网上经常有关于保护环境和开发替代能源的消息。 有时他们甚至报道如何在一个废弃的村庄里建造一座太阳能发电厂，让当地居民享受文明的好处，不是每天2-3小时发电机运行，而是持续不断。 但这一切在某种程度上离我们的生活很远，所以我决定用我自己的例子来展示和讲述私人住宅的太阳能发电厂的结构和工作原理。 我会告诉你所有的阶段：从想法到打开所有设备，我也会分享我的操作经验。 文章比较长，不喜欢文字太多的可以看视频。 在那里我试图讲述同样的事情，但人们会看到我如何自己收集所有这些。
初始数据：一栋面积约200平方米的私人住宅已接入电网。 三相输入，总功率2kW。 房子有一套标准的电器：冰箱、电视、电脑、洗衣机、洗碗机等。 电网的稳定性也没有什么不同：我记录的记录是连续停电15天，持续6到2小时。
您想要得到的是：忘记停电，无论如何都用电。
可能有什么好处：最大限度地利用太阳能，使房子主要由太阳能供电，不足的部分由网络承担。 作为奖励，在通过关于私人向电网出售电力的法律后，开始通过向一般电网出售多余的发电量来补偿其部分成本。
从哪里开始？
解决任何问题总是至少有两种方法：自己研究或将解决方案委托给别人。 第一个选择是学习理论材料、阅读论坛、与太阳能发电厂业主交流、对抗内部蟾蜍，最后购买设备，然后安装。 第二种选择：致电专业公司，他们会问很多问题，选择并出售必要的设备，也许还可以花一些钱进行安装。 我决定将这两种方法结合起来。 部分是因为这对我来说很有趣，部分是为了避免遇到只想通过出售不完全是我需要的东西来赚钱的卖家。 现在是时候用理论来理解我是如何做出选择的了。
图为“用”钱建设太阳能发电厂的例子。 请注意，太阳能电池板安装在树后面 - 因此没有光线到达它们，它们根本无法工作。
太阳能发电厂的类型
让我立即指出，我不会谈论工业解决方案或重型系统，而是谈论小型家庭的普通消费者太阳能发电厂。 我不是乱花钱的寡头，但我坚持合理合理的原则。 也就是说，我不想用“太阳能”电加热游泳池或为我没有的电动汽车充电，但我希望家里的所有电器始终工作，而不考虑电网。
现在我将告诉您私人住宅太阳能发电站的类型。 总的来说，只有三种，但也有变化。 我会根据每个系统的成本增加情况来安排。
网络太阳能电站 — 这种类型的发电厂结合了低成本和最大程度的易于操作性。 它仅由两个元件组成：太阳能电池板和网络逆变器。 太阳能电池板产生的电力直接转换为家中的220V/380V并由家庭电力系统消耗。 但有一个显着的缺点：ESS 需要骨干网络才能运行。 如果外部电网关闭，太阳能电池板就会变成“南瓜”，停止发电，因为并网逆变器的运行需要一个支撑网络，也就是电力的存在。 此外，在现有的电网基础设施下，运营并网逆变器的利润并不高。 示例：您有一个 3 kW 的太阳能发电厂，而您的房屋消耗 1 kW。 多余的部分将“流入”网络，而传统电表对能源进行“模数”计算，即提供给网络的能源将被电表计为消耗的能量，但您仍然需要付费。 这里的逻辑问题是：如何处理多余的能量以及如何避免它？ 让我们继续讨论第二种太阳能发电厂。
混合太阳能发电厂 – 这种类型的发电厂结合了网络和自主发电厂的优点。 由4个元件组成：太阳能电池板、太阳能控制器、电池和混合逆变器。 一切的基础是混合逆变器，它能够将太阳能电池板产生的能量混合到外部网络消耗的能量中。 此外，好的逆变器能够优先考虑消耗的能源。 理想情况下，房屋应首先消耗太阳能电池板的能量，只有在能量不足时才从外部网络获取能量。 如果外部网络消失，逆变器将进入自主运行状态，并使用太阳能电池板的能量和电池中存储的能量。 这样，即使长时间停电，阴天（或者晚上停电），家里的一切都可以正常工作。 但是，如果根本没有电，但又需要谋生怎么办？ 这里我要谈谈第三种发电厂。
