Päikesepaneelide ühendusskeemid ja -viisid: kuidas päikesepaneeli õigesti paigaldada

Päikesepaneelidel põhinev alternatiivne energiaallikas on suurepärane võimalus sõltumatu energiavarustuse korraldamiseks. See tagab kõrge energiatõhususe mitte ainult kuumadel päevadel, vaid ka pilvise ilmaga. Oleks tore omada sellist seadet oma kodus, eks ole?

Selleks on vaja vaid asjatundlikult valida tehnilised komponendid ja need paigaldada. Seda saab teha igaüks, kes tunneb päikesepaneelide ühendusskeeme ja -viise. Me räägime, kuidas ehitatakse tootlik süsteem, mis muundab “rohelise energia” elektrimiseks, mis on vajalik kodumasinate toitmiseks.

Lisaks saate Te teada, kuidas valida asukoht päikesepaneelide paigaldamiseks ja kuidas need ühendada statsionaarse elektrivõrguga. Kasulikud nõuanded ja olulised soovitused pakuvad tõhusat abi kodumeistritele. Arusaadavuse hõlbustamiseks on lisatud teemakohased fotod, skeemid ja videod.

Päikesepaneeli ehitus

Plaanides ise päikesepaneelide ühendamist, on vajalik omada ettekujutust, millistest komponentidest süsteem koosneb.

Päikesepaneelid koosnevad fotoelementidel põhinevatest patareidest, mille peamine eesmärk on muundada päikeseenergia elektriks. Süsteemi voolutugevus sõltub valguse intensiivsusest: mida eredam on kiirgus, seda suuremat voolu genereeritakse.

Süsteemi peamised konstruktsioonielemendid on:

• Paikesepatarei – muundab paikesevalguse elektrienergiaks.
• Aku – keemiline vooluallikas, mis salvestab toodetud elektrienergiat.
• Laadimiskontroller – jälgib akude pinget.
• Inverter, mis muundab akupatarei alalispinge vahelduvpingeks 220 V, mis on vajalik valgustussüsteemi ja kodumasinate tööks.
• Kaitsmed, mis paigaldatakse süsteemi kõigi elementide vahele ja kaitsevad süsteemi lühise eest.
• MC4 standardi pistikute komplekt.

Lisaks kontrolleri põhifunktsioonile – akude pinge jälgimisele, lülitab seade vajadusel teatud elemendid välja. Kui aku klemmidel päevasel ajal jõuab pingenäit 14 voltini, mis viitab akude ülelaadimisele, katkestab kontroller laadimise.

Lisaks paikesemoodulile kuuluvad sellise elektrijaama seadmesse fotogalvaanilised muundurid – kontroller ja inverter, samuti nendega ühendatud akud.

Öisel ajal, kui aku pingenäit jõuab äärmiselt madalale 11 volti tasemele, peatab kontroller elektrijaama töö.

Kuhu on parem paigaldada paneelid?

Esimene asi, mida tuleb teha enne paikesepatarei paigaldamist ja ühendamist, on otsustada agregaadi asukoha üle.

Fotogalvaaniliste moodulite paigaldamiseks on mugav kasutada metallprofiilidest valmistatud statsionaarseid konstruktsioone või kaasaegsemaid pöörlevaid analooge.

Paikesepatareisid saab paigutada peaaegu igasse hästi valgustatud kohta:

• maamaja katusel;
• korterelamu rõdul;
• maja juures oleval maa-alal.

Peamine on tagada vajalikud tingimused maksimaalse elektrienergia tootmiseks. Üheks selliseks on orientatsioon ja kaldenurk horisondi suhtes. Seega peab agregaadi valgust neelav pind olema suunatud lõuna poole.

Ideaaljuhul peaksid päikesekiired langema sellele 90° nurga all. Selle efekti saavutamiseks tuleb valida optimaalne kaldenurk sõltuvalt piirkonna kliimatingimustest. Iga piirkonna jaoks on see näitaja erinev.

