Автономна система енергопостачання на сонячних батареях здається дуже простою. Адже в ній всього 4 основних компоненти – самі фотоелектричні панелі, акумулятори, контролер заряду та інвертор, що перетворює низьковольтний постійний струм до побутового стандарту ~220 В. Однак ця простота оманлива, – тут, як і в будь-якій системі, всі елементи повинні бути збалансовані між собою. Незбалансованість у разі обернеться невиправданими витратами на невикористовуваний потенціал, а гіршому – виходом з ладу найслабшого елемента як наслідок, непрацездатністю всієї системи.

Насамперед слід з’ясувати, скільки енергії потрібно від автономної системи. Для цього доведеться визначити пікову миттєву потужність, а також розрахувати дві величини очікуваного добового енергоспоживання – його максимальне та середнє значення.

Пікова миттєва потужність визначається сумарною потужністю всіх енергоспоживачів, які можуть бути включені одночасно, тобто найгіршим випадком з погляду навантаження на мережу.

Очікуване добове енергоспоживання складніше. Воно залежить від того, в якому режимі планується використовувати автономну систему електропостачання, що створюється.

Режими автономного електропостачання

1. Повне електропостачання

Повне електропостачання від сонячних батарей має на увазі повну заміну мережного електропостачання на автономне без будь-якого обмеження звичного способу життя. Щоб визначити необхідну кількість енергії, достатньо спостерігати за лічильником електроенергії або просто подивитися на свої щомісячні платежі за електрику. Щоб повністю відключитися від електромережі, але ні в чому не змінювати спосіб життя, необхідна система, здатна за місяць видати не менше 600 кВт·год електроенергії при потужності в тривалому режимі не менше 5 кВт, а споживання енергії за добу може досягати 50 кВт·год при середньому. значенні від 10 до 20 кВт · год на добу.

2. Комфортне електропостачання

Комфортне електропостачання відрізняється від повного лише винятком найненажерливіших споживачів-наприклад електронагрівачів, у яких потужність перевищує 2 кВт або середнє енергоспоживання за добу перевищує 4..5 кВт·год. Таким чином, пральні машини, електропраски, хлібопічки, електрочайники і навіть електропідігрів підлог у санвузлах разом з електробойлерами гарячого водопостачання продовжують залишатися в системі, а от електроплити, електродуховки, конвектори та електропідігрів великих площ виключаються. Що, звісно, не заважає підключити їх до зовнішньої мережі окремою лінією.

Зазвичай комфортний режим вимагатиме в середньому від 100 до 250 кВт·год на місяць (середньодобове споживання від 3 до 8 кВт·год) при піковому споживанні до 15 кВт·год на добу, а миттєва потужність, що споживається, в тривалому режимі не перевищує 5 кВт.

3. Помірне електропостачання

Цей режим передбачає помітні зміни у способі життя за збереження високого рівня комфорту. Втім, список споживачів мало відрізняється від режиму комфортного енергопостачання, за винятком таких необов’язкових елементів, як електрочайники та підігрів підлоги. Використання електропідігріву гарячої води також може бути обмежене. Крім цього, зміни стосуються часу виконання не дуже регулярних, але енергоємних робіт. Щоб заощадити на ємності акумуляторів, такі роботи треба виконувати не вночі і не в похмуру погоду, а в сонячні ясні дні, коли потік сонячної енергії максимальний і частково компенсує розряд акумуляторів, а те, що розрядилося, буде заповнено до темряви. До цих робіт, наприклад, відноситься велике прання (особливо в машині-автоматі з підігрівом води), прасування великої кількості білизни, активна робота з потужним електроінструментом та садовою електротехнікою тощо. Якщо виключити регулярних споживачів другої черги (чайник і водонагрівачі), то слід орієнтуватися на щомісячне споживання близько 150 кВт·год при миттєвій потужності споживання в тривалому режимі до 3..3.5 кВт і пікової потужності до 5 кВт, а очікуване середньодобове споживання. 6 кВт·год з можливим максимумом до 11 кВт·год на добу.

