Расчет автономной системы электроснабжения на солнечных батареях

Приводим простой пошаговый метод расчета автономной энергосистемы на солнечных батареях. Этот метод поможет Вам определить требования к системе и выбрать необходимые Вам комплектующие и материалы системы автономного электроснабжения.

Расчет энергосистемы состоит из нескольких этапов:

1. Определение общей нагрузки и потребляемой мощности.
2. Определение необходимой мощности инвертора и емкости аккумуляторной батареи.
3. Определение необходимого количества фотоэлектрических модулей (собственно самих солнечных батарей), исходя из данных по среднестатическому количеству солнечной радиации в месте установки системы.
4. Примерный расчет стоимости системы (и варианты при различных изготовителях)

После выполнения 4 шага, если стоимость автономной системы окажется слишком велика, можно рассмотреть различные варианты уменьшения стоимости Вашей системы электроснабжения на солнечных батареях:

• уменьшение потребляемой мощности за счет замены существующих потребителей на энергоэффективные, с низким потребление электричества, а также исключение тепловой, «фантомной» и необязательной нагрузки (например, можно использовать холодильники, кондиционеры и т.п., работающие на газе).
• замену нагрузки переменного тока на нагрузку постоянного тока. В этом случае можно выиграть на отсутствии потерь в инверторе (от 10 до 40%). Однако, нужно учитывать особенности построения низковольтных систем постоянного тока.
• введение в систему электроснабжения дополнительного генератора электроэнергии — ветроустановки или дизель- или бензогенератора.
• смириться с тем, что электроэнергия будет у Вас не всегда. И чем больше будет мощность системы отличаться от потребляемой мощности, тем более вероятны будут у Вас периоды отсутствия электроэнергии. В такие периоды, а это может быть совсем не продолжительно (1-3 недели зимой, в самые короткие дни), Вы можете сами просто немного ограничить Ваше обычное энергопотребление и все. При этом экономия на оборудовании может быть ОЧЕНЬ существенной (вплоть до 50%!)

 Можете рассмотреть самодельную ветроэлектростанцию или мини ГЭС — своими руками.

Расчет автономной Системы электроснабжения на солнечной энергии

 

 

Составьте список устройств-потребителей электроэнергии, которые Вы собираетесь питать от автономной энергосистемы. Определите потребляемую мощность во время их работы. Большинство устройств имеют маркировку, на которой указана номинальная потребляемая мощность в ваттах или киловаттах. Если указан потребляемый ток, то нужно умножить этот ток на номинальное напряжение (обычно 220 В). Перемножается мощность на время работы для определения требуемой энергии в Вт ч в неделю. Далее все эти данные суммируются для вычисления полной нагрузки переменного тока в ватт-часах в неделю .

Подсчитайте нагрузку переменного тока.Если у Вас нет такой нагрузки, то можете пропустить этот шаг и перейти к подсчету нагрузки постоянного тока.

1.1. Перечислите всю нагрузку переменного тока, ее номинальную мощность и число часов работы в неделю. Умножьте мощность на число часов работы для каждого прибора. Сложите получившиеся значения для определения суммарной потребляемой энергии переменного тока в неделю.

1.2. Далее нужно подсчитать сколько энергии постоянного тока потребуется. Для этого нужно умножить получившееся значение на коэффициент 1,2, учитывающий потери в инверторе.

1.3. Определите значение входного напряжения инвертора по характеристикам выбранного инвертора. Обычно это 12 или 24 В.

1.4. Разделите значение п.1.2 на значение п.1.3. Вы получите число Ампер-часов в неделю, требуемое для покрытия вашей нагрузки переменного тока.

Подсчитайте нагрузку постоянного тока

1.5. Запишите данные нагрузки постоянного тока :

Описание нагрузки постоянного тока	Ватт	X	часов/неделю	=	Вт*ч/неделю
		X		=
		X		=
			Всего

 

1.6. Определите напряжение в системе постоянного тока. Обычно это 12 или 24 В. (Как в п.1.3)

1.7. Определите требуемое количество А*ч в неделю для нагрузки постоянного тока (разделите значение п.1.5 на значение п.1.6).

1.8. Сложите значение п.1.4 и п. 1.7 для определения суммарной требуемой емкости аккумуляторной батареи. Это будет количество А*ч, потребляемых в неделю.

1.9. Разделите значение п.1.8 на 7 дней; Вы получите суточное значение потребляемых А*ч.

2. Оптимизируйте Вашу нагрузку

На этом этапе важно проанализировать Вашу нагрузку и попытаться уменьшить потребляемую мощность как можно больше. Это важно для любой системы, но особенно важно для системы электроснабжения жилого дома, так как экономия может быть очень существенной. Сначала определите большую и изменяемую нагрузку (например, насосы для воды, наружное освещение, холодильники переменного тока, стиральная машина, электронагревательные приборы и т.п) и попытайтесь исключить их из вашей системы или заменить на другие аналогичные модели, такие как приборы, работающие на газе или от постоянного тока.

Начальная стоимость приборов постоянного тока обычно выше (потому что они выпускаются не в таком массовом количестве), чем таких же приборов переменного тока, но вы избежите потерь в инверторе. Более того, зачастую приборы постоянного тока более эффективны, чем приборы переменного тока (во многих бытовых приборах, особенно электронных, переменный ток преобразуется в постоянный, что ведет к потерям энергии в блоках питания приборов).

Замените лампы накаливания на люминесцентные лампы везде, где это возможно. Люминесцентные лампы обеспечивают такой же уровень освещенности при том, что потребляют в 4-5 раз меньше электроэнергии. Срок их службы также примерно в 8 раз больше.

Если у Вас есть нагрузка, которую Вы не можете исключить, рассмотрите вариант, при котором Вы будете включать ее только в солнечные периоды, или только летом. Пересмотрите список Вашей нагрузки и пересчитайте данные.