Maksimaalse tootlikkuse tagamiseks on soovitatav muuta päikesepaneelide kaldenurka 2–4 korda aastas: 18. aprillil, 24. augustil, 7. oktoobril ja 5. märtsil.

Näiteks Moskva piirkonnas on suvekuudel päikesepaneelide pinna kaldenurk 15–20° ja talvekuudel muutub see 60–70°-ni.

Päikesepaneelide paigutamisel maja lähedal asuvale alale on parem tõsta paneelid mullapinnast vähemalt poole meetri kõrgusele – juhuks, kui sajab palju lund. Selline lahendus on õige ka seetõttu, et see tagab piisava vahemaa õhu ringlemiseks.

Tuleb meeles pidada, et isegi väike vari mõjub kahjulikult seadme elektritootmisele. Paneelid tuleb paigutada ainult kohtadesse, mis pole isegi vähimale varjutusele allutatud.

Mõned 'osavad' paigaldavad paneelide peale kaitseks lisaklaasi, kuid isegi nähtava läbipaistvuse juures võib klaasikiht vähendada paneelide kasutegurit 30% võrra.

Paneelide kinnitamiseks on mitu võimalust:

• survefiksatorite kasutamisega;
• poltühenduse kaudu läbi raami alumises osas asuvate läbivate avade.

Tugikonstruktsioon peab olema valmistatud korrosioonikindlatest materjalidest. Sõltumata paigaldusviisist ei tohi paneelide konstruktsiooni iseseisvalt muuta ega täiendavaid auke puurida.

Majaomaniku ülesanne on hoida paneelid puhtana. Tolmu, lume ja linnuprügi kogunemine paneelidel vähendab vähemalt 10% süsteemi toodetud elektrienergia kogust.

Päikesepaneelide ühendamise võimalused

Päikesepatareid koosnevad mitmest eraldiseisvast paneelist. Süsteemi väljundparameetrite – võimsuse, pinge ja voolu – suurendamiseks ühendatakse elemendid omavahel, rakendades füüsikaseadusi.

Mitme paneeli omavahelist ühendamist saab teostada, kasutades ühte kolmest päikesepatareide paigaldusskeemist:

• paralleelühendus;
• jadaühendus;
• segaühendus.

Paralleelskeem eeldab samanimeliste klemmide omavahelist ühendamist, mille korral elementidel on kaks ühist juhtmete kokkutuleku- ja hargnemissõlme.

Paralleelskeemi korral ühendatakse plussid plussidega ja miinused miinustega, mille tulemusena väljundvool suureneb, kuid väljundpinge jääb 12 V piiresse.

Paralleelskeemi korral on maksimaalse võimaliku väljundvoolu suurus otseselt võrdeline ühendatud elementide arvuga. Arvu arvutamise põhimõtted on toodud meie soovitatud artiklis.

Jadaühenduse skeem eeldab vastaspooluste ühendamist: esimese paneeli pluss teise paneeli miinusega. Ülejäänud kasutamata teise paneeli pluss ja esimese patarei miinus ühendatakse skeemis kaugemal asuva kontrolleriga.

Selline ühendusviis loob tingimused elektrivoolu liikumiseks, mille puhul jääb ainus tee energia kandja ülekandmiseks allikast tarbijale.

Jadaühenduse skeemi korral suureneb väljundpinge ja ulatub 24 V-ni, mis on sageli piisav kaasaskantavate seadmete, LED-lampide ja mõnede elektriseadmete toiteks.

Jada-paralleel- ehk segaskeemi kasutatakse kõige sagedamini mitme patareigrupi ühendamisel. Seda skeemi rakendades saab väljundis suurendada nii pinget kui ka voolu.

Jada-paralleelühenduse skeemi korral saavutab väljundpinge taseme, mille omadused sobivad kõige paremini enamiku koduste ülesannete lahendamiseks.

Selline variant on kasulik ka selle poolest, et kui üks süsteemi konstruktsioonielementidest rikki läheb, jätkavad teised ühendusahelad töötamist. See tõstab oluliselt kogu süsteemi töökindlust.

