정원 및 가정용 태양열 배터리 : 유형, 작동 원리 및 태양열 시스템 계산 절차

과학은 태양 에너지를 사용하는 기술이 공개적으로 이용 가능한 시대를 우리에게 주었습니다.모든 소유자는 자신의 집에 태양광 패널을 구입할 수 있는 기회를 갖습니다. 여름 거주자는 이 문제에 뒤처지지 않습니다. 그들은 종종 지속 가능한 전력 공급의 중앙 집중식 소스와는 거리가 멀다고 생각합니다.

태양계 작동 단위의 설계, 작동 원리 및 계산을 나타내는 정보를 숙지하는 것이 좋습니다. 우리가 제공하는 정보를 숙지하면 귀하의 현장에 자연 전기를 제공하는 현실에 더 가까워질 것입니다.

제공된 데이터의 명확한 이해를 위해 자세한 다이어그램, 그림, 사진 및 비디오 지침이 첨부되어 있습니다.

태양전지의 설계 및 작동원리

옛날 옛적에 호기심 많은 사람들은 태양에서 나오는 빛 입자, 광자, 전기 에너지. 이 과정을 광전 효과라고 불렀습니다. 과학자들은 미세물리 현상을 제어하는 ​​방법을 배웠습니다.

반도체 소재를 기반으로 소형 전자 장치인 광전지를 만들었습니다.

제조업체는 소형 변환기를 효율적인 태양광 패널에 결합하는 기술을 습득했습니다. 업계에서 널리 생산되는 실리콘 태양광 패널 모듈의 효율은 18~22%이다.

다이어그램의 설명에서 명확하게 볼 수 있습니다. 발전소의 모든 구성 요소는 똑같이 중요합니다. 시스템의 조정된 작동은 유능한 선택에 따라 달라집니다.

태양전지는 모듈로 조립됩니다. 이는 태양에서 지구로의 광자 여행의 마지막 지점입니다. 여기에서 이러한 광선 방사 구성 요소는 전기 회로 내부에서 직류 입자로 계속 경로를 유지합니다.

배터리는 배터리 사이에 분산되거나 220V 전압의 교류 전하로 변환되어 모든 종류의 가정용 기술 장치에 전원을 공급합니다.

태양 전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전지인 직렬 연결된 반도체 장치의 복합체입니다.

장치의 세부 사항과 태양 전지 작동 원리에 대한 자세한 내용은 다른 문서에서 확인할 수 있습니다. 인기기사 우리 사이트.

태양광 패널 모듈의 종류

태양광 패널 모듈은 태양광 전지(광전 변환기라고도 함)로 조립됩니다. 두 가지 유형의 FEP가 널리 사용됩니다.

제조에 사용되는 실리콘 반도체의 유형은 다음과 같습니다.

• 다결정. 이는 장기간 냉각을 통해 용융된 실리콘으로 만들어진 태양전지입니다. 간단한 생산 방식으로 가격이 저렴하지만 다결정 버전의 생산성은 12%를 넘지 않습니다.
• 단결정. 인공적으로 성장한 실리콘 결정을 얇은 웨이퍼로 절단하여 얻은 원소입니다. 가장 생산적이고 비용이 많이 드는 옵션입니다. 평균 효율은 약 17%이며, 더 높은 성능의 단결정 태양전지를 찾을 수 있습니다.

다결정 태양전지는 표면이 불균일한 평평한 정사각형 모양입니다. 단결정 품종은 모서리가 잘린 균일한 표면 구조를 가진 얇은 사각형(유사 사각형)처럼 보입니다.

FEP의 모습은 다음과 같습니다. - 광전지 변환기: 태양광 모듈의 특성은 사용된 요소의 유형에 의존하지 않습니다. 이는 크기와 가격에만 영향을 미칩니다.

동일한 전력을 사용하는 첫 번째 버전의 패널은 효율성이 낮기 때문에 두 번째 버전보다 큽니다(18% 대 22%). 그러나 평균적으로 10% 더 저렴하고 수요가 많습니다.

자율난방에너지 공급을 위해 태양광 패널을 선택하는 규칙과 뉘앙스에 대해 알아볼 수 있습니다. 여기를 읽어보세요.

