Полезные заметки о мощности солнечных элементов

Суть внесетевой расчетной мощности!

Провод правильного размера может изменить ситуацию между недостаточной и полной зарядкой аккумулятора, между тусклым и ярким светом, между слабым и мощным исполнением инструментов и приборов. Разработчики цепей низкого напряжения часто не знают о последствиях падения напряжения и сечения проводов. В стандартной домашней электрической системе (120/240 Вт п/т) размер проводов подбирается в первую очередь, учитывая безопасное проведение мощности тока (внутреннего тока). Так как главной проблемой является пожарная безопасность. В системах низкого напряжения (12, 24, 4 Вт постоянного тока) главной проблемой является потеря мощности. Размер провода не должен зависеть от токовой нагрузки, так как это дает меньше допустимости падения тока (за исключением очень коротких промежутков). Например, падения с 12 Вт до 1Вт вызывает потери мощности в 10 раз больше, чем падения со 120Вт до 1 Вт.

Используйте следующую таблицу в качестве основного инструмента для решения проблемы расчетной мощности. Она заменит вам большинство страниц со старыми диаграммами. Вы можете сопоставить ее с любым рабочим напряжением, любым процентом падения напряжения.
 

Определение допустимого падения напряжения для разных электрических нагрузок.

Общее правило заключается в подборе размера провода примерно на 2-3% ниже при нормальной нагрузке. Если это покажется вам слишком дорогим, рассмотрите следующие варианты. Разные электрические цепи имеют разный допуск падения напряжения.

Электрическая проводка, лампы накаливания и кварцевый галоген (QH):


Не пытайтесь сэкономить  на этом! 5% падение напряжения вызывает приблизительно 10% потерь светового потока. Так происходит, потому что лампа не только получает меньше энергии, но кулер нити падает с раскаленного белого до раскаленного красного, излучая намного меньше видимого света.

Электрическая проводка, флуоресцентные лампы:


Падение напряжение приводит к почти пропорциональному падению светового потока. Флуоресцентные лампы используют от 1/2  до 1/3 накаливания тока того же светового потока, так что для них могут использоваться провода меньшего размера. Мы выступаем за использование качественных флуоресцентных ламп. Жужжание, мерцание и тусклый свет отсутствуют в большинстве компактных флуоресцентных лампах, электронных балластах и трубах полного спектра. Используйте их для освещения офиса так, чтобы клиенты могли  их видеть.


Двигатели постоянного тока могут быть использованы для систем возобновляемой энергии, особенно для водяных насосов. Они работают на 10-15% эффективнее, чем двигатели переменного тока, а так же ликвидируют затраты и потери, связанные с инверторами. Двигатели постоянного тока не требуют чрезмерного всплеска мощности при запуске, в отличие от двигателей переменного тока. Падения напряжения при начальном всплеске просто приводит к мягкому запуску.

Индукционные двигатели переменного тока обычно используются в эксплуатации массивных электроинструментов, бытовой технике и насосах. Они проявляют очень высокую волну при запуске. Значительное падение напряжения в этих схемах может привести к сбою запуска и возможному повреждению двигателя. В таких случаях следуйте Национальному Электрическому Кодексу. Касательно насосов, следуйте инструкциям производителя.

Размер проводов для прямых фотоэлектрических солнечных водяных насосов не должен рассчитываться по номинальному напряжению (т.е 24Вт), но по фактическому рабочему напряжению (в этом случае приблизительно 34Вт). Если аккумулятор не заставит напряжение упасть, рабочее напряжение даст сбой, достигнув своего пика.

 
Зарядные цепи фотоэлектрических батарей имеют решающее значение, потому что падение напряжения может привести к диспропорциональной потере заряда. Чтобы зарядить аккумулятор, генерирующее устройство должно подавать более высокое напряжение, чем уже существующее в батарее. Поэтому большинство фотоэлектрических модулей изготовлены с учетом пиковой точки 16-18 Вт. Падение напряжения больше чем на 5% приведет к сокращению этой необходимой разницы в напряжении, и может понизить зарядный ток в батарее на более высокий процент.  Наша основная рекомендация в этом случае рассчитывать на процент падения напряжения на 2-3%. Если вы полагаете, что фотоэлектрический порядок может быть расширен в будущем, выбирайте размер провода относительно будущего расширения. Ваши клиенты оценят вашу предусмотрительность, когда придет время менять проводку.

