Exitonservice.ru

Экситон Сервис
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Ток от освещенности солнечной

Элементы солнечных батарей и дополнительные компоненты

Элементы солнечной батареи

Электрические параметры таких модулей отражаются в вольтамперной характеристике, определенной при стандартных условиях (т.е. когда мощность солнечной радиации равняется 1000 Вт/м 2 , 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%.


Рис.1. Вольтамперная 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. Схема батареи приведена на рисунок 2.


Рис.2. Схема диодов в солнечной батареи

Вольтамперная кривая солнечной батареи имеет тот же вид, что и единичного модуля. Рабочая точка батареи, подключенной к нагрузке, не всегда совпадает с точкой максимальной мощности (тем более, что положение последней зависит от условий освещенности и температуры окружающей среды). Подключение таких нагрузок, как, например, электродвигатель, может сдвинуть рабочую точку системы в область минимальной или даже нулевой мощности (и двигатель просто не запустится). Вследствие этого следующий важный компонент солнечной батареи — преобразователи напряжения, способные согласовывать солнечную батарею с нагрузкой. Общая схема солнечной электростанции имеет показана на рисунках 3 и 4 .


Рис.3. Схема автономной солнечной электростанции


Рис.4. Схема солнечной электростанции объединенной с промышленной электросетью

Регуляторы отбора мощности батареи


Аккумуляторные в системе солнечной батареи

В большинстве фотоэлектрических систем применяют свинцово-кислотные аккумуляторы. Нужно сразу подчеркнуть, что аккумуляторы специально предназначенные для солнечных батарей (и других подобных систем), существенно отличаются от стартерных автомобильных аккумуляторов, пусть даже имеющих в основе туже технологию.

Этим требованиям в полной мере удовлетворяют аккумуляторы, изготовленные по технологиям «dryfit» и AGM (адсорбированный электролит) или рекомбинационной технологии. Они характеризуются отсутствием эксплуатационных затрат и перекрывают диапазон емкостей 1-12000 А•ч, что позволяет удовлетворять требованиям всех потребителей. Эти аккумуляторы отличаются пониженным газовыделением и рекомбинацией кислорода. Вследствие этого вода электролита не электролизуется и не испаряется, и такие аккумуляторы не требуют доливки электролита. К примеру, аккумуляторы одной из фирм с трубчатыми положительными пластинами, имеют следующие характеристики:

Вследствие высокой стоимости таких аккумуляторов, появляется желание использовать обычные стартерные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (автомобильный аккумулятор). Срок службы таких аккумуляторов в составе солнечной батареи — не более 3-5 лет. Вследствие этого за срок использования солнечной батареи (15-20 лет и более) необходимо будет менять аккумуляторы (к этому добавятся затраты на обслуживание аккумуляторов и оборудование помещений).

С целью получения требуемого рабочего напряжения аккумуляторы или аккумуляторные батареи соединяют последовательно. При этом следуют определенным првилам:

Читать еще:  Провода для опор наружного освещения

Ради продления срока службы аккумуляторов при циклическом режиме работы в солнечных батареях важно не допускать глубокого разряда. Уровень разряда характеризуется глубиной разряда, которая выражается в процентах от номинальной емкости аккумулятора. На рисунке 5 изображена зависимость емкости аккумулятора (в процентах от номинальной) от количества отработанных циклов при различной глубине разряда (аккумуляторы FIAMM GS). Таким образом, эксплуатация аккумуляторов при глубоком разряде ведет к их более частой замене и, соответственно, к удорожанию системы. Глубину разряда аккумуляторов солнечных батарей стараются ограничить на уровне 30-40%, что достигается отключением нагрузки (или снижением мощности) либо использованием аккумуляторов большей емкости.


Рис.5. Зависимость емкости аккумулятора от количества отработанных циклов при различной глубине разряда

Вследствие этого, для управления процессом зарядки и выбора оптимального режима, в состав солнечной электростанции обязательно включают контроллеры зарядки-разрядки аккумуляторной батареи.

Регуляторы зарядки и разрядки аккумуляторов

Чтобы защитить батарею от перезарядки надо ограничить зарядный ток при достижении напряжения завершения зарядки. Напряжение начнет снижаться, пока не достигнет другого порога, называемого напряжением возобновления заряда. Небольшие солнечные электростанции имеют склонность к перепотреблению энергии (а не к перезарядке) вследствие этого допускается перезарядка, и при этом нужно применять более высокое напряжение завершения заряда.

Выше изложенное относится к регуляторам для автономных солнечных электростанций небольшой мощности (до 1кВт). У более мощных системах солнечных батарей функции контроля зарядки и разрядки берет на себя системный контроллер (управляющий также всей системой). Как правило это устройство сопряжено с компьютером (осуществляющим к тому же постоянный мониторинг за работой элементов с записью значений освещенности, температуры, тока и напряжения для дальнейшего анализа).

