Солнечная электростанция своими руками. Подбор компонентов.
Попытаемся понять подход к выбору автономной солнечной системы, какие факторы имеют большее, а какие меньшее значение.
Прежде всего, надо определить, сколько энергии вам понадобится в месяц, и, чтобы стоимость солнечной электростанции не стала фантастически высокой, по мере возможности уменьшить потребности. Затем необходимо определить, сколько солнечной энергии можно получить в той местности, где будет работать солнечная установка. Примерные данные приводятся в метеорологических справочниках, кое-какую информацию по солнечной инсоляции можно найти в Интернете. Обычно уровень солнечной инсоляции выражается в Ваттах/м2 с разбивкой по месяцам. Причём сезонные колебания могут быть очень значительными.
Солнечные электростанции. Схема электроснабжения дома от солнечных батарей
Как выбирать солнечную батарею?
Если предполагается использовать солнечную электростанцию круглогодично, расчёт надо производить по месяцам с наихудшими параметрами по инсоляции (конечно, если предполагается использовать только солнечную энергию). КПД солнечных батарей для расчётов надо принимать не выше 14% (а лучше 12%), т.к., несмотря на КПД элементов 16 или даже 17 % (а чаще используются элементы с КПД 14-15%), часть излучения отразится от поверхности стекла закрывающего элементы (даже если используется антибликовое стекло), часть излучения погасится в толщине стекла, т.к. не вся поверхность солнечной батареи закрыта кремниевыми пластинами (между ними есть зазоры 2-3 мм). Кроме этого некоторые элементы имеют обрезанные углы, что также уменьшает полезную площадь. Некоторые изготовители приводят примерную выработку энергии в месяц при разных уровнях солнечного излучения.
Карта инсоляции России. Продолжительность солнечного сияния.
Теперь, чтобы определить количество солнечных батарей, необходимо разделить желаемую потребность в энергии на возможную выработку энергии одной батареей в те месяцы, когда будет использоваться солнечная электростанция. Естественно, расчёт ведется по самым наихудшим параметрам по инсоляции.
Например, установка будет эксплуатироваться круглогодично, потребность в энергии 100 кВт час/месяц, одна батарея из выбранных вами произведёт в декабре не более 2 кВт-час энергии, 100 : 2 = 50 батарей. При тех же условиях, но неизвестной производительности батареи, а известной её площади 0,7 м², определяем, что за месяц будет произведено примерно 20 х 0,7 х 0,12(КПД) = 1,68 кВт-час энергии (инсоляция в декабре составляет примерно 20 кВт-час/м²). Для определения количества солнечных батарей необходимо разделить желаемое количество энергии на выработку одной батареи: 100 : 1,68 =59,5 шт., округляем в большую сторону 60 шт.
Следует отметить, что все эти расчёты носят приблизительный, ориентировочный характер, т.к. количество солнечных дней может сильно отличаться в разные годы. Всегда надо учитывать, что запас только улучшает параметры системы.
Увеличение производительности солнечных батарей – это отдельная большая тема. Можно отметить только несколько способов увеличения производительности:
Выбор оптимального угла установки. Желательно, чтобы поверхность солнечной батареи располагалась перпендикулярно к лучам солнца, с максимальным отклонением в ту или иную сторону на не более, чем 15°. В связи с тем, что солнце в течении года постоянно меняет высоту над горизонтом, желательно устанавливать солнечные батареи под тем углом, который обеспечивает максимальный выигрыш по производительности в нужное время. Например, если предполагается использовать солнечную электростанцию круглогодично, то батареи устанавливают под углом + 15° к широте местности, а если только в летние месяцы, то под углом – 15° от широты местности.
Поворот солнечной батареи вслед за солнцем в течение дня(применим только для небольших систем), таким образом можно увеличить выработку энергии вплоть до 50% от выработки в стационарном положении.
Применение контроллера заряда с функцией ОТММ (Отслеживания Точки Максимальной Мощности, по-английски MPPT (Maximum Power Point Tracking)). Такой контроллер при наличии достаточной освещённости не препятствует поступлению энергии от солнечных батарей на аккумуляторы, а при недостатке освещённости накапливает энергию и подаёт её на аккумулятор порциями с оптимальными значениями тока и напряжения.
Но, конечно, если с таким трудом полученную энергию расходовать не экономно, то все ухищрения по получению дополнительной энергии пропадут впустую. Наибольший выигрыш в автономных системах электроснабжения можно получить, экономя энергию. Замена ламп накаливания на люминесцентные или компактные люминесцентные (энергосберегающие), а там где надо получать большие световые потоки (освещение территорий, торговых залов и т.д.), на металлогалогеновые даёт снижение затрат на освещение примерно в 4-5 раз. Применение бытовой техники с индексом энергопотребления «А» или «А+» даёт ещё более значительный выигрыш. Вообще, вопрос энергосбережения, в условиях значительного роста цен на энергоносители приобретает первостепенное значение.
