A bateria solar é uma coisa útil. Você pode, por exemplo, levá-lo com você em uma viagem de pesca e carregar seu telefone com os primeiros raios do sol. Ou instale alguns painéis solares no telhado e esqueça a conta de luz.
Mas a bateria solar tem uma desvantagem significativa devido ao seu princípio básico de operação – ela só pode gerar eletricidade na presença do sol. À noite, infelizmente, ela “adormece” e deixa seus aparelhos elétricos à própria sorte. Como sair dessa situação para poder aproveitar os benefícios do progresso tecnológico 24 horas por dia? Claro, as baterias vêm em socorro aqui, que são carregadas por painéis solares durante o dia e, depois de escurecer, fornecem energia para aparelhos elétricos. No entanto, as baterias são uma coisa complicada. Eles não gostam de cobrar além dos dados do passaporte, e muitos deles não gostam de ser totalmente liberados. Se os modos de carga-descarga forem violados, eles falharão antes do tempo. Para eliminar esse problema, eles desenvolveram dispositivos especiais que controlam a operação de baterias e painéis solares. Eles são chamados de controladores.
Como você sabe, a bateria solar gera uma tensão constante. A bateria também funciona com tensão constante. Mas e se você precisar conectar uma TV ou geladeira à eletricidade? Eles também funcionam em tensão alternada, e ainda muito maior do que a produzida por uma bateria solar. Por exemplo, seu painel solar e bateria são projetados para funcionar com 24 volts DC e você deseja ligar um computador de mesa projetado para ser conectado à voltagem normal da rede! Para sair dessa situação, existem conversores de tensão chamados inversores. Inversores semelhantes são usados em carros. Nos carros, eles convertem 12 volts DC em 220 volts AC.
Assim, para o pleno funcionamento de sua usina solar, você precisa ter quatro componentes – painéis solares, baterias, um controlador e um inversor. Bem, e cabos de comunicação que vão conectar tudo junto.
- Fundamentos
- Opções de conexão
- Seleção do controlador
- Seleção de bateria
- Seleção e conexão de cabos
- Seleção de fusíveis
Fundamentos
Os painéis solares devem ser instalados de forma a receber o máximo de luz do sol em movimento. Deve-se notar que no inverno o sol passa quase acima do horizonte e no verão sobe quase até o zênite. Por exemplo, se você montar painéis solares em um telhado inclinado do tipo chalé, comum na Escandinávia, no inverno eles simplesmente ficarão cobertos de neve e, caso contrário, os raios do sol passarão tangencialmente e a bateria desenvolverá pouca energia. Se você colocá-los em um telhado íngreme, o painel será ineficaz ao meio-dia. Daí resulta que, se os painéis solares forem direcionados para o sul e inclinados em um ângulo de 45 graus, durante o ano absorverão a maior quantidade de luz no total, pois capturarão os raios horizontais ao nascer e ao pôr do sol e verticais diurnas. A partir dessas considerações, podemos concluir que durante o ano e o dia, o sol está localizado no zênite com muito menos frequência do que acima do horizonte, o que significa que os painéis solares são posicionados de maneira ideal em um ângulo de 45 a 60 graus em relação à superfície da Terra. Em seguida, eles capturarão a luz do sol de inverno baixo e do sol de verão que se põe. Apenas os raios do sol do meio-dia de verão passarão tangencialmente, mas esta é precisamente a hora quente e clara, a hora em que a necessidade de energia é mínima. Essas conclusões se aplicam às latitudes médias, porque se você mora no equador, não há mudanças sazonais na posição do sol, no equador eles passam ao longo do zênite, estritamente ao longo da linha norte-sul, e são completamente diferentes orientações.
Se os painéis solares não forem instalados no telhado, mas em locais de fácil acesso, por exemplo, em um local perto da casa , eles podem ser montados de forma a poder alterar o ângulo de inclinação do inverno para o verão modo. Deve-se tomar cuidado para garantir a confiabilidade dos fixadores, pois os painéis solares têm alta resistência ao vento e podem ser danificados por ventos fortes. Além disso, deve ser possível limpar os painéis do pó, pois o pó reduz drasticamente o desempenho do sistema.
Para instalar painéis solares em telhados planos , são utilizados sistemas de montagem chamados sistemas de lastro. Eles permitem definir o ângulo de inclinação desejado e são feitos de um perfil especial de aço inoxidável.
Se for possível usar um número suficientemente grande de painéis solares, eles são instalados com orientações diferentes para os pontos cardeais e ângulo de inclinação – alguns deles devem ser direcionados para leste e oeste, próximos à posição vertical, e alguns deles para o sul, mas mais suavemente. Depois, no primeiro terço das horas de luz do dia, os painéis orientados a sudeste e com uma inclinação de 45 graus suportam a carga máxima, no segundo terço, os painéis orientados a sul e olhando quase para o zénite de trabalho, e o o resto do dia é finalizado pelos painéis direcionados ao sol poente.
Opções de conexão
Se vários painéis solares forem usados, eles devem ser conectados a uma bateria comum. Os painéis solares podem ser conectados de diferentes maneiras, dependendo da tensão de saída e da energia que você precisa.
Se você conectá-los em paralelo , ou seja, conectar todos os pontos negativos a um ponto e todos os positivos a outro, a tensão nos terminais permanecerá a mesma de uma bateria solar, mas a corrente aumentará exatamente o mesmo número vezes como você conectou os painéis. Assim, a potência do sistema aumentará na mesma quantidade, pois a potência é calculada pela fórmula P \u003d U ⋅ I, onde P é a potência em Watts, U é a tensão em Volts e I é a corrente em Amperes.
Se você conectá-los em série , ou seja, mais para menos o próximo, a tensão do sistema aumentará tanto quanto os painéis solares no sistema. A potência também aumentará devido a um aumento na tensão, de acordo com a mesma fórmula P \u003d U ⋅ I.
Com a conexão série-paralelo , também ocorrem várias combinações de tensões e potências. Por exemplo, 4 painéis solares conectados em série-paralelo produzem 4 vezes mais energia do que um painel, 2 vezes mais tensão e 2 vezes mais corrente.
Se o sistema usa baterias de 12 volts e painéis solares de 12 volts, é claro que eles são conectados em paralelo para que a tensão permaneça inalterada, ou seja, 12 volts, e a corrente aumente. Se a tensão dos painéis solares e da bateria não corresponderem, podem ser usadas conexões seriais, paralelas e paralelas em série de painéis solares ou baterias. Por exemplo, um painel solar de 48 volts pode ser carregado com quatro baterias de 12 volts conectadas em série.
Assim, a conclusão é: uma conexão em paralelo aumenta a potência aumentando a corrente, uma conexão em série aumentando a tensão e uma conexão paralela em série aumentando simultaneamente a corrente e a tensão. Tudo isso é justo se os painéis solares olharem para um ponto. Se eles estiverem orientados em diferentes direções do mundo, as tensões e correntes em cada um deles serão diferentes.
Seleção do controlador
Ao combinar painéis solares e baterias, você não deve esquecer que suas tensões correspondem à tensão do controlador.
Os controladores estão sendo constantemente aprimorados, muitos controladores modernos são equipados com uma tela que torna seu trabalho visual, os controladores se tornaram tão “inteligentes” que não apenas monitoram a carga e descarga, mas também otimizam o funcionamento do sistema “acumulador de bateria solar” para que sua interação ocorra com a máxima eficiência e nas zonas dos modos de operação mais confortáveis de equipamentos específicos.
Apesar de muitos controladores poderem detectar automaticamente a tensão da bateria solar e ligar neste modo, deve-se ter em mente que a maioria dos controladores trabalha com tensões de 12 e 24 Volts.
O controlador monitora vários processos ao mesmo tempo.
Em primeiro lugar, determina o nível de carga das baterias. As baterias não devem continuar a carregar com 100% de carga. Isso pode desativá-los. Portanto, o controlador abre o circuito entre os painéis solares e as baterias assim que sua carga atinge o nível do passaporte. Além disso, as baterias não devem ser completamente descarregadas. Em primeiro lugar, é desconfortável – o sistema de alimentação fica sem reserva de eletricidade e, em segundo lugar, muitos tipos de baterias perdem seu desempenho mais rapidamente quando totalmente descarregadas. Neste caso, o controlador, tendo determinado que a bateria está descarregada abaixo de um valor crítico, fecha o circuito e os conecta ao painel solar.
Além de monitorar a condição das baterias, o controlador bloqueia a ocorrência de corrente reversa. O que é esse fenômeno? Quando o sol brilha no painel solar, a corrente flui dele para a bateria. Mas se não houver radiação solar (à noite ou em condições climáticas adversas), a tensão nas baterias pode exceder a tensão nos painéis solares e a corrente fluirá na direção oposta – das baterias para os painéis solares. Nesse caso, o controlador reagirá e desconectará as baterias dos painéis solares.
Além disso, os controladores podem otimizar a operação do sistema solar. Eles criam esses modos de carregamento nos quais as baterias duram mais, enquanto acumulam mais carga. Como a bateria solar é um dispositivo semicondutor, isso significa que ela possui uma característica de tensão de corrente (CVC).
Cada painel solar tem sua própria individualidade. As baterias também têm suas próprias características de trabalho, dependendo do design. O controlador aprende a característica de tensão de corrente de um painel solar específico e desenvolve modos de operação ideais para baterias. O rastreamento do melhor ponto de energia, ou seja, a combinação de tensão, corrente e resistência de carga, permite fornecer potência máxima com sobrecarga mínima do sistema.
Modelos de controlador
As empresas que desenvolvem controladores estão constantemente aprimorando seu design e, no momento, os modelos mais avançados são do tipo MPPT . MPPT é a abreviação de Maximum Power Point Tracking, que significa rastrear o ponto de potência máxima de um painel solar para melhorar a eficiência do sistema.
Os controladores do sistema PWM (modulação por largura de pulso) são organizados um pouco mais simples – controladores que operam com o princípio da modulação por largura de pulso (PWM).
Estes são dispositivos bem conhecidos, eles são usados em computadores, telefones celulares, lâmpadas fluorescentes, carregadores e muitos outros dispositivos. Os controladores PWM são inferiores ao MPPT em termos de otimização do processo de carregamento, mas são significativamente mais baratos.
Os controladores têm uma porta RJ-45. Você já viu esse tipo de conector em modems e roteadores.
Ele é projetado para controle remoto.
Um conversor WI-FI pode ser conectado ao controlador usando o mesmo conector RJ-45, o que permitirá controlar o funcionamento do sistema solar usando um telefone celular.
Seleção de bateria
Agora considere as baterias – a despensa de energia do sistema solar. Você pode, é claro, não entrar em detalhes, mas simplesmente conectar a bateria do KRAZ. Ou de um tanque. Mas, infelizmente, essa bateria “morrerá” muito rapidamente. Por quê? O fato é que cada tipo de bateria é projetado para seus próprios modos de operação. Uma bateria de carro quase nunca está morta. Este é um tipo de chumbo-ácido, é indesejável descarregá-lo mesmo pela metade do valor nominal. Ele gosta de começar poderosamente com alta corrente e depois recarregar gradualmente durante o passeio. Se você colocá-lo como um dispositivo de armazenamento de energia em uma bateria solar, ele carregará durante o dia, descarregará à noite e, em seguida, ocorrerá um problema. Não há recarga à noite.
A bateria está completamente descarregada por um longo tempo, o que é uma violação de seus modos de operação. Não vai durar muito nessas condições.
Os seguintes tipos de bateria são recomendados para painéis solares:
Sal de níquel. Suporta descargas profundas e até três mil ciclos. Muito durável. Vida útil de até centenas de anos.
Tração blindada. Eles também suportam descarga profunda. Ciclo cerca de mil vezes.
Gel. Resistente a descargas profundas. Cíclica até 600.
AGMs de chumbo-ácido. O número de ciclos até quatrocentos. Aqui surge a questão – afinal, foi dito acima que o ácido de chumbo não é adequado para sistemas solares. O fato é que não são baterias comuns de chumbo-ácido, onde o ácido é simplesmente despejado desaparafusando o plugue. De acordo com a tecnologia AGM, o ácido está na forma absorvida, o que garante a estrutura microporosa dos separadores e enchimento com fibra de vidro. Graças a este design, a bateria é resistente a descargas profundas.
Bem, as baterias de íons de lítio agora são amplamente utilizadas. Eles também são resistentes a descargas profundas. Número de ciclos 3000-6000, dependendo do fabricante. Alguns fabricantes afirmam pedalar até 20 mil vezes. Vida útil – 10-20 anos.
Seleção e conexão de cabos
Cabos para painéis solares também devem ser usados, não os primeiros que se deparam. O fato é que eles estão expostos à ação atmosférica ininterrupta, portanto, devem ser resistentes ao calor e ao gelo, à chuva e à neve, aos ácidos, álcalis e óleos contidos na atmosfera das grandes cidades. Além disso, eles devem corresponder à potência dos painéis solares. Normalmente, são usados cabos com uma seção transversal de 4-6 milímetros quadrados, mas se o sistema solar for poderoso, os cabos de saída devem ser calculados para que possam suportar a corrente e a tensão total de todo o sistema. O isolamento do cabo deve ser duplo e o fio deve ser trançado. Se forem usados vários painéis solares, os cabos comuns devem ser capazes de transportar a corrente total de todo o sistema. O fio de cobre deve ser trançado e estanhado.
Os cabos são conectados usando conectores especiais. Para sistemas solares, foi desenvolvido o padrão de conector MS-4. Ele é projetado para cabos com diâmetro de 4-6 mm e está disponível, como muitos conectores elétricos, em duas versões – “pai” e “mãe”.
Os conectores padrão MC-4 possuem um invólucro selado com uma glândula interna de silicone e contatos de cobre estanhado. Eles são projetados para uma tensão de 1 quilovolt, uma corrente de cerca de 25 amperes e suportam influências atmosféricas. Para conexão paralela, foram desenvolvidos conectores especiais prontos.
Seleção de fusíveis
Além dos elementos acima, os fusíveis são necessariamente usados em sistemas solares, como em muitos aparelhos elétricos.
A proteção é fornecida tanto para corrente contínua (DC) quanto para corrente alternada (AC).
Não faz muito sentido considerar diagramas de conexão elétrica detalhados, pois para cada sistema solar será necessário selecionar um conjunto individual de elementos e otimizar o circuito elétrico. E como é recomendado comprar todos os elementos de um fabricante para sua melhor compatibilidade, isso geralmente é desnecessário, pois os especialistas da empresa selecionarão um conjunto de equipamentos e elementos de comutação de acordo com suas condições e capacidades, e também fornecerão um diagrama de conexão detalhado e recomendações.
