Несмотря на ряд объективных трудностей, возобновляемая энергетика не торопится сдавать свои позиции. Более того, она уверенно идет вперед, появляются все новые технологии. Все больше организаций и частных домовладений используют электроэнергию, получаемую от солнечных батарей. Это позволяет снизить затраты на энергоресурсы, повысить эффективность бизнеса.
Важным плюсом ВИЭ ‒ возобновляемых источников энергии ‒ является и то, что они позволяют обеспечить подачу электроэнергии там, где нет возможности подключения к обычным электросетям. В первую очередь, речь идет об удаленных объектах, прокладка коммуникаций до которых экономически нецелесообразна. Кроме того, возможность перевода на автономное энергоснабжение позволяет не васавва от поставщиков электроэнергии или минимизировать такую зависимость.
Для решения этих задач специалисты компании «МИКРОАРТ ПРО» в сотрудничестве с ООО «Умная энергия» ‒ известным российским системным интегратором в сфере альтернативной энергетики, создали уникальную гибридно-сетевую солнечную электростанцию, о которой и пойдет речь ниже.
Гибридно-сетевая солнечная электростанция (ГССЭ) ‒ состав и возможности
ООО «МИКРОАРТ ПРО» производит ряд моделей гибридных инверторов ‒ МАП Hybrid, Dominator, а также самую современную модель Titanator. Работая в паре с сетевым инвертором практически любой модели, они позволяют создать высокоэффективную и удобную в эксплуатации гибридно-сетевую солнечную электростанцию.
В составе ГССЭ две подсистемы ‒ гибридный инвертор с АКБ и сетевой инвертор, работающий с солнечными панелями. Каждая из них выполняет свою функцию:
· Гибридный инвертор (ГИ) ‒ решает весь спектр задач по накоплению и подаче электроэнергии, обеспечению бесперебойности электроснабжения. Кроме того, он берет на себя управление работой всей системы;
· Сетевой инвертор (СИ) ‒ обеспечивает выработку электроэнергии солнечными панелями с высокой эффективностью. Также он подает электроэнергию потребителям, что позволяет снизить или полностью прекратить потребление электроэнергии от централизованной внешней электросети.
Избыток получаемой электроэнергии аккумулируется в АКБ, передается потребителям или продаются в общую сеть ‒ если такая возможность существует. Представленный вариант подходит даже для относительно небольших ГССЭ на несколько десятков киловатт. Еще лучше он себя показал со средними и крупными системами, выводя их работу на очень высокий уровень практичности и рентабельности.
Что удобнее ‒ сетевой инвертор или МРРТ-контроллер?
Особенностью предлагаемой системы является то, что вместо классического МРРТ-контроллера, следящего за процессом зарядки аккумуляторов, применен сетевой инвертор. Это связано с тем, что контроллеры работают с достаточно невысокими напряжениями, чаще всего это 100-250 В. На практике этот уровень выдают всего несколько соединенных в цепочку батарей. Далее мощность увеличивается параллельным включением необходимого количества сборок.
Использование однофазного СИ позволяет поднять напряжение сборок до 600 В, а трехфазного ‒ до 1000-1500 В. Уровень КПД в данном случае может подниматься до 98-99%. СИ может быть выбран для комплектации солнечной электростанции, потому что он сразу преобразует получаемый от солнечных панелей постоянный ток в переменный. СИ может тут же направлять энергию потребителям, что повышает эффективность системы.
Отметим, что у схемы с большим количеством последовательно соединенных батарей также есть свои недостатки. В частности, их общий ток будет ограничен током самой «слабой» панели в сборке. Чем выше рабочее напряжение СИ, тем больше может использоваться соединенных в цепочку панелей. При этом, например, для сборок на 600 В потери будут несколько выше, чем для сборок на 200 В.
Такие потери оцениваются где-то в 1-2%. В результате общий реальный выигрыш систем с СИ составляет всего порядка 3%. Поэтому важно в каждом конкретном случае анализировать все факторы и подбирать оборудование, наиболее полно соответствующее поставленным задачам.