4. Базове електропостачання

У цьому режимі особливості енергоспоживання дуже суттєво впливають на стиль життя. Цей вплив насамперед полягає у постійному обліку поточного навантаження на автономне енергопостачання та необхідності почергового включення більш-менш потужних споживачів. Крім того, в цьому режимі слід постійно пам’ятати про економію, зокрема включати світло тільки там, тоді й стільки, де, коли і скільки воно дійсно потрібне. Те саме стосується й решти електроприладів. Тим не менш, незважаючи на всі застереження, в цьому режимі все ж таки можна підтримувати достатній рівень комфорту і використовувати практично всю домашню електротехніку, проте час включення енергоємних споживачів значною мірою визначається погодою, – всі енергоємні роботи слід проводити тільки в сонячні дні і бажано до обіду, щоб до вечора заряд акумуляторів відновився до максимуму. У цьому випадку щомісячне споживання приблизно 100 кВт·год при миттєвій споживаній потужності в тривалому режимі близько 1 кВт з піковим споживанням до 2.5 кВт, а в моменти використання електроінструменту – до 4 кВт, при очікуваному середньодобовому споживанні 3.. 4 кВт·г з максимумом до 7 кВт·год на добу.

5. Аварійне електропостачання

Аварійний режим має на увазі жорстке обмеження потреб, проте на відміну від попередніх випадків, передбачається, що автономна робота в такому режимі триватиме не більше кількох днів поспіль, тому багато енергоємних електроприладів можна взагалі не використовувати до відновлення звичайного енергопостачання. Завдання аварійного енергопостачання – забезпечити мінімальні зручності та функціонування найважливіших систем життєзабезпечення будинку.

Отже, в даному варіанті все, що не життєво важливо, вимкнено і не включається, у тому числі не використовується телевізор, а взимку – і холодильник (влітку використання холодильника також передбачається обережнішим і рідкісним, що сприяє економії електрики). У цьому випадку щомісячне споживання складе 50..60 кВт·год при миттєвій споживаній потужності в тривалому режимі приблизно 600 Вт з піковим споживанням до 1.5 кВт (у моменти використання електроінструменту – до 2.5..3 кВт), а очікуване середньодобове споживання становить 1.5. 2 кВт·год і не перевищує 6 кВт·год, хоча за рахунок рознесення енергоємних робіт на різні дні цілком реально обмежити денний максимум до 3…4 кВт·год.

У кожному даному випадку дані слід вважати індивідуально, з наявної техніки, власних підходів до її використанню і сформованих навичок. Однак методика розрахунку та сама.

Визначення можливостей Сонця

Отже, потреби в енергії ми щойно визначили. Тепер треба подивитися, що можна отримати від Сонця? Основа такого розрахунку – це дані щодо потужності сонячного випромінювання з урахуванням погодних умов. Бажано, щоб дані були для різних кутів нахилу панелі, хоча б для вертикальної та горизонтальної орієнтації.

Найважливішим питанням є вибір кута нахилу панелі. Маючи на увазі можливість цілорічного використання, слід віддати перевагу куту на 15° більше географічної широти (до того ж, чим більше нахил, тим менше на панелі затримуватиметься пил і сніг).

Нахил вибрано. Тепер можна приступати до оцінки потенційної продуктивності сонячних батарей, або, що те саме, оцінки кількості сонячних модулів, необхідних для роботи системи в бажаному режимі. Оцінку слід провести як мінімум для гіршого місяця (для Москви це січень), для більшої частини року (лютий – листопад) та для літнього максимуму (у Москві це липень).