Kombineeritud skeemi kokkupanemise põhimõte seisneb selles, et seadmed iga rühma sees ühendatakse rööbiti. Kõigi rühmade ühendamine ühte ahelasse toimub aga jadamisi.

Erinevaid ühendustüüpe kombineerides pole raske kokku panna vajalike parameetritega patarei. Peaasi, et ühendatud elementide arv oleks selline, et akudele suunatav tööpinge, arvestades selle langust laadimisahelas, ületaks akude endi pinget, ning patarei koormusvool tagaks samal ajal vajaliku laadimisvoolu suuruse.

Päikeseelektrisüsteemi monteerimise skeem

Päikesepaneelide ühendamine toimub sisseehitatud ühendusjuhtmete abil, mille ristlõige on 4 mm². Selleks otstarbeks sobivad kõige paremini ühesoonelised vaskjuhtmed, mille isolatsioonikest on ultraviolettkiirguse suhtes vastupidav.

Juhul kui kasutatakse juhet, mille isolatsioon ei ole UV-kiirguse suhtes vastupidav, on soovitatav selle välimine paigaldus teha gofreeritud torus.

Iga juhtme ots on ühendatud MC4 standardi pistikuga jootmise või pressimise teel, mis tagab hermeetilise ühenduse.

Sõltumata valitud skeemist tuleb enne päikesepaneelide ühendamist kindlasti kontrollida elektripaigalduse õigsust.

Paneelide ühendamisel ei ole soovitatav ületada teiste seadmete lubatud voolu ja maksimaalse pinge tehnilisi nõudeid. Oluline on järgida tootja poolt määratud laadimiskontrolleri ja inverteri tehnilisi nõudeid.

Lihtsaima päikese elektrijaama standardne kokkupanemise skeem on järgmine.

Paneelide ühendamise skeem aku, inverteri ja kontrolleriga on lihtsa teostusega ega põhjusta seetõttu erilisi raskusi ühendamisel.

Vältimaks kontrolleri riket, on süsteemi elementide ühendamisel oluline järgida järjekorda.

Paigaldustööd teostatakse mitmes etapis:

1. Aku ühendatakse kontrolleriga, kasutades selleks vastavaid pistikuid ja unustamata jälgida polaarsust.
2. Päikesepatarei ühendatakse kontrolleri külge pistikute kaudu, säilitades sama polaarsuse.
3. Kontrolleri pistikute külge ühendatakse 12 V koormus.
4. Kui on vaja muuta elektriline pinge 12 V-lt 220 V-le, siis lisatakse ahelasse inverter. See ühendatakse ainult akuga, mitte mingil juhul otse kontrolleriga.
5. Inverteri vaba väljundi külge ühendatakse elektriseadmed, mis on ette nähtud 220 V pingele.

Pärast ühenduse tegemist tuleb kontrollida polaarsust ja mõõta paneelide tühispinget. Kui näit erineb passi väärtusest, on ühendus vale.

Seadme süsteemi ühendamiseks pole vaja avada jaotuskarpi – kõik ühenduspistikud on ligipääsetavad.

Lõppetapis tuleb päikesepatarei maandada. Lühise tõenäosuse minimeerimiseks paigaldatakse aku, inverteri ja kontrolleri vahelistesse ühenduskohtadesse kaitsmed.

Päikeseelektrijaamade energia leiab rakendust väikese võimsusega kodumasinate toitmisel ja mobiilseadmete akude laadimisel:

Neile, kes soovivad ise päikesepatarei ehitada, on abiks teave, mis on toodud järgmises artiklis.

Mitmesuunaliste elementide ühendamine

Päikesepatareide järjestikuse paigaldusskeemi kasutamisel, et mitte vähendada seadmete töö efektiivsust, tuleks kõik ühise ahela paneelid paigutada ühe nurga all ja samale tasapinnale.

Kui paneelid paiknevad erinevatel tasapindadel, võib see põhjustada selle, et lähim või paremini valgustatud töötab võimsamalt kui veidi kaugemal asetsevad.

