В современном мире идут ожесточённые споры о выгодности систем солнечного электроснабжения, окупаемости по сравнению с проводным электричеством ...
Но многие "спорщики" (видимо диванного образования) забывают что есть варианты когда нет этого самого проводного-сетевого электричества.
Мы как раз в той ситуации. И нам пришлось озаботиться альтернативными источниками электроэнергии.
В тексте есть подчёркнутые ссылки - по ним вы можете глубже изучить тему.
Сложился стереотип что Север, а тем более Заполярье - это всегда ветренно и нет солнца. Эксплуатация своего ветряка показала что нормальный ветер у нас 1 раз в 5 дней. А вот солнце бывает с января по ноябрь. А летом даже в полночь! Поэтому основным источником выбрано солнце.
Теперь о недостатках и как им противостоять...
1. Полярная ночь.
Здесь вариантов нет. Это время когда солнце не поднимается над горизонтом и в полдень у нас сумерки.
В это время мы запитываем свой мини-посёлок бензиновым или дизельным генератором. И параллельно заряжаем аккумуляторы солнечной энергосистемы - что позволяет запускать генератор не каждый день.
Ветрогенератор при хорошем ветре иногда позволяет подзарядить аккумуляторы ещё на один день.
В результате генератор мы запускаем 1 раз в 3 - 5 дней. Длится это время с ноября до конца декабря. Примерно 1,5 месяца.
2. Пасмурная погода.
В погоду со сплошными облаками 100 ватная солнечная панель выдаёт максимум 0,2 А - этого не хватает для полноценной зарядки аккумулятора. Проблема решается теми-же методами как и в Полярную ночь.
В 2020 году такая погода была весь сентябрь. Но в октябре небо открылось, начались заморозки и генератор мы пока не разу не запускали.
На это время можно панели скоммутировать последовательно - чтоб поднять напряжение и немного улучшить зарядку. Главное не превысить допустимое напряжение на регуляторе зарядки - вдруг солнце выглянет.
3. Угол освещения панелей солнцем и частичное затенение элементов.
Проведя несколько экспериментов мы выяснили что угол освещения панели в 10 градусов и в 90 градусов, или простыми словами касательно или прямо, ощутимой разницы по вырабатываемому току не даёт.
При этом если день солнечный, а солнце совсем не попадает на солнечные элементы, то генерация будет очень слабой. То-же самое происходит если попала тень на часть батареи - так как отдельные элементы собраны последовательно.
Если местность позволяет - можно установить солнечные батареи на некой рамной конструкции и вручную пару раз в день поворачивать за солнцем.
Можно конечно автоматизировать процесс, но такая установка понесёт за собой сильное удорожание всей системы.
У нас солнечные батареи установлены в 2-х электрически не связанных местах. В одном месте солнце освещает с раннего утра до полудня. В другом месте примерно с 10-11 часов до 15-16 часов - это у нас основная генерирующая единица.
Установленны стационарно. Утренняя повёрнута на Восток. Дневная на ЮГ.
4. Дороговизна аккумуляторов.
Первое время на эксперименты мы использовали старые аккумуляторы. Машину зимой они завести не могли, но заряд более-менее держали и выдавать токи 30 - 10 А вполне могли. С такими аккумулятороми мы без проблем прожили зиму. Включали освещение только утром и вечером. Экономили. Для одного домика такой системы вполне хватает, особенно если сделать освещение на 12 В.
Затем купили специализированный, необслуживаемый, без жидкого электролита AGM аккумулятор на 150 АЧ. Срок эксплатации до 10 лет. Его вполне хватало на всю зимнюю ночь с 15:00 до 10:00 ... И обошёлся этот аккумулятор в 18 000 р ! Один!
Через неделю его начал убивать инвертор напряжения не отключаясь при падении напряжения ниже 10В. А летом, от избытка солнца в Полярный День он частенько кипел! Кипел безэлектролитный аккум!!!! И бульканье мелких пузырьков было слышно.
В общим сравнивая старые б/у автомобильные аккумуляторы с этим продвинутым, мы купили 2 новых автомобильных аккумулятора по 190 АЧ заплатив 16 000 р (за пару). Теперь у нас запасается 4 квт энергии. В сутки мы расходуем 3 квт максимально (холодильник, микроволновка, чайник, мультиварка, котёл, свет, гаджеты ...)
Теперь мы можем не выключать систему круглые сутки.
Так что все эти новые вариации свинцовых аккумуляторов ни чего не дают кроме понтов. Они очень требовательны к условиям использования. Нужно использовать самый дещёвый вариант.
Есть ещё вариант, который позволит использовать даже короткий солнечный миг между облаками - это литиевые аккумуляторы. Они берут заряд намного быстрее чем свинцовые. Но для них нужны качественные платы контроля заряда на каждый элемент. Они дороже в разы.
5. Преобразование 12В (24В) - 220В.
Есть специальные системы для солнечных электростанций дома, но они стоят очень дорого, при этом имеют малую мощность и много лишних функций, к тому-же при преобразовании неизбежны потери.
Можно конечно подобрать все устройства на 12 или 24 Вольта. Многие устройства делают для автомобилей - даже микроволновки есть. Но это будет намного дороже чем использовать то что уже есть.
Если нужно только освещение то тут вообще без проблем - существует целая куча светодиодных источников света на 12 В. Ну а для зарядки ноутбука-телефона можно иногда использовать небольшой преобразователь.
Или как мы сделали в одном из домиков - использовать 5 В от USB контролёра зарядки аккумуляторов солнечной батареи (подключены фонарики освещения, модем-роутер, заряжается пауэр-банк и телефоны).
Но, у нас всё по серьёзному:
Первое время мы использовали 2 автомобильных инвертора на 150 Вт и 2000 Вт рассчитанных на 12 Вольт. Они выдавали "квадратную" синусоиду переменки с которой не работали некоторые зарядные устройства и микроволновка. Потом перешли на 24В и чистую синусоиду 220 В.
150 Вт мы использовали как аварийную, её еле хватало запустить несколько светодиодных лампочек. Лампочки пришлось подбирать без всплеска потребления тока во время включения.
Основной у нас работала на 2000 вт - с неё легко запускался и работал холодильник, чайник на 1,5 кВт и любой электроинструмент. Даже по ощущениям электроинструмент работал мощнее чем от обычной сети.
Но этот-то 2-х киловатник и убил наш новенький AGM аккумулятор. Мы не сразу заметили, он оказался без защиты по падению напряжения ниже 10 В. Аккумулятор разряжался до 9 В, преобразователь отключался потому-что уже не мог работать и как только напряжение чуть восстанавливалось - опять включался, моргал в общем. К утру уже не работал совсем. Поняли проблему через несколько дней. Но ёмкость аккума уже значительно упала. Потом мы его восстановили, но это уже другая история ...
Позднее мы перешли на более качественное оборудование хотя и не специализированное. Это блоки UPS автономного питания компьютеров.
У простых блоков с квадратной (апроксимированной) синусоидой с мощностью до 700 вт обычно нет вентилятора. Они рассчитаны на работу в течении 5 - 10 минут. Поэтому первой доработкой устанавливаем небольшой вентилятор для охлаждения внутренностей прибора.
Но у нас есть холодильник который на пуске потребляет около 1000 Вт энергии. Поэтому нам понадобился более мощный источник 220 Вольт.
А такие в основном питаются от 24 В. Мы и купили 2 аккумулятора.
Был найден UPS фирмы APC на 950 Вт, с чистым синусом и питанием от 24 Вольт. В него уже штатно встроен вентилятор. На Авито мы его купили за 5000 р. Схожий по параметрам специализированный стоит 15 000 - 20 0000 р.
От него, в нашем хозяйстве, работает всё без исключения, даже микроволновка.
6. Дороговизна начальных вложений, эксплуатация, обслуживание ...
Солнечные панели дешевеют постоянно.
Можно использовать не специализированное оборудование с минимальными доработками.
Зимой засыпает панели снегом. У нас панели установлены вертикально. Тем более в январе - феврале солнце в Заполярье не поднимается высоко над горизонтом. Поэтому такой проблемы ни разу не было.
Деградация панелей. Заявленная производителем - 15% за 25 лет. При нагреве больше 80 градусов. В Заполярье им такой нагрев не светит ;-) .
Периодическая замена аккумуляторов - тут как повезёт. Обычно раз в 5 лет. Или можно использовать снятый с машины - тогда бесплатно.
Система может работать без участия человека месяцами, но всё-же необходимо иногда проверять напряжение на аккумуляторах, уровень электролита, работу вентилятора, зарядного устройства.
Иногда заряжать аккумуляторы с бензинового генератора.
Для успешной эксплуатации необходимы начальные знания об электричестве.
Итог:
400 Вт солнечных панели, 380 Ач аккумуляторы, 950 Вт преобразователь 24 -> 220 В.
+ ветряк 400 Вт, бензогенератор 1,6 квт.
Этой системы нам хватает на всё электроснабжение бывшей советской турбазы на которой мы живём с 10-ю хаски.
