2.8.3. Система электроснабжения на солнечных батареях
При создании системы электроснабжения на солнечных батареях для загородного дома, как и в случае с ветроэнергетическими установками, возможны различные варианты. Одна схема автономного электроснабжения может быть построена с наличием низковольтной сети постоянного тока с напряжением 12 В для освещения (рис. 2.32). При этом загородный дом оборудуется для освещения энергосберегающими лампами 12 В, а для питания бытовой техники на 220 В используется инвертор, подключенный к аккумулятору. Цена энергосберегающих ламп ELS NAPS мощностью 5 Вт на напряжение 12 В (рис. 2.33) составляет 650 руб. [27].
Рис. 2.32. Автономная система электроснабжения на солнечных батареях с низковольтной сетью для освещения
Рис. 2.33. Энергосберегающие лампы ELS NAPS (5 Вт, 12 В)
Обычно такие системы применяются, если максимальное расстояние от аккумулятора до самой дальней подключенной нагрузки не превышает 10–15 м, а ее мощность не более 100 Вт. При этом нужно следить за тем, чтобы падение напряжения при всех включенных потребителях в самой дальней точке было в пределах допустимого (обычно не более 10 %).
Дальнейшее развитие схемы – введение в нее контроллера и отказ от низковольтной сети освещения – иллюстрирует рис. 2.34. Контроллер заряда служит для предохранения аккумуляторов от избыточной подзарядки солнечной батареей, а также от избыточной разрядки в ходе ее использования. Так как все это отрицательно влияет на функциональность и сокращает срок службы оборудования. При такой схеме производимая электроэнергия аккумулируется в батареях и расходуется затем в темное время суток или в период слабой инсоляции.
Рис. 2.34. Автономное обеспечение электроэнергией загородного дома от солнечных модулей и аккумуляторов
Система данного типа требует, чтобы фотоэлектрическое поле имело размеры, обеспечивающие в период нормальной инсоляции как непосредственно нагрузку рабочего электрического контура, так и подзарядку аккумуляторных батарей.
Если загородный дом подключен к сети централизованного электроснабжения, то желательно выбрать систему электроснабжения с фотоэлектрической установкой в качестве резерва (рис. 2.35). При отключении сети или недостаточном сетевом напряжении включается фотоэлектрическая установка. Малые резервные фотоэлектрические установки служат для электроснабжения наиболее важной нагрузки: освещение, компьютер и средства связи. Более крупные системы могут также снабжать энергией, например, холодильник. Чем больше мощность, необходимая для питания ответственной нагрузки, и чем дольше периоды отключения сети, тем большая мощность фотоэлектрической системы необходима.
Рис. 2.35. Автономное обеспечение загородного дома от солнечных модулей с возможностью переключения на центральную электрическую сеть
Устройство автоматического ввода резерва (АВР) позволяет переключить питание объекта при отсутствии солнечной энергии и полном разряде аккумуляторов на электросеть. Эта же схема может функционировать и наоборот: солнечный модуль служит резервным источником питания. В этом случае АВР переключается на аккумуляторные батареи при потере питания от электросети.
Заметим, что количество вырабатываемой генератором электроэнергии зависит от целого ряда факторов, в частности угла наклона и ориентации установки. Критерием ориентации генератора является азимут.
Угол наклона – это угол между горизонталью и батареей. При установке на скатной крыше угол наклона задается скатом кровли. Наибольшее количество энергии воспринимается панелью батареи при расположении ее плоскости под прямым углом к направлению солнечных лучей. Поскольку угол падения света зависит от времени суток и года, ориентацию плоскости батареи следует выполнять в соответствии с высотой Солнца в период поступления наибольшего количества солнечной энергии.
Азимут описывает отклонение плоскости солнечной батареи от направления на юг; если плоскость батареи ориентирована на юг, то азимут равен нулю.
Устанавливать солнечную батарею и определять ее размеры нужно так, чтобы воздействие дающих тень соседних зданий, деревьев, линий электропередачи и т. п. было незначительным.
Важная часть солнечной фотоэлектрической системы – поддерживающая конструкция для солнечных панелей – обеспечивает правильный угол наклона панелей, а также необходимую жесткость. Комбинация поддерживающей конструкции с солнечными модулями должна выдерживать порывы ветра и другие неблагоприятные воздействия окружающей среды.
Варианты монтажа установки:
• наклонный (на крышу с любым углом наклона ската, рис. 2.36);
Рис. 2.36. Солнечные батареи, установленные на южной стороне крыши
• горизонтальный (на плоскую крышу);
• свободностоящий (солнечная батарея с опорной конструкцией, рис. 2.37);
Рис. 2.37. Солнечная батарея с опорной конструкцией системы электроснабжения Naps BigPack 390 Вт/1,3 кВт
• интегрированный.
Соединенные с сетью системы могут быть элементом конструкции здания. Более того, интеграция в здание может быть отличным способом улучшить архитектуру здания и показать, что конструктивные элементы здания также могут выполнять функцию генерации электричества. Для таких применений разрабатываются и изготавливаются специальные конструкции.