태양광 발전 운영 계획

태양광 전력 시스템을 구성하는 구성 요소의 신비롭게 들리는 이름을 보면 장치의 초기술적 복잡성이 떠오릅니다.

미시적 수준의 광자 수명에서는 이것이 사실입니다. 그리고 시각적으로 전기 회로의 일반적인 다이어그램과 작동 원리는 매우 단순해 보입니다. 천체에서 "일리치 전구"까지 네 단계 밖에 없습니다.

태양광 모듈은 발전소의 첫 번째 구성 요소입니다. 이는 일정한 수의 표준 광전지 플레이트로 조립된 얇은 직사각형 패널입니다. 제조업체는 다양한 전력 및 12V의 전압 배수로 사진 패널을 만듭니다.

평평한 모양의 장치는 직사광선이 닿는 표면에 편리하게 배치됩니다. 모듈러 블록은 상호 연결을 통해 태양전지로 결합됩니다. 배터리의 임무는 받은 태양 에너지를 변환하여 주어진 값의 직류를 생성하는 것입니다.

전하저장장치 - 태양광 패널용 배터리 모두에게 알려져 있습니다. 태양 에너지 공급 시스템 내에서 이들의 역할은 전통적입니다. 가정 소비자가 중앙 집중식 네트워크에 연결되면 에너지 저장 장치가 전기를 저장합니다.

또한 태양광 모듈 전류가 전기 제품이 소비하는 전력을 제공하기에 충분할 경우 초과분을 축적합니다.

배터리 팩은 필요한 양의 에너지를 회로에 공급하고 소비량이 증가하면 안정적인 전압을 유지합니다. 예를 들어, 사진 패널이 작동하지 않는 밤이나 햇빛이 약한 날씨에도 같은 일이 발생합니다.

태양광 패널을 사용하는 주택의 에너지 공급 방식은 배터리에 에너지를 저장하는 능력이 있는 수집기 옵션과 다릅니다.

컨트롤러는 태양광 모듈과 배터리 사이의 전자 중개자입니다.그 역할은 배터리의 충전 수준을 조절하는 것입니다. 이 장치는 전체 태양계의 안정적인 작동에 필요한 특정 기준 이하의 전위 저하 또는 과충전으로 인해 끓는 것을 허용하지 않습니다.

반전, 이것은 용어가 문자 그대로 설명되는 방식입니다. 태양광 인버터. 예, 사실 이 장치는 한때 전기 기술자에게 환상적으로 보였던 기능을 수행합니다.

태양광 모듈과 배터리의 직류 전류를 220V의 전위차를 갖는 교류로 변환하는 장치입니다. 이는 대부분의 가정용 전기 장치의 작동 전압입니다.

태양 에너지의 흐름은 조명의 위치에 비례합니다. 모듈을 설치할 때 연중 시기에 따라 경사각을 조정할 수 있도록 하는 것이 좋습니다.

최대 부하 및 일일 평균 에너지 소비량

자신만의 태양광 발전소를 갖는 즐거움은 여전히 ​​많은 가치가 있습니다. 태양 에너지를 활용하는 첫 번째 단계는 가정이나 시골집의 최적 피크 부하(킬로와트)와 합리적인 평균 일일 에너지 소비량(킬로와트시)을 결정하는 것입니다.

피크 부하는 여러 전기 제품을 동시에 켜야 할 때 발생하며 일부 전기 제품의 과대평가된 시작 특성을 고려하여 최대 총 전력에 의해 결정됩니다.

최대 전력 소비량을 계산하면 동시 작동이 필요한 전기 제품과 그다지 중요하지 않은 전기 제품을 식별할 수 있습니다. 발전소 구성 요소의 전력 특성, 즉 장치의 총 비용이 이 지표의 적용을 받습니다.

전기제품의 일일 에너지 소비량은 해당 제품의 개별 전력과 하루 동안 네트워크에서 작동한 시간(소비된 전력)을 곱하여 측정됩니다. 총 평균 일일 에너지 소비량은 각 소비자가 하루 동안 소비한 전력의 합으로 계산됩니다.

