Често в мрежата се появяват съобщения за борба с екологията, развитие на алтернативни източници на енергия. Понякога дори се правят репортажи за това как в изоставено село е направена слънчева електрическа станция, за да могат местните жители да се възползват от благата на цивилизацията не 2-3 часа на ден, докато работи генераторът, а постоянно. Но всичко това сякаш е далеч от нашия живот, затова реших на собствения си пример да покажа и разкажа как е устроена и как работи слънчевата електрическа станция за частен дом. Ще разкажа за всички етапи: от идеята до включването на всички уреди и ще споделя опита си в експлоатацията. Статията ще бъде обемна, така че тези, които не обичат много текст, могат да гледат видеото. Там се опитах да разкажа същото, но ще се види как всичко това го събирам сам.
Начални данни: частен дом с площ около 200 м2, свързан към електрическите мрежи. Трифазно захранване с обща мощност 15 кВт. В къщата е стандартен набор от електрически уреди: хладилник, телевизори, компютри, перални и съдомиялни машини и т.н. Стабилността на електрическата мрежа не е особена: записан от мен рекорд — прекъсване 6 дни поред за период от 2 до 8 часа.
Какво искам да постигна: да забравя за прекъсванията в електричеството и да ползвам електрическата енергия независимо от всичко.
Какви могат да бъдат бонусите: максимално да се използва енергията на слънцето, за да се осигури основно захранване на дома от слънчева енергия, а недостигът да се допълва от мрежата. Като бонус, след приемането на закона за продажба на електрическа енергия от частни лица в мрежата, да се започне компенсиране на част от разходите, продавайки излишъка от производството в общата електрическа мрежа.
От къде да започна?
Винаги има минимум два начина за решаване на всяка задача: да се учите сами или да възложите решението на някой друг. Първият вариант предполага изучаване на теоретични материали, четене на форуми, комуникация с притежатели на слънчеви електрически станции, борба с вътрешния жаб и, накрая, закупуване на оборудване, а след това — инсталиране. Вторият вариант: да се обадите на специализирана фирма, където ще зададат много въпроси, ще подберат и продадат необходимото оборудване, а може и да инсталират срещу отделно заплащане. Реших да съчетая тези два метода. Отчасти защото ми е интересно, а отчасти, за да не попадна на продавачи, които искат просто да печелят, продав не точно това, от което имам нужда. Сега е време за теория, за да разбера как направих своя избор.
На снимката е пример за „усвояване“ на средства за изграждане на слънчева електрическа станция. Обърнете внимание, слънчевите панели са инсталирани ЗАД дървото – по този начин светлината не ги достига и те просто не работят.
Типове слънчеви електрически станции
Веднага ще уточня, че ще говоря не за индустриални решения и не за супер мощни системи, а за обикновена потребителска слънчева електрическа станция за малка къща. Не съм олигарх, за да разпилявам пари, но следвам принципа на достатъчната разумност. Тоест не искам да отоплявам басейн с „слънчева“ електрическа енергия или да зареждам електрически автомобил, който нямам, но искам в моя дом всички уреди постоянно да работят, без да разчитам на електрическите мрежи.
Сега ще разкажа за типовете слънчеви електрически станции за частни домове. В общи линии, те са три, но има вариации. Ще ги подредя по нарастваща цена на всяка система.
Мрежова слънчева електрическа станция — този тип електрическа станция съчетава ниска цена и максимална простота на експлоатация. Състои се само от два елемента: слънчеви панели и мрежов инвертор. Енергията от слънчевите панели се преобразува директно в 220V/380V в дома и се използва от домашните енергийни системи. Но има съществени недостатъци: за работа на ССЕ е необходима опорна мрежа. При прекъсване на външната електрическа мрежа, слънчевите батерии ще се превърнат в
Хибридна слънчева електрическа станция – този тип електрическа станция съчетава предимствата на мрежовата и автономната електрическа станция. Състои се от 4 елемента: слънчеви панели, слънчев контролер, акумулатори и хибриден инвертор. Основата на всичко е хибридният инвертор, който може да смеси енергия от външната мрежа с енергия, произведена от слънчевите панели. Освен това, добрите инвертори имат възможност за настройка на приоритизация на потребяваната енергия. В идеалния случай, домът трябва да консумира първо енергия от слънчевите панели и само когато тя е недостатъчна, да допълва от външната мрежа. При изчезване на външната мрежа, инверторът преминава в автономен режим и използва енергия от слънчевите панели и енергия, запазена в акумулаторите. По този начин, дори ако електричеството бъде прекъснато за дълъг период и е облачен ден (или електричеството бъде прекъснато през нощта), в дома всичко ще функционира. Но какво да правим, ако електричеството напълно липсва, а все пак трябва да живеем? Тук преминавам към третия тип електрическа станция.
