Alimentatore con pannelli solari: assemblaggio del sistema fai-da-te

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L’articolo esamina l’applicazione pratica dei pannelli solari, descrive in dettaglio i nodi necessari per un’alimentazione ininterrotta, l’auto-collegamento e l’installazione dei pannelli solari.

Alimentazione solare

Apparecchiature del sistema di alimentazione: gamma, caratteristiche

Nel precedente articolo, abbiamo esaminato i tipi di pannelli solari. Ma nei sistemi di generazione di energia solare, questi elementi sono solo convertitori primari. Per creare una centrale elettrica domestica a pieno titolo, abbiamo bisogno del seguente set di attrezzature:

  • controller di carica della batteria
  • batteria di accumulo (banca azionaria comune)
  • inverter di tensione

Regolatori di carica della batteria sono di due tipi: controller PWM (controller PWM) e controller OTMM (controller MPPT).

Il controller PWM è un dispositivo più semplice ed economico che controlla la carica della batteria. L’efficienza di un controller PWM è generalmente superiore a quella di un controller OTMM a causa del fatto che nella fase iniziale della ricarica collega la batteria quasi direttamente alla batteria solare senza convertire la tensione generata. Si consiglia l’uso di controller OTMM con moduli con tensione di uscita non standard di 28 V o superiore.

Controller PWM

L’uso di controller OTMM sarà giustificato economicamente nei sistemi di generazione con una potenza nominale di oltre 400 W. Un altro motivo per utilizzare un tale controller è la progettazione di una stazione solare per la generazione di energia per tutto l’anno. Nelle nuvolose giornate invernali, durante la ricarica delle batterie, il controller OTMM mostrerà il suo lato migliore.

Batteria nel sistema di alimentazione solare svolge il ruolo di un buffer che accumula energia elettrica.

Batteria solare

A differenza di tutte le altre apparecchiature della stazione solare, la batteria è un materiale di consumo. Pertanto, più a lungo funziona senza sostituzione, più breve sarà il periodo di rimborso dei componenti acquistati. Affinché la batteria duri a lungo, è necessario avvicinarsi responsabilmente alla sua scelta. I parametri principali della batteria che sono di interesse per il potenziale proprietario sono:

  • voltaggio (Volt, V): sono disponibili batterie solari da 12, 24 e 48 V. Per le piccole stazioni domestiche con una capacità di 200-300 W, le batterie da 12 V sono abbastanza adatte;
  • capacità elettrica (Ampere? ora, A? h) – caratterizza la quantità di elettricità che può essere accumulata. Di conseguenza, maggiore è questo parametro, più il sistema elettrico può funzionare in modalità autonoma (con tempo nuvoloso o di notte);
  • livello di autoscarica (% della capacità nominale): più basso è questo parametro, migliore è la batteria.

Inverter di tensione progettato per convertire la tensione costante della batteria nella tensione alternata della rete 220 V che alimenta il carico domestico.

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Esiste una vasta gamma di inverter sul mercato con una varietà di funzioni. Tra i parametri più importanti ci sono i seguenti:

  • potenza dell’inverter;
  • tensione del circuito primario (tensione della batteria collegata);
  • la presenza di protezioni integrate (contro il sovraccarico, contro l’inversione di polarità della batteria, contro il corto circuito nel carico, contro l’eccessiva scarica della batteria);
  • tensione di uscita sinusoidale (in linea di principio, se il carico collegato contiene motori, ad esempio lavatrici, frigoriferi, pompe di circolazione, ventilatori, ecc.).

Va inoltre notato che un numero eccessivo di funzioni comporta solo un aumento del costo del dispositivo e una complicazione della sua configurazione e funzionamento..

Schema di collegamento per apparecchiature della stazione solare

L’assemblaggio di un circuito di una centrale solare è abbastanza semplice. Di seguito una sequenza di connessioni illustrate da fotografie. Per assemblare un sistema semplice, vengono utilizzati un pannello solare con celle policristalline, un controller di carica e una batteria. Iniziamo il montaggio collegando il cavo al pannello solare.

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Per le batterie fornite con un cavo, questo passaggio non è richiesto. Colleghiamo la batteria ai terminali di uscita del controller. Inoltre, i fili provenienti dal pannello devono essere collegati ai terminali di ingresso del regolatore di carica.

Tutte le connessioni vengono effettuate secondo il principio “+” a “+” e “-” a “-“. Forniamo energia dalla batteria ai terminali di ingresso dell’inverter. Dopo aver acceso il controller di carica e l’inverter, possiamo vedere che l’elettricità generata dal pannello solare inizia a caricare la batteria.

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Per determinare la polarità dei terminali della batteria solare, è sufficiente misurare la tensione ai terminali con un multimetro. Se è presente un segno meno vicino alle letture della tensione, la posizione della sonda nera corrisponde al terminale positivo (verificare che le sonde siano collegate correttamente prima di misurare). Se non è presente alcun segno meno, la posizione della sonda nera corrisponde al terminale negativo della batteria.