Схема работы гибридно-сетевой солнечной электростанции
Особенностью подключения гибридного инвертора (ГИ) является то, что он монтируется на входе между потребителями и промышленной электросетью. Вся электроэнергия проходит через него. Благодаря высокому быстродействию он мгновенно переключает потребителей на питание от АКБ и солнечных батарей, если питание от основной сети пропадает. Потребители даже не заметят такого переключения, все оборудование продолжит работать.
Что будет, если отключение электроэнергии длительное? В этом случае ГИ обеспечит включение резервного генератора – бензинового, дизельного, газового. Генератор включится, когда возникнет нехватка солнечной энергии, и подойдет к концу запас энергии в АКБ. После зарядки батарей генератор снова автоматически отключится.
В представленной схеме СИ, работающий с солнечными панелями, находится в электросети объекта за гибридным инвертором. Поэтому при отключении питания от внешней электросети, при наличии ГИ в системе, он продолжит нормальную работу на потребителей.
Также отметим, что для работы СИ необходимо опорное напряжение, к которому он добавляет 220 В от солнечных панелей. Если в солнечной электростанции нет гибридного инвертора, а только сеть 220В, то при ее сбоях пропадает и опорное напряжение, сетевой инвертор в этом случае отключается. Если же есть ГИ, то он продолжает генерировать 220В, поэтому для СИ остается опорное напряжение и он подкачивает через ГИ энергию в домашнюю сеть для питания потребителей, и в том числе и в АКБ, если они разряжены.
Гибридный инвертор – интеллектуальный центр как резервной, так и солнечной электростанции. Если он зарегистрирует, что есть излишки солнечной энергии от сетевого инвертора с солнечными панелями (ГИ, анализируя данные, установит, что нагрузки нет или она меньше, чем поступает от СИ), и при этом АКБ заряжены (напряжение на них на верхнем пределе), то ГИ начнет постепенно увеличивать свою частоту (с которой он вырабатывает 220 В) вплоть до 52 Гц. Стандартная частота в сети 50 Гц, поэтому конфликта с внешней сетью 220В не будет. А вот СИ специально так создан, чтобы при повышении частоты опорного напряжения 220В, он постепенно сокращал выработку (независимо от того, есть солнце или нет), вплоть до полного ее прекращения при 52 Гц.
Если батареи заряжены и генерация превышает потребление, возможны три варианта управления ГИ системой:
· Включение дополнительной нагрузки. Это может быть включение водонагревателя, полив огорода, подключение теплового насоса и т.п.;
· Продажа излишков энергии в общую сеть. Это возможно, если электростанция подключена к такой сети с учетом нормативов действующего законодательства;
· Ограничение выработки электроэнергии. Сетевой инвертор будет подавать ровно столько электроэнергии, сколько нужно, чтобы не потреблять ее от внешней электросети.
В ГССЭ применяется алгоритм ESS ‒ EnergyStorageSystems, накопление электроэнергии для ее дальнейшего потребления. Это связано с тем, что при отсутствии так называемого «зеленого тарифа» (в России его нет) реализовывать излишки энергии невыгодно, ее закупают намного дешевле, чем продают. Поэтому лучший вариант ‒ стремиться потреблять всю вырабатываемую электроэнергию, направляя ее потребителям и аккумулируя излишки в батареях.
Именно так функционирует гибридный инвертор. В течение дня он запасает излишки выработанной панелями электроэнергии, направляя их в аккумуляторы. Если солнечной генерации из-за большого потребления или пасмурной погоды оказывается недостаточно, недостаток восполняется из аккумуляторов. Ночью потребители снабжаются энергией от батарей. Сетевой инвертор в это время «спит». С восходом солнца СИ «просыпается» и снова направляет через выход ГИ получаемую от солнца энергию на снабжение потребителей и зарядку АКБ.
Подключение к внешней сети в этом случае производится только по необходимости. Например, при значительном энергопотреблении, пасмурной погоде и низком уровне заряда АКБ. Как только уровень вырабатываемой энергии снова превзойдет ее потребление, ГИ прекратит потребление электроэнергии от внешней электросети. При правильном проектировании электростанции потребление энергии от внешней сети происходит только при затяжной пасмурной погоде.