Автономна слънчева електрическа станция – този тип електрическа станция позволява да живеете напълно независимо от външните електрически мрежи. Тя може да включва повече от 4 стандартни елемента: слънчеви панели, слънчев контролер, акумулаторна батерия, инвертор.
В допълнение, понякога вместо слънчеви панели може да бъде инсталирана хидроелектрическа станция с малка мощност, вятърна електрическа станция или генератор (дизелов, газов или бензинов). Обикновено такъв обект разполага с генератор, тъй като може да няма слънце или вятър, а запасът от енергия в акумулаторите не е безкраен – в този случай генераторът се включва и осигурява енергия на целия обект, като същевременно зарежда акумулаторната батерия. Тази електрическа станция лесно може да бъде трансформирана в хибридна, при свързване на външна електрическа мрежа, ако инверторът разполага с тези функции. Основната разлика между автономния и хибридния инвертор е, че автономният не може да смесва енергията от слънчевите панели с енергията от външната мрежа. В същото време хибридният инвертор, обратно, може да работи и като автономен, ако външната мрежа бъде прекъсната. Обикновено хибридните инвертори са с цена, съпоставима на напълно автономните, а ако и се различават, то незначително.
Какво е слънчев контролер?
Във всички типове слънчеви електрически станции присъства слънчев контролер. Дори в мрежова слънчева електрическа станция той е налице, просто е част от мрежовия инвертор. И много хибридни инвертори се произвеждат с вградени слънчеви контролери. Какво е това и за какво служи? Ще говоря за хибридна и автономна слънчева електрическа станция, тъй като това е моят случай, а устройството на мрежовия инвертор мога да опиша по-подробно в коментарите, ако има запитвания в коментарите.
Слънчевият контролер е устройство, което преобразува енергията, получена от слънчевите панели, в енергия, използваема от инвертора. Например, слънчевите панели се произвеждат с напрежение кратно на 12V. И акумулаторните батерии също се изработват кратно на 12V, така че е установено. Прости системи с мощност 1-2 кВт работят на 12V. По-ефективни системи с мощност 2-3 кВт вече функционират на 24V, а мощните системи с мощност 4-5 кВт и повече работят на 48V. В момента ще разгледам само „домашни“ системи, тъй като знам, че съществуват инвертори, работещи на напрежения в стотици волта, но за дома това вече е опасно.
И така, да предположим, че имаме система на 48V и слънчеви панели на 36V (панелът е събран кратно на 3х12V). Как да получим необходимите 48V за работа на инвертора? Разбира се, към инвертора се свързват акумулатори на 48V, а към тези акумулатори се свързва слънчев контролер от едната страна и слънчеви панели от другата. Слънчевите панели се сглобяват на предварително по-високо напрежение, за да могат да заредят акумулаторите. Слънчевият контролер, получавайки по-високото напрежение от слънчевите панели, преобразува това напрежение до необходимото ниво и го предава в акумулаторите. Това е опростено. Има контролери, които могат от 150-200 V от слънчевите панели да понижат до 12 V на акумулаторите, но тук протичат 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 акумулаторите.
Слънчевите контролери съществуват в два типа: PWM (широтно-импулсна модулация) и MPPT (проследяване на точката на максимална мощност). Принципиалната разлика между тях е, че PWM контролерът може да работи само със сборки панели, които не надвишават напрежението на акумулаторите. MPPT контролерът може да работи с осезаемо повишение на напрежението спрямо акумулаторите. Освен това, MPPT контролерите разполагат с значително по-висока ефективност, но и цената им е по-висока.
Как да изберем слънчеви панели?