自主太阳能发电厂 – 这种类型的发电厂可以让您完全独立于外部电网而生活。 它可能包括4个以上的标准元件：太阳能电池板、太阳能控制器、电池、逆变器。
除此之外，有时可以安装低功率水力发电站、风力发电厂或发电机（柴油、天然气或汽油）来代替太阳能电池板。 通常，此类设施都有发电机，因为可能没有阳光和风，并且电池中的能量供应不是无限的 - 在这种情况下，发电机启动并向整个设施提供能量，同时为电池充电。 如果逆变器具有这些功能，那么通过连接外部供电网络，这种发电厂可以很容易地转变为混合发电厂。 自主逆变器和混合逆变器之间的主要区别在于，它不能将太阳能电池板的能量与外部网络的能量混合。 与此同时，混合逆变器则相反，如果外部网络关闭，则可以作为自主逆变器工作。 一般来说，混合逆变器的价格与全自动逆变器相当，即使有差异，也并不重要。
什么是太阳能控制器？
所有类型的太阳能发电厂都有太阳能控制器。 即使在并网太阳能发电厂中它也存在，它只是并网逆变器的一部分。 许多混合逆变器在生产时都带有太阳能控制器。 它是什么以及它的用途是什么？ 我将谈论混合动力和自主太阳能发电厂，因为这正是我的情况，如果评论中有任何要求，我可以在评论中告诉您更多有关网络逆变器的设计的信息。
太阳能控制器是一种将从太阳能电池板接收到的能量转换为逆变器消化的能量的设备。 例如，太阳能电池板的制造电压是 12V 的倍数。 电池是按 12V 的倍数制造的，就是这样。 功率为 1-2 kW 的简单系统在 12V 电压下运行。 2-3 kW 的生产系统已在 24V 下运行，4-5 kW 或以上的强大系统在 48V 下运行。 现在我只会考虑“家用”系统，因为我知道有逆变器在几百伏的电压下运行，但这对家庭来说已经很危险了。
因此，假设我们有一个 48V 系统和 36V 太阳能电池板（该电池板以 3x12V 的倍数组装）。 如何获得逆变器运行所需的48V电压？ 当然，逆变器连接有48V电池，太阳能控制器一侧连接这些电池，另一侧连接太阳能电池板。 太阳能电池板的组装电压故意较高，以便能够为电池充电。 太阳能控制器从太阳能电池板接收到明显更高的电压，将该电压转换为所需的值并将其传输到电池。 这是简化的。 有些控制器可以将太阳能电池板的 150-200 V 电压降低到 12 V 电池，但这里流过的电流非常大，控制器的工作效率较差。 理想的情况是太阳能电池板的电压是电池电压的两倍。
太阳能控制器有两种类型：PWM（PWM - 脉宽调制）和 MPPT（最大功率点跟踪）。 它们之间的根本区别在于 PWM 控制器只能与不超过电池电压的面板组件一起工作。 MPPT - 控制器可以在相对于电池电压明显过高的情况下运行。 此外，MPPT 控制器的效率明显更高，但也更昂贵。
如何选择太阳能电池板？
乍一看，所有太阳能电池板都是一样的：太阳能电池的电池片通过母线互连，背面有两根电线：正极和负极。 但这件事有很多细微差别。 太阳能电池板由不同的元素组成：非晶、多晶、单晶。 我不会提倡某种类型的元素。 我只想说我自己更喜欢单晶太阳能电池板。 但这还不是全部。 每个太阳能电池都是一个四层蛋糕：玻璃、透明EVA薄膜、太阳能电池、密封膜。 在这里，每个阶段都极其重要。 不仅任何玻璃都适合，而且具有特殊的纹理，可以减少光的反射并折射以一定角度入射的光，从而尽可能多地照亮元件，因为产生的能量取决于光的量。 EVA 薄膜的透明度决定了有多少能量到达元件以及面板产生多少能量。 如果薄膜有缺陷并且随着时间的推移变得浑浊，那么产量将显着下降。
接下来是元素本身，它们根据质量按类型分配：A、B、C、D 级等。 当然，最好有优质的 A 元件和良好的焊接，因为接触不良，元件会发热并更快失效。 那么，饰面薄膜也应该是高质量的并提供良好的密封性。 如果面板减压，湿气会迅速进入元件，腐蚀就会开始，面板也会失效。