부하 및 에너지 소비에 대해 얻은 데이터의 후속 분석 및 최적화는 최소 비용으로 태양 에너지 시스템의 필요한 구성 및 후속 작동을 보장합니다.

에너지 소비 결과는 태양광 발전 소비에 합리적으로 접근하는 데 도움이 됩니다. 계산 결과는 배터리 용량을 추가로 계산하는 데 중요합니다. 시스템의 중요한 구성 요소인 배터리 팩의 가격은 이 매개변수에 따라 더욱 달라집니다.

에너지 지표 계산 절차

계산 과정은 문자 그대로 가로로 배치되고 정사각형으로 펼쳐진 노트북 시트에서 시작됩니다. 가벼운 연필 선을 사용하면 시트에서 30개의 열이 있는 양식을 얻고 가전 제품 수에 따라 선을 얻습니다.

산술 계산 준비

첫 번째 열은 전통적인 일련번호입니다. 두 번째 열은 전기 제품의 이름입니다. 세 번째는 개별 전력 소비입니다.

4열부터 27열까지의 시간은 00시부터 24시까지입니다. 다음은 수평 분수선을 통해 입력됩니다.

• 분자 – 특정 시간 동안의 장치 작동 시간을 소수 형식(0.0)으로 나타냅니다.
• 분모는 다시 개별 전력 소비입니다(시간당 부하를 계산하려면 이 반복이 필요함).

28번째 열은 하루 동안 가정용 기기가 작동한 총 시간입니다.29번째 - 기기의 개인 에너지 소비량은 개인의 전력 소비량에 일일 작동 시간을 곱한 결과로 기록됩니다.

시간당 부하를 고려하여 상세한 소비자 사양을 작성하면 합리적인 사용으로 인해 일반적인 장치를 더 많이 유지하는 데 도움이 됩니다.

30번째 열도 표준입니다. 중간 계산에 유용합니다.

소비자 사양 작성

계산의 다음 단계는 노트북 형식을 가정용 전기 소비자를 위한 사양으로 변환하는 것입니다. 첫 번째 열은 명확합니다. 라인의 일련 번호가 여기에 입력됩니다.

두 번째 열에는 에너지 소비자의 이름이 포함됩니다. 복도를 전기 제품으로 채우는 것이 좋습니다. 다음은 다른 방을 시계 반대 방향 또는 시계 방향(귀하에게 편리한 대로)에 대해 설명합니다.

두 번째 (등) 층이 있는 경우 절차는 동일합니다. 계단에서-주변. 동시에 계단통과 거리 조명 장치를 잊어서는 안됩니다.

두 번째 열과 함께 각 전기 장치 이름 반대쪽에 전력을 나타내는 세 번째 열을 작성하는 것이 좋습니다.

4열부터 27열까지는 하루의 각 시간에 해당합니다. 편의상 선 중간에 가로선을 넣어 바로 그릴 수 있습니다. 결과적으로 선의 위쪽 절반은 분자와 같고 아래쪽 절반은 분모와 같습니다.

이 열은 행별로 채워집니다. 분자는 특정 시간 동안 특정 전기 제품의 작동 시간을 반영하는 십진수 형식(0,0)의 시간 간격으로 선택적으로 형식화됩니다. 동시에 분자가 입력되는 경우 세 번째 열에서 가져온 장치의 전력 표시와 함께 분모가 입력됩니다.

시간 열을 모두 채운 후 한 줄씩 이동하면서 전기 제품의 개별 일일 작업 시간 계산을 진행합니다. 결과는 28번째 열의 해당 셀에 기록됩니다.

태양광 발전소가 보조 역할을 하여 시스템이 공회전하지 않도록 하는 경우 부하의 일부를 여기에 연결하여 상시 전력을 공급할 수 있습니다.

전력량과 근무시간을 기준으로 모든 소비자의 일일 에너지 소비량을 순차적으로 계산합니다. 이는 29번째 열의 셀에 기록되어 있습니다.

