Sheme in načini priključitve sončnih celic: kako pravilno namestiti sončni panel

Alternativni vir energije na osnovi sončnih baterij je odlična možnost za organizacijo neodvisne oskrbe z energijo. Zagotavlja visoko energetsko učinkovitost ne le v vročih dneh, ampak tudi v oblačnem vremenu. Lepo bi bilo imeti takšno napravo doma, kajne?

Za to je potrebno le pravilno izbrati tehnične komponente in izvesti montažo. To lahko stori vsak, če pozna sheme in načine priključitve sončnih baterij. Povedali vam bomo, kako se zgradi produktiven sistem, ki pretvarja “zeleno energijo” v elektriko, potrebno za napajanje gospodinjskih naprav.

Poleg tega boste izvedeli, kako izbrati mesto za namestitev sončnih panelov in kako jih uskladiti s stacionarnim električnim omrežjem. Koristni nasveti in pomembna priporočila bodo učinkovito pomagala domačim mojstrom. Za lažje razumevanje so priložene tematske fotografije, sheme in videoposnetki.

Zgradba sončne baterije

Če nameravate sami izvesti priključitev sončnih panelov, morate imeti predstavo o tem, iz katerih elementov je sistem sestavljen.

Sončni paneli so sestavljeni iz kompleta baterij na fotovoltaičnih elementih, katerih glavni namen je pretvarjati sončno energijo v električno. Moč toka sistema je odvisna od jakosti svetlobe: svetlejše je sevanje, večji tok se generira.

Glavni konstrukcijski elementi sistema so:

• Sončna baterija – pretvarja sončno svetlobo v električno energijo.
• Akumulator – kemični vir toka, ki shranjuje proizvedeno električno energijo.
• Krmilnik polnjenja – nadzira napetost akumulatorjev.
• Inverter, ki pretvarja enosmerno električno napetost akumulatorske baterije v izmenično napetost 220 V, ki je potrebna za delovanje sistema razsvetljave in gospodinjskih aparatov.
• Varovalke, ki so nameščene med vsemi elementi sistema in ščitijo sistem pred kratkim stikom.
• Komplet konektorjev standarda MC4.

Poleg osnovnega namena krmilnika – nadziranja napetosti akumulatorjev – naprava po potrebi izklopi določene elemente. Če vrednost na sponkah akumulatorja podnevi doseže vrednost 14 V, kar kaže na prenapolnjenost, krmilnik prekine polnjenje.

Poleg sončnega modula so v napravi takšne elektrarne še fotovoltaični pretvorniki – krmilnik in inverter, ter nanju priključeni akumulatorji.

V nočnem obdobju, ko vrednost napetosti akumulatorjev doseže skrajno nizko vrednost 11 V, krmilnik ustavi delovanje elektrarne.

Kje je najbolje namestiti panele?

Prvo, kar je treba storiti pred namestitvijo in priključitvijo sončne baterije, je določitev mesta postavitve agregata.

Za namestitev fotovoltaičnih modulov je priročno uporabiti stacionarne konstrukcije iz kovinskih profilov ali pa sodobnejše vrtljive različice.

Sončne baterije je mogoče postaviti praktično na katero koli dobro osvetljeno mesto:

• na strehi podeželske hiše;
• na balkonu večstanovanjske stavbe;
• na zemljišču ob hiši.

Glavno je zagotoviti potrebne pogoje za doseganje največje proizvodnje električne energije. Eden izmed teh sta usmerjenost in naklonski kot glede na horizont. Zato mora biti svetlobno absorpcijska površina agregata usmerjena proti jugu.

V idealnem primeru bi morali sončni žarki padati nanjo pod kotom 90°. Da bi dosegli ta učinek, je treba izbrati optimalen kot naklona glede na podnebne razmere v regiji. Za vsako regijo je ta vrednost drugačna.

