Често в мрежата плъзват съобщения за борбата за околната среда и развитието на алтернативни източници на енергия. Понякога дори съобщават как в изоставено село е направена слънчева електроцентрала, за да могат местните жители да се наслаждават на благата на цивилизацията не 2-3 часа на ден, докато генераторът работи, а постоянно. Но всичко това някак си е далеч от нашия живот, затова реших да покажа и разкажа със собствен пример как работи и работи слънчева електроцентрала за частна къща. Ще ви разкажа за всички етапи: от идеята до включването на всички устройства, а също така ще споделя своя опит в работата. Статията ще се окаже доста голяма, така че тези, които не обичат много букви, могат да гледат видеоклипа. Там се опитах да кажа същото, но ще се види как ще събера всичко това сам.
Първоначални данни: към електрическата мрежа е присъединена частна къща с РЗП около 200 м2. Трифазен вход, обща мощност 15 kW. Къщата разполага със стандартен набор от електроуреди: хладилник, телевизори, компютри, перални и съдомиялни машини и др. Електрическата мрежа не се различава по стабилност: рекордът, който записах, е спиране от 6 дни подред за период от 2 до 8 часа.
Какво искате да получите: забравете за прекъсванията на електрозахранването и използвайте електричество, независимо какво.
Какви могат да бъдат бонусите: Възползвайте се максимално от енергията на слънцето, така че къщата да се захранва със слънчева енергия като приоритет, а недостатъците да се вземат от мрежата. Като бонус, след приемането на закона за продажба на електроенергия от частни лица в мрежата, започнете да компенсирате част от разходите си, като продавате излишното производство на обществената мрежа.
Откъде да започнем?
Винаги има поне два начина за решаване на всеки проблем: изучавайте себе си или поверете решението на проблема на някой друг. Първият вариант включва изучаване на теоретични материали, четене на форуми, общуване със собствениците на слънчеви електроцентрали, борба с вътрешната жаба и накрая закупуване на оборудване и след това инсталиране. Вторият вариант: обадете се на специализирана фирма, където ще зададат много въпроси, ще изберат и продадат необходимото оборудване или могат да го инсталират за малко пари. Реших да комбинирам тези два метода. Отчасти защото ми е интересно и отчасти за да не се натъквам на продавачи, които просто трябва да печелят пари, като продават не точно това, от което се нуждая. Сега е време за теория, за да разбера как направих избора.
Снимката показва пример за "разработване" на пари за изграждане на слънчева електроцентрала. Моля, обърнете внимание, че слънчевите панели са монтирани ЗАД дървото - по този начин светлината не достига до тях и те просто не работят.
Видове слънчеви електроцентрали
Веднага отбелязвам, че няма да говоря за индустриални решения, а не за тежкотоварни системи, а за обикновена потребителска слънчева електроцентрала за малка къща. Не съм олигарх, за да пръскам пари, но държа на принципа на достатъчно разумност. Тоест не искам да отоплявам басейна със „слънчево“ електричество или да зареждам електрическа кола, която нямам, но искам всички уреди в дома ми да работят постоянно, без да гледам към мрежата.
Сега ще ви разкажа за видовете слънчеви електроцентрали за частна къща. Като цяло има само три от тях, но има вариации. Ще подредя, според увеличението на цената на всяка система.
Мрежова слънчева електроцентрала - този тип електроцентрала съчетава ниска цена и максимална лекота на работа. Състои се само от два елемента: слънчеви панели и мрежов инвертор. Електричеството от слънчевите панели се преобразува директно в 220V/380V в дома и се консумира от домашните захранващи системи. Но има значителен недостатък: за работата на SSE е необходима опорна мрежа. В случай на външно прекъсване на захранването, слънчевите панели ще се превърнат в „тиква“ и ще спрат да произвеждат електричество, тъй като работата на мрежовия инвертор изисква основна мрежа, тоест самото наличие на електричество. Освен това, със съществуващата мрежова инфраструктура, работата на мрежов инвертор не е много печеливша. Пример: имате слънчева централа с 3 kW, а къщата консумира 1 kW. Излишъкът ще „потече“ в мрежата, а конвенционалните измервателни уреди отчитат енергията „модуло“, т.е. измервателният уред ще счита енергията, дадена на мрежата, за консумирана и вие все пак ще трябва да платите за нея. Тук логично идва въпросът: какво да правим с излишната енергия и как да я избегнем? Нека да преминем към втория вид слънчеви електроцентрали.