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Installazione di pannelli solari e apparecchiature elettriche ausiliarie

L’installazione delle apparecchiature elettriche della stazione solare viene eseguita con un filo di rame. La sezione del filo di rame per un pannello deve essere scelta almeno 2,5 mm2. Ciò è dovuto al fatto che la normale densità di corrente in un conduttore di rame è di 5 ampere per 1 mm2. Cioè, con una sezione di 2,5 mm2 la corrente consentita sarà di 12,5 A.

In questo caso, la corrente di cortocircuito del pannello RZMP-130-T con una potenza di 145 W è di soli 8,5 A. Quando si combinano più pannelli con connessione parallela, la sezione trasversale del cavo di uscita comune deve essere selezionata in base alla corrente totale massima di tutti i pannelli secondo il concetto precedente (5 A per 1 mm2).

Ci sono una varietà di cavi solari in vendita. La loro caratteristica distintiva è che l’isolamento esterno del cavo ha subito un trattamento speciale e ha una maggiore resistenza alle radiazioni ultraviolette. Non è necessario acquistare tali cavi. I pannelli solari possono essere collegati con un cavo con un normale isolamento in PVC, ma posarlo in un manicotto ondulato, progettato per la posa di cavi esterni. Questa opzione avrà un costo del 30-40% in meno.

Il controller di carica della batteria e l’inverter devono essere collocati in una stanza asciutta a temperatura ambiente, come un armadio o un corridoio. Non è pratico posizionare l’apparecchiatura all’esterno, poiché i componenti elettronici dell’apparecchiatura non devono essere esposti a forti fluttuazioni di temperatura e umidità. La batteria stessa può essere posizionata insieme all’elettronica.

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Se si decide di utilizzare batterie acide o alcaline, posizionarle in un’area non residenziale ben ventilata, poiché rilasciano vapori di elettroliti dannosi per la salute. Inoltre, non dovrebbero esserci fonti di pericolo di scintille e incendi nella stanza con le batterie, poiché l’ossigeno e l’idrogeno rilasciati in stanze scarsamente ventilate possono formare una miscela esplosiva..

Il pannello solare può essere installato in due modi:

  • L’installazione fissa prevede il posizionamento fisso di pannelli sul tetto della casa o su una staffa fissata a un muro o una fondazione. In questo caso, i pannelli dovrebbero essere rivolti a sud, l’inclinazione orizzontale dei pannelli dovrebbe essere un angolo uguale alla latitudine dell’area più 15 °. La latitudine della tua posizione può essere determinata, ad esempio, dalle letture di un navigatore GPS o nel servizio Google Maps;
  • l’installazione mobile dei pannelli viene effettuata su una traversa, che è in grado di ruotare azimutalmente (nella direzione del sole lungo l’orizzonte) e zenitale, inclinando i pannelli in modo che i raggi del sole cadano su di essi perpendicolarmente. Tale sistema di installazione consente di aumentare l’efficienza dei pannelli solari utilizzati, ma richiede costi finanziari tangibili aggiuntivi per la costruzione della traversa, i motori di azionamento e il sistema per il loro controllo..

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Modi per migliorare l’efficienza dell’alimentazione autonoma

Per migliorare l’efficienza di una centrale solare, puoi procedere in due modi: da un lato aumentare la quantità di elettricità generata e dall’altro ridurre i consumi. I modi per aumentare l’elettricità generata possono essere i seguenti:

  • installazione di pannelli solari su una traversa mobile o su un meccanismo di controllo dell’inclinazione allo zenit (mezza misura, ma anche abbastanza efficace, principalmente per i pannelli monocristallini);
  • utilizzo di batterie di alta qualità con una bassa percentuale di autoscarica e una lunga durata senza una significativa riduzione della capacità;
  • manutenzione regolare del sistema: pulizia dei pannelli da polvere e neve, manutenzione dei collegamenti staccabili e terminali al fine di ridurre la resistenza di contatto e, di conseguenza, le perdite di potenza.

Dal lato del carico, l’efficienza energetica può essere aumentata come segue:

  • assegnazione di un circuito di alimentazione a bassa tensione direttamente dalla batteria, ad esempio per il collegamento dell’illuminazione a LED. Ciò eviterà la doppia conversione di energia nell’inverter;
  • spegnere l’inverter quando il carico è disconnesso alla sua uscita, poiché l’inverter, che è al minimo, consuma ancora una piccola quantità di energia
  • installazione insieme all’illuminazione dei sensori di movimento con un timer per escludere il fastidioso consumo di elettricità dovuto al fatto che si sono semplicemente dimenticati di spegnere la lampada nel corridoio.
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