solares for usado como fonte adicional de energia, será possível reduzir significativamente os custos de eletricidade.

Outro ponto que em breve pode se tornar importante para os proprietários de usinas autônomas. O governo planeja introduzir um novo procedimento de pagamento de eletricidade com os proprietários de complexos autônomos conectados à rede.

Pela energia que um sistema privado de energia fornece à rede, o proprietário receberá uma certa taxa. Por enquanto, este é apenas um projeto, mas em breve entrará em vigor, estimulando o desenvolvimento de fontes renováveis ​​de energia. Assim, a instalação de painéis solares pode permitir que você ganhe algum dinheiro, o que nunca é supérfluo.

As principais características dos painéis solares para a casa

Começando a considerar o tema dos painéis solares, em primeiro lugar, você precisa prestar atenção ao sistema de fornecimento de energia fotovoltaica. Este dispositivo converte a luz solar em energia elétrica.

Há duzentos anos, a humanidade vem aprimorando esses equipamentos, e com sucesso. É por isso que a cada dia mais e mais pessoas estão interessadas em instalar uma bateria solar.

Mas qual escolher Existem três tipos de sistemas, dependendo das especificidades fonte de energia alternativa.

O primeiro tipo é caracterizado por sistemas abertos de alimentação fotovoltaica (PPS). Eles não possuem baterias e o próprio equipamento é alimentado por um inversor especial. A rede principal não funcionará se a potência gerada for maior que a consumida.

O segundo tipo é caracterizado por sistemas autônomos que são independentes da rede principal. PSE deste tipo funcionam em seu esboço da rede para o fornecimento direto de energia de todos os equipamentos. O melhor desempenho é observado quando há uma bateria que utiliza a energia acumulada durante a deterioração da energia solar, e também se a potência gerada for maior que a consumida.

Os terceiros tipos incluem a combinação das duas categorias anteriores. O PSE combinado tem ótima funcionalidade.Existe ainda a possibilidade de transferir a energia gerada não utilizada para a rede principal. Mas este tipo de sistema é o mais caro.

Como escolher?

Instalar um sistema solar em seu próprio site custará uma quantia decente. Antes de prosseguir com a instalação de uma bateria solar, é necessário determinar a energia necessária para todos os dispositivos. E antes de tudo, é necessário calcular a carga de pico ideal em quilowatts e um consumo de energia médio condicional racional em quilowatts/hora para atender às necessidades de uma casa ou local.

Para o uso racional da eletricidade solar, é necessário determinar:

• carga de pico - para determiná-la, é necessário adicionar a energia de todos os dispositivos ligados ao mesmo tempo;
• consumo máximo de energia - um parâmetro necessário para determinar a categoria de dispositivos que devem funcionar ao mesmo tempo;
• consumo diário - é determinado pela multiplicação da potência individual de um único dispositivo pelo tempo em que funcionou;
• consumo médio diário - é determinado somando o consumo de energia de todos os aparelhos elétricos em um dia.

Todos estes dados são necessários para a montagem e operação posterior estável da bateria solar. As informações obtidas permitirão selecionar parâmetros mais adequados para a bateria, um elemento caro do sistema solar.

Para realizar todos os cálculos, você precisará de uma planilha em uma gaiola ou, se preferir trabalhar em um computador, será mais conveniente usar um arquivo do Excel. Prepare um modelo de tabela com 29 colunas.

Liste os nomes das colunas em ordem.

• O nome de um eletrodoméstico, eletrodoméstico ou ferramenta - os especialistas recomendam começar a descrever os consumidores de energia no corredor e, em seguida, mover-se no sentido horário ou anti-horário. Se a casa tiver mais de um andar, o ponto de partida para todos os níveis subsequentes é a escada. E também indicar eletrodomésticos de rua.
• Consumo de energia individual.
• Hora do dia de 00 a 23 horas, ou seja, para isso você precisa de 24 colunas. Nas colunas ao longo do tempo, você precisará inserir dois números na forma de fração: a duração do trabalho durante uma determinada hora / consumo de energia individual.
• Na coluna 27, insira o tempo total de funcionamento do aparelho por dia.
• Para a coluna 28, é necessário multiplicar os dados da coluna 27 pelo consumo individual de energia.
• Após o preenchimento da tabela, a carga final de cada dispositivo é calculada para cada hora - os dados obtidos são inseridos na 29ª coluna.

Após o preenchimento da última coluna, determina-se o consumo médio diário. Para fazer isso, todos os dados da última coluna são resumidos. No entanto, este cálculo não leva em consideração o consumo de todo o sistema coletor solar. Para calcular esses dados, é necessário levar em consideração o coeficiente auxiliar nos cálculos finais.