Стандартна інсоляція розраховується для площі один квадратний метр. Однак точна площа елементів сонячної панелі нам не відома. Зате відома її номінальна потужність, яка визначається для засвічення потужністю 1 кВт/м2 за 25°С. Цього цілком достатньо. Прийнявши потужність сонячного випромінювання біля поверхні Землі (максимальну інсоляцію) тієї ж – що, загалом, відповідає дійсності, – ми отримаємо, що вироблення батареї відноситься до інсоляції квадратного метра також, як потужність батареї відноситься до потужності сонячного випромінювання біля земної поверхні в ясну погоду, що припадає на 1 квадратний метр, тобто до 1000 Вт. Помноживши місячну інсоляцію з таблиці на співвідношення потужностей батареї та максимальної інсоляції, можна оцінити вироблення сонячної батареї за цей місяць.

Таким чином, вироблення панелі будемо розраховувати за такою формулою

Eсб = Eінс · Pсб · η / Pінс (1),

де Eсб – вироблення енергії сонячною батареєю; Eінс – місячна інсоляція квадратного метра (з таблиці інсоляції); Pсб – номінальна потужність сонячної батареї; η – ККД інвертора при перетворенні низьковольтної постійної напруги в стандартну (якщо передбачається використовувати низьковольтну напругу безпосередньо, η можна прирівняти до 1, тобто не враховувати); Pінс – максимальна потужність інсоляції квадратного метра земної поверхні (1000 Вт). Інсоляція і бажана вироблення повинні бути в тих самих одиницях (або кіловат-годинах, або джоулях).

Відповідно, знаючи місячну інсоляцію, можна оцінити номінальну потужність сонячної батареї, потрібну для забезпечення необхідного місячного вироблення.

Pсб = Pінс · Eсб / (Eінс · η) (2).

Слід зазначити, що, як правило, максимальна потужність сонячної батареї, про яку, власне, і заявляє виробник, відповідає напрузі на її виході, що на 15.. 40% перевищує напругу акумуляторних батарей. Більшість недорогих контролерів заряду можуть або підключати навантаження безпосередньо, «просаджуючи» вихідну напругу батарей набагато нижче за оптимальну, або просто відсікати цей «надлишок». Тому ці втрати також можна закласти в ККД, зменшивши його на 10..25% (втрати потужності менше втрат напруги, оскільки при підвищеному навантаженні «просідання» напруги компенсується деяким збільшенням струму, хоч і не повністю; більш точно значення можна визначити, лише знаючи залежність напруги від навантаження струму для конкретної батареї). Однак існують моделі контролерів, які утримують ці втрати в межах 2…5%.

Вибір обладнання

Як уже говорилося, до складу систем електропостачання на сонячних батареях входять такі типи пристроїв:

1. Панелі з фотоелектричних елементів.
2. Контролер сонячної батареї, що забезпечує нормування вихідної напруги батареї, заряджання акумуляторів та (опційно) подачу постійного низьковольтного струму в навантаження.
3. Електрохімічні акумулятори, що запасають енергію в період її надлишку та подають її в систему в період нестачі при недостатньому освітленні фотоелементів або при тимчасовому зростанні споживання.
4. Інвертор, що забезпечує перетворення постійного низьковольтного струму від акумуляторів та фотоелементів до побутового чи промислового стандарту.

Визначальними критеріями вибору є дві потужності – номінальна потужність сонячної батареї та максимальна потужність навантаження, причому в загальному випадку ці величини можуть мало корелювати один з одним. Скажімо, можна весь літній день заряджати акумулятори від 200-ватної сонячної батареї, повертаючи її за Сонцем і накопичивши 2.5 кВт·ч енергії, а ввечері за півгодини витратити їх у зварювання, використовуючи інвертор потужністю 5 кВт.

Але перш ніж вибирати конкретні моделі, слід визначитися з низьковольтною напругою постійного струму, яка використовуватиметься в системі.

Вибір напруги системи

Якщо з вибором вихідної напруги системи все ясно – в Україні це 220 В змінного струму з частотою 50 Гц, то вибір низьковольтної напруги постійного струму, тобто. напруги на вході інвертора, вона ж номінальна напруга блоку акумуляторів та фотоелектричних панелей – набагато ширша. Стандартні потужні акумулятори мають напругу 12, часто зустрічаються і 6-вольтові «мотоциклетні» варіанти. Нарешті, можна знайти модулі напругою 2 і зібрати з них батарею на будь-яку напругу, кратне цьому кроку. Номінальна вихідна напруга фотоелектричних панелей потужністю від 50 Вт і вище зазвичай або 12 або 24 В, але його також можна нарощувати з відповідним кроком, з’єднуючи батареї послідовно.