Da bi zagotovili maksimalno zmogljivost sončnih baterij, priporočamo, da kot naklona naprav spreminjate 2–4 krat na leto: 18. aprila, 24. avgusta, 7. oktobra in 5. marca.

Na primer, v moskovski regiji kot naklona namestitve površine sončnih baterij za poletne mesece znaša 15–20°, v zimskih mesecih pa se spremeni do vrednosti 60–70°.

Pri nameščanju sončnih baterij na zemljišču ob hiši je bolje panele dvigniti nad tlemi vsaj za pol metra – v primeru velike količine snega. Ta rešitev je pravilna tudi zato, ker zagotavlja dovolj prostora za kroženje zraka.

Vredno si je zapomniti, da že majhna senca škodljivo vpliva na proizvodnjo elektrike agregata. Panele je treba nameščati le na mestih, ki niso izpostavljena niti najmanjšemu senčenju.

Nekateri 'mojstri' za zaščito baterij nameščajo dodatno steklo nad panele, vendar lahko tudi ob navidezni prosojnosti steklena plast zmanjša izkoristek panel za 30 %.

Obstaja več načinov pritrditve panel:

• s pomočjo pritrdilnih sponk;
• z vijačno povezavo skozi odprtine, ki se nahajajo v spodnjem delu okvirja.

Nosilna konstrukcija mora biti izdelana iz materialov, odpornih proti koroziji. Ne glede na način montaže v konstrukcijo panel ni dovoljeno samostojno vnašati sprememb ali vrteti dodatnih lukenj.

Naloga lastnika stanovanja je vzdrževati panele čiste. Nabiranje prahu, snega in ptičjih iztrebkov na zaslonu zmanjša količino električne energije, ki jo sistem proizvede, za vsaj 10 %.

Možnosti povezave sončnih baterij

Sončne baterije so sestavljene iz več ločenih panelov. Za povečanje izhodnih parametrov sistema v obliki moči, napetosti in toka se elementi povezujejo med seboj z uporabo fizikalnih zakonov.

Povezavo več panelov med seboj lahko izvedete z uporabo ene od treh shem montaže sončnih baterij:

• vzporedna;
• zaporedna;
• mešana.

Vzporedna shema predvideva povezavo enakoimenovanih sponk med seboj, pri čemer imajo elementi dve skupni vozlišči prevodnikov in njihovih razvejitev.

Pri vzporedni shemi se »plusi« povezujejo s »plusi«, »minusi« pa z »minusi«, zaradi česar se izhodni tok poveča, napetost na izhodu pa ostane znotraj 12 voltov.

Vrednost največjega možnega toka na izhodu pri vzporedni shemi je neposredno sorazmerna številu priključenih elementov. Načela izračuna količine so navedena v članku, ki ga priporočamo.

Zaporedna shema predvideva povezavo nasprotnih polov: »plus« prvega panela na »minus« drugega. Preostali neuporabljeni »plus« drugega panela in »minus« prve baterije se priključita na krmilnik, ki se nahaja naprej v shemi.

Ta vrsta povezave ustvarja pogoje za pretok električnega toka, pri čemer ostane edina pot za prenos energenta od vira do porabnika.

Pri zaporedni shemi povezave se napetost na izhodu poveča in doseže vrednost 24 voltov, kar zadostuje za napajanje prenosne opreme, LED svetilk in nekaterih električnih porabnikov.

Zaporedno-vzporedno ali mešano shemo najpogosteje uporabljajo, ko je treba povezati več skupin baterij. Z uporabo te sheme je mogoče na izhodu povečati tako napetost kot tok.

Pri zaporedno-vzporedni shemi povezave napetost na izhodu doseže vrednost, katere značilnosti najbolj ustrezajo reševanju večine gospodinjskih nalog.

Ta možnost je ugodna tudi v tem pogledu, da v primeru okvare enega od konstrukcijskih elementov sistema druge vezne verige še naprej delujejo. To bistveno poveča zanesljivost delovanja celotnega sistema.