Um cálculo tão cuidadoso e meticuloso permitirá obter uma especificação detalhada dos consumidores de energia, levando em consideração as cargas horárias. Como a energia solar é muito cara, seu consumo deve ser minimizado e utilizado de forma racional para alimentar todos os aparelhos.Por exemplo, se o coletor solar for usado como fonte de alimentação de backup para a casa, os dados obtidos permitirão excluir da rede dispositivos de uso intensivo de energia até que a fonte de alimentação principal seja finalmente restaurada.

Para abastecer constantemente a casa com energia da bateria solar, as cargas horárias são adiantadas nos cálculos. O consumo de eletricidade deve ser ajustado de forma a excluir situações de emergência durante a operação do sistema e equalizar as cargas máximas.

Este gráfico mostra claramente como usar racionalmente a energia do sol na casa. O gráfico inicial mostra que a carga foi distribuída aleatoriamente durante o dia: a taxa horária média diária foi de 750 W e a taxa de consumo foi de 18 kW por hora. Após cálculos precisos e planejamento competente, foi possível reduzir o consumo diário para 12 kW/h, e a carga horária média diária para 500 watts. Esta opção de distribuição de energia também é adequada para energia de backup.

O princípio de funcionamento da bateria solar

O dispositivo foi projetado para converter diretamente os raios do sol em eletricidade. Essa ação é chamada de efeito fotoelétrico. Semicondutores (wafers de silício), que são usados ​​para fazer elementos, têm elétrons carregados positivos e negativos e consistem em duas camadas, a camada n (-) e a camada p (+). Os elétrons em excesso sob a influência da luz solar são eliminados das camadas e ocupam lugares vazios em outra camada. Isso faz com que os elétrons livres se movam constantemente, movendo-se de uma placa para outra, gerando eletricidade que é armazenada na bateria.

O funcionamento de uma bateria solar depende muito de seu design.As células solares foram originalmente feitas de silício. Ainda são muito populares, mas como o processo de limpeza do silício é bastante trabalhoso e caro, estão sendo desenvolvidos modelos com fotocélulas alternativas a partir de compostos de cádmio, cobre, gálio e índio, porém menos produtivas.

A eficiência dos painéis solares aumentou com o desenvolvimento da tecnologia. Hoje, esse número aumentou de um por cento, registrado no início do século, para mais de vinte por cento. Isso nos permite hoje usar painéis não apenas para necessidades domésticas, mas também para produção.

Especificações

O dispositivo de bateria solar é bastante simples e consiste em vários componentes:

Diretamente células solares/painel solar;

Um inversor que converte corrente contínua em corrente alternada;

Controlador de nível de bateria.

Baterias para painéis solares comprar deve ser baseado nas funções necessárias. Eles armazenam e distribuem eletricidade. O armazenamento e consumo ocorre durante todo o dia, sendo que à noite a carga acumulada é apenas consumida. Assim, há um fornecimento constante e contínuo de energia.

O carregamento e descarregamento excessivos da bateria reduzirão sua vida útil. Controlador carga da bateria solar interromper automaticamente o acúmulo de energia na bateria quando atingir os parâmetros máximos e desligar a carga do dispositivo em caso de descarga forte.

(Tesla Powerwall - bateria de painel solar de 7KW - e carregamento doméstico para veículos elétricos)

rede inversor de energia solar A bateria é o elemento de design mais importante. Converte a energia recebida dos raios do sol em corrente alternada de várias capacidades.Sendo um conversor síncrono, combina a tensão de saída da corrente elétrica em frequência e fase com uma rede estacionária.

As fotocélulas podem ser conectadas tanto em série quanto em paralelo. A última opção aumenta os parâmetros de potência, tensão e corrente e permite que o dispositivo funcione mesmo que um elemento perca a funcionalidade. Modelos combinados são feitos usando ambos os esquemas. A vida útil das placas é de cerca de 25 anos.

Esquema de fornecimento de energia solar

Quando você olha para os nomes misteriosos dos nós que compõem o sistema de energia solar, o pensamento chega à complexidade supertécnica do dispositivo. No nível micro da vida de um fóton, é assim. E visualmente o esquema geral do circuito elétrico e o princípio de sua operação parecem muito simples. Há apenas quatro passos do luminar do céu até a “lâmpada de Ilitch”.

Os módulos solares são o primeiro componente de uma usina. Estes são painéis retangulares finos montados a partir de um certo número de placas de fotocélula padrão. Os fabricantes fazem fotopainéis diferentes em potência e tensão elétrica, um múltiplo de 12 volts.