Більшість інверторів розраховані на напругу постійного вхідного струму 12, 24, 48 або 96 В, залежно від потужності. Справа в тому, що вже для забезпечення потужності в 1 кВт при напрузі 12 В необхідний струм 83 з лишком ампера! Якщо ж врахувати втрати інвертора, які можуть досягати 15%, то струм наближається до 100 А. Подібні і навіть у 2-3 рази більші струми характерні для автомобільного стартера, але там вони протікають рідко і недовго. Тут вони повинні текти в тривалому, практично постійному режимі. В результаті перетин дроту має бути дуже великим – для мідного дроту не менше 25 мм2 (діаметр близько 6 мм), – а самі дроти повинні бути якомога коротшими – не більше метра, а краще постаратися вкластися в 20.. 30 см. в іншому випадку в них будуть занадто великі втрати енергії, що витрачається на їхнє нагрівання, яке не просто марний, а відверто шкідливий і навіть небезпечний. При потужності 10 кВт струм, відповідно, зросте до 1000 А, а перетин дроту збільшиться вже не в 10, а більш ніж у 20 разів через проблеми з відведенням тепла із середини жили – це буде мідний пруток діаметром майже півтора сантиметри. Навіть просто забезпечити компактне і надійне з’єднання, що дозволяє пропускати через нього такі потужні струми протягом багатьох років, дуже складно. З цих причин виробники інверторів обмежують вхідний струм, що споживається інвертором у режимі номінальної потужності, однією-двома сотнями ампер, і при підвищенні потужності змушені піднімати вхідну напругу.

На відміну від фотоелектричних панелей та акумуляторів, інвертори та контролери не можна каскадувати послідовно, тому їх необхідно вибирати, виходячи з напруги постійного струму за необхідною вихідною потужністю інвертора у наведеній вище таблиці.

У межах 24 В ця напруга безпечна і підходить для номінальної вихідної потужності інвертора в кВт і навіть до кВт кВт кВт цілком практично для всіх споживачів зустрічаються в звичайному домашньому господарстві. .Якщо ж потрібно запитати одночасно кілька потужних споживачів то може бути виправдане їх підключення до двох або більше інверторів одночасно-кожного до свого-при тому що номінальна потужність кожного інвертора не перевищує кВт а вхідна напруга залишається в межах. До речі це дозволить системі продовжувати роботу і в разі раптового виходу з ладу одного з інверторів, що залишиться, забезпечить необхідну напругу, хоча за потужністю навантаження, звичайно, потрібно буде стежити більш ретельно. І лише тоді, коли потужність одного споживача перевищує вихідну потужність одного інвертора, доведеться взяти більш потужний інвертор і отже перейти на більш високу напругу постійного струму. Поєднувати таким чином інвертора можна з деякими обмеженнями при монтажі, інакше можливий вихід інвертора з ладу.

Вибір інвертора

Насамперед, вибраний інвертор повинен забезпечити необхідну вихідну потужність. Вхідна (низьковольтна) напруга пов’язана з цією потужністю досить тісно. Але, крім цього, у інверторів є й інші характеристики, на які слід звернути увагу.