На пръв поглед, всички слънчеви панели изглеждат еднакво: клетките на слънчевите елементи са свързани помежду си с шини, а на задната страна има два провода: плюс и минус. Но в това има много нюанси. Слънчевите панели са изработени от различни елементи: аморфни, поликристалични, монокристалични. Нямам намерение да агитирам за един или друг тип елементи. Просто ще кажа, че лично предпочитам монокристалните слънчеви панели. Но не е всичко. Всеки слънчев модул представлява четирислоен тортен слой: стъкло, прозрачна EVA-филм, слънчев елемент, херметизираща мембрана. И тук всеки етап е изключително важен. Стъклото не е какво да е, а със специална текстура, която намалява отражението на светлината и пречупва падащата под ъгъл светлина по такъв начин, че елементите да бъдат максимално осветени, тъй като количеството светлина влияе на количеството произвеждана енергия. От прозрачността на EVA-филма зависи колко енергия ще достигне до елемента и колко енергия ще произвежда панелът. Ако филмът се окаже с дефект и с времето помътнее, тогава произведената енергия ще намалее значително.
По-нататък са самите елементи, които се класифицират по типове в зависимост от качеството: Клас А, B, C, D и по-надолу. Разбира се, по-добре е да имате елементи от клас А и качествено запояване, тъй като при лош контакт елементът ще се нагрява и ще се повреди по-бързо. Финалният филм също трябва да е качествен и да осигурява добра херметизация. При разгерметизация на панелите, влагата много бързо ще попада на елементите, ще започне корозия и панелът също ще излезе от строя.
Как да изберете правилно слънчеви панели? Основният производител за нашата страна е Китай, макар че на пазара присъстват и руски производители. Има много OEM фабрики, които ще залепят всякакъв поръчан етикет и ще изпратят панелите на клиента. Има и фабрики, които осигуряват пълен производствен цикъл и могат да контролират качеството на продукцията на всички етапи на производството. Как да научите за такива фабрики и марки? Има няколко авторитетни лаборатории, които провеждат независими тестове на слънчеви панели и открито публикуват резултатите от тези тестове. Преди покупка можете да въведете името и модела на слънчевия панел и да разберете доколко той отговаря на обявените характеристики. Първата лаборатория е , а втората . Ако производителят на панелите не фигурира в тези списъци, то трябва да се замислите за качеството. Това не означава, че панелът е лош. Пр simplement, марката може да бъде OEM, а производствената фабрика произвежда и други панели. Във всеки случай, присъствието в списъците на тези лаборатории вече свидетелства, че купувате слънчеви батерии не от еднодневен производител.
Моят избор за слънчеви електрически станции
Преди покупка е добре да определите кръга от задачи, които ще стоят пред слънчевата електрическа станция, за да не платите за ненужни неща и да не надплатите за неизползвани. Сега ще премина към практиката, каквото направих аз самият. Първо, целта и изходните данни: в селото периодично прекъсват електричеството за период от половин час до 8 часа. Прекъсванията могат да бъдат както веднъж месечно, така и последователно няколко дни. Задача: да осигурим електрическо захранване на къщата в непрекъснат режим с известно ограничение на потреблението по време на прекъсванията на външната мрежа. При това, основните системи за безопасност и жизнена дейност трябва да функционират, а именно: помпената станция, системата за видеонаблюдение и сигнализация, рутерът, сървърът и цялата мрежова инфраструктура, осветлението и компютрите, хладилникът. Вторични: телевизори, развлекателни системи, електрически инструменти (косачка, тример, помпа за поливане на градината). Може да се изключат: бойлерът, електрическата кана, ютията и други нагряващи и много енергийни устройства, работата на които в момента не е важна. Чаят може да се свари на газовата плита, а гладенето да стане по-късно.
