ВВЕДЕНИЕ. Солнечная электростанция (дальше СЭ) в качестве основного источника в условиях в которым мы живем не может быть рентабельным. Все расчеты рентабельности солнечных электростанции похоже инициированы торговыми фирмами по продаже комплектующих для солнечных электростанции. При своих расчетах они умалчивают:
- о реальном сроке службы комплектующих, особенно аккумуляторов. Например при работе с мощными потребителями даже в дневное время и при солнечной погоде может идти повышенный износ аккумулятора за счет его разряда выше 30%, (например при работе стиральной машины или другого мощного потребителя). Может в течение сутки происходить несколько циклов заряда/разряда, про что менеджеры по продаже оборудования на СЭ никогда не скажут.
- о необходимости дополнительных расходов на молния защиту, метала на опоры и крепления, провода с нехилым сечением. Количество которых не мало, связи с тем что для установки солнечных панелей необходимо место подальше от строении, от высоких деревьев. Установка панелей на крышу здания чаше всего невозможен или малоэффективен ввиду расположения строения относительно солнца и рядом стоящих высоких деревьев и других строении;
- срок службы комплектующих указанный производителем сильно преувеличен, скорее всего показывает желаемое чем действительное.
Поэтому строить полноценную СЭ который бы мог питать все потребители во время максимального потребления человеку со средними доходами не по карманам. Но есть потребители без которых нельзя обходиться (это котел отопления зимой, холодильник летом, зарядные устройства мобильных телефонов, интернет, освещение и.т.д). И вот в качестве резервного источника питания СЭ небольшой мощности реально построить. Но в то же время чтоб отбит хотя бы част потраченных средств мы можем использовать в дневное время организовать частичное или полное питание домашних потребителей.
ВЫБОР ТИПА СЭ. СЭ электростанции по функциональной возможности бывают (вкратце о них):
- автономные. Вырабатывает электроэнергию (солнечные панели, контроллеры заряда ), собирают (аккумуляторы), преобразуют на сетевое напряжение (инверторы). Может работать в условиях отсутствия сетевого электроснабжения (в автодомах, удаленных охотничий домах, пасеках, на отдаленных пунктах без постоянного электроснабжения, и. т. д.).
- сетевые. Вырабатывает электроэнергию (солнечные панели) преобразуют на сетевое напряжение (инверторы). Могут работать только в условиях наличия сетевого питания. Предназначены только для экономии затрат на электроснабжения. Могут быть без аккумуляторов.
- гибридные. Вырабатывает электроэнергию (солнечные панели, контроллеры заряда ), собирают (аккумуляторы), преобразуют на сетевое напряжение (инверторы). В основном применяются гибридные инверторы с возможностью выбора работы из сети или с аккумуляторов. Могут работать и в качестве резерва, и качестве основного питания.
В качестве резервного питания выберем вариант гибридной станции.
ВЫБОР ТИПА КОМПЛЕКТУЮЩИХ.
- Солнечные панели. Предназначены для преоброзования световой энергии Бывают монокристаллические (компактные и долговечней по сравнению поликристаллическими, более дорогие и более чувствительно к загрязнению) и поликристаллические (выше эффективность в условиях рассеянного света, менее зависимы от ориентации к солнце, дешевле но более громоздки). Для нашей СЭ оптимальным будет поликристаллические панели. Я выбрал 6 панелей по 12 Вольт 170 Вт. Панели по 170 Вт вряд ли когда нибудь вырабатывать, выработка электроэнергии зависит от освещенности, температуры (чем ниже тем лучше), от ориентации панели к солнцу. Максимальное производительность получается обычно в конце зимы в начале весны солнечные дни. Выбрал поликристаллические для удешевления СЭ.
- контроллеры заряда. По своему устройство различают четыре типа контроллеров (не считая самодельных):
OnOff — отключает заряд по достижению верхнего предела напряжения (самые простейшие, зарядка аккумулятора ведется не оптимальном режиме что существенно уменьшает срок службы), не будем рассматривать в качестве контроллера для нашей СЭ.
PWM — для понижения заряжающего тока при максимальных нагрузках. Целеобразна применять только простейших СЭ небольшой мощности. Характеризуются невысокой стоимостью и надежности. Недостатки низкая производительность по сравнению с МРРТ контроллерами. Но я считаю еще одним важным недостатком является необходимость иметь напряжения солнечных батарей равным напряжению аккумуляторов. То есть для 12 (24) вольтовых аккумуляторов необходимо солнечные панели наи 12 (24) Вольт, что означает при СЭ небольшой мощности необходимо солнечные панели подключать параллельно, что повышает требование к кабелю между солнечными панелями и контроллером. Целесообразно применять только в маломощных СЭ, про этому рассматривать не будем.
МРРТ — сложная система, снимающая высокое напряжение с батарей с последующей оптимизацией нагрузки. Они подороже но выработка энергии примерно на четверт больше чем у PWM контроллеров при тех же солнечных панелях. Напряжение на солнечных панелях могут быть несколько раз выше чем на заражаемых аккумуляторах. Например на распространенных контроллерах SRNE ML до 100 Вольт, есть контроллеры до 450 Вольт. Что позволяет соединять однотипные солнечные панели последовательно что удешевляет затраты на кабельную продукцию, уменьшает потери на них. Оптимальный вариант для СЭ любой мощности.