Выберите тип аккумуляторной батареи, которую Вы будете использовать. Рекомендуются использовать герметичные необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы, которые обладают самыми лучшими эксплуатационно-экономическими параметрами.

Далее Вам нужно определить, сколько энергии Вам нужно получать от аккумуляторной батареи. Часто это определяется количеством дней, в течение которых АБ будет питать нагрузку самостоятельно без подзаряда. Дополнительно к этому параметру Вам нужно учитывать характер работы системы электроснабжения. Например, если Вы устанавливаете систему для Вашего загородного дома, который Вы посещаете только на выходные, Вам лучше установить АБ большей емкости, потому что она может заряжаться в течение всей недели, а отдавать энергию только в выходные дни. С другой стороны, если Вы добавляете фотоэлектрические модули к уже существующей системе электроснабжения на базе дизель- или бензогенератора, Ваша батарея может иметь меньшую емкость, чем расчетная, потому что этот генератор может быть включен для подзаряда АБ в любое время.

После того, как Вы определите требуемую емкость АБ, можно переходить к рассмотрению следующих очень важных параметров.

3.1. Определите максимальное число последовательных «дней без солнца» (т.е. когда солнечной энергии недостаточно для заряда АБ и работы нагрузки из-за непогоды или облачности). Вы также можете принять за этот параметр выбранное Вами количество дней, в течение которых АБ будет питать нагрузку самостоятельно без подзаряда.

3.2. Умножьте суточное потребление в А*ч (см. п.1.9 расчета потребляемой энергии выше) на количество дней, определенных в предыдущем пункте.

3.3. Задайте величину глубины допустимого разряда АБ. Учитывайте, что чем больше глубина разряда, тем быстрее Ваши АБ выйдут из строя. Мы рекомендуем значение глубины разряда 20% (не более 30%), что значит что Вы можете использовать 20% от значения номинальной емкости вашей АБ. Используйте коэффициент 0,2 (или 0,3). Ни при каких обстоятельствах разряд батареи не должен превышать 80%!

3.4. Разделите п.3.2 на п.3.3

3.5.Выберите коэффициент из таблицы, приведенной ниже, который учитывает температуру окружающей среды в помещении, где установлены АБ. Обычно это средняя температура в зимнее время. Этот коэффициент учитывает уменьшение емкости АБ при понижении температуры.

Температурный коэффициент для аккумуляторной батареи

Температура в градусах		коэффициент
Фаренгейта	Цельсия
80F	26.7C	1.00
70F	21.2C	1.04
60F	15.6C	1.11
50F	10.0C	1.19
40F	4.4C	1.30
30F	-1.1C	1.40
20F	-6.7C	1.59

 

3.6. Умножьте значение п.3.4 на коэффициент п.3.5. Вы получите общую требуемую емкость АБ.

3.7. Разделите это значение на номинальную емкость выбранной Вами аккумуляторной батареи. Округлите полученное значение до ближайшего большего целого. Это будет количество батарей, которые будут соединены параллельно.

3.8. Разделите номинальное напряжение постоянного тока системы (12, 24 или 48В) на номинальное напряжение выбранной аккумуляторной батареи (обычно 2, 6 или 12В).Округлите полученное значение до ближайшего большего целого. Вы получите значение последовательно соединенных батарей.

3.9. Умножьте значение п.3.7 на значение п.3.8. для того, чтобы подсчитать требуемое количество аккумуляторных батарей.

4. Определите количество пиковых солнце-часов в день для вашего места

Несколько факторов влияют на то, как много солнечной энергии будет принимать Ваша солнечная батарея: 

• Когда будет использоваться система? Летом? Зимой? Круглый год?
• Типичные погодные условия вашей местности
• Будет ли система ориентироваться на солнце
• Расположение и угол наклона фотоэлектрических модулей 

Для определения среднемесячного прихода солнечной радиации Вы можете воспользоваться таблицей прихода солнечной радиации для некоторых городов России.

Месячные и годовые суммы суммарной солнечной радиации, кВт*ч/м²

*для справки: при ярком солнце мощность солнечного излучения — 1000 Вт/м2, при темной облачности может быть и 50 Вт/м2

Выработка электроэнергии солнечной фотоэлектрической батареей (СБ) зависит от угла падения солнечных лучей на СБ. Максимум бывает при угле 90 градусов. При отклонении от этого угла все большее количество лучей отражается, а не поглощается СБ.

Зимой приход радиации значительно меньше из-за того, что дни короче, облачных дней больше, Солнце стоит ниже на небосклоне. Если Вы используете Вашу систему только летом, используйте летние значения, если круглый год, используете значения для зимы. Для надежного электроснабжения выбирайте из среднемесячных значений наименьшее для периода, в течение которого будет использоваться ФЭС.

Выбранное среднемесячное значение для худшего месяца нужно разделить на число дней в месяце. Вы получите среднемесячное количество число пиковых солнце-часов, которое будет использоваться для расчета Вашей СБ.

Далее необходимо определить общее количество модулей, необходимых для вашей системы.

Ток в точке максимальной мощности Impp может быть определен из спецификаций модулей. Вы также можете определить Imppподелив номинальную мощность модуля на напряжение в точке максимальной мощности Umpp (обычно 17 — 17.5 В для 12 — вольтового модуля).

5.1. Умножьте значение п. 1.9 на коэффициент 1.2 для учета потерь на заряд-разряд АБ

5.2. Разделите полученное значение на среднее число пиковых солнце-часов в вашей местности. Вы получите ток, который должна генерировать СБ

5.3. Для определения числа модулей, соединенных параллельно разделите значение п. 5.2 на Impp одного модуля. Округлите полученное число до ближайшего большего целого.

5.4. Для определения числа модулей, соединенных последовательно, разделите напряжение постоянного тока системы (обычно 12, 24, 48 В) на номинальное напряжение модуля (обычно 12 или 24 В).

5.5. Общее количество требуемых фотоэлектрических модулей равно произведению значений п. 5.3 и п. 5.4.