Обикновено слънчева електрическа станция може да се купи на едно място. Продавачите на слънчеви панели също предлагат цялото необходимо оборудване, затова започнах търсенето си, основавайки се на слънчевите батерии. Един от реномираните брандове е TopRay Solar. За тях има добри отзиви и реален опит с експлоатацията в Русия, по-специално в Краснодарския край, където знаят как да се възползват от слънцето. В Руската федерация има официален дистрибутор и дилери по регионите, на посочените сайтове с лаборатории за проверка на слънчеви панели този бранд е представен и далеч не е на последните места, така че може да се купи. Освен това, фирмата-продавач на слънчеви панели TopRay също се занимава с производството на контролери и електроника за пътната инфраструктура: системи за управление на трафика, LED светофари, мигащи знаци, слънчеви контролери и др. От любопитство дори успях да се запиша за посещение на тяхното производство – много технологично и дори има момичета, които знаят откъде да започнат с запазвача. Учудващо!
С моя списък с желанието се обърнах към тях и помолих да ми съберат два комплекта: един по-скъп и един по-евтин за моя дом. Зададоха ми редица уточняващи въпроси относно резервирането на мощността, наличието на потребители, максималната и постоянната потребявана мощност. Последното се оказа неочаквано за мен: домът в режим на енергоспестяване, когато работят само системите за видеонаблюдение, охрана, интернет връзка и мрежовата инфраструктура, консумира 300-350 Вт. Тоест, дори да няма никой у дома, за вътрешни нужди отиват до 215 кВт*ч на месец. Тук и започваш да се замисляш за провеждане на енергийния одит. И започнеш да изключваш зарядни устройства, телевизори и приставки от контакти, които в режим на готовност консумират по малко, но накрая се натрупва прилично.
Няма да ви мъча, спрях се на по-евтината система, тъй като често до половината от цената на електрическата станция може да заема стойността на акумулаторите. Списъкът с оборудване изглеждаше така:
- – 9 бр.
- Еднофазен хибриден инвертор с 5 кВт – 1 бр.
- Батерия – 4 бр.
Допълнително, ми беше предложено да закупя професионална система за закрепване на слънчевите панели на покрива, но аз, след като разгледах снимките, реших да се справя с домашни закрепвания и също да спестя. Но реших да изградя системата сам и не съжалявах за усилията и времето си, а инсталаторите работят с тези системи постоянно и гарантират бърз и качествен резултат. Така че решавайте сами: с фабричните крепежи работи много по-приятно и по-лесно, а моето решение просто е по-евтино.
Какво предлага слънчевата електрическа станция?
Този комплект може да генерира до 5 кВт мощност в автономен режим – точно такова мощност избрах за еднофазния инвертор. Ако закупя същия инвертор и модул за свързване към него, мога да увелича мощността до 5кВт+5кВт=10 кВт на фаза. Или мога да направя трифазна система, но засега се задоволявам и с това. Инверторът е високочестотен и затова е достатъчно лек (около 15 кг) и заема малко място – лесно се монтира на стена. В него вече са вградени 2 MPPT контролера с мощност 2,5 кВт всеки, така че мога да добавя още толкова панели без допълнително оборудване.
Имам слънчеви панели с капацитет от 2520 Вт по етикет, но заради неоптималния ъгъл на инсталация, те генерират по-малко – максималната стойност, която съм виждал, е 2400 Вт. Оптималният ъгъл е перпендикулярен на слънцето, което в нашите географски ширини е около 45 градуса спрямо хоризонта. Панелите ми са инсталирани под 30 градуса.
Сглобяването на АКБ е 100А*ч 48В, което означава, че е натрупано 4,8 кВт*ч, но изцяло да се извлече енергията е крайно нежелателно, тъй като тогава ресурсът им значително намалява. Препоръчително е да се разреждат такива АКБ не повече от 50%. Литиево-железофосфатните или литиево-титанатните могат да бъдат зареждани и разреждани дълбоко и с големи токове, докато оловно-кислотните, независимо дали са течни, гелени или AGM, е по-добре да не се насилват. И така, имам половината капацитет, а това е 2,4 кВт*ч, което е около 8 часа в напълно автономен режим без слънце. Това е достатъчно за работата на всички системи през нощта и ще остане половината капацитет на АКБ за аварийни ситуации. Сутрин слънцето ще изгрее и ще започне да зарежда АКБ, осигурявайки енергия за дома. Тоест, домът може да функционира автономно в този режим, ако се намали енергийното потребление и времето е добро. За пълна автономия би могло да се добавят още батерии и генератор. В крайна сметка, зимата слънцето е много малко и без генератор не може да се мине.