Немного коснёмся принципов конструирования систем автономного электроснабжения на солнечных батареях. Мы уже пробовали рассчитать необходимое количество солнечных батарей, теперь перейдём к остальным компонентам системы. Энергия, полученная от солнечных батарей, направляется на зарядку аккумуляторов. Это необходимо по двум причинам:
— сглаживание неравномерности поступления энергии, например, в облачную погоду;
— реализация потребности в электроэнергии тогда, когда нет солнечного излучения (ночью и в пасмурные дни).
Для подбора количества и типа аккумуляторов также используются два параметра: конструкция инвертора (напряжение на низкой стороне) и ток зарядки, который может поступать от нескольких источников и не должен превышать 10 % от номинальной ёмкости для кислотных аккумуляторов и 25-30% от номинальной ёмкости для щелочных. Если в инверторе имеется зарядное устройство от сети, то оно должно автоматически регулировать зарядный ток в зависимости от степени заряда аккумуляторов. Кроме этого, особенно если подзарядка от существующей сети отсутствует, необходимо, чтобы аккумуляторы не боялись сульфатации пластин, иначе подзарядка маленьким током, который часто бывает в не очень ясную погоду, быстро выведет аккумуляторы из строя.
К необходимым свойствам аккумуляторов, применяемых в солнечных электростанциях, добавим и низкий уровень саморазряда (иногда изготовители указывают эту отличительную черту). Обычный кислотный аккумулятор требует подзарядки не реже чем один раз в шесть месяцев, иначе выходит из строя. Через год после начала эксплуатации уровень саморазряда обычного кислотного аккумулятора достигает 1,5% в день от его номинальной ёмкости. Поэтому к аккумуляторам, применяемым в солнечных системах, предъявляются специфические требования.
Теперь перейдём к инверторам. Вообще, идеальной конструкцией солнечной электростанции следует считать ту, где разные группы нагрузок получают питание от разных инверторов, и количество и мощность инверторов соответствует количеству и мощности автоматических выключателей в распределительном щитке. Эти параметры выбираются при конструировании домашней электросети. Например, в распределительном щитке — 4 автомата на 16 А (максимально допустимая нагрузка на бытовые сети: розетки и освещение) и 2 автомата на 25 А (для питания силовой техники). Идеальным считаем применение 4 инверторов мощностью 16А х 220В=3520 Ватт и двух инверторов мощностью 25А х 220В=5500 Ватт. Причём питание эти инверторы могут получать от одной группы аккумуляторов, заряжаемых одной группой солнечных батарей.
Обычно изготовители указывают не мощность в Ваттах, а пиковую мощность в вольт-амперах, т.к. этот параметр выше по значению примерно на 20-30%. Многие фирмы выпускают инверторы с самыми различными свойствами. Они могут отличаться формой выходного сигнала (наиболее простые и дешёвые на выходе дают прямоугольный сигнал, так называемый «меандр», изготовители которого, правда, чаще называют его: модифицированной синусоидой, имитированной синусоидой, псевдо синусоидой, квазисинусоидой и т.д.), способом компенсации нагрузок (за счёт сохранения амплитуды напряжения или площади кривой), применяемым схемным решением (одно или два преобразования напряжения, импульсным или аналоговым преобразованием сигнала).
Некоторые инверторы имеют встроенное зарядное устройство от существующей сети, другие могут осуществлять подпитку сети и направлять энергию, полученную от солнца, в сеть. Вообще, конструкция инвертора может быть самой разнообразной.
Но в целом качественный инвертор должен выдавать чистый синусоидальный сигнал с искажениями меньше 3 %, не менять значение амплитуды напряжения при подключении нагрузки более 10 %, осуществлять двойное преобразование (первое — постоянного тока, второе – переменного), иметь аналоговую часть вторичного преобразования с качественным трансформатором, иметь значительный запас по перегрузке и набор защитных функций от короткого замыкания в нагрузке, от неправильного подсоединения к аккумуляторам, от перегрузки, от неисправности аккумуляторов, не допускать глубокого разряда аккумуляторов. Все остальные функции могут быть, а могут и отсутствовать. Иногда лишние сервисные функции затрудняют пользование подобным прибором, пользователь должен в идеале включить прибор и забыть об его существовании.