Для расчета стоимости фотоэлектрической системы электроснабжения нужно сложить стоимости СБ, АБ, инвертора, контроллера заряда АБ и соединительной арматуры (провода, выключатели, предохранители и т.п.)

Стоимость солнечной батареи равна произведению значения п.5.5 на стоимость одного модуля. Стоимость аккумуляторной батареи равна произведению значения п.3.9 на стоимость одной аккумуляторной батареи. Стоимость инвертора зависит от его мощности и типа. Стоимость соединительной арматуры можно принять примерно равной 0,1-1% от стоимости системы.

Пример расчета автономной системы электроснабжения на фотоэлементах.

(*Цены приведены для примера и могут сильно отличаться у разных производителей) 

Основываясь на данных расчета Вам необходимо выбрать основные компоненты автономной энергосистемы на солнечных батареях.

Это: 

• Контроллер заряда
• Инвертор
• Соединительные провода
• Предохранители, переключатели и разъемы
• Измерители и индикаторы
• Инструмент для монтажа
• Резервный генератор (не обязательно)

 

Выбор оборудования

Панели фотоэлементов

При подборе панелей помимо их мощности следует учитывать три фактора — их геометрию, номинальное выходное напряжение и тип фотоэлементов.

Выбор размеров панели

Геометрия определяется конкретными условиями установки, и здесь трудно дать общие рекомендации кроме одной — если у вас есть возможность выбора между большой панелью и несколькими маленькими, лучше взять большую — более эффективно используется общая площадь и будет меньше внешних соединений, а значит,будет выше надёжность. Размеры готовых панелей не слишком велики и не превысят полтора-два квадратных метра при номинальной мощности до 200-250 Вт. Панели небольших размеров (возможно, на меньшее номинальное напряжение) их следует использовать только там, где невозможно установить более крупные панели.

Для достижения нужных значений номинального напряжения и номинальной мощности панели можно объединять в последовательные сборки, которые затем коммутируются параллельно — аналогично тому, как коммутируется банк аккумуляторов. Как и в случае аккумуляторов, в одной сборке следует использовать только однотипные панели.

Обычно панели заводского изготовления имеют прямоугольную форму с соотношением сторон 1:2 или близким к нему. Поэтому если надо монтировать их вплотную в несколько рядов, то их можно размещать «стоя» (длинной стороной вертикально) или «лёжа на боку» (длинной стороной горизонтально). Возникает вопрос — какую ориентацию предпочесть? Ответ — ту, при которой во время движения Солнца минимум панелей будут испытывать полутень, так как даже один затенённый элемент резко снижает выработку всей панели. Например, если в предполагаемом месте установки возможно наиболее вероятно вертикальное смещение границы затенения (от конька соседской крыши, от высокого глухого длинного забора, от полосы кустарника, от верхушек близкого леса и пр.), то панели лучше располагать «лёжа на боку». Если тень в основном будет перемещаться по горизонтали от одной боковой стороны к другой (скажем, тени от угла высокого дома, от толстого столба, от высокого дерева), то панели будем располагать «стоя». Дополнительно можно заметить, что при вертикальном расположении панелей меньше число горизонтальных стыков, что способствует лучшему смыванию грязи и сходу снега с панелей, поэтому панели, которые ничто не будет затенять, лучше монтировать «стоя». Но если возможно затенение панелей, то приоритетно преимущественное направление затенения и выхода из тени.

Выбор напряжения солнечной батареи

С напряжением тоже всё просто — лучше выбирать 24-вольтовые панели, поскольку рабочие токи у них вдвое меньше, чем у 12-вольтовых той же мощности. Панели одинаковой мощности одного и того же производителя, рассчитанные на разное напряжение, обычно различаются лишь внутренней коммутацией фотоэлементов. Панели с номинальным напряжением выше 24 В встречаются редко и обычно собираются из более низковольтных. 12-вольтовые панели, на мой взгляд, оправданы лишь в двух случаях — для маломощных систем, где 12 вольт являются рабочим напряжением инвертора, а также если по архитектурным или конструктивным соображениям необходимо использовать панели малого размера, для которых не существует вариантов на 24 В.

При индивидуальной сборке панелей из отдельных фотоэлементов не нужно забывать о защитных диодах в каждой цепочке для предотвращения протекания обратного тока при неравномерной засветке. В противном случае мощность, выработанная освещёнными секциями панели, вместо полезной нагрузки будет выделяться на затенённом фотоэлементе, а это чревато его перегревом и полным выходом из строя (неосвещённый фотоэлемент в этой ситуации окажется открытым диодом). Допускаемый прямой ток защитных диодов должен быть больше, чем ток короткого(коротыша) замыкания защищаемой цепочки фотоэлементов при максимальной освещённости.

Типы фотоэлементов

Наконец, надо выбрать тип фотоэлементов. В настоящее время наиболее часто предлагаются (распространенные) фотоэлементы на монокристаллическом или поликристаллическом кремнии. Монокристаллический кремний обычно имеет КПД в районе 16-18%, а поликристаллический — 12-14%, зато он несколько дешевле. Однако в готовых панелях цена за ватт (т.е. в пересчёте на вырабатываемую мощность) получается почти одинаковой, и монокристаллический кремний может оказаться даже выгодней. По такому параметру, как степень и скорость деградации, разницы между ними практически да и фактически нет. В связи с этим выбор в сторону монокристаллического кремния очевиден — при равной мощности панели из него компактнее. Кроме того, при снижении освещённости монокристаллический кремний обеспечивает номинальное напряжение выше и дольше, чем поликристаллический, а это позволяет получать хоть какую-то энергию даже в очень пасмурную погоду и в лёгких сумерках. Зато у поликристаллического кремния обычно ниже напряжение холостого хода (у монокристаллического оно может превышать номинал вдвое), ниже и напряжение максимальной мощности. Но если подключать панель к инвертору и аккумулятору не напрямую, а через современный контроллер, то это не имеет существенного значения.