Хибридна слънчева електроцентрала - този тип електроцентрала съчетава предимствата на мрежова и автономна електроцентрала. Състои се от 4 елемента: соларни панели, соларен контролер, батерии и хибриден инвертор. Основата на всичко е хибриден инвертор, който е способен да смесва енергията, генерирана от соларни панели, с енергията, консумирана от външната мрежа. Освен това добрите инвертори имат способността да приоритизират консумираната енергия. В идеалния случай къщата трябва първо да консумира енергия от слънчеви панели и едва когато липсва, да я получава от външната мрежа. В случай на изчезване на външната мрежа, инверторът преминава към автономна работа и използва енергия от слънчеви панели и енергия, съхранявана в батериите. По този начин, дори ако токът спре за дълго време и е облачен ден (или токът спре през нощта), всичко в къщата ще функционира. Но какво да правите, ако изобщо няма електричество, но трябва да живеете по някакъв начин? Тук се обръщам към третия тип електроцентрала.
Автономна слънчева електроцентрала - този тип електроцентрала ви позволява да живеете напълно независимо от външни електрически мрежи. Може да включва повече от 4 стандартни елемента: слънчеви панели, соларен контролер, батерия, инвертор.
В допълнение към това, а понякога и вместо слънчеви панели, може да се инсталира водноелектрическа централа с ниска мощност, вятърен парк, генератор (дизелов, газов или бензинов). По правило на такива обекти има генератор, тъй като може да няма слънце и вятър, а захранването с енергия в батериите не е безкрайно - в този случай генераторът стартира и осигурява енергия на целия обект, като едновременно с това зарежда батерията. Такава електроцентрала може лесно да се трансформира в хибридна, когато е свързана външна електрическа мрежа, ако инверторът има тези функции. Основната разлика между автономния инвертор и хибридния е, че той не може да смесва енергията от соларни панели с енергия от външна мрежа. В същото време хибридният инвертор, напротив, може да работи като автономен, ако външната мрежа е изключена. По правило хибридните инвертори са съизмерими по цена с напълно автономните и ако се различават, то това е незначително.
Какво е соларен контролер?
Във всички видове слънчеви централи има соларен контролер. Дори и в мрежовата слънчева електроцентрала, тя е просто част от мрежовия инвертор. Да, и много хибридни инвертори се предлагат със слънчеви контролери на борда. Какво е това и защо е необходимо? Ще говоря за хибридна и автономна слънчева електроцентрала, тъй като това е само моят случай и мога да ви запозная по-подробно с мрежовото инверторно устройство в коментарите, ако има заявки в коментарите.
Соларен контролер е устройство, което преобразува енергията, получена от слънчеви панели, в енергия, усвоена от инвертор. Например слънчевите панели се произвеждат с напрежение, кратно на 12V. И батериите се правят кратни на 12V, просто така се случи. Прости системи за 1-2 kW мощност работят от 12V. Продуктивните системи от 2-3 kW вече работят на 24V, а мощните системи от 4-5 kW и повече работят на 48V. Сега ще разгледам само „домашни“ системи, защото знам, че има инвертори, работещи на напрежение от няколкостотин волта, но това вече е опасно за дома.
И така, да кажем, че имаме 48V система и 36V слънчеви панели (панелът е сглобен в кратни на 3x12V). Как да получите необходимите 48V, за да работи инверторът? Разбира се, 48V батерии са свързани към инвертора и към тези батерии е свързан соларен контролер от едната страна и слънчевите панели от другата. Слънчевите панели умишлено преминават към по-високо напрежение, за да могат да зареждат батерията. Соларният контролер, получавайки очевидно по-високо напрежение от слънчевите панели, трансформира това напрежение до желаната стойност и го прехвърля към батерията. Това е опростено. Има контролери, които могат да намалят от 150-200 V от соларни панели до 12 V батерии, но тук текат много големи токове и контролерът работи с по-лоша ефективност. Идеалният случай е, когато напрежението от слънчевите панели е два пъти по-голямо от напрежението на батерията.