По-перше, це форма струму, що виробляється. Найпростіші моделі виробляють змінний струм трикутної або прямокутної форми (меандр). Такий струм успішно «їдять» лише нагрівальні прилади, що не містять електронних блоків, та лампи розжарювання. Вся решта електротехніки (будь-які електромотори, трансформатори, люмінесцентні та енергозберігаючі лампи та ін.) від струму подібної форми можуть або вийти з ладу, або не запуститися, або працювати, але дуже погано – при тому, що тестер чесно показує 220 В. Дещо більше прийнятний струм трапецеїдальної форми. На щастя, нині інвертори, які виробляють на виході змінний струм таких форм, трапляються рідко. Найчастіше сучасні інвертори видають так званий «модифікований синус», що є ступінчастим наближенням до синусоїдальної форми. Така форма струму цілком успішно «перетравлюється» практично всіма сучасними побутовими пристроями та електроінструментами, але звук роботи деяких з них помітно змінюється і стає голоснішим, а блоки живлення можуть почати помітно «дзвеніти». Щоб усунути цю проблему, можна спробувати використовувати різні фільтри, що згладжують нерівності струму. Нарешті, інвертори, що виробляють «чистий синус», видають струм, форма якого дуже близька до ідеального синуса і зазвичай набагато краща, ніж форма струму в громадській електромережі. Єдиний недолік цього класу інверторів – вони трохи більші і в півтора-два рази дорожчі за аналогічні інвертори з «модифікованим синусом».

По-друге, це ККД інвертора. Чим він вищий, тим менші непродуктивні втрати енергії. Більшість сучасних інверторів мають ККД понад 90%.

По-третє, це здатність інвертора працювати як зарядки акумуляторів. По суті, такий інвертор в комплекті з акумуляторами цікавий вже сам по собі, – навіть без сонячних батарей він є джерелом безперебійного живлення (UPS) – приблизно таким, які використовуються для комп’ютерів, але потужністю в кілька кіловат і ємністю в кілька кіловат-годин . При роботі із сонячними батареями ця особливість також дуже корисна – вона дозволяє зменшити запас потужності сонячних батарей та ємності акумуляторів для найбільш несприятливої ситуації, оскільки при нестачі сонячної енергії акумулятори можна зарядити від зовнішньої мережі або аварійного генератора.

У четвертих чим докладніше індикація краще. Дуже бажана можливість контролю вхідної напруги на акумуляторах так і вихідного в розетці. Крім того, необхідна наявність захисту від перевантаження і від короткого замикання в навантаженні.

По-п’яте, дуже добре, якщо інвертор допускає короткочасне перевищення номінального навантаження хоча б у півтора-два рази. Це дозволяє використовувати електромотори та нагрівальні прилади, потужність яких дорівнює номінальній потужності інвертора. Справа в тому, що при їх включенні струм на секунду-другу значно перевищує відповідний номінальному режиму. Якщо захист інвертора налаштована строго на його номінальну потужність, то в цей момент вона може спрацювати і не дасть використовувати електроприлад, споживання якого насправді повністю укладається в рамки номінальної потужності, за винятком короткого моменту включення.

По-шосте, корисна функція, яка при повному заряді акумулятора підключає до окремої лінії додаткове навантаження, наприклад водонагрівачі. У сонячні дні це дозволяє з користю автоматично утилізувати надлишок енергії та не допускати витрати енергії на другорядні цілі тоді, коли її мало.

І останнє. За винятком якихось особливих випадків, при потужності споживання до 10 кВт набагато зручніше використовувати не трифазну, а однофазну напругу. Це спрощує розведення по будинку та усуває проблеми, пов’язані з розподілом фаз споживачам. До того ж трифазні інвертори важче знайти, і вони складніші і дорожчі, ніж однофазні тієї ж потужності.

Вибір акумуляторів

Найбільш широко поширені акумулятори на 12 В, і саме з них зазвичай збираються акумуляторні батареї на будь-яку напругу, кратну цій величині, у тому числі 24, 48 і 96 В. Акумуляторний блок системи автономного електропостачання характеризується такими основними параметрами, як робоча ємність, струм заряду та струм розряду.

При робочій напрузі, що перевищує 12, кілька акумуляторів з’єднуються послідовно таким чином, щоб сума їх номінальних напруг відповідала необхідному номінальному напрузі блоку. Якщо сили струму або запасу енергії однієї такої збірки не вистачає, то кілька збірок з’єднуються паралельно, поки сумарні можливості не досягнуть необхідного порога.