如何选择合适的太阳能电池板？ 我国的主要制造商是中国，尽管市场上也有俄罗斯制造商。 有很多OEM工厂会粘贴任何订购的铭牌并将面板发送给客户。 并且有些工厂提供完整的生产周期，能够在生产的各个阶段控制产品质量。 怎样才能找到这样的工厂和品牌呢？ 有几个信誉良好的实验室对太阳能电池板进行独立测试并公开发布这些测试的结果。 购买前，您可以输入太阳能电池板的名称和型号，了解太阳能电池板与所述特性的匹配程度。 第一个实验室是 第二个 。 如果面板制造商不在这些列表中，那么您应该考虑质量。 这并不意味着面板不好。 只是该品牌可能是代工的，制造工厂也生产其他面板。 无论如何，这些实验室名单中的存在已经表明您不是从不可靠的制造商那里购买太阳能电池板。
我对太阳能电站的选择
在购买之前，值得概述为太阳能发电厂设定的任务范围，以免为不必要的项目付费，也不要为未使用的项目支付过多费用。 在这里我将继续练习，我自己是如何做的以及做了什么。 首先，目标和出发点：村里定期停电半小时到八小时。 中断可能每月一次或连续几天。 任务：为房屋提供全天候供电，并在外部网络关闭期间限制消耗。 同时，主要的安全和生命保障系统必须发挥作用，即：泵站、视频监控和报警系统、路由器、服务器和整个网络基础设施、照明和计算机、冰箱必须工作。 次要：电视、娱乐系统、电动工具（割草机、修剪机、花园水泵）。 您可以关闭：锅炉、电热水壶、熨斗和其他加热和高消耗设备，这些设备的运行不是立即重要的。 水壶可以在煤气炉上煮沸，然后熨烫。
通常，您可以从一个地方购买太阳能发电厂。 太阳能电池板卖家还出售所有相关设备，因此我以太阳能电池板为起点开始搜索。 TopRay Solar是著名品牌之一。 在俄罗斯，特别是在克拉斯诺达尔地区，他们对太阳有很好的评价和真实的操作经验。 在俄罗斯联邦，有一个按地区划分的官方分销商和经销商，在上述带有测试太阳能电池板实验室的网站上，该品牌存在并且不是最后的位置，也就是说，您可以接受它。 此外，销售太阳能电池板的公司TopRay还生产自己的道路基础设施控制器和电子产品：交通管理系统、LED交通灯、闪烁标志、太阳能控制器等。 出于好奇，我什至询问了他们的产品——技术相当先进，甚至有女孩知道如何接近烙铁。 发生！
带着我的愿望清单，我转向他们并要求他们为我整理一些配置：为我的家提供更贵和更便宜的配置。 我被问到了一些关于保留功率、消费者可用性、最大和恒定功耗的澄清问题。 后者实际上出乎我的意料：处于节能模式的房屋，当只有视频监控系统、安全系统、互联网连接和网络基础设施工作时，消耗 300-350 瓦。 也就是说，即使家里没人用电，每月也有高达 215 千瓦时的电量用于内部需求。 您将在此处考虑进行能源审计。 您将开始从插座上拔下充电器、电视和机顶盒，这些设备在待机模式下会消耗一点电量，但仍然消耗相当多的电量。
我不会为此苦恼，我选择了更便宜的系统，因为电池成本通常可以占发电厂费用的一半。 设备清单如下：
- – 9 件
- 5kW单相混合逆变器 – 1 件
- 电池组 – 4 件
此外，我还被提议购买一个专业的系统，用于将太阳能电池板安装到屋顶上，但在看了照片后，我决定用自制的支架来凑合，这样也能省钱。 但我决定自己组装系统，不遗余力和时间，安装人员不断地使用这些系统，保证快速、高质量的结果。 因此，请自行决定：使用工厂紧固件会更愉快、更容易，而且我的解决方案更便宜。
太阳能发电厂能提供什么？