Има два типа слънчеви контролери: PWM (PWM - модулация на ширината на импулса) и MPPT (Maximum Power Point Tracking - проследяване на максимална мощност). Основната разлика между тях е, че PWM контролерът може да работи само с панелни модули, които не надвишават напрежението на батерията. MPPT - контролерът може да работи със забележимо излишно напрежение спрямо батерията. Освен това MPPT контролерите са видимо по-ефективни, но и по-скъпи.
Как да изберем слънчеви панели?
На пръв поглед всички слънчеви панели са еднакви: клетките на слънчевите клетки са свързани помежду си с решетки, а от задната страна има два проводника: плюс и минус. Но има много нюанси по този въпрос. Слънчевите панели се изработват от различни елементи: аморфни, поликристални, монокристални. Няма да агитирам за този или онзи тип елементи. Само да кажа, че аз самият предпочитам монокристални слънчеви панели. Но това не е всичко. Всеки слънчев панел е четирислойна торта: стъкло, прозрачен EVA филм, соларна клетка, запечатващо фолио. И тук всеки етап е изключително важен. Стъклото не е подходящо за всяко, но със специална текстура, която намалява отразяването на светлината и пречупва светлината, падаща под ъгъл, така че елементите да бъдат осветени максимално, тъй като количеството генерирана енергия зависи от количество светлина. Прозрачността на EVA филма определя колко енергия попада върху елемента и колко енергия генерира панелът. Ако филмът се окаже дефектен и помътнее с течение на времето, продукцията ще спадне значително.
Следват самите елементи, като те се разпределят по видове, в зависимост от качеството: клас A, B, C, D и т.н. Разбира се, по-добре е да имате качествени А елементи и добро запояване, защото при лош контакт елементът ще се нагрее и ще се повреди по-бързо. Е, финишното фолио също трябва да е с високо качество и да осигурява добро запечатване. В случай на разхерметизиране на панелите, влагата бързо ще попадне върху елементите, ще започне корозия и панелът също ще се провали.
Как да изберем правилния слънчев панел? Основният производител за нашата страна е Китай, но на пазара има и руски производители. Има много OEM заводи, които ще залепят всяка поръчана табелка и ще изпратят панелите на клиента. И има фабрики, които осигуряват пълен производствен цикъл и са в състояние да контролират качеството на продуктите на всички етапи от производството. Как да разберете за такива фабрики и марки? Има няколко реномирани лаборатории, които независимо тестват слънчеви панели и публично публикуват резултатите от тези тестове. Преди да закупите, можете да въведете името и модела на соларния панел и да разберете доколко соларният панел отговаря на декларираните характеристики. Първата лаборатория е и второто . Ако производителят на панела не е в тези списъци, тогава трябва да помислите за качеството. Това не означава, че панелът е лош. Просто марката може да е OEM, а заводът производител произвежда и други панели. Във всеки случай присъствието в списъците на тези лаборатории вече показва, че не купувате слънчеви панели от производител-еднодневка.
Моят избор на слънчева електроцентрала
Преди да купите, струва си да очертаете набора от задачи, които са поставени за слънчева електроцентрала, за да не плащате за ненужното и да не надплащате за неизползваното. Тук ще премина към практика, както и това, което направих сам. Като начало целта и първоначалните: в селото периодично се спира електричеството за период от половин час до 8 часа. Изключванията са възможни както веднъж месечно, така и няколко дни подред. Цел: осигуряване на къщата с електричество денонощно с известно ограничение на потреблението за периода на изключване на външната мрежа. В същото време трябва да работят основните системи за сигурност и поддържане на живота, тоест: помпената станция, системата за видеонаблюдение и алармата, рутерът, сървърът и цялата мрежова инфраструктура, осветлението и компютрите, хладилникът трябва да работят. Вторични: телевизори, развлекателни системи, електрически инструменти (косачка, тример, помпа за поливане на градината). Можете да изключите: бойлер, електрическа кана, ютия и други отоплителни и енергоемки уреди, чиято работа не е важна за момента. Чайникът може да се вари на газов котлон и след това да се глади.