Выбор размещения и суммарной мощности панелей

Очевидно, что обычно нет смысла выбирать суммарную мощность панелей фотопреобразователей больше мощности инвертора. Тем не менее, такое превышение может быть оправдано при наличии мощной постоянной нагрузки и мощного блока аккумуляторов или в расчёте на длительные периоды пасмурной погоды.

Ещё одним интересным вариантом, когда суммарная мощность панелей может существенно превосходить как мощность инвертора, так и мощность, нужную для зарядки аккумуляторов, является их размещение на противоположных стенах коттеджа или на очень крутых скатах крыши (наклон ската не менее 45°), если они ориентированы на запад и восток — тогда мощность каждого поля солнечных батарей (восточного и западного) может достигать 80% от полной требуемой мощности системы, а мощность фотопанелей, подключённых к одному контроллеру, может превышать его номинальную мощность почти в полтора раза! Дело в том, что прямые лучи(солнца) не могут одновременно освещать две противоположные стены или два противоположных крутых ската крыши, а мощность, выдоваемых батареей при отсутствии прямой засветки, падает раз в 10 (во избежание перегрузки контроллера берём её с двух-кратным запасом, отсюда и получается цифра 80%, а не 90%). Да, такая «сплит-система» будет дороже, чем «моноблочная» система с той же рабочей мощностью, но с единым(общем) полем фото-панелей, ориентированным на юг, — ведь панелей надо больше! В чём же преимущество «сплит-системы» над «моноблочной»?

В период длинных дней, когда Солнце всходит на востоке или даже северо-востоке, а заходит на западе или северо-западе, одно из полей «сплит-системы» всегда будет освещено Солнцем и потому будет выдавать хорошую мощность. Лишь в полдень лучи солнце будут скользить по обоим полям панелей, но в это время солнечный свет максимален, и воспринимаемое обоими панелями излучение весьма существенно. В то же время ориентированный на юг «моноблок» даёт мощный максимум выработки в середине дня, но утром или вечером его выработка обусловлена лишь рассеянымсветом а значит минимальна. Между тем именно в это время хорошо бы зарядить аккумуляторы после ночи или на ночь! В пасмурную погоду облака рассеивают свет, и его одинаково успешно воспринимают оба поля фотопанелей, так что общая выработка «сплит-системы» превосходит «моноблок» прямо пропорционально суммарной мощности всех панелей (но сама выработка достаточно мала, что исключает опасность перегрузки контроллера заряда). Лишь в короткие солнечные зимние дни ориентированный на юг «моноблок» по дневной выработке будет превосходить эту «сплит-систему». Но на большей части территории России зима пасмурная, а в пасмурные дни важна суммарная мощность всех фотопанелей, так что и здесь «моноблок» проигрывает сплит-системе. Особенно очень эффективно такое размещение фото-панелей в южных районах, где меньше разность между летними и зимними днями и даже зимой солнце поднимается очень высоко и достаточно далеко заходит на восток и запад.

Если же дом ориентирован по сторонам света не стенами, а углами, то можно разместить поля фотопанелей не на противоположные стороны (восток и запад), а на смежные юго-восток и юго-запад, — тогда и зимой даже в нашей Средней полосе эта система будет вне конкуренции, хотя во избежание перегрузки контроллеров «избыток» мощности, возможно, придётся снизить до 70%, а то и до 50% (точная цифра определяется конкретными условиями размещения панелей). Наконец, можно попытаться ориентировать фотопанели на все три «солнечные» стороны света — восток, юг и запад, — но такое лучше предусматривать на стадии проектирования дома и «посадки» его на местность.

При подсоединение панелей к контроллеру нужно следить, чтобы их суммарный максимальный ток не превышал 80% .. 90% от номинального тока контроллера. Пример, для 10-амперного ШИМ-контроллера суммарный ток должен составлять не более 8 .. 9 А. Запас необходим для того, чтобы контроллер мог выдержать выработку, например, в ясный зимний день, когда белый снег, хорошо отражающий свет, способствует перезасветке фотоэлементов по сравнению с расчётной, а умеренный мороз немного повышает их КПД. Таким образом, к одному 10-амперному контроллеру с ШИМ можно подключить панели на 24 В суммарной мощностью 300 Вт, а на 12 В — всего 150 Вт. Для контроллеров с MPPT, превращающих «излишек» напряжения в дополнительный ток, необходимый запас по номинальному току может быть ещё больше и суммарный ток батарей может быть ограничен вплоть до 60% .. 75% от тока, отдаваемого контроллером в нагрузку, то есть мощность панелей, подключаемых к 10-амперному контроллеру с MPPT, не должна превышать 220 .. 240 Вт при 24 В и вдвое меньше при 12 В. Обычно заводы производители контроллеров указывают допустимую суммарную мощность или номинальный суммарный ток подключаемых к ним панелей фотоэлементов.

Домашняя солнечная электростанция, отдающая энергию в сеть

Первый дом в России, отдающий электроэнергию в сеть

30 ноября 2015 года в сети была опубликована статья Сергея Рыжикова «Солнечная электростанция на западе России». С разрешения автора мы воспроизводим ее полностью на нашем сайте. Положительный опыт, приобретенный автором разработки солнечной электростанции для индивидуального дома, примечателен не только тем, что солнечные панели снабжают дом электричеством, но, в первую очередь тем, что автору удалось договориться с местными энергосетями о том, чтобы отдавать излишки электроэнергии в сеть. Впрочем, судите сами.

Солнечная электростанция на западе России

Сергей Рыжиков, 30 Ноября 2015

Сегодня исполняется год как я сделал солнечную электростанцию, научился обеспечивать себя электричеством и даже научился отдавать излишки в городскую электросеть, и официально крутить счетчик в обратную сторону 🙂 Поговаривают, что я первый в стране частный дом, который делится излишками энергии с соседями.