Galeria de imagens
Foto de
Os painéis solares são usados ​​em regiões com baixo número de dias nublados, opere-os como fornecedor de energia primária ou secundária

Faz sentido construir um sistema de painéis solares em áreas com pouca infraestrutura que ainda não estejam conectadas a redes elétricas centralizadas

No verão, em sua casa de veraneio, os aparelhos solares poderão fornecer energia para aparelhos elétricos e um sistema de aquecimento.

Equipamentos para monitorar o funcionamento e ajuste dos painéis solares não ocupam muito espaço, geralmente incluem inversor, controlador e bateria

Se houver uma área livre e bem iluminada no local, uma usina de energia solar pode ser colocada nela

Com boa proteção contra a negatividade atmosférica, os dispositivos de controle e monitoramento para a operação da bateria solar podem ser localizados ao ar livre

solar usina para uma casa particular pode ser montado a partir de baterias fabricadas na fábrica

Uma bateria solar montada a partir de pastilhas de silício será muito mais barata e quase igual em desempenho.

Instalação de painéis solares em encostas de telhados

Instalação em terraços, varandas, varandas de sótão

Sistema solar no telhado inclinado da extensão

Unidade interna mini usina de energia solar

Localização no site gratuito do site

Caixa de bateria construída ao ar livre

Montando um painel solar a partir de baterias prontas

Fazendo uma bateria solar com suas próprias mãos

Dispositivos de formato plano estão convenientemente localizados em superfícies abertas a raios diretos. Os blocos modulares são combinados por meio de conexões mútuas em uma bateria solar. A tarefa da bateria é converter a energia recebida do sol, fornecendo uma corrente constante de um determinado valor.

As baterias são conhecidas por todos os dispositivos para o acúmulo de carga elétrica. Seu papel dentro do sistema de fornecimento de energia do sol é tradicional. Quando os consumidores domésticos estão conectados a uma rede centralizada, os dispositivos de armazenamento de energia são armazenados com eletricidade. Eles também acumulam seu excedente se houver corrente suficiente do módulo solar para fornecer a energia consumida pelos aparelhos elétricos.

A bateria fornece ao circuito a quantidade necessária de energia e mantém uma tensão estável assim que o consumo aumenta para um valor maior. A mesma coisa acontece, por exemplo, à noite com painéis de fotos que não funcionam ou durante o tempo de pouco sol.

O esquema de fornecimento de energia em casa com a ajuda de painéis solares difere das opções com coletores pela capacidade de armazenar energia em uma bateria (+)

O controlador é um intermediário eletrônico entre o módulo solar e as baterias. Sua função é regular o nível de carga da bateria. O dispositivo não permite que eles fervam por sobrecarga ou que o potencial elétrico caia abaixo de uma determinada norma, necessária para a operação estável de todo o sistema solar.

Inversor - invertendo, então o som desta palavra é explicado literalmente. Sim, porque, de fato, esse nó desempenha uma função que antes parecia fantástica aos engenheiros elétricos. Converte a corrente contínua do módulo solar e das baterias em corrente alternada com uma diferença de potencial de 220 volts. É essa tensão que está funcionando para a grande maioria dos eletrodomésticos.

O fluxo de energia solar é proporcional à posição da estrela: ao instalar os módulos, seria bom prever o ajuste do ângulo de inclinação dependendo da estação

Como funciona

O sistema SBItak, uma bateria solar, é um sistema de elementos interligados, cuja estrutura permite, usando o princípio do efeito fotoelétrico, converter a luz solar que incide sobre eles em um determinado ângulo em corrente elétrica.

Um sistema que converte a luz solar em energia elétrica consiste nos seguintes componentes:

1. Material semicondutor (duas camadas fortemente combinadas de materiais com condutividade diferente).Pode ser, por exemplo, silício monocristalino ou policristalino com a adição de outros compostos químicos que permitem obter as propriedades necessárias para a ocorrência do efeito fotoelétrico.

   Para a transição de elétrons de um material para outro, é necessário que uma das camadas tenha excesso de elétrons e a outra tenha falta deles. A transição de elétrons para uma região com sua deficiência é chamada de transição p-n.

2. A camada mais fina de um elemento que resiste à transição de elétrons (colocados entre essas camadas).
3. Fonte de alimentação (se conectado à camada oposta, os elétrons podem superar facilmente essa zona de barreira). Portanto, haverá um movimento ordenado de partículas infectadas, chamado de corrente elétrica.
4. Acumulador (acumula e armazena energia).
5. controlador de carga.
6. Inversor-conversor (conversão da corrente contínua recebida da bateria solar em corrente alternada).
7. Estabilizador de tensão (projetado para criar uma tensão da faixa desejada no sistema de bateria solar).