По правило слънчева централа може да се закупи от едно място. Доставчиците на слънчеви панели също продават цялото свързано оборудване, така че започнах търсенето си от слънчеви панели. Една от реномираните марки е TopRay Solar. Те имат добри отзиви и реален опит в експлоатация в Русия, по-специално в Краснодарския край, където знаят много за слънцето. В Руската федерация има официален дистрибутор и дилъри по региони, на горните сайтове с лаборатории за тестване на слънчеви панели, тази марка присъства и далеч не е последна, тоест можете да я вземете. Освен това TopRay, продавач на соларни панели, също се занимава с производство на контролери и електроника за пътна инфраструктура: системи за управление на трафика, LED светофари, мигащи знаци, соларни контролери и др. За любопитство дори попитах за тяхното производство - доста е технологично и дори има момичета, които знаят от коя страна да подходят към поялника. Случва се!
С моя списък с желания се обърнах към тях и ги помолих да сглобят няколко пълни комплекта за мен: по-скъпи и по-евтини за моята къща. Зададоха ми редица уточняващи въпроси относно резервираната мощност, наличието на консуматори, максималната и постоянна консумация на мощност. Последното като цяло беше неочаквано за мен: къща в енергоспестяващ режим, когато работят само системи за видеонаблюдение, системи за сигурност, интернет връзка и мрежова инфраструктура, консумира 300-350 вата. Тоест, дори никой да не използва електричество у дома, за вътрешни нужди се изразходват до 215 kWh на месец. Тук мислите за провеждане на енергиен одит. И ще започнете да изключвате контактите за зареждане, телевизорите и приемниците, които консумират малко в режим на готовност, но прилично се натрупват.
Няма да измъчвам, спрях се на по-евтина система, тъй като често до половината от сумата за електроцентрала може да поеме цената на батериите. Списъкът на оборудването е както следва:
- - 9 неща
- Еднофазен 5KW хибриден инвертор - 1 неща
- батерия - 4 неща
Освен това ми беше предложено да закупя професионална система за монтиране на слънчеви панели на покрива, но след като разгледах снимките, реших да мина с домашно направени стойки и също да спестя пари. Но реших да сглобя системата сам и не пожалих усилия и време, а монтажниците работят с тези системи през цялото време и гарантират бърз и качествен резултат. Така че решете сами: много по-приятно и по-лесно е да работите с фабрични монтажи, а моето решение е просто по-евтино.
Какво осигурява една слънчева електроцентрала?
Този комплект може да произвежда до 5 kW мощност в самостоятелен режим - това е мощността, която избрах за монофазен инвертор. Ако закупите същия инвертор и интерфейсен модул към него, тогава можете да увеличите мощността до 5 kW + 5 kW = 10 kW на фаза. Или може да направиш трифазна система, но засега съм доволен от това. Инверторът е високочестотен, поради което е доста лек (около 15 кг) и заема малко място - лесно се монтира на стената. Вече има 2 MPPT контролера с мощност 2,5 kW всеки, което означава, че мога да добавя същия брой панели без да купувам допълнително оборудване.
Имам 2520 W слънчеви панели на табелката, но поради неоптималния ъгъл на монтаж те дават по-малко - видях максимум 2400 W. Оптималният ъгъл е перпендикулярен на слънцето, което в нашите географски ширини е около 45 градуса спрямо хоризонта. Моите панели са настроени на 30 градуса.
Сглобката на батерията е 100A * h 48V, т.е. съхранява се 4,8 kW * h, но е изключително нежелателно да се вземе енергия напълно, тъй като тогава техният ресурс е значително намален. Препоръчително е да разреждате такива батерии с не повече от 50%. Този литиево-железен фосфат или литиево-титанат може да се зарежда и разрежда дълбоко и с големи токове, а оловно-киселинния, независимо дали е течен, гелообразен или AGM, е по-добре да не се насилва. И така, имам половината капацитет и това е 2,4 kWh, тоест около 8 часа в напълно автономен режим без слънце. Това е достатъчно за нощна работа на всички системи и все още ще има половината от капацитета на батерията за аварийна работа. На сутринта слънцето ще изгрее и ще започне да зарежда батерията, като едновременно с това ще осигури на къщата енергия. Тоест къщата може да функционира автономно в този режим, ако консумацията на енергия е намалена и времето е добро. За пълна автономност би било възможно да се добавят още батерии и генератор. В крайна сметка през зимата има много малко слънце и няма да е възможно да се направи без генератор.