사양의 모든 행과 열이 채워지면 합계가 계산됩니다. 시간 열의 분모로부터 전력 그래프를 추가하여 각 시간의 부하를 구합니다. 29번째 열의 개인별 일일 에너지 소비량을 위에서 아래로 합산하면 전체 일일 평균이 구해진다.

계산에는 미래 시스템의 자체 소비가 포함되지 않습니다. 이 요소는 후속 최종 계산에서 보조 계수에 의해 고려됩니다.

획득된 데이터의 분석 및 최적화

태양광 발전소의 전력을 백업으로 계획하는 경우 시간당 전력 소비량과 일일 평균 에너지 소비량에 대한 데이터를 통해 고가의 태양광 전력 소비를 최소화하는 데 도움이 됩니다.

이는 특히 피크 부하 시간 동안 중앙 집중식 전원 공급 장치가 복원될 때까지 에너지 집약적 소비자의 사용을 제외함으로써 달성됩니다.

태양광 발전 시스템이 지속적인 전력 공급원으로 설계되면 시간별 부하 결과가 나옵니다.가장 두드러진 최고치와 매우 낮은 최저치를 제거하는 방식으로 하루 종일 전력 소비를 분배하는 것이 중요합니다.

피크 부하를 제거하고, 최대 부하를 평준화하고, 시간이 지남에 따라 에너지 소비의 급격한 감소를 제거하면 태양광 시스템 구성 요소에 대한 가장 경제적인 옵션을 선택할 수 있으며 안정적이고 가장 중요하게는 태양열 발전소의 문제 없는 장기 작동을 보장할 수 있습니다.

그래프는 에너지 소비의 불균형을 드러냅니다. 우리의 임무는 최대치를 태양 활동이 가장 큰 시간으로 이동하고 특히 밤에 일일 총 소비량을 줄이는 것입니다.

제시된 도면은 사양을 기반으로 얻은 불합리한 일정을 최적의 일정으로 변환하는 모습을 보여줍니다. 일일 소비율은 18kW/h에서 12kW/h로, 일일 평균 시간당 부하량은 750W에서 500W로 감소했습니다.

태양광 발전 옵션을 백업으로 사용할 때도 동일한 최적성 원칙이 유용합니다. 일시적인 불편함을 위해 태양광 모듈과 배터리의 성능을 높이는 데 너무 많은 돈을 쓸 가치가 없을 수도 있습니다.

태양광 발전소 부품 선택

계산을 단순화하기 위해 태양 전지를 정원의 주요 전기 에너지 원으로 사용하는 버전을 고려해 보겠습니다. 소비자는 3월부터 9월까지 영구적으로 거주하는 Ryazan 지역의 조건부 시골집이 될 것입니다.

위에 게시된 합리적인 시간당 에너지 소비 일정의 데이터를 기반으로 한 실제 계산은 추론을 명확하게 해줍니다.

• 총 평균 일일 에너지 소비량 = 12,000와트/시간.
• 평균 부하 소비 = 500와트.
• 최대 부하 1200와트.
• 최대 부하 1200 x 1.25 = 1500와트(+25%).

이 값은 태양광 장치의 총 용량 및 기타 작동 매개변수를 계산하는 데 필요합니다.

태양계의 작동 전압 결정

모든 태양광 시스템의 내부 작동 전압은 가장 일반적인 배터리 정격인 12V의 배수를 기반으로 합니다. 태양광 스테이션의 가장 널리 사용되는 구성 요소인 태양광 모듈, 컨트롤러, 인버터는 12, 24, 48V의 널리 사용되는 전압용으로 생산됩니다.

전압이 높을수록 더 작은 단면적의 공급 와이어를 사용할 수 있으며 이는 접촉 신뢰성이 향상됨을 의미합니다. 반면에 고장난 12V 배터리는 한 번에 하나씩 교체할 수 있습니다.

24V 네트워크에서는 작동 배터리의 특성을 고려할 때 배터리를 쌍으로만 교체해야 합니다. 48V 네트워크에서는 한 분기의 배터리 4개를 모두 교체해야 합니다. 또한 48V에서는 이미 감전의 위험이 있습니다.

동일한 용량, 거의 동일한 가격으로 허용 방전 깊이가 가장 높고 최대 전류가 더 높은 배터리를 구입해야 합니다.