Однажды в FB под интересной статье Александра Чачавы про его опыт работы с Теслой я упомянул про солнечную электростанцию. Оказалось, что многим интересно и меня просили поделиться опытом. Делюсь 🙂

Мне казалось, что писать особенно будет не о чем и статья получится короткой. Но получилась много букв, картинок и ссылок.

Идея жить на солнечной энергии

Решил я сделать у себя в доме солнечную электростанцию и научиться полностью обеспечивать себя электричеством. Плана сэкономить или заработать, как делают это немцы, я себе не ставил. Мне просто понравилась идея жить на солнечной энергии 🙂 ну и проект показался мне интересным.

Дом у меня находится в городе. Перебоев с электричеством не случается, ну или крайне редко. Необходимости в резервном генераторе нет. Но ведь интересно попробовать, может ли дом жить полностью автономно на солнечной энергии в нашей полосе.

Начал собирать информацию. В тот момент, мне кажется, моя супруга еще не до конца поверила, что я это все серьезно затеваю 🙂 Да и я еще не знал, что из этого может получиться толк.

Первый поиск информации много ответов не дал. Живых проектов в России очень мало. Кто-то что-то делает, но только как дополнительные источники питания и на нескольких панелях. В основном солнечные электростанции создают компании или госструктуры, частных проектов очень мало в стране. Много проектов нашел в Украине. Но это сильно южнее и солнечнее.

В поездках по Германии я много видел домов, на крышах которых стояли солнечные панели. Сестра моей жены, Юлия, замужем за немцем и живет в Берлине. Ее муж, Кристоф, предприниматель и занимается альтернативной энергетикой. У Кристофа я подробно узнал, как это все устроено в Германии. Немцы чаще всего делают солнечные электростанции для выгоды. Они просто зарабатывают на государстве, которое платит особый высокий тариф за выработку солнечного электричества. Даже кредитные линии в банках под такие проекты были. Но самый главный вывод я для себя сделал. На широте Калининграда можно обеспечивать себя солнечной энергией. Я начал подбирать оборудование.

Выбор оборудования

Для реализации проекта в Калининграде я выбрал компанию АЭС-Центр http://aes-center.ru/ . Их сайт оказался на Битриксе. Я давно уже заметил, что это хороший индикатор адекватности руководства 🙂 Кстати, совершенно не ошибся. Ребята оказались профессиональными и честными. А еще, когда курс евро полез в гору в конце прошлого года, они сами предложили фиксировать низкий курс для завершения проекта. Спасибо Фетисову Виктору, директору компании АЭС-Центр за терпение со мной 🙂

Обычная схема подключения солнечной электростанции выглядит так: Пластина + инвертор = электричество.

Но эта схема не обеспечивает полной автономии. В ночное время электричество потребляется из городской сети. В дневное время избыток электричества скидывается в городскую сеть. Нет аккумуляторов для бесперебойной работы только на солнечной энергии. Но в своем рассказе я еще вернусь к этой схеме, как к одной из самый выгодных и простых в реализации.

Так как я хотел перевести дом полностью на солнечную энергию, к схеме добавились аккумуляторы и контроллер.

В процессе проектирования обсуждалось много разных схем включения электростанции в домашнюю сеть. Некоторых из них мне показались совсем неудобными для урбанизированного человека. В общем, я выбирал вариант подключения, который был бы совершенно незаметен для семьи, чтобы они вообще не должны были задумываться, откуда в розетке электричество и есть ли сейчас солнце 🙂

Солнечные батареи подключаются к Инвертору, который из постоянного напряжения делает переменные 220В. Инвертор подключается к Контроллеру. Контроллер выполняет ключевую распределительную роль. К нему подключается Инвертор от Солнечных батарей, к нему подключаются аккумуляторные батареи и к нему подключается городской электрический кабель. И именно Контроллер выдает в дом 220В для использования.

В общем, все запчасти подключаем к Контроллеру и пусть уже он думает, где брать электричество.

Логика работы такая. Если есть достаточное солнце, Контроллер использует солнце, если солнца нет или недостаточно, он добирает электричество из аккумуляторов, если они пусты, подключает городской источник электричества. Если солнца больше чем нужно дому, Контроллер направляет электричество на зарядку аккумуляторов. Если они заряжены, он направляет излишки электричества в город. В город? Ладно, этот вопрос я на тогда отложил. Фетисов сказал мне, что «Это нереально подключиться к городу, так что будем выкидывать излишки, не парься».

Так получилась схема подключения. Следующим шагом нужно было определиться с мощностью солнечной электростанции и числом солнечных батареи. Сколько брать пластин?

Дом в среднем потребляет 8-10 кВт*час в день. Вычислено делением счета за несколько месяцев на 30 🙂 не очень точный метод, но достаточно, чтобы прикинуть, что солнечная батарея должна бы выдать столько энергии за светлое время суток.

Фетисов предложил мне ограничиться 10 пластинами из расчета, что мы будем выдавать 2.5 кВт*час в солнечный день и заряжаться 4-5 часов. Но тут я засомневался. Очевидно, что выработка солнечной энергии напрямую зависит от погоды, от угла наклона пластин к солнцу и он КПД самих батарей. Поворачивать пластины я не смогу, а просто прикреплю их к крыше на южном склоне. Солнце в течение года тоже гуляет по высоте и наклону, погода частенько пасмурная… В общем, я ничего не придумал лучше, как увеличил число пластин до 20 с запасом в два раза от расчетного. И это было правильное решение, как показал потом опыт.

Итак, я выбрал 20 пластин. Разместить получилось 8 на южный склон, 2 на юго-восток и 10 на восточный склон. Можно было на западный, но я выбрал восток — решил, что утром больше солнца и если аккумуляторы разряжены за ночь, то зарядка начнется быстрее.

Потом начал выбирать производителя солнечных батарей. Солнечные батареи бывают двух типов: монокристаллы и поликристаллы. Они так же отличаются качеством произодства. Лучший Grade A. Монокристаллы получше работают в пасмурную погоду. Лидером на рынке является китайская компания Yingli. Они производят больше всего пластин в мире.