Започвам да събирам
Преди закупуване и сглобяване е необходимо да се изчисли цялата система, за да не се сбърка с местоположението на всички системи и окабеляване. От слънчевите панели до инвертора имам около 25-30 метра и предварително поставих два гъвкави проводника със сечение 6 кв. мм, тъй като през тях ще се предава напрежение до 100V и ток 25-30A. Такава граница над напречното сечение е избрана, за да се сведат до минимум загубите по проводника и да се достави енергия на устройствата колкото е възможно повече. Монтирах самите слънчеви панели върху самостоятелно направени водачи от алуминиеви ъгли и ги привлякох със самостоятелно направени стойки. За да се предотврати плъзгането на панела надолу, чифт 30 мм болтове гледат нагоре към алуминиевия ъгъл срещу всеки панел и те са един вид „кука“ за панелите. След монтажа те не се виждат, но продължават да носят товара.
Слънчевите панели бяха сглобени в три блока от по 3 панела всеки. В блоковете панелите са свързани последователно - така че напрежението е повишено до 115 V без товар и токът е намален, което означава, че можете да изберете проводници с по-малко напречно сечение. Блоковете са свързани помежду си паралелно със специални съединители, които осигуряват добър контакт и плътност на връзката - те се наричат MC4. Използвах ги и за свързване на проводниците към соларния контролер, тъй като осигуряват надежден контакт и бързо затваряне и отваряне на веригата за поддръжка.
След това преминаваме към монтажа в къщата. Батериите са предварително заредени с интелигентно зарядно за кола за изравняване на напрежението и свързани последователно за осигуряване на 48V. Освен това те се свързват към инвертора с кабел със сечение 25 mm5000. Между другото, при първото свързване на батерията към инвертора ще има забележима искра на контактите. Ако не сте объркали полярността, тогава всичко е наред - в инвертора са инсталирани доста обемни кондензатори и те започват да се зареждат в момента, в който са свързани към батериите. Максималната мощност на инвертора е 100 W, което означава, че токът, който може да премине през проводника от батерията, ще бъде 110-2,5A. Избраният кабел е достатъчен за безопасна работа. След като свържете батерията, можете да свържете външната мрежа и товара у дома. Проводниците се придържат към клемните блокове: фаза, нула, земя. Тук всичко е просто и ясно, но ако не е безопасно за вас да поправите контакта, тогава е по-добре да поверите свързването на тази система на опитни електротехници. Е, последният елемент свързвам слънчеви панели: тук също трябва да внимавате и да не смесвате полярността. При мощност от 4 kW и неправилно свързване соларният контролер ще изгори моментално. Но какво мога да кажа: с такава мощност от слънчеви панели можете да заварявате директно, без заваръчен инвертор. Това няма да добави здраве към слънчевите панели, но силата на слънцето е наистина голяма. Тъй като допълнително използвам конектори MCXNUMX, просто е невъзможно да обърна полярността с първоначалната правилна инсталация.
Всичко е свързано, едно щракване на превключвателя и инверторът преминава в режим на настройка: тук трябва да зададете типа на батерията, режима на работа, тока на зареждане и т.н. Има доста разбираеми инструкции за това и ако можете да се справите с настройката на рутера, тогава настройката на инвертора също няма да бъде много трудна. Просто трябва да знаете параметрите на батерията и да ги конфигурирате правилно, така че да издържат възможно най-дълго. След това, хм... След това идва забавната част.
Експлоатация на хибридна слънчева електроцентрала
След пускането на слънчевата електроцентрала семейството ми и аз преразгледахме много навици. Например, ако по-рано пералнята или съдомиялната машина стартираха след 23:500 часа, когато в електрическата мрежа работеше нощната тарифа, сега тези енергоемки работи са прехвърлени към деня, тъй като пералнята консумира 2100-400 W по време на работа съдомиялната машина консумира 2100-XNUMX W. Защо такова разпространение? Защото помпите и двигателите харчат малко, но бойлерите са изключително ненаситни. Гладенето също се оказа „по-изгодно“ и по-приятно през деня: стаята е много по-светла, а енергията на слънцето напълно покрива потреблението на ютията. Екранната снимка показва графика на генериране на енергия от слънчева електроцентрала. Ясно се вижда сутрешният пик, когато пералнята работи и консумира много енергия - тази енергия се генерира от слънчеви панели.