Започвам да сглобявам
Преди покупка и сглобяване е необходимо да се направи изчисление на цялата система, за да не се сбърка с разположението на всички системи и прокарването на кабелите. От слънчевите панели до инвертора имам около 25-30 метра и предварително прекарах два гъвкави проводника с сечение 6 кв.мм, тъй като през тях ще се предава напрежение до 100В и ток 25-30А. Този запас в сечението беше избран, за да се минимизират загубите по проводника и максимално да се достави енергията до устройствата. Самите слънчеви панели монтирах на самоделни направляващи от алуминиеви ъгли и ги закрепих със самоделни крепежи. За да не се плъзга панела надолу, на алуминиевия ъгъл срещу всеки панел гледат нагоре два 30 мм болта, които служат за своеобразен „кукичка“ за панелите. След монтажа те не са видими, но продължават да носят натоварването.
Слънчевите панели са сглобени в три блока по 3 панела във всеки. В блоковете панелите са свързани последователно - така напрежението успя да се увеличи до 115V без натоварване и да се намали токът, а следователно може да се изберат проводници с по-малко сечение. Блоковете са свързани помежду си паралелно с помощта на специални конектори, които осигуряват добър контакт и херметичност на връзката – наричат се MC4. Те също така използвах за свързване на проводниците към слънчевия контролер, тъй като осигуряват надежден контакт и бързо замикане-размикване на веригата за обслужване.
Сега преминаваме към монтажа в дома. АКБ са предварително заредени с „умно“ автомобилно зарядно устройство, за да се изравни напрежението и са свързани последователно за осигуряване на напрежение от 48V. След това, те са свързани към инвертора с кабел с сечение 25 мм кв. Между другото, при първоначалното свързване на АКБ към инвертора ще има забележима искра на контактите. Ако не сте объркали полярността, всичко е нормално – в инвертора са инсталирани доста вместими кондензатори и те започват да се зареждат в момента на свързване към акумулаторите. Максималната мощност на инвертора е 5000 W, а следователно токът, който може да премине през проводника от АКБ, ще бъде 100-110A. Избраният кабел е достатъчен за безопасна експлоатация. След свързване на АКБ, можете да свържете външната мрежа и натоварването на дома. Към клемната кутия се свързват проводниците: фаза, нула, заземление. Тук всичко е просто и очевидно, но ако за вас е небезопасно да ремонтирате контакт, е по-добре свързването на тази система да бъде доверено на опитни електромонтажници. И последният елемент, който свързвам, са соларните панели: тук също трябва да бъдете внимателни и да не объркате полярността. При мощност от 2,5 kW и неправилно свързване, соларният контролер ще изгори моментално. Какво да говорим: при такава мощност, от соларните панели можете да се занимавате със заваряване директно, без заваръчен инвертор. Това няма да добави на здравето на тези слънчеви панели, но мощността на слънцето наистина е огромна. Тъй като допълнително използвам конектори MC4, объркването на полярността е просто невъзможно при първоначалния правилен монтаж.
Всичко е свързано, само един щрак и инверторът преминава в режим на настройка: тук трябва да се зададе типът на акумулатора, режимът на работа, зарядните токове и други. Има напълно разбираема инструкция и ако можете да се справите с настройката на рутера, настройката на инвертора също няма да е особено сложна. Трябва само да знаете параметрите на акумулатора и да ги настроите правилно, за да служат колкото се може по-дълго. След това, хм... След това идва най-интересното.
Експлоатация на хибридна соларна електрическа станция
След старта на соларната електрическа станция, аз и семейството ми променихме много от навиците си. Например, ако преди пускането на пералната или съдомиялната машина след 23 часа, когато работеше нощната тарифа в електрическите мрежи, сега тези енергийно интензивни работи са прехвърлени за деня, защото пералнята консумира 500-2100 Вт по време на работа, а съдомиялната машина консумира 400-2100 Вт. Защо такъв диапазон? Защото помпите и моторите консумират малко, а водните нагреватели са изключително жадни за енергия. Гладенето също се оказа "по-изгодно" и приятно през деня: в стаята е много по-светло, а енергията от слънцето напълно покрива потреблението на ютията. На скриншота е представен график на производството на енергия от соларната станция. Ясно се вижда сутрешния пик, когато работеше пералната машина и консумираше много енергия – тази енергия беше произведена от соларните панели.
