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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 >배터리가 장착된 가정용 광전지 시스템. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
배터리가 있는 태양열 시스템은 에너지 소비가 발전기의 전력을 초과하지 않는 한 많은 가전 제품에 전력을 공급할 수 있습니다. 따라서 시스템의 전원을 올바르게 결정할 필요가 있습니다. 이 방향의 첫 번째 단계는 사양을 작성하는 것입니다. 시스템에 대한 기술적 설명.
에너지 계산 가정용 태양광 시스템을 설계할 때 먼저 집안의 모든 전기 제품 목록을 작성하고 전력 소비를 파악한 다음 목록에 추가해야 합니다. 아래 표는 참고용으로 일부 기기의 평균 전력 소비량을 보여줍니다. 그러나 이는 대략적인 추정치일 뿐이라는 점을 기억해야 합니다. 인버터 시스템(AC 기기의 경우)의 전력 소비량(E)을 계산하려면 수정해야 합니다(평균 소비량에 계수 C를 곱하여 총 전력을 구함).
냉장고, 다리미, 팬, 전기 스토브 등 기타 전기 제품의 작동을 위해. 더 크고 더 비싼 시스템이 필요합니다. 이러한 시스템은 획일적인 기준이 아니라 소비자의 특정 요구에 따라 달라지므로 계산은 전문가가 수행해야 합니다. 둘째, 하루 중 특정 전기 제품을 사용하는 시간을 추정해야 합니다. 예를 들어, 거실의 전구는 하루에 10시간, 식료품 저장실에서는 단 10분만 켜집니다. 다음 표의 두 번째 열에 이 데이터를 기록하십시오. 그런 다음 일일 에너지 요구 사항을 입력하는 세 번째 열을 만듭니다. 이를 결정하려면 장치의 전력에 작동 시간을 곱해야 합니다(예: 27W x 4시간 = 108Wh). 결과 숫자를 세 번째 열에 쓰십시오. 이것은 일일 총 에너지 소비량입니다.
다음으로 주어진 지역에서 믿을 수 있는 태양 에너지의 양을 결정해야 합니다. 이 데이터는 일반적으로 지역 태양광 패널 공급업체 또는 수문기상 관측소에서 얻을 수 있습니다. 두 가지 요소를 고려하는 것이 중요합니다. 평균 연간 일사량과 최악의 기상 조건에서 월 평균 값입니다 ( "일사량"장의 일반 정보 참조). 첫 번째 값의 도움으로 광전지 시스템은 평균 연간 일사량에 따라 조정될 수 있습니다. 두 번째 숫자로 이동하면 극도로 장기간의 악천후를 제외하고는 항상 필요를 충족하기에 충분한 에너지를 갖게 됩니다. 이제 PV 모듈의 공칭 전력을 계산할 수 있습니다. 시스템의 에너지 손실을 보정하기 위해 에너지 소비(Wh/day) 값에 1,7을 곱한 다음 일사량(Wh/day)으로 나눕니다(예: 280(Wh/day) x 1,7). / 5(Wh/일) = 96,2W. 불행하게도 광전지 모듈의 공칭 전력 선택은 제한적입니다. 50W 모듈을 사용하여 50W, 100W, 150W 발전기 등을 구축할 수 있습니다. 전력 요구 사항이 95W인 경우 XNUMX모듈 시스템이 가장 적합합니다. 모듈의 총 전력이 계산된 값과 매우 다른 경우 강력하지 않거나 너무 강력한 생성기를 사용해야 합니다. 첫 번째 경우 광전지는 총 에너지 수요를 충족할 수 없습니다. 귀하의 요구 사항 중 일부를 제공하는 것이 귀하에게 적합한지 여부를 결정하는 것은 귀하에게 달려 있습니다. 두 번째 경우에는 과도한 전기가 발생합니다. 배터리 크기는 에너지 요구 사항과 PV 모듈 수에 따라 다릅니다. 표시된 예에서 최소 배터리 용량은 60Ah이고 최적은 100Ah입니다. 이러한 배터리는 1200V에서 12Wh를 저장할 수 있습니다. 이는 일일 에너지 소비량이 280Wh인 위에서 설명한 경우에 전기를 공급하기에 충분합니다.
일정한 압력 과거에는 거의 모든 광전지 시스템이 12V의 정전압을 사용했습니다. 배터리에서 직접 전원을 공급받는 12V 장치가 널리 사용되었습니다. 이제 효율적이고 신뢰할 수 있는 인버터의 출현으로 배터리는 점점 더 24V를 사용하고 있습니다. 요즘 전기 시스템의 전압은 하루 동안 입력되는 일일 에너지에 의해 결정됩니다. 하루에 2000Wh 미만을 생산하고 사용하는 시스템은 12V와 가장 잘 결합됩니다. 하루에 2000-6000Wh를 생산하는 시스템은 일반적으로 24V를 사용합니다. 하루에 6000Wh 이상을 생산하는 시스템은 48V를 사용합니다. 주전원 전압은 인버터, 컨트롤, 충전기 및 배선의 매개변수에 영향을 미치는 매우 중요한 요소입니다. 일단 구입하면 이러한 모든 구성 요소는 교체하기 어렵습니다. PV 모듈과 같은 시스템의 일부 구성 요소는 12V에서 더 높은 전압으로 전환할 수 있으며 인버터, 배선 및 제어 장치와 같은 다른 구성 요소는 특정 전압용으로 설계되었으며 이 범위 내에서만 작동할 수 있습니다. 배터리 배터리는 태양광 모듈에서 생성된 에너지를 저장합니다. 배터리는 악천후 또는 과도한 전력 소비 기간 동안 보상합니다(중기 저장).