该套件在自主模式下可产生高达 5 kW 的功率 - 这正是我选择的单相逆变器的功率。 如果您购买相同的逆变器及其接口模块，则可以将功率增加到每相 5 kW + 5 kW = 10 kW。 或者你可以制作一个三相系统，但现在我对此感到满意。 该逆变器是高频的，因此非常轻（约 15 公斤）并且占用空间小 - 可以轻松安装在墙上。 它已经有 2 个内置功率为 2,5 kW 的 MPPT 控制器，这意味着我可以添加尽可能多的面板，而无需购买额外的设备。
根据铭牌，我有 2520 W 太阳能电池板，但由于安装角度非最佳，它们产生的功率较少 - 我看到的最大值为 2400 W。 最佳角度是垂直于太阳，在我们的纬度中，与地平线大约成 45 度。 我的面板安装角度为 30 度。
电池组件为100A*h 48V，即存储4,8kW*h，但完全不希望消耗能量，因为这样他们的资源就会明显减少。 建议此类电池放电不超过 50%。 这些磷酸铁锂或钛酸锂可以深度大电流充放电，而铅酸无论是液体、凝胶还是AGM，最好不要强行。 所以，我的电量只有一半，即2,4千瓦时，也就是说，在没有阳光的情况下，完全自主模式下可以运行大约8小时。 这足以满足所有系统的夜间运行，并且仍有一半的电池容量用于紧急模式。 早晨，太阳已经升起并开始为电池充电，同时为房屋提供能量。 也就是说，如果能源消耗减少且天气良好，房屋可以在这种模式下自主运行。 为了实现完全自主，可以添加更多电池和发电机。 毕竟，冬天阳光很少，没有发电机就不行。
我开始收集
在购买和组装之前，需要对整个系统进行计算，以免所有系统的位置和电缆走线出现错误。 从太阳能电池板到逆变器大约有25-30米，我提前铺设了两根横截面为6平方毫米的软线，因为它们将传输高达100V的电压和25-30A的电流。 选择此横截面裕度是为了最大限度地减少电线上的损耗并最大限度地提高向设备的能量输送。 我将太阳能电池板安装在由铝角制成的自制导轨上，并用自制的紧固件将其固定。 为了防止面板滑落，在每个面板对面的铝角上有一对 30 毫米的螺栓向上指向，它们充当面板的一种“钩子”。 安装后它们不可见，但它们继续承受负载。
太阳能电池板被组装成三块，每块 3 块。 在这些块中，面板串联连接 - 这样，在没有负载的情况下电压升高到 115V，电流降低，这意味着您可以选择更小横截面的电线。 这些块使用特殊的连接器相互并联连接，以确保良好的接触和连接的紧密性 - 称为 MC4。 我还使用它们将电线连接到太阳能控制器，因为它们提供可靠的接触和快速电路打开以进行维护。
接下来我们继续在房子里安装。 电池通过智能车载充电器预充电以均衡电压并串联以提供48V。 接下来，使用横截面为 25 平方毫米的电缆将它们连接到逆变器。 顺便说一句，当您第一次将电池连接到逆变器时，触点处会出现明显的火花。 如果您没有混淆极性，那么一切都很好 - 逆变器安装了相当大的电容器，它们在连接到电池时就开始充电。 逆变器的最大功率为5000W，这意味着可以从电池通过电线的电流为100-110A。 所选电缆足以保证安全操作。 连接电池后，即可连接外部网络和家里的负载。 电线连接到接线盒：相线、中性线、地线。 这里的一切都简单明了，但如果修理插座对您来说不安全，那么最好将该系统的连接委托给经验丰富的电工。 好吧，最后一个元素是连接太阳能电池板：在这里，您也需要小心，不要混淆极性。 如果功率为2,5kW，如果连接错误，太阳能控制器会立即烧毁。 我能说什么：有了这样的功率，您可以直接从太阳能电池板进行焊接，无需焊接逆变器。 这不会改善太阳能电池板的健康状况，但太阳的力量确实很大。 由于我另外使用了 MC4 连接器，因此在初始正确安装过程中根本不可能反转极性。
一切都已连接，只需按一下开关，逆变器就会进入设置模式：在这里您需要设置电池类型、工作模式、充电电流等。 对此有非常明确的说明，如果您可以设置路由器，那么设置逆变器也不会很困难。 您只需要了解电池参数并正确配置它们，使其使用寿命尽可能长。 之后，嗯...接下来是有趣的部分。
