Введение в солнечную фотоэлектрику

Было решено попробовать собрать рабочий преобразователь солнечной энергии в электрическую. Поиск по сети дал такую картину на сегодняшний день (ноябрь 2011): Система преобразования солнечной энергии состоит из трёх основных компонентов и одного опционального. Основные компоненты – сама солнечная панель, контроллер заряда/разряда и аккумуляторная батарея. Опциональный компонент – преобразователь напряжения с 12 на 220 вольт. В народе его именуют – инвертор. Последний нужен, чтобы получить на выходе стандартные для большинства приборов 220 или 110 вольт. Подавляющее большинство электроники, однако, работают на малых напряжениях и токах (а для питания от 220 вольт часто используют преобразователь в обратную сторону – с 220 на 12 вольт или около того), поэтому для таких целей можно ограничиться имеющимися 12 вольтами и не покупать инвертор.
Из всего перечисленного в наличии был только инвертор, поэтому остальное было куплено. Панель и контроллер – заказаны с иБэя. А аккумулятор куплен в магазе АКИ (кстати, в нём есть готовые комплекты на 60ватт по цене 600евро).
Познакомимся поближе с компонентами.

Солнечная панель
Солнечная панель / Solar cells panel / Panel fotovoltaico
Фотоэффект был обнаружен в XVII веке Беккерелем и теперь используется для получения электричества. Наиболее популярные солнечные элементы делаются из кремния. Есть, однако, варианты из других микроэлектронных элементов, типа арсенида галлия и производных. Из кремния бывают панели тоже разные. Подороже – из монокристаллического кремния. Подешевле – из поликристаллического. Монокристаллический имеет бОльшую эффективность преобразования (ака КПД) , по сравнению с поликристаллическим, поэтому одной площади панели дадут разную мощность. Это на сегодня, опять же. Данная панель состоит из 36 сегментов. В сумме даёт 80 ватт (по крайней мере обещают)

В монтажном коробе ничего электронно-интересного, только клеммные соединения.

Два провода по которым снимается электроэнергия снабжены MС4 коннекторами. Вес – 8.5 килограммов. Когда заказывал эту панель, у продавца была другая модель – на 100 ватт. Обещали на 1 кг меньше массу и ту же площадь. За площадь не скажу, а масса во многом обусловлена массой рамы на которой закреплены пластины. Это металлический профиль с подложкой и каким-то стеклом, меж которыми сдавлены 36 солнечных элементов.

Сбор энергии света в тени / Collecting shadow light / Recolección de luz sombra

Вертикальные полоси, по две на каждый из 36 сегментов – это металлическая, лужёная лента, по которой ток сливается в общий провод.

Контроллер

Этот девайс отдаёт полученную с панели энергию в аккумуляторы. Запасает. То есть, располагается между аккумулятором и панелью. Контролирует их.

Контроллеры тоже бывают разные. Есть две распространённых сегодня технологии – ШИМ и MPPT. Первый попроще и посердитей. Второй более интересный в плане эффективности и умён, в сравнении с младшим братом.

ШИМ умеет заряжать батареи и подзаряжать, если те просели от нагрузки или долгого стояния. МРРТ контроллеры, в свою очередь, умеют изменять вольт-амперную характеристику тока, приходящего с панели, на оптимальную для заряда батарей. По слухам, это снижает потери. Поэтому было решено попробовать МРРТ контроллер.
Этот WELLSEE MPPT30 способен обслужить солнечных панелей на 20А. Это 240 ватт. Радиатор, рассеивающий тепло от силовой электроники.

А вот и сама силовая электроника.

Есть 6 контактов. Два на панели, два на аккумуляторы и два на нагрузки. Объясняется, как правильно подключать компоненты – сначала аккумуляторную батарею, затем нагрузки и лишь тогда солнечные панели. Работает с двумя напряжениями – 12 и 24 вольта.

Кнопка сброса и три индикаторных светодиода. Слева направо: красный, зелёный, жёлтый.

Присмотревшись, я обнаружил, что мозгом устройства является микроконтроллер PIC16F716.