가장 일반적으로 사용되는 자동차 배터리는 저렴하고 전 세계에서 사용할 수 있습니다. 그러나 짧은 시간 동안 큰 전류를 전달하도록 설계되었습니다. 그들은 태양계의 전형적인 긴 충전-방전 주기를 견디지 못합니다. 업계는 소위 생산합니다. 이러한 요구 사항을 충족하는 태양 전지. 그들의 주요 특징은 주기적 작동에 대한 낮은 감도입니다. 안타깝게도 이러한 배터리를 생산하는 개발 도상국은 소수에 불과하고 수입 제품은 배송비와 관세로 인해 너무 비쌉니다. 이러한 상황에서는 강력한 트럭 배터리를 사용할 수 있습니다. 이것은 더 자주 교체해야 하지만 더 저렴한 옵션입니다. 대형 태양광 시스템의 경우 하나의 배터리 용량으로는 충분하지 않을 수 있습니다. 그런 다음 모든 양극과 모든 음극을 서로 연결하여 여러 개의 배터리를 병렬로 연결할 수 있습니다. 연결하려면 30cm 이하의 두꺼운 구리선을 사용해야하며 충전시 배터리에서 폭발 가능성이있는 가스가 방출됩니다. 따라서 화염에 주의해야 합니다. 그러나 가스 방출은 특히 전하 조절기를 사용하는 경우 무시할 수 있습니다. 위험이 자동차 배터리 사용과 관련된 일반적인 위험을 초과하지 않도록 합니다. 그래도 배터리는 통풍이 잘 되어야 합니다. 따라서 덮지 말고 상자에 숨기십시오. 배터리 용량은 암페어시로 표시됩니다. 예를 들어, 100Ah, 12V 배터리는 1200Wh(12V x 100Ah)를 저장할 수 있습니다. 그러나 용량은 충전 또는 방전 과정의 지속 시간에 따라 다릅니다. 충전 시간은 용량 지수 C로 표시됩니다(예: 100시간 동안 "C100"). 제조업체는 다양한 기준 기간 동안 배터리를 생산할 수 있습니다. 에너지가 배터리에 저장되면 저장 중에 일정량의 에너지가 손실됩니다. 자동차 배터리는 효율이 약 75%인 반면 태양 전지는 약간 더 좋습니다. 배터리 용량의 일부는 교체해야 할 정도로 줄어들 때까지 각 충전-방전 주기마다 손실됩니다. 태양 전지는 2-3년 동안 지속되는 강력한 자동차 배터리보다 오래 지속됩니다. 배터리 크기 배터리의 크기가 최소 4일 동안 에너지를 저장할 수 있도록 하는 것이 중요합니다. 하루에 2480Wh를 소비하는 시스템을 상상해 보십시오. 이 수치를 12볼트의 전압으로 나누면 일일 소비량은 206Ah입니다. 따라서 4일의 보관은 4일 x 하루 206Ah, 즉 824Ah입니다. 납 배터리를 사용하는 경우 배터리가 완전히 방전되지 않도록 이 수치에 20%를 추가해야 합니다. 이것은 이상적인 납 배터리의 용량이 989Ah라는 것을 의미합니다. 카드뮴-니켈 또는 철-니켈 배터리를 사용하는 경우 다음과 같이 추가 20% 용량이 필요하지 않습니다. 알카라인 배터리는 정기적인 완전 방전으로 인해 손상되지 않습니다. 충전 조절기 배터리는 과충전 및 과방전으로부터 배터리를 보호하는 고품질 충전 조절기와 함께 사용하는 경우에만 몇 년 동안 지속됩니다. 배터리가 완전히 충전되면 조절기는 태양광 모듈에서 생성된 전류 수준을 자연스러운 충전 손실을 보상하는 값으로 줄입니다. 반대로 레귤레이터는 배터리가 임계 수준으로 방전되면 소비자 장치에 대한 에너지 공급을 중단합니다. 따라서 갑작스러운 전원 공급 중단은 시스템 고장이 아니라 이러한 보호 메커니즘의 결과일 수 있습니다.
전하 조절기는 오작동이나 시스템의 부적절한 취급으로 인해 피해를 입을 수 있는 전자 장치입니다. 고급 모델에는 레귤레이터 및 기타 시스템 구성 요소의 손상을 방지하기 위해 퓨즈가 장착되어 있습니다. 그중에는 단락 및 극성 반전(+/- 극이 반전될 때)에 대한 퓨즈, 야간에 배터리가 방전되는 것을 방지하는 차단 다이오드가 있습니다. 많은 모델에는 작동 상태 및 시스템 고장을 나타내는 LED가 장착되어 있습니다. 일부 모델에서는 정확하게 결정하기가 매우 어렵지만 배터리 잔량도 표시됩니다.
인버터 인버터는 저전압 직류를 표준 교류(120 또는 240V, 50 또는 60Hz)로 변환합니다. 인버터는 250와트(약 $300)에서 8000와트 이상(약 $6)까지 다양합니다. 오늘날의 사인파 인버터로 생성된 전기는 지역 전력망에서 가정으로 공급되는 전기보다 품질이 더 좋습니다.
"수정 된"사인파 인버터도 있습니다. 비싸지는 않지만 대부분의 가사 작업에 적합합니다. 그들은 전자 장비 및 전화기에서 약간의 간섭, "소음"을 생성할 수 있습니다. 인버터는 가정과 전력망 사이에서 "완충기" 역할을 하여 잉여 전기를 공공 전력망에 판매할 수 있습니다.
케이블 불필요한 손실을 피하는 가장 좋은 방법은 올바른 전기 케이블을 사용하고 기기에 올바르게 연결하는 것입니다. 케이블은 가능한 한 짧아야 합니다. 다른 기기를 연결하는 전선의 단면적은 1,6mm2 이상이어야 합니다. 전압 강하가 3%를 초과하지 않도록 하려면 태양광 모듈과 배터리 사이의 케이블 단면적이 모듈당 미터당 0,35mm2(12V 시스템) 또는 0,17mm2(24V)여야 합니다. 즉, 1개 모듈용 10m 케이블은 10 x 2 x 0,35 mm2 = 7 mm2로 더 얇아서는 안 됩니다. 10mm2보다 큰 케이블은 취급하기 어렵고 찾기가 더 어렵기 때문에 더 높은 손실을 허용해야 하는 경우가 있습니다. 케이블의 일부가 실외로 연결되는 경우 악천후 조건에 대한 내성이 있어야 합니다. 자외선에 대한 내성도 매우 중요합니다. 태양 추적기 광전지 모듈은 광전지 셀이 태양 광선에 수직일 때 가장 잘 작동합니다. 태양을 추적하면 고정된 PV 모듈에 비해 겨울에는 연간 에너지 생산량이 10%, 여름에는 40% 증가할 수 있습니다. "추적"은 태양 뒤에서 회전하는 모바일 플랫폼에 태양광 모듈을 장착하여 구현됩니다. 우선, 추적 시스템을 설치하고 유지하는 비용과 비교하여 태양을 추적하여 얻는 추가 에너지의 이점을 따져볼 필요가 있습니다. 추적 장치는 저렴하지 않습니다. 많은 국가에서 XNUMX개 미만의 태양광 패널(예: 미국)에 대해 태양광 추적을 설치하는 것은 경제적으로 이치에 맞지 않습니다. XNUMX개의 태양광 모듈을 사용할 때 추적 설치가 아닌 패널 수를 늘리는 데 비용을 지출하면 더 많은 전력을 얻을 수 있습니다. XNUMX개 이상의 패널이 있는 경우에만 추적 장치가 효과를 발휘합니다. 이 규칙에는 예외가 있습니다. 예를 들어 태양광 패널이 배터리 없이 물 펌프에 직접 공급하는 경우 태양을 추적하는 것이 두 개 이상의 모듈에 유용합니다. 이는 펌프 모터에 전원을 공급하는 데 필요한 최대 전압과 같은 기술 사양 때문입니다. 램프 높은 효율과 긴 서비스 수명으로 인해 에너지 절약형 램프는 태양광 발전 시스템에 사용하는 것이 좋습니다. 형광 램프 또는 새로운 소형 형광 램프(CFL)는 많은 응용 분야에 적용할 수 있습니다. 18와트 CFL은 기존의 100와트 백열 전구를 대체합니다. 이러한 램프가 DC 시스템으로 전원을 공급받는 경우 전자식 안정기가 필요합니다. 밸러스트의 품질은 만족스럽지 않을 정도로 매우 다를 수 있습니다. 품질이 좋지 않은 안정기는 지속적인 램프 교체에 대한 추가 비용이 발생합니다. 밸러스트는 효율적이어야 하며 많은 시동 횟수, 저온 및 저전압(10,5V)에서의 안정적인 점화, 단락, 개방 회로, 극성 역전 및 무선 간섭에 대한 보호 기능을 제공해야 합니다. 대부분의 소형 형광 램프는 AC 전류로만 작동하지만 일부 회사에서는 DC 전원을 사용하는 램프를 제공합니다. 서비스 수명 및 구성 요소 가격 경제성 분석에서 매우 중요한 요소는 태양광 시스템의 수명입니다. 다양한 태양 에너지 구성 요소의 수명은 지난 몇 년 동안 얻은 경험을 기반으로 계산됩니다.
일부 구성 요소의 가격 책정을 위한 샘플 데이터:
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