混合太阳能发电厂的运营
太阳能发电厂启动后，我和家人改变了很多习惯。 例如，如果以前洗衣机或洗碗机在晚上23点以后启动，此时电网实行夜间电价，现在这些耗能工作都转移到白天，因为洗衣机在运行时消耗500-2100W，洗碗机功耗 400-2100 W。 为什么会有这样的传播？ 因为水泵和电机消耗很少，而热水器却极其耗电。 白天熨烫也变得“更有利可图”，也更令人愉快：房间更明亮，太阳的能量完全覆盖了熨斗的消耗。 屏幕截图显示了太阳能发电厂的能源生产图表。 早高峰清晰可见，此时洗衣机正在工作并消耗大量能源——这些能源是由太阳能电池板产生的。
最初几天，我多次走到逆变器前查看生产和消耗屏幕。 然后我在我的家庭服务器上安装了该实用程序，它实时显示逆变器的工作模式和电网的所有参数。 例如，屏幕截图显示房屋消耗超过 2 kW 的能源（AC 输出有功功率项），所有这些能源都是从太阳能电池板借用的（PV1 输入功率项）。 也就是说，逆变器以混合模式运行，优先使用太阳能，完全覆盖了太阳能设备的能耗。 这不是幸福吗？ 表格中每天都会出现新的能源生产栏，这不能不令人高兴。 当整个村庄都停电时，我只是通过逆变器的吱吱声才知道它正在以自主模式工作。 对于整个房子来说，这只意味着一件事：我们像以前一样生活，而邻居则用桶打水。
但在家中拥有太阳能发电厂有一些细微差别：
- 我开始注意到鸟类喜欢太阳能电池板，当它们飞过太阳能电池板时，它们情不自禁地为村里科技设备的存在感到高兴。 也就是说，有时太阳能电池板仍然需要清洗以去除痕迹和灰尘。 我认为如果以45度安装，所有痕迹都会被雨水冲走。 一些鸟类轨迹的输出根本不会下降，但如果面板的一部分被遮挡，输出的下降就会变得明显。 当太阳开始落山，屋顶的阴影开始一个接一个地覆盖面板时，我注意到了这一点。 也就是说，最好将面板放置在远离所有可以遮挡它们的结构的地方。 但即使在晚上，在漫射光的照射下，面板也会产生数百瓦的功率。
- 凭借高功率太阳能电池板和 700 瓦或更高的抽水功率，逆变器更积极地打开风扇，如果技术室的门打开，风扇就会发出声音。 在这里，您可以关上门或使用阻尼垫将逆变器安装在墙上。 原则上，没有什么意外：任何电子设备在运行过程中都会发热。 您只需考虑逆变器不应悬挂在会干扰其运行声音的地方。
- 如果发生任何事件，专有应用程序可以通过电子邮件或短信发送警报：打开/关闭外部网络、电池电量低等。 但该应用程序在不安全的 SMTP 端口 25 上运行，而所有现代电子邮件服务（如 gmail.com 或 mail.ru）在安全端口 465 上运行。也就是说，现在，事实上，电子邮件通知不会到达，但我想。
并不是说这些观点令人不安，因为人们应该始终追求完美，但现有的能源独立是值得的。
结论
我相信这不是我最后一个关于我自己的太阳能发电厂的故事。 不同模式、一年中不同时间的操作体验肯定会有所不同，但我确信，即使元旦停电，我家里也会有光。 根据已安装的太阳能发电厂的运行结果，我可以说这是值得的。 几次外部网络中断并未引起注意。 我是通过邻居的电话才知道的，他们问：“你们也没有灯吗？” 发电的运行数据非常令人满意，能够从计算机上移除 UPS，知道即使断电，一切都会继续工作，这真是太好了。 好吧，当我们最终通过一项关于个人向网络出售电力的可能性的法律时，我将是第一个申请此功能的人，因为在逆变器中，足以改变一个点和所有产生但不消耗的能量有了房子，我就会把它卖给网络并从中赚钱。 总的来说，它非常简单、有效且方便。 我准备好回答你们的问题，并承受批评者的猛烈攻击，这些批评者让每个人都相信，在我们这个纬度，太阳能发电厂只是一个玩具。
来源： habr.com