Načelo sestave kombinirane sheme temelji na tem, da so naprave znotraj vsake skupine povezane vzporedno. Povezava vseh skupin v eno vezje pa se izvede zaporedno.

S kombiniranjem različnih vrst povezav ne bo težko sestaviti baterije z zahtevanimi parametri. Glavno je, da je število povezanih elementov takšno, da je delovna napetost, ki se dovaja akumulatorjem, ob upoštevanju njenega padca v polnilnem krogu, višja od napetosti samih akumulatorjev, medtem ko obremenitveni tok baterije zagotavlja potrebno vrednost polnilnega toka.

Shema sestave sončnega električnega sistema

Priključitev sončnih panelov se izvede z uporabo vgrajenih povezovalnih kablov s presekom 4 mm². Za ta namen so najprimernejši enožilni bakreni kabli, katerih izolacijski plašč je odporen na ultravijolično sevanje.

V primeru uporabe kabla, katerega izolacija ni odporna na vpliv UV žarkov, se priporoča njegovo zunanje polaganje v rebrasti cevi.

Konec vsakega kabla je povezan s priključkom standarda MC4 s spajkanjem ali stiskanjem, kar zagotavlja tesno povezavo.

Ne glede na izbrano shemo je treba pred priključitvijo sončnih panelov obvezno preveriti pravilnost električne napeljave.

Pri priključevanju panelov ni priporočljivo presegati tehničnih zahtev glede dovoljenega toka in največje napetosti drugih naprav. Pomembno je upoštevati tehnične zahteve krmilnika polnjenja in razsmernika, ki jih navaja proizvajalec.

Standardna shema sestave najpreprostejše sončne elektrarne je videti takole.

Shema priključitve panelov na akumulator, razsmernik in krmilnik je preproste izvedbe, zato ne povzroča posebnih težav pri priključitvi.

Da bi se izognili okvari krmilnika, je pri priključevanju elementov sistema pomembno upoštevati zaporedje.

Montažna dela potekajo v več fazah:

1. Akumulator se priključi na krmilnik, pri čemer se uporabijo ustrezni priključki in ne pozabimo upoštevati polarnosti.
2. Na krmilnik prek priključkov ob ohranjanju iste polarnosti se priključi sončna baterija.
3. Na priključke krmilnika se priključi breme 12 V.
4. Če je potrebno pretvoriti električno napetost z 12 na 220 V, se v vezje vključi pretvornik. Priključi se samo na akumulator in nikakor ne neposredno na krmilnik.
5. Na prosti izhod pretvornika se priključijo električne naprave, ki so predvidene za napetost 220 V.

Po opravljeni povezavi je treba preveriti polarnost in izmeriti napetost odprtega tokokroga panelov. Če se vrednost razlikuje od nominalne, je povezava izvedena nepravilno.

Za priključitev naprave na sistem ni potrebno odpirati razvodne omarice – vsi priključni konektorji so dostopni.

V zaključni fazi je treba sončno baterijo ozemljiti. Da bi zmanjšali verjetnost kratkega stika, se na mestih povezave med akumulatorjem, pretvornikom in krmilnikom namestijo varovalke.

Energija sončnih elektrarn bo našla uporabo pri napajanju manj močnih gospodinjskih aparatov in pri polnjenju akumulatorjev mobilne tehnike:

Tistim, ki želijo sami izdelati sončno baterijo, bodo pomagale informacije, navedene v naslednjem članku.

Priključitev različno usmerjenih elementov

Pri uporabi zaporedne sheme montaže sončnih baterij, da ne bi zmanjšali učinkovitosti delovanja naprav, je treba vse panele skupnega vezja namestiti pod istim kotom in na isti ravnini.

Če pa bodo paneli nameščeni v različnih ravninah, lahko pride do tega, da bo bližnji ali bolj osvetljen deloval močneje od tistih, ki so nameščeni nekoliko dlje.