Вибір типу

В даний час економічно виправданої альтернативи потужним свинцево-кислотним акумуляторам немає. Однак цей клас акумуляторів має кілька різновидів.

Попередній вибір ємності. Робочий та буферний енергозапас

Насамперед необхідно визначитися із загальною енергоємністю блоку акумуляторів. Найчастіше можна сказати, що робочий енергетичний запас такого блоку слід вибирати приблизно рівним розрахунковому середньодобовому споживанню в мінімально прийнятному режимі. Наприклад, для аварійного режиму це буде 2 кВт·год, для базового – 4 кВт·год, для помірного – 5 кВт·год тощо.

Розрахунок ємності акумуляторної батареї

Як вибрати ємність окремого акумулятора? Скажімо, 24-вольтовий блок на 2 кВт·год можна зібрати з восьми 12-вольтових акумуляторів по 50 А·год, чотирьох по 100 А·год або двох по 200 А·ч. В даному випадку я віддаю перевагу 100-амперним акумуляторам. 200-амперні дуже громіздкі і важать 65..75 кг, так що навіть пересунути їх поодинці зовсім непросто, особливо в тісних незручних місцях. У той же час 50-амперні акумулятори вимагатимуть надто великої кількості з’єднань, а це збільшує трудомісткість монтажу та знижує надійність. 100-амперні акумулятори важать менше 40 кг, і їх не так складно підняти, поставити або пересунути одній людині, при цьому кількість комутацій вдвічі менша, ніж при використанні 50-амперних, а сумарна ціна блоку акумуляторів буде трохи нижчою.

Слід наголосити, що це лише попередній вибір ємності, і її обов’язково слід перевірити на відповідність параметрам заряду та розряду, заявленим виробником акумуляторів. Саме вони мають пріоритетне значення.

Струми заряду та розряду. Остаточний вибір ємності

Сумарний струм зарядки, що дорівнює максимальному струму сонячної батареї, не повинен перевищувати вказаний виробником максимально допустимий струм заряду акумулятора, помножений на кількість паралельних зборок (саме збірок, а не окремих акумуляторів). Це може бути порушено, якщо сонячна батарея потужна, а блок акумуляторів занадто слабкий. І тоді можливий не тільки швидкий вихід акумуляторів з ладу, але навіть їх вибух та загоряння!

З іншого боку, надто малий струм заряду не зможе повністю зарядити акумулятори. Це відбувається тоді, коли ємність блоку акумуляторів надто висока, а сонячна батарея має невелику потужність. При недовгій експлуатації це призведе лише до скорочення запасу енергії в акумуляторах, проте постійний недозаряд знижує ємність акумуляторів та скорочує термін їхньої служби.

Нарешті, струм, споживаний інвертором в режимі максимальної потужності, не повинен перевищувати гранично допустимий струм розряду акумуляторів, помножений на їх паралельні зборки. Для забезпечення більш комфортних умов роботи та хорошої енерговіддачі акумуляторів бажано, щоб струм розряду в тривалому режимі не перевищував половину, а краще п’яту частину максимально допустимого значення.

Точні значення струмів слід дивитися в документації на конкретну модель акумулятора, проте для попередніх прикидок можна прийняти такі величини цих струмів в амперах щодо ємності в ампер-годинниках:

• максимальний струм розряду чисельно дорівнює ємності і допустимо лише в короткочасному режимі – менше хвилини;
• оптимальний струм розряду не перевищує 20% ємності (для тривалого безперервного навантаження краще вкластися в 5.. 10%, – скажімо, навантаження від освітлення становить менше 10%, а при включенні холодильника залишається в межах 20%);
• оптимальний струм заряду становить 5..10% від ємності;
• максимальний струм заряду вбирається у 20% від ємності (іноді – до 30%).