시스템의 내부 전위차 공칭 값의 주요 선택은 현대 산업에서 생산되는 인버터의 전력 특성과 관련되며 피크 부하의 크기를 고려해야 합니다.

• 3~6kW – 48V,
• 1.5 ~ 3kW – 24V 또는 48V와 동일,
• 최대 1.5kW – 12, 24, 48V.

배선의 신뢰성과 배터리 교체의 불편함 중에서 선택하는 경우, 이 예에서는 신뢰성에 중점을 둘 것입니다. 이어서 계산된 시스템의 작동 전압인 24V부터 시작하겠습니다.

배터리에 태양광 모듈 장착

태양전지에 필요한 전력을 계산하는 공식은 다음과 같습니다.

Рcm = (1000 * Esut) / (k * Sin),

어디:

• Rcm = 태양전지 전력 = 태양광 모듈의 총 전력(패널, W),
• 1000 = 허용된 광전지 감도(kW/m²)
• Esut = 일일 에너지 소비 요구 사항(kWh, 이 예에서는 = 18),
• k = 모든 손실을 고려한 계절 계수(여름 = 0.7, 겨울 = 0.5),
• Syn = 패널의 최적 기울기(kW*h/m²)에서 표로 작성된 일사량(태양 복사 플럭스) 값.

지역 기상청에서 일사량 값을 확인할 수 있습니다.

태양광 패널의 최적 경사각은 해당 지역의 위도와 같습니다.

• 봄과 가을에는,
• 플러스 15도 - 겨울에는
• 여름에는 영하 15도.

이 예에서 고려되는 랴잔 지역은 위도 55에 위치해 있습니다.

태양광 패널의 최고 출력은 추적 시스템, 패널 경사각의 계절적 변화, 혼합 트림 모듈 사용을 통해 달성됩니다.

3월부터 9월까지의 기간 동안 태양전지판의 조절되지 않은 최대 기울기는 여름에 지구 표면과 40⁰ 각도와 같습니다. 이번 모듈 설치로 이 기간 동안 랴잔의 일일 평균 일사량은 4.73입니다. 모든 숫자가 거기에 있습니다. 계산을 해보겠습니다.

Rcm = 1000 * 12 / (0.7 * 4.73) ≒ 3,600와트.

태양전지의 기초로 100와트 모듈을 사용한다면 36개가 필요합니다. 무게는 300kg이고 면적은 약 5 x 5m입니다.

현장 테스트를 거친 배선 다이어그램 및 태양광 패널 연결 옵션 여기에 주어진다.

배터리 전원 장치의 배열

배터리를 선택할 때는 다음 원칙을 따라야 합니다.

1. 일반 자동차 배터리는 이러한 목적에 적합하지 않습니다. 태양광 발전소의 배터리에는 "SOLAR"이라는 문구가 표시되어 있습니다.
2. 모든 면에서 동일한 배터리만 구입해야 하며, 가급적이면 동일한 공장 배치에서 구입해야 합니다.
3. 배터리 팩이 있는 방은 따뜻해야 합니다. 배터리가 최대 전력을 생산할 때 최적의 온도 = 25⁰C. -5⁰C로 떨어지면 배터리 용량이 50% 감소합니다.

100암페어/시간 용량의 대표적인 12볼트 배터리를 계산에 사용하면 전체 시간 동안 1200와트의 총 전력으로 소비자에게 에너지를 제공할 수 있다고 쉽게 계산할 수 있습니다. 그러나 이는 완전 방전이므로 매우 바람직하지 않습니다.

배터리 수명을 장기간 유지하려면 충전량을 70% 미만으로 줄이는 것이 좋습니다. 한계 수치 = 50%. 60%라는 숫자를 "황금 평균"으로 삼아 배터리 용량 구성 요소 100Ah당 720Wh의 에너지 보유량(1200Wh x 60%)을 기준으로 후속 계산을 수행합니다.

아마도 200Ah 용량의 배터리 1개를 구입하는 것이 100Ah 배터리 2개를 구입하는 것보다 비용이 저렴하고 배터리 접촉 연결 수가 줄어들 것입니다.