To pomeni, da bo bližnji panel proizvajal elektriko, del katere bo odhajal za ogrevanje oddaljenih panelov. Razlog pa je v tem, da tok teče po poti najmanjšega upora. Da bi zmanjšali izgube, je za vsak panel bolje uporabiti ločen krmilnik.

Osnovne zahteve pri uporabi krmilnika so: moč priključenih panelov nad 1 kW in zadostna oddaljenost med baterijami.

Težavo je mogoče rešiti tudi z namestitvijo odsekajočih diod. Te so nameščene znotraj med ploščami. Zahvaljujoč temu ob oddaji največje moči plošče ne pregrejejo.

Pomemben pomen ima tudi padec napetosti v povezavah in v samih vodnikih nizkonapetostnega dela sistema.

Tabela neskladnosti med preneseno močjo in presekom kabla, z rdečo barvo označuje parametre, pri katerih obstaja tveganje za močno požarno nevarno segrevanje.

Kot primer lahko služi dejstvo, da na metrskem odseku kabla s presekom 4 mm² pri prehodu toka 80 A (napetost 12 V) vrednosti padejo za 3,19 %, kar znaša 30,6 W. Pri uporabi zvitkov se padec napetosti lahko giblje med 0,1 in 0,3 V.

Usklajevanje sončne energije s stacionarnim omrežjem

Ko načrtujete uporabo električne energije od sonca vzporedno z urejenim centraliziranim stacionarnim omrežjem, je shema povezave nekoliko drugačna. Glavni razlog za takšno odločitev je, da zasebni odjemalec nima možnosti, da bi 'odvrgel' presežno energijo.

To pa lahko povzroči napetostna nihanja s trajanjem do ene sekunde.

Pri kombiniranju sončne električne energije s stacionarnim centraliziranim omrežjem velja isto pravilo: več kot je priključenih virov, bolj zapletena postane shema.

V skladu z zgornjo shemo napetost s sončnega polja najprej usmeri proti akumulatorju, od tam pa se prenese na breme.

Pri načrtovanju takšne možnosti vgradnje je treba upoštevati dve vrsti bremena:

• nerezervirano – razsvetljava v hiši, gospodinjski aparati itd.;
• rezervirano – zasilna razsvetljava, hladilnik, električni kotel.

Upoštevajte: večja kot je zmogljivost akumulatorja, dlje bodo v avtonomnem načinu delovali rezervirani električni aparati.

Ko izberete tak način generiranja energije v omrežje, bodite pripravljeni, da boste morali pridobiti dovoljenje pri lokalnih energetskih omrežjih.

Kljub temu, da inverterji za sončne baterije proizvajajo napetost, katere kakovost je včasih višja od tiste v centraliziranem omrežju, lokalna energetska omrežja ne dajo soglasja za to, da bi se števec električne energije vrtel v nasprotno smer.

Zato po shemi sončni inverterji prenehajo delovati v trenutku izpada napetosti v omrežju. Rezervirano breme pa se začne napajati iz akumulatorja.

Zaključki in koristen video na to temo

Avtorji videomateriala, ki je na voljo spodaj, delijo osebne izkušnje in analizirajo nianse montaže sončnih panelov.

Video #1. Primer sestave in montaže sistema tovarniškega vzorca:

Video #2. Kako pravilno namestiti panele:

Pri postopku povezovanja več plošč z drugimi elementi sistema ni nič zapletenega. Toda za začetnika je postopek lahko težaven. Zato se ob pomanjkanju izkušenj pri izračunih in veščin montaže obrnite na strokovnjaka, ki ima potrebno znanje.

Želite povedati, kako ste sestavili lastno sončno elektrarno za počitniško hišo ali hišo na podeželju? Morda poznate podrobnosti postopka, ki niso opisane v članku? Prosimo, napišite komentarje v spodnjem bloku, postavljajte vprašanja, delite svoje mnenje in fotografije na temo članka.