Я честно пытался найти российские пластины. Я же видел, что на космических станциях стоят наши 🙂 Делает НПО Квант Москва. Но сайт их на тот момент был ужасным, информацию я получить не смог, найти поставщиков тоже не смог. Так же я отверг все польские и немецкие варианты. По факту они оказались из китайского кремния или недостаточно эффективными. А кроме кремния в пластинах ничего умного нет.

После изучения кучи обзоров я выбрал Yingli YL270C-30b монокристалы Grade A с КПД 17.2%

Увеличение числа пластин привело к увеличению инвертора 🙂 странно, да. С инвертором я долго не выбирал. По совету Кристофа и Фетисова я выбрал лидира немецкого рынка компанию SMA и устройство Sunny Boy 5000TL.

Следующий шаг — Контроллер. Штука большая и сложная. По сути все программирование логики работы дома на солнце находится в ней. С фирмой я уже определился, это компания SMA. Первый вариант, который мне предложили, был модель SUNNY ISLAND 6.0H. 6.0 – это пиковая нагрузка кВт, которую устройство может держать минут 30, кажется. А нормальная нагрузка для нее порядка 4 кВт. Как понять, достаточно этого для дома или нет?

Я принялся считать пиковое потребление в доме. Весь дом я давно перевел на диодные ламы. Т.е. освещение берет очень мало, Если вообще все все включить в доме, то максимум 500 Вт будет. Далее большие потребители: электический чайник 2 кВт, электроплита 2Квт, стиралка, Сушилка по киловату. Я хотел, чтобы семья не задумывалась о потреблении и жила как на городоском электичестве. Как я не крутил, получалось, что утром мы можем поставить новую стиралку, ночную закинуть в сушилку, делать завтрак и кипятить воду для кофе. Это не очень частый сценарий, но вполне возможный. 🙂 Будет не очень хорошо, если дом отключится в этот момент аварийно. Я опять подстраховался и взял модель SUNNY ISLAND 8.0H на 8 кВт в пике и 6 в рабочем режиме. Пока дом ни разу не выключился аварийно из-за пикового потребления.

Аккумуляторы. С ними была еще так головоломка. Опять несколько обзоров, графики живучести и списки производителей. Помогли мои консультанты. Я выбрал гелевые аккумуляторы фирмы MHB модель MNG200-12.

Мое потребление 8-10 кВт*час в день. Я решил взять аккумуляторы из расчета на два дня без выработки солнца. Признаться, я тогда упустил один очень важный показатель. Долговечность аккумулятора напрямую зависит от глубины разрядки. Т.е. если разряжать его не более чем на 30%, то проживут они 1800 циклов, это примерно на 5 лет. Но если разряжать на 100%, то проживут они всего 350 циклов, считай год. Год это совсем немного.

Подключил восемь аккумуляторов и они накапливают примерно 20 кВт*час. Уже после запуска всего проекта у меня перегорал предохранитель перед домом и мы узнали об этом только через два дня. Так что расчет на автономное питание на два дня оправдался. А вот накопление при 30% зарядке обеспечивает всего 5-6Квт/час, что явно окажется потом недостаточным для эффективной работы в полностью автономном режиме.

Нужно отметить, что вообще проблема накопления солнечной энергии является сегодня самой сложной и дорогой в решении. Многие услышали про проект Элона Маска с аккумуляторами. Если его аккумуляторы реально будут жить 10 лет при 100% перезарядке, это будет прекрасно. Мне бы хватило трех таких. Но я пока не нашел никакой информации про число циклов.

В августе схема подключения была готова и оборудование выбрано. К сборке станции АЕС-Центр приступили в октябре. Приехали ребята с альпинистским оборудованием, забрались на крышу и начали монтаж. Собирали и монтировали почти месяц.

Внутри дома я выделил место на чердаке. Там установили Контроллер, Инвертор, шкаф для аккумуляторов (противопожарный). Я запросил поставить автоматическую систему пожаротушения и систему принудительной вентиляции с датчиком.

Так же у меня есть рубильник, которым я могу одним махом переключить весь дом на городскую линию и полностью обесточить солнечную электростанцию. Подстраховался 🙂

Когда все было смонтировано, в один день мы переключили рубильник, и дом отключился от городской электросети и подключился к солнечной электрической станции!

Первый опыт

Итак. Большую часть года я обеспечиваю себя солнечной энергией с большим запасом.
Вот май 2015 года. За месяц я выработал 745 кВт*час, потребил 300 кВт*час. Больше 0.5 Мегавата в плюс.

Вы видите, что в солнечный день станция выдает примерно 30-35 кВт*час, а потребляю я не больше 10 кВт*час. Т.е. летом я вырабатываю 300% необходимой мне энергии.
Вот так выглядит график солнечного дня 6 июня 2015 года. Станция начинает давать энергию уже 7 утра. Пиковая выработка 4+ кВт*час и до 19 часов вечера работает генерация.

Я пишу эту статью 29 ноября. Сегодня был пасмурный день, низкие облака. Выработка составила всего 4 кВт*час примерно 50% от необходимой мне энергии.

А вот весь ноябрь этого года. Я смог себя обеспечить себя солнечной энергией всего на 40%

Весь год выглядит вот так. В августе ошибка в данных. У меня барахлил интернет пока мы были в отпуске и данные не засчитались. Но выработка была лучше июля.

Как вы видите, я обеспечиваю себя на 100% во все месяцы кроме 4 месяцев с ноября февраль. В эти месяцы обеспечение составляет 30-70%.

Подключение к городской электросети

В течении дня основная выработка солнечной энергии приходится на середину дня. А основное потребление на утро и вечер. В течение года максимум генерации приходится на лето, а зимой генерация минимальная.

Накапливать солнечную энергию сложно и дорого. Даже в течение дня излишек энергии некуда накапливать. Не говорю уже о том, чтобы накопить на зиму.

