Esquemas e formas de conexão de painéis solares: como instalar corretamente um painel solar

Uma fonte de energia alternativa baseada em painéis solares é uma excelente opção para organizar um fornecimento independente de energia. Ela proporciona alta eficiência energética não apenas em dias quentes, mas também em tempo nublado. Seria bom ter um dispositivo desses em casa, não é?

Para isso, basta selecionar adequadamente os componentes técnicos e realizar a instalação. Qualquer pessoa pode fazer isso, conhecendo os esquemas e métodos de conexão de painéis solares. Explicaremos como construir um sistema produtivo que transforma “energia verde” em eletricidade, necessária para alimentar equipamentos domésticos.

Além disso, você aprenderá como escolher o local para instalação dos painéis solares e como combiná-los com a rede elétrica fixa. Conselhos úteis e recomendações importantes oferecerão uma ajuda eficaz para os faz-tudo domésticos. Para facilitar a compreensão, são fornecidos fotos temáticas, diagramas e vídeos.

Estrutura do painel solar

Ao planejar conectar painéis solares por conta própria, é necessário ter uma ideia de quais elementos compõem o sistema.

Os painéis solares são compostos por um conjunto de baterias com células fotovoltaicas, cuja principal finalidade é converter a energia solar em elétrica. A corrente do sistema depende da intensidade da luz: quanto mais brilhante a radiação, maior a corrente gerada.

Os principais elementos estruturais do sistema são:

• Painel solar – converte a luz solar em energia elétrica.
• Bateria – fonte química de corrente que armazena a energia elétrica gerada.
• Controlador de carga – monitora a tensão das baterias.
• Inversor, que converte a tensão elétrica contínua da bateria em corrente alternada de 220V, necessária para o funcionamento do sistema de iluminação e de eletrodomésticos.
• Fusíveis, instalados entre todos os elementos do sistema e protegendo o sistema contra curto-circuito.
• Conjunto de conectores padrão MC4.

Além da principal função do controlador – monitorar a tensão das baterias, o dispositivo desconecta certos elementos conforme necessário. Se a leitura nos terminais da bateria durante o dia atingir 14 Volts, indicando sobrecarga, o controlador interrompe o carregamento.

Além do módulo solar, o dispositivo de tal usina inclui conversores fotovoltaicos – controlador e inversor, além de baterias conectadas a eles.

No período noturno, quando a tensão das baterias atinge o nível mínimo de 11 Volts, o controlador interrompe o funcionamento da usina.

Onde é melhor instalar os painéis?

A primeira coisa a fazer antes de instalar e conectar o painel solar é decidir o local de colocação do equipamento.

Para a instalação de módulos fotovoltaicos, é conveniente usar estruturas fixas feitas de perfis metálicos, ou versões rotativas mais modernizadas.

Os painéis solares podem ser colocados em praticamente qualquer ponto bem iluminado:

• no telhado de uma casa de campo;
• na varanda de um prédio residencial;
• no terreno adjacente à casa.

O principal é garantir as condições necessárias para obter a máxima produção de energia elétrica. Uma delas é a orientação e o ângulo de inclinação em relação à horizontal. Assim, a superfície fotossensível do equipamento deve estar voltada para o sul.

Idealmente, os raios solares devem incidir sobre ela a 90°. Para obter esse efeito, é necessário escolher o ângulo de inclinação ideal dependendo das condições climáticas da região. Para cada região, esse valor é diferente.

Para garantir a máxima eficiência dos painéis solares, recomenda-se alterar o ângulo de inclinação dos dispositivos 2 a 4 vezes por ano: 18 de abril, 24 de agosto, 7 de outubro e 5 de março

Por exemplo, na região de Moscou, o ângulo de inclinação da superfície dos painéis solares para os meses de verão é de 15-20°, e nos meses de inverno muda para 60-70°.

Ao colocar painéis solares no terreno adjacente à casa, é melhor elevar os painéis pelo menos meio metro acima da superfície do solo – para o caso de queda de grande quantidade de neve. Essa solução também é correta por garantir distância suficiente para a cirulação de ar.

Vale lembrar que mesmo uma pequena sombra afeta negativamente a geração de eletricidade do sistema. Os painéis devem ser colocados apenas em locais que não estejam sujeitos nem ao menor sombreamento.

Alguns 'artesãos', com o objetivo de proteger as baterias, instalam um vidro adiciona sobre os painéis, mas mesmo com transparência aparente, a camada de vidro pode reduzir a eficiência dos painéis em 30%.

Existem várias formas de fixar os painéis:

• através do uso de fixadores de pressão;
• através de conexão aparafusada por furos passantes localizados na parte inferior da moldura.

A estrutura de suporte deve ser fabricada com materiais resistentes à corrosão. Independentemente do método de instalação, não é permitido fazer alterações na estrutura dos painéis nem perfurar furos adicionais por conta própria.

A tarefa do proprietário da casa é manter os painéis limpos. Acúmulos de poeira, neve e fezes de pássaros na tela reduzem em pelo menos 10% a quantidade de eletricidade gerada pelo sistema.

Opções de conexão dos painéis solares

Os painéis solares são compostos por várias placas individuais. Para aumentar os parâmetros de saída do sistema, como potência, tensão e corrente, os elementos são conectados entre si, aplicando as leis da física.

A conexão de várias placas entre si pode ser feita usando um dos três esquemas de montagem de painéis solares:

• paralela;
• em série;
• mista.

O esquema paralelo envolve a conexão de terminais de mesmo nome entre si, onde os elementos têm dois nós comuns de convergência e ramificação dos condutores.

No esquema paralelo, os 'positivos' são conectados aos 'positivos' e os 'negativos' aos 'negativos', resultando no aumento da corrente de saída, enquanto a tensão de saída permanece em 12 V

O valor máximo possível da corrente na saída no esquema paralelo é diretamente proporcional ao número de elementos conectados. Os princípios de cálculo da quantidade são apresentados no artigo que recomendamos.

O esquema em série envolve a conexão de polos opostos: o 'positivo' do primeiro painel ao 'negativo' do segundo. O 'positivo' restante do segundo painel e o 'negativo' da primeira bateria são conectados ao controlador localizado mais adiante no esquema.

Esse tipo de conexão cria condições para o fluxo de corrente elétrica, onde há apenas um caminho para a transferência do portador de energia da fonte para o consumidor.

No esquema de conexão em série, a tensão de saída aumenta e atinge a marca de 24 V, o que é suficiente para alimentar equipamentos portáteis, lâmpadas LED e alguns receptores elétricos

O esquema série-paralelo ou misto é mais frequentemente usado quando é necessário conectar vários grupos de baterias. Com o uso desse esquema, tanto a tensão quanto a corrente podem ser aumentadas na saída.

No esquema de conexão série-paralelo, a tensão de saída atinge um nível cujas características são mais adequadas para resolver a maioria das tarefas domésticas

Essa opção também é vantajosa porque, em caso de falha de um dos elementos estruturais do sistema, outros circuitos de ligação continuam a funcionar. Isso aumenta significativamente a confiabilidade de todo o sistema.

O princípio de montagem do esquema combinado baseia-se no fato de que os dispositivos dentro de cada grupo são conectados em paralelo. E a conexão de todos os grupos em um único circuito é feita em série.

Combinando diferentes tipos de conexões, não será difícil montar uma bateria com os parâmetros necessários. O principal é que o número de elementos conectados deve ser tal que a tensão de trabalho fornecida às baterias, considerando sua queda no circuito de carga, exceda a tensão das próprias baterias, e a corrente de carga da bateria garanta a magnitude necessária da corrente de carga.

Esquema de montagem do sistema elétrico solar

A conexão dos painéis solares é feita utilizando os fios de conexão embutidos com seção transversal de 4 mm². Os melhores para esse fim são os fios de cobre unifilares, cuja capa isolante é resistente à radiação ultravioleta.

Caso seja utilizado um fio cujo isolamento não seja resistente aos raios UV, recomenda-se instalar a fiação externa em um conduíte corrugado.

A extremidade de cada fio é conectada a um conector padrão MC4 por solda ou crimpagem, garantindo assim uma conexão hermética.

Independentemente do esquema escolhido, antes de conectar os painéis solares, é obrigatório verificar a correta instalação elétrica.

Ao conectar os painéis, não é recomendado exceder as especificações técnicas de corrente admissível e tensão máxima dos outros dispositivos. É importante seguir as especificações técnicas do controlador de carga e do inversor indicadas pelo fabricante.

O esquema padrão de montagem da mais simples usina solar elétrica é o seguinte.

O esquema de conexão dos painéis à bateria, ao inversor e ao controlador tem uma execução simples e, portanto, não causa dificuldades especiais na conexão.

Para evitar a quebra do controlador, ao conectar os elementos do sistema, é importante seguir a sequência.

Os trabalhos de montagem são realizados em várias etapas:

1. A bateria é conectada ao controlador, utilizando os conectores apropriados e não esquecendo de observar a polaridade.
2. Ao controlador, através dos conectores, respeitando a mesma polaridade, conecta-se o painel solar.
3. Aos conectores do controlador, conecta-se uma carga de 12 V.
4. Se for necessário converter a tensão elétrica de 12 para 220 V, inclui-se um inversor no circuito. Ele deve ser conectado apenas à bateria e nunca diretamente ao controlador.
5. À saída livre do inversor, conectam-se aparelhos elétricos projetados para tensão de 220 V.

Após realizar a conexão, é necessário verificar a polaridade e medir a tensão de circuito aberto dos painéis. Se o valor for diferente do especificado, a conexão está incorreta.

Para conectar o dispositivo ao sistema, não é necessário abrir a caixa de junção de derivação – todos os conectores estão acessíveis.

Na etapa final, o painel solar deve ser aterrado. Para minimizar a probabilidade de curto-circuito, instale fusíveis nos pontos de conexão entre a bateria, o inversor e o controlador.

A energia das usinas solares pode ser usada para alimentar aparelhos domésticos de baixa potência e para carregar baterias de dispositivos móveis:

Para quem deseja construir um painel solar por conta própria, as informações fornecidas no seguinte artigo serão úteis.

Conexão de elementos multidirecionais

Ao usar o esquema de montagem em série de painéis solares, para não reduzir a eficiência dos dispositivos, todos os painéis do circuito comum devem ser colocados no mesmo ângulo e no mesmo plano.

Se os painéis forem colocados em planos diferentes, isso pode fazer com que o painel mais próximo ou mais iluminado funcione com mais potência do que os mais distantes.

Isso significa que o painel mais próximo gerará eletricidade, e parte dela será usada para aquecer os painéis mais distantes. A razão é que a corrente flui pelo caminho de menor resistência. Para minimizar perdas, é melhor usar um controlador separado para cada painel.

Requisitos principais ao usar o controlador – potência dos painéis conectados acima de 1 kW e distância entre as baterias suficientemente grande

O problema também pode ser resolvido instalando diodos de bloqueio. Eles são colocados internamente entre as placas. Com isso, ao fornecer a potência máxima, as placas não superaquecem.

A queda de tensão nas conexões e nos próprios fios da parte de baixa tensão do sistema também é de grande importância.

Tabela de incompatibilidade entre a potência transmitida e a seção do fio, indicando em vermelho os parâmetros que geram risco de aquecimento severo com perigo de incêndio

Como exemplo, pode-se citar o fato de que, em um metro de cabo com seção de 4 mm², ao passar uma corrente de 80 A (tensão 12 V), os valores caem 3,19%, o que equivale a 30,6 W. Ao usar emendas, a queda de tensão pode variar entre 0,1 e 0,3 V.

Combinação de energia solar e rede elétrica fixa

Ao planejar usar a eletricidade solar em paralelo com uma rede fixa centralizada já instalada, o esquema de conexão é um pouco diferente. E a principal razão para essa decisão é que o consumidor particular não tem a possibilidade de 'despejar' a energia excedente.

E isso pode provocar variações de tensão com duração de até um segundo.

Ao combinar a energia solar com a rede fixa centralizada, segue-se a mesma regra: quanto mais fontes são conectadas, mais complexo se torna o esquema

De acordo com o esquema acima, a tensão do campo solar é primeiramente direcionada para a bateria e, a partir daí, é transferida para a carga.

Ao projetar essa opção de montagem, deve-se considerar dois tipos de carga:

• não reservada – luz da casa, eletrodomésticos, etc.;
• reservada – iluminação de emergência, geladeira, caldeira elétrica.

Considere: quanto maior a capacidade da bateria, mais tempo os aparelhos elétricos reservados funcionarão em modo autônomo.

Ao escolher esse método de geração de energia para a rede, esteja preparado para ter que solicitar autorização nas redes elétricas locais.

Apesar de os inversores para painéis solares gerarem tensão com qualidade, às vezes, superior à da rede centralizada, as redes elétricas locais não autorizam que o medidor de eletricidade gire no sentido inverso.

Por esse motivo, de acordo com o esquema, os inversores solares param de funcionar no momento em que a tensão da rede cai. E a carga reservada começa a ser alimentada pela bateria.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Os autores do material de vídeo fornecido abaixo compartilham sua experiência pessoal e analisam os detalhes da instalação de painéis solares.

Vídeo #1. Exemplo de montagem e instalação de um sistema de modelo de fábrica:

Vídeo #2. Como instalar os painéis corretamente:

Não há nada complicado no processo de conectar vários painéis a outros elementos do sistema. Mas para um iniciante, o processo pode se tornar difícil. Portanto, na falta de experiência em cálculos e habilidades de instalação, vale a pena consultar um especialista com o conhecimento necessário.

Quer contar como montou sua própria usina solar para uma casa de campo ou residência? Talvez você conheça detalhes do processo não descritos no artigo? Por favor, escreva comentários no bloco abaixo, faça perguntas, compartilhe opiniões e fotos sobre o tema do artigo.