Esquema de funcionamento de um painel solar Os fótons de luz (luz solar) que caem na superfície de um semicondutor ao colidir com sua superfície transferem sua energia para os elétrons do semicondutor. Os elétrons eliminados pelo impacto do semicondutor superam a camada protetora, tendo energia adicional.

Assim, os elétrons negativos saem do condutor p, passando para o condutor n, positivo - vice-versa. Tal transição é facilitada pelos campos elétricos existentes nos condutores naquele momento, que posteriormente aumentam a força e a diferença de cargas (até 0,5 V em um pequeno condutor).

Pretendendo comprar um painel solar ou fazê-lo, calcule cuidadosamente:

• o custo de tal bateria e o equipamento necessário;
• a quantidade de energia elétrica que você precisa;
• o número de baterias que você precisa;
• número de dias ensolarados por ano em sua área;
• a área que você precisa para instalar painéis solares.

eu começo a colecionar

Antes de comprar e montar, é necessário calcular todo o sistema para não se confundir com a localização de todos os sistemas e cabeamento. Dos painéis solares ao inversor, tenho cerca de 25 a 30 metros e coloquei dois fios flexíveis com uma seção transversal de 6 mm quadrados com antecedência, pois serão transmitidas tensões de até 100V e correntes de 25-30A. Essa margem sobre a seção transversal foi escolhida para minimizar as perdas no fio e fornecer energia aos dispositivos o máximo possível. Eu montei os próprios painéis solares em guias feitas por nós mesmos a partir de cantos de alumínio e os atraí com montagens feitas por nós mesmos. Para evitar que o painel deslize para baixo, um par de parafusos de 30 mm olha para cima no canto de alumínio oposto a cada painel, e eles são uma espécie de “gancho” para os painéis. Após a instalação, eles não são visíveis, mas continuam a suportar a carga.

Como se beneficiar

Dada a propriedade dos painéis funcionarem apenas com tempo ensolarado, é necessário estudar em detalhe o mercado dos painéis solares, nomeadamente o material de que são feitos. Os painéis policristalinos são capazes de gerar perfeitamente não apenas a luz solar direta, mas também os raios dispersos. E as nuvens necessárias para o funcionamento das instalações e a radiação solar deixaram de ser um obstáculo. Para obter maior eficiência, mesmo em tempo nublado, as baterias de silício policristalino devem ser selecionadas.

A precipitação, em particular a neve, em certo sentido, não é um ponto negativo. Quando a neve cai, os volumes de raios refletidos aumentam.E se células solares de silício estiverem presentes nos painéis, a quantidade de energia armazenada aumenta. Ao instalar os painéis, deve-se também ter em mente a questão da neve, há necessidade de limpeza frequente dos painéis da neve.

No entanto, o tempo e o progresso não param, e talvez em um futuro próximo as baterias sejam desenvolvidas pelo poder do pensamento, sem todos os tipos de deficiências e desvantagens. E a humanidade dará passos confiantes na direção de preservar a natureza, a atmosfera e o planeta.

Quantos inversores devem estar no sistema

Em teoria, 1 dispositivo da potência necessária deve ser suficiente para toda a usina. Mas, se você tiver um grande número de fotocélulas e elas forem montadas em várias linhas, é melhor colocar um conversor desse tipo em cada uma delas.

Por que é que? O fato é que a operação instável de uma linha, por exemplo, não localizada no lado ensolarado, afetará negativamente a operação do inversor e sua eficiência será geralmente menor

Se for importante obter a máxima eficiência da usina, esta opção não é adequada.

Uma opção alternativa é um inversor para várias entradas MMP independentes. Pode haver 2-4 deles e esses modelos são muito mais caros.

Eficiência do painel solar no inverno

Você provavelmente ficará surpreso, mas em um dia de inverno apenas 1,5 a 2 vezes menos energia cai em uma superfície vertical do que no verão. Esses dados são para a Rússia central. Durante o dia, o quadro é pior: durante este período no verão temos 4 vezes mais energia

Mas preste atenção: em uma superfície vertical. Isso está na parede.

Se falamos sobre a superfície horizontal, a diferença já é de 15 vezes.

A imagem mais triste da geração de energia solar espera por você não no inverno, mas no outono: em tempo nublado, sua eficiência é 20 a 40 vezes menor, dependendo da densidade da cobertura de nuvens. No inverno, após a queda da neve, a insolação (a quantidade de luz que incide sobre as baterias) em dias ensolarados pode se aproximar dos valores de verão. Portanto, os sistemas solares domésticos geram mais eletricidade no inverno do que no outono.