Первоначально мы запрограммировали Контроллер таким образом, чтобы он для дома брал энергию или от солнца или от аккумуляторов при разрядке не больше 40%. В зимний период такой режим работы оказался крайне неэффективным. Да и в летний период такой режим использования аккумуляторов оказался не самым оптимальным. Я терял электроэнергию днем, гонял батареи лишними циклами.

И в этот момент я как-то физически осознал, на сколько это большая проблема с накоплением энергии. Но пока эта проблема не решена, я решил, что нужно попробовать подключиться к городской сети и научиться крутить счетчик в обе стороны.

Подключение к городской сети позволяет использовать город как неограниченный аккумулятор. Любой излишек скидывать в него в любое время и при необходимости забирать обратно.

Я написал в FB просьбу познакомить меня с кем-то из Электросвязи. И о чудо, мне дали контакты одного из директоров Янтарьэнерго Михайлова Леонида Александровича. И я пошел к нему с просьбой подключить мою солнечную Электростанцию к городской электросети и разрешить крутить счетчик в обратном направлении, когда я отдаю энергию городу.

Михайлов Леонид Александрович, директор филиала “Янтарьэнерго”- прекрасный человек и профессионал. Внимательно выслушал меня, удивился всему проекту, понял с чем я пришел. И он захотел мне помогать! Причем сразу объяснил, что будет сложно, структура большая, задача новая, но стоит попробовать. Я написал заявление на подключение и стал ждать. Леонид Александрович неоднократно звонил мне, объяснял где сейчас находится вопрос. Вообще, такого внимательного отношения не встретишь со стороны коммерческих структур, а для большой госкорпорации это вообще удивительно. Когда дело дошло до Энергосбыта, я познакомился еще с одним прекрасным человеком, Алексеем Капыловым. Он тоже приложил все усилия, чтобы подключить меня к городской сети.

Всего пять месяцев ушло на выработку тех. условий по подключению. И вот в августе на пороге моего дома появилась целая бригада Янтарьэнерго. Они сняли старый счетчик и подключили новый, сертифицированный крутиться в обе стороны.

Как выяснилось, переток в городскую сеть выполняется очень просто. В городской сети напряжение 220 В. Мой Контроллер излишки энергии отдает в сеть с напряжением больше 220В (237 В кажется) и электрончики перетекают из моей сети в городскую, как вода в сообщающихся сосудах. Оказалось, что не нужно менять оборудование на подстанциях или вообще в городской сети. (город может принимать энергию!) Просто поставили новый счетчик и размыкатель (защита на случай авариных отключений).

Представьте себе сцену. Восемь мужиков громко радуются и шумят перед домом, когда после подключения к городу счетчик закрутился в обратную сторону 🙂

Мне сказали, что у меня первый дом в России, который официально скидывает электроэнергию в городские сети. Странно, конечно, если это так. Но и радостно, если это так. Надеюсь, что мои тех. условия пригодятся и позволят других подключать значительно проще.

Пока нет еще утвержденных тарифов на покупку энергии у таких как я. А так как это все монополии, то утверждать тарифы сложно. Но я и не жду, что мне кто-то заплатит. Самое главное для меня случилось. Счетчик крутится в обе стороны и город стал моим вторым аккумулятором.

Еще раз хочу сказать спасибо Михайлову Леониду Александровичу. Прямо вот очень круто, что вы есть. 🙂

Из текущих проблем с подключеним к городской сети пока остался только курьезный момент 🙂 Я не могу занести в учетную системы энергосбыта актуальные значение счетчика. В акте на подключение в конце августа у меня было указано число 14011. Через пару месяцев уже было 13350, что говорит о том, что я генерировал энергии больше, чем потреблял. Но учетный софт не понимает уменьшение 🙂 и мне приходится вводить пока первоначальное значение счетчика, чтобы получать нулевые счета за электричество. Ну и счета еще не приходят с нулем, какая-то автоматика выставляет про запас. Тут есть еще над чем работать.

Оптимальная конфигурация

Возможность подключения к городской сети принципиально меняет стратегию проектирования солнечной электростанции.

После подключения к городской сети мы перепрограммировали Контроллер. Теперь я не использую аккумуляторы для накопления солнечной энергии. Избыток солнца сразу скидывается в городскую сеть. Когда солнца не хватает, энергия берется из городской сети. Аккумуляторы используются только на случай аварийных отключений электроэнергии. В таком режим ожидания они спокойно проработают 20 лет и не потребуют замены.

Оптимальная конфигурация при наличии технических условий подключения к городской сети будет включать в себя всего два компонента: солнечные панели и инвертор. Всего этого по идее достаточно, чтобы сделать солнечную электростанцию и жить на солнечной энергии. Инвертор сам умеет устраивать переток в городскую сеть. Стоимость всего проекта получится на 50-60% дешевле. Соответственно окупаемость проекта значительно ускорится. У такого подключения будет только один недостаток, он не будет обеспечивать дом бесперебойным и резервным энергоснабжением. Но в городской сети это не так важно, возможно.

Экономическая рентабельность

Меня неоднократно спрашивали, окупится ли когда-то мой проект или нет. Я думаю, что именно мой проект полностью не окупится никогда 🙂 Он сделан не для экономии. Ну и я местами сильно перезаложился от нехватки опыта. Хотя, по старому курсу покупки и в условиях подключения к городу, у него есть шанс окупиться за 10 лет.

Солнечные батареи рассчитаны на десятилетия. Потеря эффективности с возрастом незначительная. Надо только не забывать их протирать 🙂 я делаю это раз в год. На все оборудование гарантия так же лет десять. Аккумуляторы я научился экономно использовать благодаря подключению к городу.

Я уверен, что можно сделать экономически рентабельное подключение, особенно если скидывать энергию в город. Панели и инвертор, вот и все что нужно. 5-7 лет будет вполне достижимый цикл окупаемости.