Основним критерієм вибору ємності акумуляторів є струм заряду, оскільки саме він надає головний вплив на довговічність та безпеку їх експлуатації. Виходячи з вищенаведених цифр, сумарна ємність складання акумуляторів в ампер-годинах повинна в 5.. 10 разів перевищувати максимальний сумарний струм складання фотоелектричних панелей в амперах (не окремих акумуляторів і панелей, а саме їх складання на номінальну низьковольтну напругу). А вже в цих межах можна орієнтуватися на потрібний запас енергії. Деякі моделі акумуляторів дозволяють розширити межі допустимого діапазону ємностей блоку до 3 .. 20 разів від максимального струму панелей, що виробляється.

Вибір панелей фотоелементів

При виборі панелей слід враховувати три фактори – їхню геометрію, номінальну вихідну напругу та тип фотоелементів.

Геометрія визначається конкретними умовами установки, і тут важко дати загальні рекомендації крім однієї – якщо є можливість вибору між однією великою панеллю і кількома маленькими, краще взяти більшу – ефективніше використовується загальна площа і буде менше зовнішніх з’єднань, а значить, вища надійність. Розміри панелей зазвичай не надто великі і не перевищують півтора-два квадратні метри при потужності до 200-250 Вт. Для досягнення потрібних значень номінальної напруги та номінальної потужності панелі можна об’єднувати в послідовні зборки, які потім комутуються паралельно – аналогічно тому, як вище це показано для акумуляторів. Як і у випадку акумуляторів, в одній збірці слід використовувати лише однотипні панелі.

З напругою теж все просто – краще вибирати 24-вольтові панелі, оскільки робочі струми у них удвічі менші, ніж у 12-вольтових тієї ж потужності. Панелі однакової потужності того самого виробника, розраховані на різну напругу, зазвичай відрізняються лише внутрішньою комутацією фотоелементів. Панелі з номінальною напругою вище 24 вольт зустрічаються рідко і зазвичай збираються з низьковольтних. 12-вольтові панелі, на мій погляд, виправдані лише у двох випадках – для малопотужних систем, де 12 вольт є робочою напругою інвертора, а також якщо з архітектурних чи конструктивних міркувань необхідно використовувати панелі малого розміру, для яких не існує варіантів на 24 В.

При самостійному складанні панелей з окремих фотоелементів не слід забувати про включення в ланцюжки захисних діодів, які попереджають протікання зворотного струму при нерівномірному засвіченні. В іншому випадку потужність, вироблена освітленими секціями панелі, замість корисного навантаження виділятиметься на тимчасово затіненому фотоелементі, а це загрожує його перегріванням і повним виходом з ладу (неосвітлений фотоелемент у цій ситуації виявиться відкритим діодом). Допустимий струм захисних діодів повинен бути більшим, ніж струм короткого замикання ланцюжка фотоелементів, що захищається, при максимальній освітленості.

Зрештою, треба вибрати тип фотоелементів. В даний час найчастіше пропонуються фотоелементи на монокристалічному або полікристалічному кремнії. Монокристалічний кремній зазвичай має ККД в районі 16-18%, а полікристалічний – 12-14%, зате він дещо дешевше. Однак у готових панелях ціна за ват (тобто в перерахунку на потужність, що виробляється) виходить майже однаковою, і монокристалічний кремній може виявитися навіть вигіднішим. За таким параметром, як ступінь та швидкість деградації, різниці між ними практично немає. У зв’язку з цим вибір на користь монокристалічного кремнію є очевидним. Крім того, найчастіше при зниженні освітленості монокристалічний кремній забезпечує номінальну напругу довше, ніж полікристалічний, а це дозволяє отримувати хоч якусь енергію навіть у похмуру погоду і в легких сутінках. Зате у полікристалічного кремнію зазвичай нижче напруга холостого ходу (у монокристалічного воно може перевищувати вдвічі номінал). Але якщо підключати панель до інвертора та акумулятора не безпосередньо, а через контролер, підвищена напруга не має суттєвого значення.