Инверторы

Инверторы — полупроводниковые приборы. Они могут быть поделены на два типа в соответствии с типом фотоэлектрических систем:

Для всех типов ключевой параметр — КПД (который должен быть более 90%). Выходное напряжение автономных инверторов как правило составляет 220В (50/60 Гц), а в инверторах мощностью 10-100кВт можно получать трехфазное напряжение 380В. Все автономные инверторы трансформируют постоянный ток аккумуляторных батарей. Вследствие этого входное напряжение выбирается из ряда 12, 24, 48 и 120В. Чем больше входное напряжение, тем проще инвертор и тем выше его КПД. При больших напряжениях существенно меньше потери на передачу энергии от солнечного генератора к аккумуляторной батарее, регулятору зарядки и инвертору, однако при этом усложняется конструкция солнечной электростанции и ее эксплуатация при опасных напряжениях (выше 40 В). К форме выходного сигнала автономных инверторов предъявляются менее жесткие требования. В ряде случаев (если позволяет нагрузка) возможно использование инверторов с трапециевидным выходным сигналом. Такие инверторы стоят в 2-3 раза дешевле инверторов с синусоидальным выходным сигналом. Важный параметр автономных инверторов — зависимость КПД от мощности подключенной нагрузки. КПД не должен значительно снижаться при подключении нагрузки в десять раз меньшей (по потребляемой мощности), чем номинальная мощность инвертора. Вместе с тем инвертор должен выдерживать перегрузки в выходных цепях (при подключении электродвигателей и прочих динамичных нагрузок). Таким образом, к автономному инвертору предъявляются следующие требования:

Иностранные фирмы предлагают широкий ассортимент инверторов, специально разработанных для солнечных батарей. Такие инверторы уже имеют блок регулятора отбора максимальной мощности, блок регулятора заряда, а также дополнительный вход подключения дизель-генератора (для экстренной подзарядки аккумуляторной батареи).

К выходному сигналу сетевых инверторов предъявляются наиболее жесткие требования. Для понижения потерь на преобразование такие инверторы работают при высоких входных напряжениях. Поскольку их входные цепи запитываются напрямую от солнечной батареи, инверторы имеют регулятор отбора максимальной мощности (встроенный в инвертор). Сетевые инверторы имеют также блок контроля мощности солнечной батареи (и включаются автоматически, как только мощность солнечной батареи становится достаточной для формирования переменного сигнала).

Коммутация фотоэлектрических солнечных модулей

Напряжение в цепи, соединенных параллельно солнечных батарей, будет равно напряжению одной солнечной батареи. Если вы соединяете 2 батареи, у которых при нагрузке напряжение равно 17,5 вольт, то на контроллер будет подано напряжение 17,5 вольт. Ток при таком соединении суммируется. Например, две солнечные батареи при хорошей солнечной освещенности выдают по 7А каждая, то суммарный ток на контроллер при параллельном соединении будет 14А.

Последовательное соединение солнечных батарей

Напряжение в цепи, соединенных последовательно солнечных батарей будет равно сумме напряжений солнечных батарей в данном соединении.

Если вы соединяете 2 батареи, у которых напряжение в точке максимальной мощности равно 17,5 вольт, то на контроллер будет подано напряжение 35 вольт. Ток при таком соединении будет равен току самой слабой солнечной батареи. Например, одна солнечная батарея имеет ток в точке максимальной мощности 7,5А, а другая 7,3А — ток поданный на контроллер будет равен 7,3А. Именно по этой причине не рекомендуется подключать последовательно МОНОкристаллические и ПОЛИкристаллические панели.

Читать еще:  Lad mv56u d36 уменьшить ток подсветки

Солнечные батареи можно и нужно подключать последовательно-параллельно, если у вас много солнечных батарей, то вы сможете построить систему, у которой напряжения и токи будут оптимально подобраны для вашего солнечного контроллера.

Для коммутации солнечных батарей используются специальные разъемы (коннекторы) типа МС4, которые вы можете купить в интернет-магазине Реалсолар:

Коннектор МС4 универсальный

Разъемы типа МС4 для кабеля сечением 2.5, 4, 6 мм 2

Разъемы для параллельного соединения солнечных батарей

Удлиненные разъемы для параллельного соединения солнечных батарей

Разъемы для параллельного соединения трех солнечных батарей

Преимущества и нюансы солнечных батарей

  • Бесшумная работа.
  • Отсутствие выбросов парниковых газов и образования отходов.
  • Неисчерпаемый запас энергии.
  • Минимальные затраты при эксплуатации.
  • Отсутствие технического обслуживания.
  • Длительный срок службы без ухудшения эксплуатационных характеристик.
  • Зависимость от погоды.
  • Относительно высокая цена.
  • Необходимость специальных навыков при монтаже.