Първите дни се приближавах до инвертора многократно, за да погледна екрана за производство и потребление. След това инсталирах приложението на домашния сървър, което в реално време показва режима на работа на инвертора и всички параметри на електрическата мрежа. Например, на скрийншота се вижда, че къщата потребява над 2 кВт енергия (пункт AC output active power) и цялата тази енергия се получава от соларни панели (пункт PV1 input power). Тоест, инверторът, работещ в хибриден режим с приоритет на захранването от слънцето, напълно покрива енергопотреблението на уредите, използвайки енергията от слънцето. Не е ли това щастие? Всеки ден в таблицата се появяваше нова колона с произведена енергия и това не можеше да не радва. А когато в цялото село спряха тока, научих за това само по писъка на инвертора, който известяваше за работа в автономен режим. За целия дом това означаваше само едно: живеем както преди, докато съседите носят вода с кофите.
Но има и нюанси с наличието на соларна електрическа станция у дома:
- Започнах да забелязвам, че птиците обичат соларните панели и прелитащи над тях не могат да сдържат щастието си от наличието на технологично оборудване в селото. Тоест, понякога все пак е необходимо да се почистват соларните панели от следи и прах. Мисля, че при инсталация под 45 градуса, всички следи просто биха се измили от дъждовете. Произведеното от няколко птичи следи въобще не пада, но ако част от панела е в сянка, тогава падението на производството става осезаемо. Това забелязах, когато слънцето започна да залязва и сянката от покрива започна да покрива панелите една след друга. Тоест, по-добре е да се разполагат панели далеч от всички конструкции, които могат да ги засенчват. Но дори и вечер, при разсеяна светлина, панелите произвеждаха няколко стотици вата.
- При голяма мощност на соларните панели и подкачка от 700 вата и повече, инверторът включва вентилаторите по-активно и те стават чувани, ако вратата на техническото помещение е отворена. Тук или трябва да затворите вратата, или да монтирате инвертора на стената с демпфиращи уплътнения. В принципе, няма нищо неочаквано: всяка електроника се нагрява при работа. Просто трябва да се вземе предвид, че инверторът не е закачен там, където може да пречи със звука от работата си.
- Фирменото приложение може да изпраща уведомления по имейл или SMS, ако настъпи някакво събитие: включване/изключване на външната мрежа, разреждане на акумулатора и подобно. Само че приложението работи на незащитен 25-ти порт SMTP, а всички съвременни имейл услуги, като gmail.com или mail.ru, работят на защитен порт 465. Тоест в момента, фактически, уведомленията по имейл не пристигат, а е желателно.
Не мога да кажа, че тези точки по някакъв начин разочароват, защото винаги трябва да се стремим към съвършенство, но наличната енергонезависимост в действителност си струва.
Заключение
Смятам, че това не е последният ми разказ за собствената ми слънчева електрическа станция. Опитът от експлоатацията в различни режими и по различно време на годината безспорно ще бъде различен, но знам със сигурност, че дори и да изключат електричеството в Нова година, у дома ми ще бъде светло. По резултатите от експлоатацията на инсталираната слънчева електрическа станция мога да отбележа, че си е струвало. Няколко изключвания на външната мрежа преминаха незабелязано. За някои от тях разбрах само по обажданията на съседи с въпроса „И при теб няма светлина?“. Текущите цифри за производство на електричество безмерно радват, а възможността да махна UPS-а от компютъра, знаейки, че дори и при спиране на електричеството всичко ще продължи да работи - това е приятно. А когато най-накрая приемат закона за възможността за продажба на електрическа енергия от частни лица в мрежата, аз ще бъда първият, който ще подаде заявка за тази функция, защото в инвертора е достатъчно да променя само една точка и цялото произведено, но непотреблено от дома енергия, ще продавам в мрежата и ще получавам пари за това. Като цяло, оказа се доста просто, ефективно и удобно. Готов съм да отговоря на вашите въпроси и да понеса натиска на критици, които убеждават всички, че в нашите ширини слънчевата електрическа станция е играчка.
Източник: habr.com