Комбинированные— для солнечных и ветряных электростанции, не будем рассматривать в данной теме.
Выбрал МРРТ контроллер заряда SRNE ML2440, с током заряда до 40 А (максимальный ток будет наверно в конце зимы в начале весны в солнечный день ближе к полудню), с напряжение с солнечных панелей можно подавать до 100V , реально будет до 75V. Аккумуляторы выберем на 24V (8S LiFePO4) что позволить нам применить до 6 панелей на данном контроллере. Причина выбора типа аккумулятора LiFePO4 видно посмотрев на таблицу расположенной ниже. По всем критериям, кроме цены, Li-ion батареи имеют превосходство перед свинцово-кислотными моделями. И даже по цене они выигрывают, если учесть количество рабочих циклов. Если же выбирать между литий-ионными АКБ разных типов, лучшими на сегодня признаны литий-железо-фосфатные батареи. Они лидируют и по критериям безопасности, и по рабочим параметрам, и по сроку службы. Главное – купить батареи высокого качества, точно соответствующие заявленным характеристикам. Мало выбрать тип аккумулятора, надо еще определиться еще на какое напряжение мы хотим
- Аккумуляторы. Наверно аккумуляторы самой затратный часть СЭ. Во первых они сами по себе дорогие, во вторых срок службы у них не так то и большой. То что пишут на сайтах производители о сроках службы скорее всего желаемое чем фактическое.
- Инверторы (DC/AC преобразователи). На рынке инверторов, представлено большое количество моделей различных производителей, которые схожи по своим техническим характеристикам. Для того, чтобы выбрать инвертор, и при этом не ошибиться, необходимо следовать критериям выбора, которыми являются:
- Номинальная мощность. Необходимо выбрать чтоб суммарная мощность потребителей которые могут быть включены одновременно (за исключением мощных потребителей без которых можно прожит во время отключения электроэнергии, в моем случае утюг, стиральная машина, микроволновая печь,) должны быть два раза меньше чем номинальная мощность инвертора.
- Максимальная (пиковая) мощность Должен быть не меньше пусковой мощности самого мощного потребителя (обычно холодильник).
- Форма выходного сигнала по току. Вид выходного сигнала (форма синусоиды) – определяет возможность подключения того или иного оборудования к конкретной модели инвертора. При использовании более дешевых устройств, с квази-синусоидальной формой сигнала по электрическому току, возможны сложности в процессе эксплуатации приборов и агрегатов, чувствительных к качеству электрического тока (отопительные котлы, насосы, электронные устройства).
- Напряжение на «входе» и «выходе» устройства, частота переменного напряжения на выходе. Наличие средств защиты от токов КЗ и перегрузки. Наличие «спящего» режима, вентилятора охлаждения и дополнительных опций. Напряжение на входе инвертора должен соответствовать напряжению аккумуляторных батарей. Напряжение на выходе должен соответствовать параметрам нашей сети (для России 220V 50 Гц).
- Автономные – способны работать только отдельно от внешних электрических сетей, используются для автономных систем электроснабжения. Наиболее экономичные. Для недорогих СЭ оптимальный вариант. Но надо будет дополнительно собрать схему на недорогих комплектующих схему переключения от сети / от солнца Сетевые – работают в синхронном режиме с внешней сетью электроснабжения. Инверторы данного типа, кроме своей основной функции, (преобразования напряжения), контролируют качество электрической энергии внешней сети (напряжение и частота), а также способны передавать излишки генерированной энергии для реализации во внешнюю сеть электроснабжения. Гибридные – совмещают в себе функции автономных и сетевых устройств, обладают большим количеством настроек, позволяющих отрегулировать различные режимы работы.
- Комбинированные устройства, в составе которых уже имеется кроме инвертора еще и контроллеры заряда, автоматика. Они функционально законченные, не требуют доработок но отличаются дороговизной, и в случае поломки замена (ремонт) обходиться намного дороже.
- Стоимость.
С учетом вышесказанного был выбран гибридный инвертор, со временем планируются до собрать схему автоматики по принципу солнце основное, а чем напишу как только соберу и испытаю.
Сколько нам обошелся (по ценам 2020 года)
Да, недёшево, и наверно с первого взгляда никогда не окупить себя. Но в случае аварий в сетях электроснабжения производительность данной СЭ достаточна для питания энергозависимого котла BOSS (суточное потребление 1,8 Квт/ч) дополнительного насоса (суточное потребление 1,0 Квт/ч) для теплых полов. А покупные UPS станут бесполезными сразу после израсходования энергии из аккумуляторных батарей. Одна аварийная ситуация окупить все наши затраты.
Статья написана для людей которые не являются специалистами в области энергетики но интересуются альтернативной энергетикой в качестве резервного питания. Спрашивайте в комментариях, постараюсь ответить.