Технические характеристики

Максимальное входное напряжение постоянного тока

Рекомендуемый диапазон напряжения для MPPT

Рекомендуемое входное напряжение

Пассивно активный (воздушное охлаждение)

Максимальный постоянный входной ток (А)

Номинальный выходной ток* (А)

Ориентировочная мощность водяного насоса

* — Когда выходное напряжение равно 380В, то номинальный выходной ток соответствует данным приведенным в таблице. Когда выходное напряжение соответствует 400В, 415В или 440В, то ток номинальный ток будет меньше, и рассчитывается согласно номинальной мощности.

Таблица подбора солнечных батарей

Модель частотного преобразователя

Максимальный постоянный входной ток (А)

Напряжение холостого хода

Пиковая мощность ±5Wp

Пиковая мощность ±5Wp

Пиковая мощность ±5Wp

Пиковая мощность ±5Wp

Пиковая мощность ±5Wp

Напряжение 513 В

Ток при работе на нагрузку солнечных батарей не должен превышать максимального входного тока инвертора.

Пиковая мощность солнечных батарей должна быть 1,2 от номинальной мощности преобразователя частоты.

3-х фазное напряжение 380В (- 15%) – 440В (+10%) и входное постоянное напряжение до 800В, Рекомендованное входное напряжение постоянного ток 513В.

1 аналоговых вход AI2 0–10В/0–20 мА, режим переключается перемычкой.
Входной импеданс:10 кΩ (для сигнала по напряжению) / 250 Ω (сигнал по току).
и 1 аналоговый вход AI3 -10-10 В.

4 дискретных входа и 1 высокочастотный импульсный вход.

от 0 до номинального входного напряжения

2 аналоговых выхода, 0–20 мА или 0–10 В.

2 релейных выхода, НО или НЗ

MODBUS, число передачи в бодах: до 38400 бод. Интерфейс-RS-485.

Встроенный блок торможения

Встроенный фильтр класса С3: согласно требованиям директивы IEC 61800-3 C3

Коэффициент регулирования скорости

Диапазон регулирования скорости: 1:100

Функция задания частоты

Цифровое, аналоговое, с панели управления, многоскоростные задания, ПЛК, задание ПИД, по протоколу MOTBUS

Автоматическая регулировка напряжения (Функция AVR)

Поддержка выходного напряжения на заданном уровне независимо от колебаний питающей сети

Более чем 30 защит. Защита от сухого хода, при наличии датчика, сверхток, перенапряжение, пониженное напряжение, перегрев, потеря фазы и перегрузки и т.д.

Функция управления пропуском частот

Пропуск до двух резонансных частот

Функция отслеживания скорости

Перезапуск двигателя после потери напряжения

Температура окружающей среды

от — 10°С до + 40°С. Мощность инвертора снижается при эксплуатации при температурах свыше 40°С на 4% при увеличении на 1°С, до 50 °С.

Свыше эксплуатация запрещена.

от — 30°С до + 60°С

0-1000м без ухудшения рабочих параметров.
1000-4000 согласно графику приведенному в руководстве.

Описание товара

Автономные системы освещения на солнечных батареях «Грин Ток- 40»предназначена для уличного освещения территорий, стояночных мест, паркового освещения и т.д. Данный комплект способен обеспечить автономную работу светодиодного светильника в течение 3-4 суток при наступлении неблагоприятных погодных условий. В комплект входит заряд-контроллер с функцией программирования освещения (более 10 вариантов), что позволяет самостоятельно настраивать режимы освещения исходя из требований каждого клиента и условий эксплуатации.

Автономная система освещения “Грин Ток- 40” разработана для решения различных задач в области уличного освещения. Принцип работы заключается в генерации электроэнергии с помощью солнечного модуля с дальнейшим накоплением энергии в аккумуляторных батареях. По наступлению темного времени суток, интеллектуальный контроллер с двумя таймерам управления светильником автоматически активирует систему освещения. Источником света являются энергосберегающие светодиодные светильники с потреблением 40Вт. По наступлению светлого времени суток, освещение автоматически отключается и система переходит в режим генерации и накопления электроэнергии. Полностью заряженная АКБ обеспечивает 3-4 дня автономии системы, при наступлении неблагоприятных погодных условий. Аккумуляторная батарея и контроллер-заряда устанавливается в металлический антивандальный корпус, который располагается под солнечным модулем..