Първите дни няколко пъти ходих до инвертора да гледам на екрана мощност и консумация. След това инсталирах помощната програма на домашен сървър, който показва режима на работа на инвертора и всички параметри на електрическата мрежа в реално време. Например, екранната снимка показва, че къщата консумира повече от 2 kW енергия (елемент AC изходна активна мощност) и цялата тази енергия се взема назаем от слънчеви панели (елемент PV1 входна мощност). Тоест, инверторът, работещ в хибриден режим с приоритет на захранването от слънцето, напълно покрива енергийната консумация на устройствата, дължаща се на слънцето. Нима това не е щастие? Всеки ден в таблицата се появява нова колона за производство на енергия и това не може да не се радва. А когато спряха тока в цялото село, разбрах само по скърцането на инвертора, който съобщаваше, че работи офлайн. За цялата къща това означаваше само едно: живеем както преди, а съседите ходят за вода с кофи.
Но има слънчеви електроцентрали у дома и нюанси:
- Започнах да забелязвам, че птиците обичат слънчеви панели и докато летят над тях, не могат да не се радват, че имат високотехнологично оборудване в селото. Това означава, че понякога слънчевите панели все още трябва да бъдат измити от следи и прах. Мисля, че при монтаж на 45 градуса всички следи просто ще бъдат измити от дъжда. Резултатът от няколко следи от птици изобщо не спада, но ако част от панела е засенчена, тогава спадът в изхода става забележим. Забелязах това, когато слънцето залезе и сянката от покрива започна да покрива панелите един по един. Тоест, по-добре е панелите да се поставят далеч от всички структури, които могат да ги скрият. Но дори вечер, с разсеяна светлина, панелите дадоха няколкостотин вата.
- При висока мощност на слънчеви панели и изпомпване от 700 вата или повече, инверторът включва вентилаторите по-активно и те се чуват, ако вратата на техническото помещение е отворена. Тук или затворете вратата, или монтирайте инвертора на стената чрез амортисьори. По принцип нищо неочаквано: всяка електроника се нагрява по време на работа. Само имайте предвид, че инверторът не трябва да се окачва там, където може да пречи на звука на работата му.
- Собствено приложение може да изпраща предупреждения по имейл или SMS, ако възникне събитие: включване / изключване на външната мрежа, изтощена батерия и други подобни. Но приложението работи на незащитен SMTP порт 25 и всички съвременни пощенски услуги, като gmail.com или mail.ru, работят на защитен порт 465. Това означава, че сега всъщност не идват предупреждения по пощата, но бих искал .
Да не кажа, че тези точки са по някакъв начин разстройващи, защото винаги трябва да се стремите към съвършенство, но съществуващата енергийна независимост си заслужава.
Заключение
Вярвам, че това не е последната ми история за собствената ми слънчева електроцентрала. Експлоатационният опит в различни режими и по различно време на годината определено ще бъде различен, но със сигурност знам, че дори и електричеството да бъде изключено на Нова година, в къщата ми ще бъде светло. Според резултатите от работата на инсталираната слънчева централа мога да кажа, че си заслужава. Няколко прекъсвания на външната мрежа останаха незабелязани. За няколко научих само от обаждания на съседи с въпроса „И вие ли нямате ток?“. Текущите числа за генериране на електроенергия са изключително приятни и възможността да премахнете UPS от компютъра, знаейки, че дори при прекъсване на захранването всичко ще продължи да работи, е приятна. Е, когато най-накрая приемем закон за възможността за продажба на електроенергия от физически лица в мрежата, аз ще бъда първият, който ще кандидатства за тази функция, защото в инвертора е достатъчно да смените един елемент и цялата генерирана енергия, но не консумиран от къщата, ще продам на мрежата и ще ми бъде платено за това. Като цяло се оказа доста просто, ефективно и удобно. Готов съм да отговоря на вашите въпроси и да устоя на нападението на критиците, които убеждават всички, че по нашите географски ширини слънчевата централа е играчка.
Източник: www.habr.com