Возможно в будущем появятся более эффективные солнечные пластины или более надежные аккумуляторы. Я так же уверен, что появятся готовые наборы для перевода дома на солнечную энергетику и можно будет осуществить такой проект и значительно дешевле и значительно быстрее.

В завершение

У меня теперь есть новая привычка. В командировках я открываю мобильное приложение, чтобы узнать был ли солнечным день в Калининграде или нет. И по выработке солнечной энергии и графику я уже представляю, было ли небо безоблачным, с редкими облаками или шел дождь. 🙂

В момент публикации этой статьи на улице солнечно и дом работает в плюс на 1.8 кВт. Минус, в данном случае означает плюс 🙂

Спасибо моей любимой жене за терпение 🙂 я испытывал его неоднократно. Особенно круто было зимой после подключения, я был в командировке, перегорел предохранитель на улице и дом, проработав два дня на аккумуляторах, выключился в 2 часа ночи при -20 градусах мороза.

Мне нравится, что мой дом работает на солнце и я больше отдаю энергии, чем потребляю. Возможно, это вообще главный принцип, которым нужно руководствоваться по жизни.

Если вам понравилась статья, создайте свой Битрикс24 🙂 не зря же она опубликована на этом замечательном сайте.

Примечание: Комментарии к статье вы можете просмотреть по ссылке на оригинал, указанной в начале публикации. Ну и здесь можете комментировать тоже.

Схемы и типы солнечных электростанций

Солнечные электростанции – самый экологичный, доступный и экономически выгодный источник электроснабжения любых объектов. Они преобразуют энергию солнца в электрическую, которую можно использовать для электроснабжения любого объекта: дачи, дома, коттеджа, предприятия, офиса, гостиницы и т.д. Уже сейчас стоимость киловатта солнечной энергии – самая дешевая из всех типов генерации. Стремительный рост их популярности приводит к тому, что все больше домов, компаний и даже целых городов полностью отказываются от традиционных (загрязняющих атмосферу) видов генерации  в пользу солнечной и ветровой энергетики. Например, в Австралии солнечная электростанция есть на каждом 4-м доме! Профессионально спроектированная и построенная солнечная электростанция требует минимального обслуживания и обеспечит качественное энергоснабжение на десятилетия, многократно окупив первоначальные вложения.

Есть три основных типа солнечных электростанций: сетевые, автономные и гибридные. Так же есть системы резервного электроснабжения. Кратко описание каждой из них находится ниже. Для перехода в раздел с подробным описанием и примерами готовых решений кликните ссылку в соответствующем разделе или меню слева.

Сетевые солнечные электростанции

Сетевая солнечная электростанция работает без аккумуляторов и используется для уменьшения оплаты за сетевую электроэнергию.  Принцип работы прост:  выработанную от солнца электроэнергию она направляет во внутреннюю сеть, из промышленной сети берется только недостающая мощность. Например, если выработка от солнца 10кВт, а потребление 15 кВт, то из сети берется всего 5 кВт. В темное время суток система переходит в режим ожидания, и вновь включается с восходом солнца. Данный тип солнечных электростанций очень быстро окупается (3-5 лет), не требует обслуживания, а срок службы составляет более 35 лет. Идеально подходит для офисов и предприятий с дневным пиком потребления.  В любое время к сетевой солнечной электростанции можно добавить гибридный инвертор с аккумуляторными батареями, что сделает ее гибридно-сетевой солнечной электростанцией.

Автономные солнечные электростанции

Автономная солнечная электростанция строится для электроснабжения там, где нет промышленной сети. Выработанную солнечную энергию она направляет на питание потребителей, а избытки запасает в аккумуляторных батареях. В темное время суток все электроснабжение осуществляется от аккумуляторов. Если к солнечной электростанции добавить ветрогенератор с контроллером, то при наличии ветра он сможет заряжать АКБ в любое время – такой тип электростанции будет называться автономная ветро-солнечная электростанция.

Гибридные солнечные электростанции

Гибридная солнечная электростанция – это комбинированный тип сетевой и автономной солнечных электростанций. Днем солнечная энергия направляется во внутреннюю сеть, уменьшая потребление. Ночью система переходит на питание от промышленной сети или аккумуляторов. При отключении промышленной сети система работает как автономная солнечная электростанция  – энергоснабжение объекта не прерывается и осуществляется от солнечной и запасенной в аккумуляторах энергии. Если в гибридной электростанции в качестве солнечного контроллера используется сетевой инвертор (что увеличивает эффективность), она называется гибридно-сетевая солнечная электростанция.

Системы резервного электроснабжения

Система резервного электроснабжения имеет в своем составе аккумуляторные батареи и инвертор. Пока есть промышленная сеть, она просто поддерживает полный заряд аккумуляторных батарей. При ее пропадании инвертор мгновенно переключается на энергоснабжение от аккумуляторных батарей (оно не прерывается ни на секунду). При необходимости длительного разерва в систему добавляется бензо/дизель-генератор с автоматическим управлением, который будет заводится только на время быстрой подзарядки аккумуляторов(все остальное время будет отключен). Так же, при необходимости, в любой момент в систему можно добавить солнечные батареи с контроллером, что сделает ее гибридной солнечной электростанцией.

Страница не найдена

Высокая эффективность и надежность
Максимальная годовая выработка энергии
Срок службы более 25 лет
Заводская гарантия 5 лет
Полный цикл производства в России!

Более 10 лет опыта производства,
проектирования и монтажа солнечных коллекторов.

Системы солнечного
электроснабжения
различной мощности!
Надежное оборудование!

У нас есть все элементы солнечных систем: баки, насосы, контроллеры, аккумуляторы, инверторы

Мы предлагаем Вам
Готовые комплекты
С проверенным и надежным оборудованием
Для систем солнечного теплоснабжения
И получения электричества

Вы можете изучить информацию
о солнечных коллекторах и модулях.
Мы с радостью ответим на все
интересующие Вас вопросы!