Читать еще:  Выключатель света с фотореле

Преимущества Автономная система освещения “Грин Ток- 40перед аналогичными системами освещения:

  • Использование поликристаллических солнечных модулей с максимально возможным КПД, обеспечивает наименьшие масса-габаритные характеристики модуля, позволяет максимально быстро заряжать аккумуляторные батареи даже в пасмурную погоду;
  • Наши системыкомплектуются контроллерами-заряда с функцией MPPT, что повышает эффективность генерации солнечной энергии на 20-30% в сравнении с традиционными контроллерами заряда PWM;
  • Использование высокоэффективного светодиодного светильника с улучшенными техническими характеристиками;
  • Аккумуляторная батарея с рабочим диапазоном температур от -40 до +50 С и пониженным внутренним сопротивлением позволяет заряжать АКБ даже в пасмурную погоду и при отрицательных температурах.

Оборудование

Дана рекомендуемая конфигурация, возможно любое изменение в составе и параметрах оборудования по желанию заказчика не ухудшающее ее характеристик. Звоните по телефону в Уфе тел.сот 8-917-79-63-549, 8(347) 294-94-45

Источник напряжения или источник тока?

Возможно, вы привыкли думать о солнечной батарее, подобной обычной батарее, за исключением того, что напряжение «батареи» меняется в зависимости от интенсивности света. Однако эквивалентная схема делает фотогальваническую ячейку похожим на источник тока, а не источник напряжения. Это может быть довольно неудобным, поскольку мы все привыкли к питанию цепей с использованием источников напряжения, а не источников тока.

Солнечный элемент на самом деле не является источником напряжения или источником тока, как мы обычно думаем о них, но он может подключать схему в типичном стиле источника напряжения. Дополнительные компоненты в эквивалентной схеме указывают на то, что внутренний источник тока не находится в прямом взаимодействии с компонентами нагрузки. Кроме того, ячейка всегда будет генерировать напряжение (даже если ничего не подключено к клеммам), поскольку внутренний ток протекает через внутренний диод и сопротивление Rp.

Однако, если вы решите думать о солнечной батарее как о простой батарее, имейте в виду, что это довольно посредственная батарея. Прежде всего, напряжение очень непредсказуемо. В качестве примера рассмотрим этот график напряжения разомкнутой цепи по отношению к освещенности.

Освещенность в помещении может составлять 10 или 20 Вт/м2, а прямой солнечный свет на открытом воздухе может дать вам 900 Вт/м2. Поэтому, если вы перенесете устройство из гаража на улицу, напряжение питания вашей схемы может перескочить с 3,5 В до 4,6 В.

Вторая проблема заключается в том, что сопротивление внутренних последовательно соединенных резисторов велико. Другими словами, способность ячейки обеспечивать ток очень ограничена. Ячейка IXYS максимизируется на уровне 4,4 мА – не идеальна для привода двигателей или массива светодиодов, но этого более чем достаточно для работы микроконтроллера на низкой частоте.

Детали и налаживание

Два слова о деталях: конденсатор С1 накапливает энергию СП, способствуя генерации более мощных импульсов. Его емкость некритична, можно поставить и 470 и 1000 мкФ. Рабочее напряжение — не меньше, чем напряжение СП на ярком солнце.

Трансформатор Тр1 намотан на ферритовой «шпульке» внешним диаметром 10 и высотой 15 мм (таких полно в старых мониторах и телевизорах).

Допустимо использовать обломок ферритового стержня длиной 20. 30 мм, насадив на него пару картонных щечек. Намотка ведется «внавал» любым изолированным проводом диаметром 0,15. 0,25 мм.

Сначала наматывают коллекторную часть обмотки (правую по схеме) из 300 витков, затем делают отвод и доматывают (в ту же сторону!) базовую часть обмотки (левую по схеме) из 150 витков, можно более тонким проводом.

Транзистор VT1 — любого типа, кремниевый, маломощный. Защитный диод VD1 -также любой, маломощный, желательно германиевый (у него меньше прямое падение напряжения), но будет работать и кремниевый.

Налаживание инвертера сводится к подбору резистора и конденсатора цепочки R1C2 по максимуму тока, отдаваемому инвертером при малой освещенности СП.

Очень полезно проконтролировать наличие и форму импульсов на коллекторе VT1 с помощью осциллографа. Увеличивая освещенность (поднося СП к настольной лампе) наблюдают увеличение длительности импульсов, что соответствует росту зарядного тока, а затем и срыв колебаний при дальнейшем росте тока.

Для исключения возможности перезаряда батареи совместно с генератором можно использовать и ограничитель напряжения по схеме рис. 1, б.

В заключение автор очень надеется, что читатели повторят, а затем и усовершенствуют это простое зарядное устройство — «кирпичик» будущей Солнечной QRP Энергетики.

Автор: Владимир Поляков RA3AAE. CQ-QRP, №33.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector