Schémata a způsoby zapojení solárních panelů: jak správně provést instalaci solárního panelu

Alternativní zdroj energie na bázi solárních panelů – výborná volba pro organizaci nezávislého zásobování energií. Zajistí vysokou energetickou účinnost nejen v horkých dnech, ale i v zataženém počasí. Bylo by hezké mít takové zařízení doma, že?

K tomu stačí jen správně vybrat technické komponenty a provést montáž. To může udělat každý, kdo zná schémata a způsoby připojení solárních panelů. Řekneme vám, jak se buduje výkonný systém, který přeměňuje “zelenou energii” na elektřinu potřebnou pro napájení domácích spotřebičů.

Kromě toho se dozvíte, jak vybrat místo pro instalaci solárních panelů a jak je sloučit s pevnou elektrickou sítí. Užitečné rady a důležitá doporučení poskytnou účinnou pomoc domácím kutilům. Pro snazší pochopení jsou uvedeny tematické fotografie, schémata a videa.

Konstrukce solárního panelu

Při plánování připojení solárních panelů svépomocí je nutné mít představu o tom, z jakých prvků se systém skládá.

Solární panely se skládají ze sady baterií na fotovoltaických prvcích, jejichž hlavním účelem je přeměňovat sluneční energii na elektrickou. Síla proudu systému závisí na intenzitě světla: čím jasnější záření, tím větší proud je generován.

Hlavními konstrukčními prvky systému jsou:

• Solární panel – přeměňuje sluneční světlo na elektrickou energii.
• Akumulátor – chemický zdroj proudu, který ukládá vyrobenou elektrickou energii.
• Regulátor nabíjení – sleduje napětí akumulátorů.
• Střídač, přeměňující stejnosměrné elektrické napětí akumulátorové baterie na střídavé 220 V, které je nezbytné pro fungování osvětlovacího systému a provoz domácích spotřebičů.
• Pojistky, instalované mezi všechny prvky systému a chránící systém před zkratem.
• Sada konektorů standardu MC4.

Kromě hlavního účelu regulátoru – sledovat napětí akumulátorů, zařízení podle potřeby odpojuje různé prvky. Pokud indikátor na svorkách akumulátoru během dne dosáhne hodnoty 14 voltů, což indikuje jejich přebití, regulátor přeruší nabíjení.

Kromě solárního modulu součástí této elektrárny jsou fotovoltaické měniče – regulátor a střídač, a také k nim připojené akumulátory.

V noci, když indikátor napětí akumulátorů dosáhne extrémně nízké hodnoty 11 voltů, regulátor zastaví provoz elektrárny.

Kde je nejlepší umístit panely?

První věc, kterou je třeba udělat před instalací a připojením solárního panelu, je rozhodnout se o umístění jednotky.

Pro instalaci fotovoltaických modulů je vhodné použít stacionární konstrukce z kovových profilů, nebo modernější otočné varianty.

Solární panely lze umístit prakticky na libovolné dobře osvětlené místo:

• na střeše venkovského domu;
• na balkoně bytového domu;
• na přilehlém pozemku k domu.

Hlavní je zajistit potřebné podmínky pro dosažení maximální výroby elektrické energie. Jednou z nich je orientace a úhel sklonu vůči horizontu. Světlopohlcující plocha jednotky by měla být orientována na jih.

V ideálním případě by měly sluneční paprsky dopadat na ni pod úhlem 90°. Aby bylo dosaženo tohoto efektu, je nutné zvolit optimální úhel sklonu v závislosti na klimatických podmínkách regionu. Pro každý region je tato hodnota jiná.

Aby byla zajištěna maximální výkonnost solárních panelů, doporučuje se měnit úhel sklonu zařízení 2-4krát ročně: 18. dubna, 24. srpna, 7. října a 5. března

Například v moskevském regionu činí úhel sklonu umístění povrchu solárních panelů pro letní měsíce 15-20°, v zimních měsících se mění na hodnotu 60-70°.

Při umístění solárních panelů na pozemku přiléhajícím k domu je lepší panely zvednout nad povrch půdy alespoň o půl metru – pro případ velkého množství sněhu. Toto řešení je správné i v tom smyslu, že zajišťuje dostatečný prostor pro cirkulaci vzduchu.

Je třeba mít na paměti, že i malý stín má škodlivý vliv na výrobu elektřiny agregátem. Panely je nutné umístit pouze na místa, která nejsou vystavena ani sebemenšímu zastínění.

Někteří „šikovníci“ za účelem ochrany panelů instalují na ně další sklo, ale i při zdánlivé průhlednosti může skleněná vrstva snížit účinnost panelů o 30%.

Existuje několik způsobů fixace panelů:

• prostřednictvím použití přítlačných fixátorů;
• pomocí šroubového spojení skrz průchozí otvory umístěné ve spodní části rámečku.

Nosná konstrukce musí být vyrobena z korozivzdorných materiálů. Bez ohledu na způsob montáže nelze do konstrukce panelů samostatně provádět změny a vrtat další otvory.