See tähendab, et lähim paneel toodab elektrit, mille osa läheb kaugemate paneelide soojendamiseks. Põhjus on selles, et vool liigub väikseima takistuse teed. Kaotuste minimeerimiseks on iga paneeli jaoks parem kasutada eraldi kontrollerit.

Põhinõuded kontrolleri kasutamisel – ühendatavate paneelide võimsus üle 1 kW ja akude vaheline kaugus piisavalt suur.

Probleemi saab lahendada ka eraldusdioodide paigaldamisega. Need paigaldatakse plaatide vahele. Tänu sellele ei kuumene plaadid maksimaalse võimsuse väljastamisel üle.

Pingelangus ühendustes ning süsteemi madalpingeosa juhtmetes on samuti märkimisväärne.

Tabel ülekantava võimsuse mittevastavusest juhtme ristlõikele, punasega tähistatud on parameetrid, mille korral esineb oht tugevaks tuleohtlikuks kuumumiseks.

Näitena võib tuua, et meetrise kaablilõigu ristlõikega 4 mm² korral, kui voolutugevus on 80 A (pinge 12 V), langevad väärtused 3,19%, mis on 30,6 W. Keerdühenduste kasutamisel võib pingelangus varieeruda 0,1 kuni 0,3 V.

Päikeseenergia ja statsionaarse võrgu ühendamine

Kui plaanite päikeseenergiat kasutada paralleelselt korraldatud tsentraliseeritud statsionaarse võrguga, tuleb ühendusskeem teha veidi teistsuguseks. Peamine põhjus sellise lahenduse juures on see, et eratarbijal pole võimalust ülejäävat energiat võrku tagasi anda.

Ja see võib esile kutsuda pingekõikumisi, mis kestavad kuni üks sekund.

Päikeseelektri ja statsionaarse tsentraliseeritud võrgu kombineerimisel juhindutakse samast reeglist: mida rohkem allikaid ühendatakse, seda keerulisemaks muutub skeem.

Vastavalt ülaltoodud skeemile suunatakse pinge päikesepaneelidelt esmalt akusse ja sealt edasi koormusele.

Sellist paigaldusvarianti projekteerides tuleb arvestada kahte tüüpi koormusega:

• mitte varundatav – valgustus kodus, kodumasinad jne;
• varundatav – avariivalgustus, külmik, elektrikatel.

Pange tähele: mida suurem on aku mahutavus, seda kauem töötavad varundatavad seadmed iseseisvas režiimis.

Sellist võrku energia tootmise viisi valides olge valmis, et vajate luba kohalikest energiavõrkudest.

Vaatamata sellele, et päikesepaneelide inverterid toodavad pinget, mille kvaliteet on kohati kõrgem kui tsentraliseeritud võrgul, ei anna kohalikud elektrivõrgud luba, et elektriarvesti pöörleks tagurpidi.

Sel põhjusel lõpetavad päikeseinverterid vastavalt skeemile töö pinge kadumise hetkel võrgus. Varundatav koormus hakkab seejärel saama voolu akust.

Järeldused ja kasulik video teemal

Allpool esitatud videomaterjali autorid jagavad isiklikke kogemusi ja analüüsivad päikesepaneelide paigalduse nüansse.

Video #1. Tehases valmistatud süsteemi kokkupaneku ja paigalduse näide:

Video #2. Kuidas paneele õigesti paigaldada:

Mitme paneeli ühendamises teiste süsteemi elementidega pole midagi keerulist. Kuid alustava meistri jaoks võib protsess olla keeruline. Seega, kui teil puuduvad kogemused arvutustes ja paigaldusoskused, on mõistlik pöörduda spetsialisti poole, kellel on vajalikud teadmised.

Kas soovite rääkida, kuidas oma päikeseelektrijaama suvila või maamaja jaoks ehitasite? Võib-olla teate protsessi nüansse, mida artiklis pole kirjeldatud? Palun kirjutage kommentaare allpool asuvasse blokki, esitage küsimusi, jagage arvamust ja fotosid artikli teemal.