처음에는 배터리를 고정 전원에서 100% 충전하여 설치해야 합니다. 충전식 배터리는 어둠 속에서도 부하를 완전히 덮어야 합니다. 날씨가 좋지 않은 경우 낮 동안 필요한 시스템 매개변수를 유지하십시오.

배터리가 너무 많으면 지속적으로 과소충전이 발생한다는 점을 고려하는 것이 중요합니다. 이렇게 하면 서비스 수명이 크게 단축됩니다. 가장 합리적인 해결책은 장치에 일일 에너지 소비량을 감당하기에 충분한 에너지 보유량을 갖춘 배터리를 장착하는 것 같습니다.

필요한 총 배터리 용량을 확인하려면 일일 총 에너지 소비량 12000Wh를 720Wh로 나누고 100A*h를 곱합니다.

12,000 / 720 * 100 = 2500A*h ≒ 1600A*h

이 예에서는 전체적으로 직렬 병렬로 연결된 100Ah 또는 8Ah 용량의 배터리 16개가 필요합니다.

좋은 컨트롤러 선택

유능한 선택 배터리 충전 컨트롤러 (AKB)는 매우 구체적인 작업입니다. 입력 매개변수는 선택한 태양광 모듈과 일치해야 하며, 출력 전압은 태양광 시스템의 내부 전위차(이 예에서는 24V)와 일치해야 합니다.

좋은 컨트롤러는 다음을 제공해야 합니다.

1. 다단계 배터리 충전으로 유효 수명이 늘어납니다.
2. 충방전과 연동하여 자동 상호, 배터리, 태양전지 연결 및 분리.
3. 배터리에서 태양전지로 또는 그 반대로 부하를 다시 연결합니다.

이 작은 단위는 매우 중요한 구성 요소입니다.

일부 소비자(예: 조명)가 컨트롤러에서 12V의 직접 전원 공급 장치로 전환되는 경우 덜 강력한 인버터가 필요하므로 더 저렴합니다.

컨트롤러를 올바르게 선택하면 값비싼 배터리 팩의 문제 없는 작동과 전체 시스템의 균형이 결정됩니다.

최고의 인버터 선택

인버터는 장기간 피크 부하를 제공할 수 있는 전력으로 선택됩니다. 입력 전압은 태양계의 내부 전위차와 일치해야 합니다.

최상의 선택 옵션을 위해서는 다음 매개변수에 주의하는 것이 좋습니다.

1. 공급되는 교류 전류의 모양과 주파수. 50Hz의 정현파에 가까울수록 좋습니다.
2. 장치 효율성. 90%가 높을수록 더 훌륭합니다.
3. 장치 자체 소비. 전체 시스템 전력 소비량에 비례해야 합니다. 이상적으로는 최대 1%입니다.
4. 단기 이중 과부하를 견딜 수 있는 노드의 능력입니다.

가장 뛰어난 디자인은 컨트롤러 기능이 내장된 인버터입니다.

가정용 태양광 시스템 조립

우리는 공장에서 만든 모듈로 가정용 태양광 시스템을 조립하는 과정을 명확하게 보여주는 사진을 선택했습니다.

주제에 대한 결론 및 유용한 비디오

비디오 #1. 집 지붕에 태양광 패널을 설치하는 DIY 시연:

비디오 #2. 태양광 시스템용 배터리 선택, 유형, 차이점:

비디오 #3. 모든 일을 스스로 하는 사람들을 위한 시골 태양광 발전소:

고려된 단계별 실제 계산 방법, 가정용 자율 태양광 발전소의 일부로서 현대 태양광 패널 배터리의 효과적인 작동의 기본 원리는 인구 밀도가 높은 지역의 대형 주택과 시골집 소유자 모두에게 도움이 될 것입니다. 에너지 주권을 얻기 위해 광야에서.

미니 태양광 시스템이나 배터리를 건설하는 동안 얻은 개인적인 경험을 공유하고 싶습니까? 답변을 받고 싶은 질문이 있거나 본문에서 부족한 점을 발견하셨나요? 아래 블록에 의견을 남겨주세요.