Úkolem majitele domu je udržovat panely v čistém stavu. Nahromadění prachu, sněhu a ptačího trusu na povrchu snižuje množství elektřiny vyrobené systémem nejméně o 10%.

Možnosti zapojení solárních panelů

Solární baterie se skládají z několika samostatných panelů. Pro zvýšení výstupních parametrů systému, jako je výkon, napětí a proud, jsou prvky spojovány dohromady s využitím fyzikálních zákonů.

Spojení několika panelů lze provést pomocí jedné ze tří schémat zapojení solárních baterií:

• paralelní;
• sériové;
• smíšené.

Paralelní schéma předpokládá propojení stejnojmenných svorek k sobě navzájem, přičemž prvky mají dva společné uzly scházení vodičů a jejich větvení.

Při paralelním zapojení se „plusy“ spojují s „plusy“ a „minusy“ s „minusy“, v důsledku čehož se výstupní proud zvyšuje, zatímco výstupní napětí zůstává v rozmezí 12 Voltů.

Velikost maximálně možného výstupního proudu při paralelním zapojení je přímo úměrná počtu připojených prvků. Principy výpočtu množství jsou uvedeny v námi doporučeném článku.

Sériové schéma předpokládá připojení opačných pólů: „plus“ prvního panelu k „minusu“ druhého. Zbývající nevyužitý „plus“ druhého panelu a „minus“ první baterie se připojují k regulátoru umístěnému dále podle schématu.

Tento typ spojení vytváří podmínky pro tok elektrického proudu, při kterém zůstává jediná cesta pro přenos nosiče energie od zdroje ke spotřebiteli.

Při sériovém zapojení se výstupní napětí zvyšuje a dosahuje hodnoty 24 Voltů, což je obvykle dostačující pro napájení přenosné techniky, LED lamp a některých elektrických spotřebičů.

Sériově-paralelní neboli smíšené schéma se nejčastěji používá v případě potřeby spojení několika skupin baterií. Použitím tohoto schématu lze na výstupu zvýšit jak napětí, tak proud.

Při sériově-paralelním zapojení dosahuje výstupní napětí úrovně, jejíž charakteristiky nejlépe vyhovují pro řešení většiny běžných domácích úkolů.

Tato varianta je výhodná i v tom, že v případě poruchy některého z konstrukčních prvků systému ostatní spojovací obvody nadále fungují. To výrazně zvyšuje spolehlivost celého systému.

Princip sestavení kombinovaného schématu spočívá v tom, že zařízení v každé skupině jsou zapojena paralelně. A připojení všech skupin do jednoho okruhu se provádí sériově.

Kombinací různých typů zapojení není problém sestavit baterii s požadovanými parametry. Hlavní je, že počet zapojených prvků musí být takový, aby pracovní napětí přiváděné k akumulátorům s ohledem na jeho pokles v nabíjecím obvodu převyšovalo napětí samotných akumulátorů, a zatěžovací proud baterie zároveň zajišťoval potřebnou velikost nabíjecího proudu.

Schéma sestavení solárního elektrického systému

Připojení solárních panelů se provádí pomocí vestavěných propojovacích vodičů o průřezu 4 mm². K tomuto účelu se nejlépe hodí jednodrátové měděné vodiče, jejichž izolační plášť je odolný vůči ultrafialovému záření.

V případě použití vodiče, jehož izolace není odolná vůči UV záření, se doporučuje jeho venkovní pokládka provést do kabelového chrániče (vlnovce).

Konec každého vodiče je spojen s konektorem standardu MC4 pomocí pájení nebo krimpování, čímž je zajištěno těsné spojení.

Bez ohledu na zvolené schéma je před připojením solárních panelů bezpodmínečně nutné zkontrolovat správnost elektroinstalace.

Při připojování panelů se nedoporučuje překračovat technické požadavky na přípustný proud a maximální napětí ostatních zařízení. Je důležité dodržovat technické požadavky regulátoru nabíjení a měniče uvedené výrobcem.

Standardní schéma sestavení nejjednodušší solární elektrárny vypadá následovně.

Schéma připojení panelů k akumulátoru, měniči a regulátoru má jednoduché provedení, a proto nepůsobí zvláštní potíže při připojení.

Aby nedošlo k poruše regulátoru, je důležité dodržovat při připojování prvků systému pořadí.

Montážní práce se provádějí v několika etapách:

1. Akumulátor se připojuje k regulátoru pomocí příslušných konektorů, přičemž se nezapomíná na dodržení polarity.
2. K regulátoru se přes konektory při dodržení stejné polarity připojuje solární baterie.
3. Ke konektorům regulátoru se připojuje zátěž 12 V.
4. Pokud je nutné přeměnit elektrické napětí z 12 na 220 V, do obvodu se zapojí měnič. Ten se připojuje pouze k akumulátoru a v žádném případě přímo k regulátoru.
5. K volnému výstupu měniče se připojují elektrické spotřebiče určené pro napětí 220 V.

Po provedení spojení je třeba zkontrolovat polaritu a změřit napětí naprázdno panelů. Pokud se hodnota liší od údaje v dokumentaci – spojení je provedeno nesprávně.

Pro připojení zařízení k systému není nutné otevírat rozvodnou krabici – všechny spojovací konektory jsou přístupné.

V závěrečné fázi je třeba uzemnit solární baterii. Aby se minimalizovala pravděpodobnost zkratu, na místech spojení mezi akumulátorem, měničem a regulátorem se instalují pojistky.

Energie solárních elektráren najde uplatnění při napájení nízkoenergetických domácích spotřebičů a při nabíjení baterií mobilních zařízení:

Těm, kteří si chtějí postavit solární panel vlastníma rukama, pomohou informace uvedené v následujícím článku.

Připojení různorodě orientovaných prvků

Při použití sériového schématu montáže solárních panelů, aby nedošlo ke snížení účinnosti zařízení, by měly být všechny panely společného okruhu umístěny pod stejným úhlem a ve stejné rovině.

Pokud však budou panely umístěny v různých rovinách, může to vést k tomu, že bližší nebo lépe osvětlený panel bude pracovat výkonněji než ty umístěné o něco dále.

To znamená, že bližší panel bude generovat elektřinu, jejíž část bude odcházet na ohřev vzdálenějších panelů. Důvodem je, že proud teče cestou nejmenšího odporu. Aby se minimalizovaly ztráty, je pro každý panel lepší použít samostatný regulátor.

Základní požadavky při použití regulátoru – výkon připojených panelů nad 1 kW a dostatečná vzdálenost mezi bateriemi.

Otázku lze vyřešit také instalací oddělovacích diod. Ty jsou umístěny uvnitř mezi deskami. Díky tomu se desky při dosažení maximálního výkonu nepřehřívají.

Nemalý význam má také pokles napětí ve spojích a samotných vodičích nízkonapěťové části systému.

Tabulka nesouladu přenášeného výkonu s průřezem vodiče, červeně označující parametry, při kterých vzniká riziko silného požárně nebezpečného zahřátí.

Jako příklad může sloužit skutečnost, že u metrového úseku kabelu o průřezu 4 mm² při průchodu proudu 80 A (napětí 12 V) klesnou hodnoty o 3,19 %, což činí 30,6 W. Při použití kroucení se pokles napětí může pohybovat v rozmezí od 0,1 do 0,3 V.

Kombinace solární energie a pevné sítě

Při plánování využití elektřiny ze slunce paralelně s vybudovanou centralizovanou stabilní sítí se schéma zapojení vytváří poněkud odlišně. Hlavním důvodem tohoto řešení je, že soukromý spotřebitel nemá možnost „odvádět“ přebytečnou energii.

A to může vyvolat kolísání napětí trvající až jednu sekundu.

Při kombinaci solární elektřiny se stabilní centralizovanou sítí se řídíme stejným pravidlem: čím více zdrojů je připojeno, tím složitější je schéma.

Podle výše uvedeného schématu je napětí ze solárního pole nejprve směrováno k baterii a odtud je přenášeno na zátěž.

Při navrhování takové varianty montáže je třeba vzít v úvahu dva typy zátěže:

• nezálohovaná – osvětlení v domě, domácí spotřebiče atd.;
• zálohovaná – nouzové osvětlení, lednička, elektrický kotel.

Mějte na paměti: čím větší kapacita baterie, tím déle budou zálohované spotřebiče pracovat v autonomním režimu.

Pokud zvolíte tento způsob výroby energie do sítě, buďte připraveni na to, že budete muset vyřídit povolení u místních energetických sítí.

Navzdory tomu, že měniče pro solární panely vyrábějí napětí, jehož kvalita je někdy vyšší než v centralizované síti, místní energetické sítě nedají souhlas k tomu, aby se elektroměr otáčel opačným směrem.

Z tohoto důvodu podle schématu solární měniče přestanou pracovat v okamžiku, kdy v síti zmizí napětí. Zálohovaná zátěž se začne „napájet“ z baterie.

Závěry a užitečné video k tématu

Autoři video materiálu, který je uveden níže, se dělí o osobní zkušenosti a rozebírají nuance montáže solárních panelů.

Video #1. Příklad sestavení a montáže systému továrního vzoru:

Video #2. Jak správně nainstalovat panely:

Nic složitého na procesu spojování několika panelů s ostatními prvky systému není. Ale pro začínajícího mistra může být proces obtížný. Proto se při nedostatku zkušeností s výpočty a dovednostmi montáže vyplatí obrátit na odborníka, který má potřebné znalosti.

Chcete vyprávět, jak jste sestavili vlastní solární elektrárnu pro chatu nebo venkovský dům? Možná znáte jemnosti procesu, které nejsou v článku popsány? Napište prosím komentáře do bloku níže, ptejte se, sdílejte svůj názor a fotografie k tématu článku.