Схема ветряного генератора: В большинстве местностей, ветровой генератор производит полный объем номинального тока только во время бури или случайных порывов. Если провода, рассчитанные на низкие потери, обходятся дорого, вам может подойти вариант, когда падение напряжение равно 10% при номинальном токе. Такая потеря может произойти лишь случайно, когда энергия находится в изобилии. За более подробной информацией обратитесь к инструкции по эксплуатации ветряных систем.

Больше методов для снижения затрат

Алюминиевый провод может быть более экономичным, чем медный, для некоторых основных линий. Энергетические компании использует его, потому что он дешевле, чем медный и легче по весу, даже если его затрачивается большое количество. Он безопасный в установке. Его можно рассматривать в качестве материала для длинных, дорогих пролетов. Разница в цене колеблется в зависимости от рынка металла. Нужно так же иметь в виду, что он жесткий, сложно-сгибаемый и не предназначен для погружных насосов.


Высоковольтные фотоэлектрические модули: Вы можете использовать высоковольтные модули (18 + Вт пиковая точка мощности, как в BP-585 и BP-590) для компенсации чрезмерного падения напряжения. В случаях длинного расстояния, повышенные цены на модуль могут оказаться ниже цен провода большего размера.

Системы слежения за солнцем: Используйте систему слежения за солнцем таким образом, чтобы была задействована меньшая сетка, в частности в разгар лета (система отслеживания получает больше энергии летом, когда солнце проходит по самой длинной дуге на небосводе). Для фотоэлектрической сетки меньшего размера потребуются соответственно меньшие провода.
 

Водяные глубинные насосы: Рассмотрим низкую энергетическую систему, медленной закачки накопительного бака для сбора воды. В этом случае уменьшается размер, как проводов, так и труб, в случае если задействованы подъёмы или длинные пробеги. Прямая система закачивания может заменить длинный пробег проводов использованием отдельной  фотоэлектрической сети, расположенной рядом с насосом. Наши Submersible, Solar Slowpump, Flowlight Booster Pump и Solar Force Piston Pump – высокоэффективные насосы прямого тока, которые дают напряжение до 48Вт. Мы так же разрабатываем насосы переменного тока и конверторы, что позволит передавать переменный ток на более длинные расстояния. Эти насосы потребляют меньше рабочего тока, и намного меньше тока для запуска, по сравнению со стандартными насосами переменного тока, тем самым уменьшая необходимый размер провода
 

 Увеличение солнечного заряда с помощью отслеживания контроллера заряда (MPPT)


В относительно ближайшем будущем появятся новые контроллеры заряда. Такое устройство называется отслеживание точки максимальной мощности (MPPT). Он извлекает дополнительную мощность из вашей фотоэлектрической сети при определенных условиях. В данной статье описывается процесс механической аналогии, для людей, которые не знакомы с базовыми основами работы электроэнергии. 


 Функция MPPT аналогична функции коробки передач автомобиля. Когда передача находится в неверном положении, колеса не получают максимальную силу. Это происходит потому, что двигатель работает быстрее или медленнее своего идеального диапазона скоростей. Цель коробки передач объединять двигатель и колеса таким образом, который позволял бы двигателю работать в благоприятном диапазоне скоростей, не смотря на изменение ускорения или местности.

Давайте сравним фотоэлектрический модуль с двигателем автомобиля. Его напряжение аналогично скорости двигателя. Его идеальное напряжение наступает в момент, когда он может давать максимальную мощность. (Так называемый пик напряжения, сокращенно Vpp). Vpp варьируется в зависимости от интенсивности солнца и температуры солнечной панели. Напряжение батареи мы можем сравнить с колесами автомобиля. Оно зависит от состояния зарядки аккумулятора и от нагрузки на систему (любые устройства или свет, которые могут оказывать влияние). Для 12Вт системы, оно колеблется от 11Вт до 14.5Вт.
 

Для того, чтобы зарядить батарею (повысить напряжение) PV модуль должен подать напряжение больше, чем есть в батарее. Если напряжение Vpp модуля немного ниже, чем у аккумулятора, тогда ток падает практически до нуля (как двигатель поворачивает медленнее, чем колеса). Таким образом, чтобы не рисковать, фотоэлектрические модули производится с Vpp равному 17Вт, при температуре панели 25 ° C. Это делается, потому что в очень жаркий день он снизится до 15Вт. И в очень холодный может подняться до 18 Вт.


Что происходи, когда Vpp намного больше, чем напряжение в батарее? Напряжение модуля ослабевает до менее, чем идеального напряжения. Обычно контроллеры заряда передают PV ток прямо к батарее, не давая вам никакой пользы от дополнительного потенциала.


Теперь давайте проведем еще одну аналогию. Передача автомобиля меняет соотношение скорости и вращательного момента. При низкой передаче, скорость колес уменьшается, а вращательный момент увеличивается, верно? Точно также MPPT меняет соотношение между напряжением и током, который подается к батарее, чтобы обеспечить максимальную мощность. Если PV обладает избыточным напряжением, он преобразует его в дополнительный ток для батареи. Это похоже на работу автоматической коробки передач. Так как Vрр меняется при температуре и других условиях, он следует изменению и подстраивается под него должным образом. Именно поэтому это называется отслеживание точки максимальной мощности.


Какую пользу нам дает MPPT в реальном мире? Это зависит от вашей схемы, климата, сезонной нагрузки. Это дает вам эффективный текущий импульс в том случае, когда Vpp хотя бы на 1Вт выше, чем напряжение в батарее. В жаркую погоду это не всегда действует, только если батареи не разряжены. В холодную же погоду Vpp может подниматься до 18Вт. Если вы употребляете больше энергии в зимний период (как в большинстве домов), и зимы в вашем регионе холодные, тогда вы можете получить существенный приток энергии, когда вы больше всего нуждаетесь в нем!

Вот пример работы MPPT в холодный зимний день:
Погода на улице: 20°F (-7°C), немного дует ветер, и температура PV панели поднимается не больше,  чем до 32°F (0°C).


Vpp = 18Вт  Напряжение в батарее немного ниже, и включено зарядное устройство, значит напряжение в батарее достигает 12.0


Соотношение напряжения Vpp к батарее составляет 18:12 = 1.5:1


В этих условиях, теоретически идеальный MPPT (без падения напряжения в сети) увеличит текущий заряд на 50%. На самом деле, есть некоторые потери при преобразовании, так же как потери при трении для трансмиссии автомобиля. По свидетельству очевидцев увеличение до 20-30% обычно наблюдается.

Контроллеры заряда


Контроллер заряда является неотъемлемой частью практически всех энергетических систем, вне зависимости от источника заряда – PV, ветер, вода, топливо, энергосеть. Его функция обеспечивать вашим батареям заряд и продлевать срок их жизни.


Основные функции котроллера довольно просты. Контроллер заряда блокирует обратный ток и предотвращает перезарядку батареи. Некоторые контроллеры так же предотвращают чрезмерную разрядку батареи, защищая от электрической перезагрузки,  показывая состояние аккумулятора и потока энергии. Давайте рассмотрим каждую функцию по порядку.

Блокирование обратного тока


Фотоэлектрические панели передают ток через вашу батарею в одном направлении. Ночью панели могут проводить небольшое количество тока в обратном направлении, вызывая легкую разрядку батареи (под словом батарея мы подразумеваем одну батарею или набор батарей). Потенциальные потери не так значительны, но и их можно избежать. Некоторые ветряные и гидрогенераторы так же дают обратный ток во время остановки.
 

В большинстве контроллеров, зарядный ток проходит через полупроводники (транзисторы), которые действуют как клапаны контроля тока. Они и называются «полупроводники» потому что проводят ток только в одном направлении. Это предотвращает возникновение обратного тока без дополнительных усилий и затрат.
 

В некоторых контроллерах, электромагнитные катушки открывают и закрывают механический переключатель. Это процесс называется ретрансляция (или простыми словами включить – выключить). Переключатель отключается ночью, блокируя появление обратного  тока.


Если вы используете PV схему для незначительного заряда батареи (очень небольшая схема по отношению к размеру батареи), тогда вам не понадобится контроллер заряда. Его применяют только в редких случаях. Примером может быть миниатюрный поддерживающий модуль, который предотвращает разряд батареи в припаркованном автомобиле, но не справляется со значительными нагрузками. В этом случае вам проще установить обычный переходник, чтобы предотвратить появление обратного тока. Переходник, используемый в этих целях, называется «блокирующий переходник».

 Предотвращение перегрузки


Когда батарея полностью заряжена, она больше не может накапливать входящую энергию. Если энергия продолжает поступать при полной зарядке, напряжение становится слишком большим. Вода распадается на водород и  кислород, и начинает пузыриться (выглядит как будто процесс кипения, поэтому мы иногда называем его так, хотя он таковым и не является). Это приводит к потере воды, и есть вероятность того, что газы могут воспламениться и привести к небольшому взрыву. Батарея начинает портиться и может перегреться. Чрезмерное напряжение может плохо подействовать на зарядку (свет, приборы и тд) или привести к выключению инвертора.


Предотвращение перезарядки это просто вопрос снижения потока энергии аккумулятора в момент, когда батарея достигает определенного напряжения. Когда напряжение падает из-за снижения интенсивности солнца или увеличение электрической нагрузки, контроллер позволяет максимально зарядиться. Это называется «регулирование напряжения». Это самая важная функция всех контроллеров заряда. Контроллер оценивает уровень напряжения и реагирует соответственно.


Некоторые контроллеры регулируют поток энергии батареи, меняя положение тока с полностью включен на полностью выключен. Это называется «контроль включен/выключен». Другие же уменьшают течение тока постепенно. Это называется «широтно-импульсная модуляция» (PWM). Оба способа работают исправно, когда они правильно подобраны под тип вашего аккумулятора.


PWM контроллер удерживает напряжение в постоянном положении. Если он имеет два этапа регулирования, он сначала доведет напряжение до безопасного максимума батареи, чтобы добиться полного заряда. Потом он собьет напряжение ниже, для поддержания «конечную» или «импульсную» подзарядку. Двухступенчатые регуляторы могут быть очень полезны для систем, в которых энергия пребывает в избытке на протяжении многих дней, и даже недель. Они поддерживают полную зарядку, но сводят к минимуму потери воды и стресс.


Уровни напряжения, при которых контроллер изменяет заряд, называются контрольными точками. При определении идеального набора точек, существует некий компромисс между быстрой зарядкой, до того как зайдет солнце и мягкой перезарядкой батареи. Выбор контрольных точек зависит от ожидаемого образа использования, типа аккумулятора, и в некоторой степени, от опыта и философии оператора системы. Некоторые контроллеры имеют регулируемые контрольные точки, в то время как другие нет.

Контрольные точки vs температура

Идеальные контрольные точки для контроля зарядки варьируются в зависимости от температуры батареи. Некоторые контроллеры имеют функцию, называемую «компенсация температуры». Когда контроллер определяет низкую температуру батареи, он повышает контрольные точки. В противном случае, когда батарея остынет, это понизит уровень зарядки слишком быстро. Если ваши аккумуляторы подвержены колебаниям температуры больше 30 ° F (17 ° C), компенсация им необходима.


В некоторые контроллеры встроен датчик температуры. Такой контроллер должен быть помещен в такое место, где температура близка к температуре батареи. Контроллеры улучшенного уровня имеют дистанционный датчик температуры на небольшом кабеле. Датчик должен быть подсоединен непосредственно к батарее, чтобы сообщать об изменениях в температуре.


В качестве альтернативного варианта, в случае отсутствия автоматической компенсации температуры, можно самостоятельно настроить контрольные точки (если возможно) в зависимости от сезона. Достаточно сделать это два раза в год, весной и осенью.
 

Контрольные точки vs тип батареи


3Идеальные контрольные точки контроллера зарядки зависят от типа батареи. Подавляющее большинство систем используют свинцово кислотные батареи с глубокой фазой цикла, затопленного или герметического типа. Затопленные батареи наполнены жидкостью. Это стандартные батареи с глубокой фазой цикла.

Герметические батареи используют влажные прослойки между панелями. Их также называют «аккумулятор с клапанным регулированием» или «с поглощающим стеклянным матом» или просто «необслуживаемые». Они должны быть настроены на более низкое напряжение, чем затопленные батареи, иначе они высохнут и выйдут из строя. Некоторые контроллеры имеют возможность сами выбирать тип батареи. Никогда не используйте контроллер, который не подходит под ваш тип батареи.
 

Стандартные контрольные точки для 12Вт свинцово-кислотных батарей с температурой 77° F (25° C)


(Эти точки представлены только в качестве примера)

Предел (затопленная батарея) 14.4 Вт
Предел (герметическая батарея) 14.0 Вт
Полная зарядка: 13.0 Вт
Разъединение низкого напряжения: 10.8 Вт

Переключатель: 12.5 Вт

Компенсация температуры для 12Вт батареи:
-.03 Вт на ° C отклонение от стандарта 25° C

Разъединение низкого напряжения (LVD)


Батареи, с глубокой фазой цикла, которые используют для систем возобновляемой энергии, разработаны так, чтобы не разряжаться больше, чем на 80%. Если они разряжаются на 100%, они мгновенно портятся. Представьте кастрюлю с кипятком на вашей кухонной плите. В момент, когда вода испарится, кастрюля перегреется. Если вы будете ждать до полного испарения, будет уже слишком поздно.


Аналогично, если вы довели до момента, когда свет тусклый, значит, какое-то повреждение в батарее уже возникло. Каждый раз, когда это происходит, мощность и срок действия батареи будет уменьшаться на незначительную долю. Если батарея находится в таком разряженном состоянии  на протяжении нескольких дней или даже недель, она очень быстро испортится.
 


Единственный способ предотвратить разряжение это понизить нагрузку (приборы, свет и др.) а затем возобновить подключение, только если напряжение пришло в норму за счет дополнительной зарядки. Когда момент разрядки приближается, 12Вт батареи падают до 11Вт (24 Вт батареи падают приблизительно до 22 Вт).

 
Разъединение сети низкого напряжения отключит нагрузку в заданной контрольной точке. И возобновит нагрузку только когда напряжение батареи придет в норму в значительной мере, за счет накопления определенного количества заряда. Типичная точка восстановления для LVD 13Вт (и 26Вт для системы 24Вт)


Все современные инверторы имеют встроенный LVD, даже экономного образца. Инвертор отключится, чтобы защитить себя и ваш аккумулятор. Обычно, инвертер подключен напрямую к батарее, а не через конвертер заряда, потому что поток тока может быть очень высоким, и потому что он не нуждается во внешнем LVD.

Если у вас проведен ток постоянной нагрузки, вам необходим LVD. Некоторые контроллеры заряда имеют встроенный LVD. Вы также можете получить его как отдельное устройство. Некоторые LVD системы имеют "mercy switch" (щадящий переключатель), чтобы позволить вам использовать минимальное количество энергии, по крайней мере до тех пор, пока вы не найдете свечи или спички. Холодильники постоянного тока имеют встроенный LVD.


Если вы приобретаете контроллер зарядки с встроенным LVD, проследите, чтобы он был достаточно мощным, чтобы справиться с вашей нагрузкой.  Например, предположим, вам нужен контроллер зарядки для обработки заряда меньше 10ампер тока, но у вас есть насос с постоянным давлением, который требует 20ампер (для коротких расстояний) плюс 6 ампер для постоянного освещения. В этом случае подойдет контроллер зарядки с LVD 30 ампер. Не покупайте контроллер зарядки, который сможет справиться с нагрузкой в 10 или 15 ампер.