Аккумулятор.

Был приобретён за 35 евро в строительном. На нем подозрительным образом сочетаются наклейка с надписью SOLARX-14,

которая была, преимущественно, на другой линейке батарей от другого производителя, с логотипом MasterVision и надписью MV18Ah. Так что, с ёмкостью не совсем ясно, но будем надеятся на лучшее – на 18Амперчас. Это получается 18 амперчас*12 вольт = 216 ватт*час. 0.214kW*h. Поискав в сети информацию на этот аккумулятор нашёл что при разряде за 10 часов его ёмкость 18 ампер*час. При разряде за 5 часов уже 16, а разряжая его в течение часа получим всего 13 ампер*часов. Саморазряд на уровне 3% в месяц. Максимально допустимый ток разряда – 170А. В течение максимум 5 секунд. Ток короткого замыкания – 850А. Максимальный ток зарядки – 5.1А. Все значения приведены для температуры окружающей среды 20 градусов по Цельсию.

Было взято 3 метра зелёносинего провода медного 6мм и такого же, но в синей изоляции 4 метра.

Поскольку, в случае с постоянным током, характерны существенные потери энергии на расстоянии, рекомендуется всегда использовать кабеля с большой площадью сечения и миниальным сопротивлением.

В качестве подопытной нагрузки на 12 вольт были взяты внешний жёсткий диск и светодиодный модуль.

Сборка системы

На контроллере есть надпись, призывающая соблюдать порядок подключения. Она гласит, что первым должен быть подключен аккумулятор, затем нагрузка и только в последнюю очередь солнечная панель/панели. Так и поступим. Снимаю сантиметр изоляции с конца провода и делаю на конце импровизированную колечко-клемму. На втором так же. Они пойдут на АКБ (здесь и далее, вместо “аккумуляторная батарея”). Потом я отрезал сантиметров по 40 провода с тех концов где клеммы и оголил концы противоположные клемным на полученных обрезках по 40см. Оголённые концы идут в контроллер и зажимаются винтами. На АКБ отвинчиваются болты, на них накидываются клеммы и болты вкручиваются обратно, плотно, для хорошего электрического контакта.

Теперь контроллер загорелся двумя огоньками – зелёный и жёлтый (который в свечении, скорей, оранжевый). Пора вешать нагрузку. В оригинальной поставке диск идёт с блоком питания на 12 вольт, поэтому я решил, что должен заработать. Берём разъём аналогичный тому, что на оригинальном блоке питания и припаиваем к нему двухжильный провод. Противоположные от распаяного разъема концы зачищаем и фиксируем в контроллере заряда с помощью винтов. Жёсткий радостно замигал лампочками, рапортуя об успешном старте.
Теперь солнечная панель. На ней имеются два провода, с разъёмами на концах.

Это MC4 разъёмы, разработаные для больших токов и наружного применения (защищены от влаги). В моём случае на одном полюсе была мама, на другом – папа. Поскольку купить ещё пару разъёмов, чтобы грамотно подключить панель к контроллеру, у меня не получилось, то я обрезал один из проводов панели посредине и оголил оба получившихся конца. На один из оголённых концов был подсоединён плюс контроллера, на другой – минус. Так у меня получилось гибридное соединение – один полюс с разёмом, а другой с клеммником.

12 вольт постоянного тока означают большие потери в проводниках. Во избежание оных, сечение проводников должно быть большим, а соединения качественными. В клеммниках я накинул провода внахлёст и только потом завернул фиксирующие винты.
Щёлк! Это я соединил два коннектора друг с другом и ток от солнечной панели побежал на контроллер – контроллер мигнул разок красной лампочкой. Темно! Солнце уже садилось, у меня теневая сторона к тому же. Я выставил панель на балкон, направив поверхностью в небо. Красная лампочка стала часто мигать. Позже, когда и на улице стало темнеть, лампочка стала мигать всё реже и реже, пока совсем не погасла.
А завтра новый день и новые эксперименты.

One comment

  1. Alex M says:

    А дальше, ведь интересно же :-)

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *


*