Автономное энергоснабжение
Солнечные электростанции как с сетевым инвертором, так и с солнечными контроллерами, прекрасно подходят для автономного электроснабжения самых разных объектов. Особенно актуально их использование в удаленных районах, где основное электроснабжение производится от дизельных электростанций. В этом случае ГССЭ позволяет не только добиться автономности, но и сэкономить значительные ресурсы.
При использовании ГССЭ гибридный инвертор выдает опорный синус для сетевого инвертора. Кроме того, он управляет СИ через частотный индуктор. Например, если излишки энергии невозможно использовать, он меняет частоту сети и этим заставляет СИ уменьшить генерацию.
Если энергии недостаточно и АКБ почти разряжены, а внешней сети нет, ГИ сам запустит генератор, дождется зарядки АКБ и сам же его отключит. Этот цикл может повторяться столько раз, сколько потребуется. Все происходит автоматически, без участия оператора.
Преимущества ГССЭ для компаний
ГССЭ ‒ идеальный вариант для многих производственных предприятий, фермерских хозяйств, складских помещений и ряда других объектов. В большинстве случаев для них применяют солнечные электростанции, не имеющие аккумуляторных батарей. В то же время, у потребителей часто есть критичные направления, требующие непрерывного электроснабжения. Например, отопление и другие системы жизнеобеспечения, офисы, производственное оборудование с непрерывным циклом и т.д.
Для таких компаний ГССЭ позволяет реализовывать самые разные схемы, обеспечивающие бесперебойное электроснабжение и экономию существенных средств за счет выработки электроэнергии солнечными панелями и ее сохранения в АКБ. В ряде случаев используется разделение сети компании на две части ‒ резервируемую и не резервируемую. Наиболее важные потребители подключаются к первой части, расположенной за трехфазными ГИ. В системе используются и трехфазные СИ.
Днем получаемая электроэнергия направляется в первый сегмент сети объекта с важными потребителями. При наличии избытка энергии она поступает в не резервируемый сегмент сети через ГИ. Часть излишков электроэнергии тратится на зарядку аккумуляторов. Важный момент: нагрузка на СИ автоматически симметрируется, поэтому он постоянно работает на полную мощность, вырабатывая максимум электроэнергии.
Это связано с тем, что выработка электроэнергии трехфазными СИ симметрична, а потребление по трем фазам – не симметрично. Если по какой-то фазе поступление превышает использование, СИ должен снизить выработку, что снижает эффективность станции и ее окупаемость. При подаче энергии потребителям через гибридный инвертор такого не происходит. В темное время суток главные потребители снабжаются энергией от АКБ. Если она заканчивается, автоматически подключается питание от внешней электросети.
В случае отключения питания от внешней сети ГИ мгновенно переключает резервируемых потребителей на питание от АКБ. У второстепенных потребителей электропитание пропадает. Если запасенной в аккумуляторах энергии и солнечной генерации мало для питания резервируемых потребителей, будет автоматически запущен бензиновый, дизельный или газовый генератор.
Заключение
Предлагаемые технологии позволяют вывести эффективность и удобство эксплуатации солнечных электростанций на новый уровень для решения конкретной задачи с учетом специфики конкретного объекта. И ключевыми элементами в таких системах становятся гибридные инверторы от ООО «МИКРОАРТ ПРО».
Гибридные инверторы МАП бренда МИКРОАРТ российской разработки производятся в России более 25 лет. Продукция компании великолепно подходит для таких систем благодаря использованию надежной низкочастотной схемотехники и оригинальному специализированному ПО.
Отметим, что в сфере использования гибридно-сетевых солнечных электростанций нет типовых решений. Чтобы станция полностью закрывала потребности заказчика, необходимо индивидуальное проектирование с подбором оптимальной конфигурации. Только в этом случае использование солнечной энергии удобным, практичным и окупаемым в короткие сроки.
Если вы хотите установить на своем объекте современную надежную и удобную в эксплуатации солнечную электростанцию, присмотритесь к представленным решениям. В настоящее время это едва ли не лучшие варианты по соотношению эффективности, надежности и цены.