Acontece que, para atingir a eficiência máxima no inverno, você precisa colocar os painéis solares na vertical ou quase na vertical. E, se você pendurá-los nas paredes, de preferência no sudeste: de manhã, segundo as estatísticas, há mais tempo claro. Se não houver parede sudeste, ou for impossível instalar qualquer coisa nela, você pode sair da situação criando suportes especiais. Em seguida, eles colocam painéis solares no telhado. Como o ângulo de incidência da luz solar varia de acordo com a estação do ano, é aconselhável fazer um suporte com ângulo ajustável. Há uma oportunidade - vire os painéis solares "face" para o sudeste, não existe essa possibilidade, deixe-os "olhar" para o sul.

Um dos sistemas de montagem

O que procurar ao escolher painéis solares

Devido ao fato de que o uso de energia solar para fins domésticos ainda não se tornou comum, e a escolha de painéis solares causa certas dificuldades, oferecemos uma lista dos parâmetros mais importantes

Portanto, ao comprar um módulo desse tipo, você deve prestar atenção aos seguintes pontos: fabricante

fabricante.

É importante ficar atento a quanto tempo esse fabricante está no mercado desse produto e qual é o seu volume de produção. Quanto mais tempo um fabricante está no setor, mais ele pode ser confiável.

área de uso.

Para que finalidade a energia recebida será usada: para carregar pequenos aparelhos, para alimentar grandes aparelhos elétricos, para iluminação ou para uma fonte de alimentação completa em casa. A escolha da tensão de saída e potência dos painéis depende da finalidade para a qual o módulo solar é adquirido.

Voltagem.

Para pequenos aparelhos elétricos, 9 V é suficiente, para carregar smartphones e laptops - 12-19 V e para fornecer todo o sistema de energia em casa - 24 V ou mais.

potência.

Este parâmetro é calculado com base no consumo médio diário de energia (a soma da energia consumida por todos os aparelhos por dia). A potência dos painéis solares deve cobrir o consumo com alguma margem.

qualidade das células fotovoltaicas.

Existem 4 categorias de qualidade de fotocélulas que compõem o painel solar: Grad A, Grad B, Grad C, Grad D. Naturalmente, a primeira categoria é a melhor - Grad A. Os módulos desta categoria de qualidade não possuem chips e microtrincas, são uniformes em cor e estrutura, têm a mais alta eficiência e praticamente não estão sujeitos a degradação.

vida.

A vida útil dos painéis solares varia de 10 a 20 anos. Obviamente, a duração da operação completa desse sistema de energia depende da qualidade das baterias e da instalação correta.

parâmetros técnicos adicionais.

Os mais importantes são eficiência, tolerância (tolerância de energia), coeficiente de temperatura (o efeito da temperatura no desempenho da bateria).

Tendo compreendido as principais características técnicas, oferecemos-lhe uma classificação dos melhores painéis solares em 2020.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Os princípios de operação e esquemas de conexão para painéis solares não são muito difíceis de entender.E com os materiais de vídeo que coletamos abaixo, será ainda mais fácil entender todos os meandros do funcionamento e instalação dos painéis solares.

É acessível e compreensível como funciona uma bateria solar fotovoltaica, em todos os detalhes:

Como funcionam os painéis solares:

Montando um painel solar de fotocélulas com suas próprias mãos:

Cada elemento no sistema de fornecimento de energia solar da casa deve ser selecionado corretamente. Perdas de energia inevitáveis ​​ocorrem nas baterias, transformadores e controlador. E eles devem ser reduzidos ao mínimo, caso contrário, a eficiência bastante baixa dos painéis solares será reduzida a zero.

As fontes alternativas de energia estão se tornando cada vez mais importantes a cada dia. A razão para isso é respeito ao meio ambiente, renovabilidade, baixo custo. A energia solar é uma das fontes de energia mais rentáveis. Nos próximos bilhões de anos, continuará a iluminar nosso planeta, emitindo uma enorme quantidade de energia, ao contrário do gás e do petróleo. Hoje aprendemos como usar esta fonte com um sistema de painéis solares, mas poucas pessoas entendem o princípio de funcionamento da bateria solar.
Vamos descobrir.

Primeiro você precisa entender o que sistema de energia solar em casa
não são apenas aqueles painéis pretos ou azulados que são instalados nos telhados das casas. Esses receptores de luz são apenas um dos quatro componentes do sistema geral, que inclui: