Schematy i sposoby podłączania paneli słonecznych: jak prawidłowo przeprowadzić montaż panelu słonecznego

Alternatywne źródło energii oparte na panelach słonecznych – doskonały wybór do organizacji niezależnego zasilania. Zapewni wysoką efektywność energetyczną nie tylko w upalne dni, lecz także przy pochmurnej pogodzie. Byłoby miło mieć takie urządzenie w domu, prawda?

Do tego wystarczy prawidłowo dobrać komponenty techniczne i przeprowadzić montaż. Każdy może to zrobić, znając schematy i sposoby podłączania paneli słonecznych. Opowiemy, jak zbudować wydajny system przetwarzający “zieloną energię” na elektryczność potrzebną do zasilania sprzętu domowego.

Ponadto dowiedzą się Państwo, jak wybrać miejsce na instalację paneli słonecznych i jak połączyć je ze stałą siecią elektryczną. Przydatne wskazówki i ważne zalecenia będą skuteczną pomocą dla domowych majsterkowiczów. Dla ułatwienia zrozumienia zamieszczono tematyczne zdjęcia, schematy i filmy wideo.

Budowa panelu słonecznego

Planując podłączenie paneli słonecznych samodzielnie, należy mieć pojęcie, z jakich elementów składa się system.

Panele słoneczne składają się z zestawu ogniw fotowoltaicznych, których głównym przeznaczeniem jest przekształcanie energii słonecznej w elektryczną. Natężenie prądu systemu zależy od natężenia światła: im jaśniejsze promieniowanie, tym większy prąd jest generowany.

Podstawowymi elementami konstrukcyjnymi systemu są:

• Panel słoneczny – przekształca światło słoneczne w energię elektryczną.
• Akumulator – chemiczne źródło prądu, które magazynuje wygenerowaną energię elektryczną.
• Kontroler ładowania – monitoruje napięcie akumulatorów.
• Inwerter, przekształcający stałe napięcie elektryczne baterii akumulatorów na zmienne 220V, które jest niezbędne do funkcjonowania systemu oświetlenia i pracy urządzeń domowych.
• Bezpieczniki, instalowane pomiędzy wszystkimi elementami systemu i chroniące system przed zwarciem.
• Zestaw złączy standardu MC4.

Oprócz głównego przeznaczenia kontrolera – monitorowania napięcia akumulatorów, urządzenie w razie potrzeby odłącza poszczególne elementy. Jeśli wskaźnik na zaciskach akumulatora w ciągu dnia osiągnie wartość 14 woltów, co wskazuje na ich przeładowanie, kontroler przerywa ładowanie.

Oprócz modułu słonecznego w skład takiej elektrowni wchodzą przetworniki fotowoltaiczne – kontroler i inwerter, a także podłączone do nich akumulatory.

W nocy, gdy wskaźnik napięcia akumulatorów osiągnie skrajnie niski poziom 11 woltów, kontroler zatrzymuje pracę elektrowni.

Gdzie najlepiej zainstalować panele?

Pierwszą rzeczą, którą należy zrobić przed zamontowaniem i podłączeniem panelu słonecznego, jest określenie miejsca umieszczenia urządzenia.

Do montażu modułów fotowoltaicznych wygodnie jest użyć stacjonarnych konstrukcji wykonanych z profili metalowych, lub bardziej zmodernizowanych obrotowych odpowiedników.

Panele słoneczne można umieszczać praktycznie w każdym dobrze oświetlonym miejscu:

• na dachu wiejskiego domku;
• na balkonie budynku wielorodzinnego;
• na terenie przylegającym do domu.

Najważniejsze jest zapewnienie niezbędnych warunków do uzyskania maksymalnej produkcji energii elektrycznej. Jednym z nich jest orientacja i kąt nachylenia względem poziomu. Tak więc powierzchnia absorbująca światło urządzenia powinna być skierowana na południe.

W idealnym przypadku promienie słoneczne powinny padać na nią pod kątem 90°. Aby osiągnąć ten efekt, należy dobrać optymalny kąt nachylenia w zależności od warunków klimatycznych regionu. Dla każdego regionu wskaźnik ten jest inny.

Aby zapewnić maksymalną wydajność paneli słonecznych, zaleca się zmianę kąta nachylenia urządzeń 2-4 razy w roku: 18 kwietnia, 24 sierpnia, 7 października i 5 marca

Na przykład w regionie moskiewskim kąt nachylenia powierzchni paneli słonecznych w miesiącach letnich wynosi 15-20°, a w miesiącach zimowych zmienia się do wartości 60-70°.

Przy umieszczaniu paneli słonecznych na terenie przylegającym do domu, lepiej podnieść panele nad powierzchnię gruntu co najmniej o pół metra – na wypadek dużych opadów śniegu. Takie rozwiązanie jest również właściwe, ponieważ zapewnia wystarczającą przestrzeń do cyrkulacji powietrza.

Należy pamiętać, że nawet niewielki cień szkodliwie wpływa na produkcję energii elektrycznej przez urządzenie. Panele należy umieszczać tylko w miejscach, które nie są narażone na najmniejsze zacienienie.

Niektórzy „majsterkowicze” w celu ochrony paneli montują na nich dodatkowe szkło, ale nawet przy pozornej przezroczystości warstwa szkła może obniżyć wydajność paneli o 30%.

Istnieje kilka sposobów mocowania paneli:

• za pomocą dociskowych uchwytów;
• poprzez połączenie śrubowe przez otwory przelotowe znajdujące się w dolnej części ramy.

Konstrukcja nośna powinna być wykonana z materiałów odpornych na korozję. Niezależnie od metody montażu, nie wolno samodzielnie wprowadzać zmian w konstrukcji paneli ani wiercić dodatkowych otworów.

Zadaniem właściciela domu jest utrzymywanie paneli w czystości. Nagromadzenie na powierzchni kurzu, śniegu i ptasich odchodów zmniejsza ilość energii elektrycznej wytwarzanej przez system co najmniej o 10%.

Opcje łączenia paneli słonecznych

Panele słoneczne składają się z kilku oddzielnych paneli. Aby zwiększyć parametry wyjściowe systemu w postaci mocy, napięcia i prądu, elementy łączy się ze sobą, stosując prawa fizyki.

Połączenie kilku paneli ze sobą można wykonać, stosując jeden z trzech schematów montażu paneli słonecznych:

• równoległy;
• szeregowy;
• mieszany.

Schemat równoległy zakłada podłączenie styków o tej samej nazwie do siebie, przy czym elementy mają dwa wspólne węzły zbieżności przewodników i ich rozgałęzienia.

W schemacie równoległym „plusy” łączy się z „plusami”, a „minusy” z „minusami”, w wyniku czego prąd wyjściowy wzrasta, a napięcie wyjściowe pozostaje w granicach 12 woltów

Wielkość maksymalnego możliwego prądu na wyjściu przy schemacie równoległym jest wprost proporcjonalna do liczby podłączonych elementów. Zasady obliczania liczby podano w polecanym przez nas artykule.

Schemat szeregowy zakłada podłączenie przeciwnych biegunów: „plus” pierwszego panelu do „minusu” drugiego. Pozostały nieużywany „plus” drugiego panelu i „minus” pierwszej baterii podłącza się do znajdującego się dalej w schemacie kontrolera.

Taki rodzaj połączenia stwarza warunki do przepływu prądu elektrycznego, przy którym pozostaje jedyna droga dla przesyłu nośnika energii od źródła do odbiorcy.

W schemacie połączenia szeregowego napięcie wyjściowe wzrasta i osiąga wartość 24 woltów, co jest wystarczające do zasilania przenośnego sprzętu, lamp LED i niektórych odbiorników elektrycznych

Schemat szeregowo-równoległy lub mieszany jest najczęściej używany przy konieczności połączenia kilku grup baterii. Za pomocą zastosowania tego schematu na wyjściu można zwiększyć zarówno napięcie, jak i prąd.

W schemacie połączenia szeregowo-równoległego napięcie wyjściowe osiąga wartość, której charakterystyka najlepiej nadaje się do rozwiązywania większości zadań domowych

Taki wariant jest korzystny również pod tym względem, że w przypadku awarii jednego z elementów konstrukcyjnych systemu, inne łańcuchy łączące nadal funkcjonują. Znacznie zwiększa to niezawodność całego systemu.

Zasada montażu kombinowanego schematu polega na tym, że urządzenia wewnątrz każdej grupy są połączone równolegle. Natomiast podłączenie wszystkich grup w jeden obwód odbywa się szeregowo.

Łącząc różne typy połączeń, nie będzie trudno złożyć baterię o wymaganych parametrach. Najważniejsze jest, aby liczba połączonych elementów była taka, aby napięcie robocze doprowadzane do akumulatorów, biorąc pod uwagę jego spadek w obwodzie ładowania, przekraczało napięcie samych akumulatorów, a prąd obciążenia baterii zapewniał odpowiednią wartość prądu ładowania.

Schemat montażu słonecznego systemu elektrycznego

Podłączenie paneli słonecznych odbywa się za pomocą wbudowanych przewodów łączących o przekroju 4 mm². Najlepiej do tego celu nadają się jednożyłowe przewody miedziane, których osłona izolacyjna jest odporna na promieniowanie ultrafioletowe.

W przypadku użycia przewodu, którego izolacja nie jest odporna na działanie promieni UV, zaleca się wykonanie jego zewnętrznego ułożenia w rurze karbowanej.

Koniec każdego przewodu jest połączony ze złączem standardu MC4 za pomocą lutowania lub zaciskania, dzięki czemu zapewnione jest szczelne połączenie.

Niezależnie od wybranego schematu, przed podłączeniem paneli słonecznych należy bezwzględnie sprawdzić poprawność montażu elektrycznego.

Podczas podłączania paneli nie zaleca się przekraczania wymagań technicznych dotyczących dopuszczalnego prądu i maksymalnego napięcia innych urządzeń. Ważne jest przestrzeganie podanych przez producenta wymagań technicznych kontrolera ładowania i falownika.

Standardowy schemat montażu najprostszej słonecznej elektrowni wygląda następująco.

Schemat podłączenia paneli do akumulatora, falownika i kontrolera ma prostą konstrukcję, dlatego nie sprawia szczególnych trudności w podłączeniu.

Aby uniknąć uszkodzenia kontrolera, podczas podłączania elementów systemu ważne jest zachowanie odpowiedniej kolejności.

Prace montażowe wykonuje się w kilku etapach:

1. Akumulator podłącza się do kontrolera, wykorzystując do tego odpowiednie złącza i nie zapominając o przestrzeganiu polaryzacji.
2. Do kontrolera przez złącza, przy zachowaniu tej samej polaryzacji, podłącza się panel słoneczny.
3. Do złączy kontrolera podłącza się obciążenie 12 V.
4. Jeżeli konieczna jest konwersja napięcia elektrycznego z 12 na 220 V, wówczas do obwodu włącza się falownik. Podłącza się go wyłącznie do akumulatora, a w żadnym wypadku bezpośrednio do kontrolera.
5. Do wolnego wyjścia falownika podłącza się urządzenia elektryczne zaprojektowane na napięcie 220 V.

Po wykonaniu połączenia należy sprawdzić polaryzację i zmierzyć napięcie obwodu otwartego paneli. Jeśli wartość różni się od wartości znamionowej – połączenie zostało wykonane nieprawidłowo.

Do podłączenia urządzenia do systemu nie ma potrzeby otwierania puszki montażowej – wszystkie złącza są łatwo dostępne.

Na końcowym etapie konieczne jest uziemienie panelu słonecznego. Aby zminimalizować ryzyko zwarcia, w miejscach połączeń między akumulatorem, falownikiem i kontrolerem instaluje się bezpieczniki.

Energia z elektrowni słonecznych znajdzie zastosowanie w zasilaniu małomocnych urządzeń gospodarstwa domowego i w ładowaniu akumulatorów sprzętu mobilnego:

Osobom pragnącym samodzielnie zbudować panel słoneczny pomoże informacja zawarta w następnym artykule.

Podłączanie elementów o różnym ukierunkowaniu

Stosując szeregowy schemat montażu paneli słonecznych, aby nie obniżyć wydajności urządzeń, wszystkie panele we wspólnym obwodzie należy umieścić pod tym samym kątem i na tej samej płaszczyźnie.

Jeśli jednak panele zostaną umieszczone w różnych płaszczyznach, może to spowodować, że bliższy lub bardziej oświetlony panel będzie działał z większą mocą niż te umieszczone nieco dalej.

Oznacza to, że bliższy panel będzie generował energię elektryczną, której część zostanie przeznaczona na ogrzewanie dalszych paneli. Przyczyna leży w tym, że prąd płynie po drodze najmniejszego oporu. Aby zminimalizować straty, dla każdego panelu lepiej zastosować oddzielny kontroler.

Podstawowe wymagania przy użyciu kontrolera – moc podłączanych paneli powyżej 1 kW oraz wystarczająco duża odległość między panelami.

Problem można rozwiązać także poprzez zainstalowanie diod odcinających. Umieszcza się je wewnątrz, pomiędzy płytami. Dzięki temu, podczas osiągania maksymalnej mocy, płyty się nie przegrzewają.

Niebagatelne znaczenie ma również spadek napięcia w połączeniach, a także w samych przewodach niskonapięciowej części systemu.

Tabela niezgodności przesyłanej mocy z przekrojem przewodu, zaznaczona na czerwono, wskazująca parametry, przy których istnieje ryzyko silnego, pożarowego nagrzewania

Przykładem może być fakt, że na metrowym odcinku kabla o przekroju 4 mm², przy przepływie prądu o natężeniu 80A (napięcie 12 V), wartości spadają o 3,19%, co stanowi 30,6 W. W przypadku zastosowania skrętek, spadek napięcia może wahać się w zakresie od 0,1 do 0,3 V.

Połączenie energii słonecznej z siecią stacjonarną

Planując korzystanie z energii słonecznej równolegle z istniejącą centralną siecią stacjonarną, schemat podłączenia należy nieco zmodyfikować. Głównym powodem takiego rozwiązania jest fakt, że prywatny odbiorca nie ma możliwości „oddawania” nadmiarowej energii.

A to może spowodować wahania napięcia trwające do jednej sekundy.

Przy łączeniu energii słonecznej z centralną siecią stacjonarną kierujemy się tą samą zasadą: im więcej źródeł jest podłączonych, tym bardziej skomplikowany staje się schemat

Zgodnie z powyższym schematem, napięcie z pola słonecznego najpierw kierowane jest do akumulatora, a stamtąd przekazywane do obciążenia.

Projektując taki wariant montażu, należy uwzględnić dwa rodzaje obciążenia:

• nie rezerwowane – światło w domu, sprzęt AGD itp.;
• rezerwowane – oświetlenie awaryjne, lodówka, kocioł elektryczny.

Należy pamiętać: im większa pojemność akumulatora, tym dłużej będą działać w trybie autonomicznym rezerwowane urządzenia elektryczne.

Wybierając ten sposób wytwarzania energii do sieci, trzeba być przygotowanym na konieczność uzyskania pozwolenia w lokalnych zakładach energetycznych.

Mimo że inwertery do paneli słonecznych wytwarzają napięcie, którego jakość bywa wyższa niż w sieci centralnej, lokalne zakłady energetyczne nie wyrażają zgody na to, aby licznik energii obracał się w przeciwnym kierunku.

Z tego powodu, zgodnie ze schematem, inwertery słoneczne przestają działać w momencie zaniku napięcia w sieci. Rezerwowane obciążenie zaczyna być zasilane z akumulatora.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Autorzy materiału wideo, który znajduje się poniżej, dzielą się osobistym doświadczeniem i omawiają niuanse montażu paneli słonecznych.

Film #1. Przykład montażu i instalacji systemu fabrycznego:

Film #2. Jak prawidłowo zamontować panele:

Nie ma nic skomplikowanego w procesie łączenia kilku paneli z innymi elementami systemu. Jednak dla początkującego majsterkowicza proces może być trudny. Dlatego w przypadku braku doświadczenia w obliczeniach i umiejętności montażu warto skontaktować się ze specjalistą posiadającym niezbędną wiedzę.

Czy chcieliby Państwo opowiedzieć, jak złożyli własną elektrownię słoneczną do domku letniskowego lub domu na wsi? Może znają Państwo niuanse procesu, które nie zostały opisane w artykule? Prosimy pisać komentarze w bloku poniżej, zadawać pytania, dzielić się opinią i zdjęciami na temat artykułu.