  Защита от перегрузки


Цепь перегружается, когда текущий ток выше того уровня, который он может спокойно выдержать. Это может привести к перегреванию, и даже стать причиной пожара. Перегрузка может быть вызвана неполадкой (коротким замыканием) в проводке, или неисправным прибором (как замороженный водяной насос). Некоторые контроллеры зарядки имеют встроенную функцию защиты от перегрузки, обычно с кнопкой сброса.
 

Встроенная защита от перезагрузки может быть полезной, но для большинства систем требуется дополнительная защита, в виде предохранителей и автоматических выключателей. Как бы та мне было, следуйте инструкциям производителя и Национальному Электрическому Кодексу для любых внешних предохранителей или автоматических переключателей.
 

Устройства индикации и дозировка

Контроллеры зарядки имеют множество разновидностей дисплеев, начиная от обычного красного света до цифровых дисплеев напряжения и тока. Эти показатели являются важными и полезными. Представьте себе путешествие через всю страну без приборной панели в вашем автомобиле. Система отображения может указывать на поток мощности вовнутрь и из системы, приблизительное состояние заряда батареи, и уровень достижения определенных ограничений.

 
Если вы хотите иметь полный и точный монитор, потратьте 200 долларов на отдельное цифровое устройство, которое включает измеритель ампер/час. Он действует как электронный бухгалтер, который следит за уровнем энергии в вашей батарее. Если у вас есть отдельная система монитора, тогда не обязательно приобретать цифровой дисплей при контроллере зарядки. Даже самая дешевая система должна включать вольтметр как минимальный индикатор функционирования системы.
 

Все включено: система питания

Если вы устанавливаете систему, которая будет обеспечивать энергией весь дом, вам понадобятся надежные выключатели и соединения, для переноса высокого тока. Электрические оборудования может быть громоздким, дорогим и трудоемким в установке. Чтобы сделать все экономнее и компактнее, приобретите готовую «систему питания». Он может включать в себя контроллер зарядки, со встроенным LVD и цифровым монитором, в качестве дополнительной опции. Это упрощает работу электрику, когда необходимо связать все компоненты системы, и вместе с этим соответствует нормам Национального Электрического Кода.

Контроллеры зарядки для ветра и воды


Контроллер зарядки для электрической системы, работающей на ветре или воде, должен быть защищен от перегрузки так же, как PV контроллер. Тем не менее, нагрузка должна оказываться на генератор  без остановки, чтобы предотвратить повышение скорости турбины. Вместо отключения генератора от батареи (как в большинстве PV  контроллерах), он отводит избыточную энергию в специальный резервуар, который поглощает энергию из генератора. Этот «резервуар» обычно представляет собой нагревательный элемент, который сжигает избыточную энергию.

Это работает?


Как вы можете узнать, если контроллер работает неправильно? Следите за вольтметром, когда батарея достигнет своей полной зарядки. Достигает ли (но не превышает) напряжение необходимых контрольных точек для вашего типа батареи? Замечаете ли вы пузырьки в батарее? Выделяется ли влага с поверхности батареи? Все это признаки возможной перегрузки. Получаете ли вы ожидаемый объем от батареи? Если нет, в вашем контроллере может быть какая-то проблема, и он может повреждать вашу батарею.

Заключение


Контроль зарядки батареи так важен, что некоторые производители высококачественных батарей  (с гарантией на 5 лет и больше) указывают требования по регуляции напряжения, компенсации температуры и разъединения низкого напряжения. Если эти на эти ограничения закрывают глаза, батареи перестают работать меньше чем через четверть отведенного им срока действия, не смотря на их качество и цену.


Хороший контроллер заряда не очень дорогой по отношению к полной стоимости системы питания.

 
Надеемся, эта статья наведет вас на некие соображения, и поможет с выбором правильного контроллера для вашей сети.

 

 

 

 

DEPAR SOLAR GROUP
адрес: Anadolu Blv.12.sk.Macunkoy 06370 Ankara Turkey
+90.312.3977236 почта: info@deparsolar.com
сегодня - Heute: 97 общий: 1787520
© 2015 DEPAR SOLAR GROUP - Все права защищены. | AKSETWEB