І останнє. Зазвичай немає сенсу вибирати сумарну потужність панелей фотоперетворювачів більше за потужність інвертора. Тим не менш, таке перевищення може бути виправдане за наявності потужного постійного навантаження та потужного блоку акумуляторів або у розрахунку на тривалі періоди похмурої погоди.

Вибір контролера

У сучасних системах контролер заряду стоїть між сонячною батареєю та акумуляторами. Його головне завдання – це нормувати напругу, що виробляється панелями фотоелементів, до напруги, необхідної для заряду акумуляторів з урахуванням їхнього поточного стану, у тому числі відключаючи їх від фотоелементів при повній зарядці, щоб уникнути перезаряду (перезаряд запобігається за напругою), але не запобігає по напругі. Найпростіші варіанти просто підключають і відключають батареї, а просунуті здатні навіть «підтягнути» занадто низьку напругу, що виробляється панелями фотоелементів при слабкому освітленні, до необхідного рівня за рахунок зменшення струму.

Типи контролерів заряду

При правильному виборі панелей великої необхідності підвищення напруги немає. Набагато важливіше можливість знизити відносно високу «оптимальну» напругу фотоелектричної батареї, що відповідає максимальній потужності, що виробляється, до більш низького рівня, необхідного для зарядки акумуляторів, перетворивши надлишок напруги в додатковий струм і забезпечивши повне використання номінальної потужності батареї. Як уже говорилося вище, при прямій комутації виходу панелі фотоелементів на акумулятори через неоптимальне навантаження напруга може «просідати» нижче оптимуму на 15..40%, через що втрати потужності можуть досягати 25%.

Технологію, що запобігає таким втрат, деякі виробники контролерів називають MPPT (Maximum Power Point Tracking – відстеження точки максимальної потужності). Вона полягає в постійному вимірі струму і напруги, що виробляється панелями, і забезпеченні їх оптимального співвідношення, яке залежить, зокрема, і від часу доби, і від поточної ситуації на небі (визирнуло сонце або набігло хмара). Це дозволяє досягти оптимального використання потужності батарей практично у всіх режимах роботи та зменшити втрати до 3%. Проте вартість таких контролерів перевищує вартість найпростіших моделей у кілька разів. Тому в малопотужних системах може виявитися вигідніше придбати зайву панель на 100…200 Вт і обмежитися простим контролером заряду, але не переплачувати за MPPT.

Як додаткова опція, деякі контролери можуть відключати низьковольтне навантаження при занадто великому розряді акумуляторів. Однак ця функція також не дуже актуальна, оскільки багато сучасних інверторів роблять те саме, але для всієї підключеної до них потужності, а потужність контролерів заряду дуже обмежена.

Вибір потужності контролера

Найбільш поширені контролери, розраховані на струм в 10…20 А, іноді на 30 А. Більш потужні контролери зустрічаються рідше і коштують значно дорожче. Тим не менш, цілком можливо об’єднати кілька не дуже потужних контролерів паралельно, підключивши кожен із них до своєї групи фотоелектричних панелей. Така схема має деякі незручності, але здебільшого цілком прийнятна. Втім, консультація у продавця (а краще у виробника) не завадить, оскільки конкретні моделі контролерів можуть мати особливості, що не дозволяють подібне підключення (це особливо актуально для контролерів з MPPT та інтелектуальних контролерів, що змінюють режим заряду в міру зарядки акумулятора).

При підключенні панелей до контролера треба стежити, щоб їхній сумарний максимальний струм не перевищував 75%.. 85% від номінального струму контролера. Наприклад, для 20-амперного контролера сумарний струм повинен становити не більше 15.. 17 А. Цей запас необхідний для того, щоб контролер міг витримати надлишковий виробіток, наприклад, у ясний зимовий день, коли білий сніг, що чудово відбиває світло, сприяє перезасвітленню фотоелементів в порівнянні з розрахунковою, а помірний мороз трохи підвищує їх ККД. Таким чином, до одного 20-амперного контролера можна підключити панелі на 24 В сумарною потужністю 600 Вт, а на 12 – всього 300 Вт.

Системи автономного живлення