Ещё один достаточно важный вопрос, на который необходимо обратить внимание при выборе солнечных систем, вопрос запаса параметров. При использовании солнечной энергии мы применяем непредсказуемые природные явления. Поэтому для обеспечения стабильности электроснабжения необходимо иметь запас по источникам энергии (солнечным батареям), по хранилищам энергии (аккумуляторам) и по преобразователям энергии (инверторам). Естественно, подходить к вопросу избыточности надо разумно. Иногда бывает лучше и дешевле применять гибридную схему электроснабжения с применением других источников энергии: разного рода генераторов, существующего подключения к электросети и т.д.
В заключение можно сделать вывод, что в условиях, когда традиционные энергоносители дорожают, а на горизонте истощение природных ресурсов, обоснованность и необходимость применения альтернативных источников электроснабжения возрастает многократно.
Солнечная электростанция своими руками, реально? Вполне!
Некоторое время назад я у себя в инстаграмме выкладывал анонс постройки солнечной электростанции. Так вот она уже мало того что смонтирована, так уже три недели дает ток и вот у меня дошли руки до описания процесса постройки.
Как обычно, напоминаю, чтобы быть постоянно в курсе новых тем в блоге, рекомендую подписаться на мой инстаграмм, где я буду выкладывать уведомления о всех новых темах и возможно писать просто о чем-то интересном — ссылка на аккаунт
Как и в случае с опрыскивателем, статья пишется по факту завершения работ и изначально не планировалась, но некоторые материалы для написания есть, а также есть главное, практические знания и опыт, полученные в процессе, потому думаю что имеет смысл ими поделиться.
И так, в свете текущих событий появилась идея получения электроэнергии без зависимости от электросетей, падающих столбов линий электропередач и т.п. Плюс у товарища газовый двухконтурный котел с насосом, который без электричества не хочет работать, плюс холодильник с продуктами, в общем типовой частный дом, думаю найдется много людей живущих в подобных условиях.
Скажу сразу, данный вариант станции ориентирован именно на автономность электроснабжения и ни о какой экономии или окупаемости речь не идет, потому как ставится не на «югах», соответственно выработка не такая какая могла будь мы где нибудь в Египте.
Изначально обсудили задачу и первичное ТЗ выглядело примерно так:
1. Мощность панелей — 1кВт
2. Емкость батареи — 1кВтч
3. Мощность инвертора — 1-1.5кВА.
Примерно такая станция работает у моего одноклассника, потому в какой-то степени у нас уже был реальный пример эксплуатации. Но кстати одноклассник ваяет более мощную станцию, с более мощным инвертором и более емкой батареей на базе LTO ячеек.
И так, для начала о доме, а точнее о его крыше, это весьма важно и этот нюанс может зарубить на корню всю идею.
Крыша двухскатная, при этом скат на солнечной стороне более покатый, т.е. крыша не симметричная. Для работы это более удобно, но увеличивает стоимость монтажа, позже поясню.
Угол наклона крыши 22 градуса.
Как вариант, можно поставить панели на земле, т.е. на кронштейны, установленные на земле, ну или на крыше подсобных помещений, но первый вариант отпал потому, что участок и так не очень большой, а второй, потому что крыши там повернуты не в ту сторону, а поворачивать здание, несколько. сложно.
Дом на самом деле смотрит не на юг, а примерно на юго-юго-запад. На фото время 13:30, примерно полдень, дом точно передо мной, тень от стойки смотрит немного левее. На вскидку азимут примерно 20 градусов, хотя в данном случае это не сильно критично и как сказал товарищ, который консультировал, так даже лучше, чем если бы дом смотрел на юго-юго-восток.
В процессе подбора панелей, вариантов установки, инвертора и т.п. решили ставить панелей не на 1000-1200Вт, а на 1600, так как нашли по месту панели по 405Вт, а их как раз удобно ставить 4 шт, кроме того стоят относительно недорого и добавление одной панели не сильно увеличило смету.
Забиваем наши данные в калькулятор, где нужно выбрать местоположение на карте, мощность и количество панелей, угол наклона относительно горизонта и азимут относительно юга.
Угол 45 градусов выбран как компромиссный, чтобы поднять производительность зимой, но не сильно проиграть летом. На фирме, где мы покупали панели, нам предложили ставить без наклона, т.е. используя только наклон крыши в 22 градуса, но расчет показал что тогда сильно проигрываем зимой, а нам как раз надо было получить больше именно в зимнее время, летом и так избыток получался.
В итоге согласно расчетам получаем такую производительность, самая худшая конечно в декабре, около 50-52кВтч в месяц, увеличение угла до 60 градусов дает максимум до 56кВтч, а при 22 градуса имеем расчетные 39кВтч.
Кроме того, есть надежда что зимой панели будет меньше заносить снегом, чем если бы они лежали на плоскости крыши.
Перед тем как перейти дальше сделаю небольшое пояснение в отличиях станций, условно их можно разделить на несколько вариантов исполнения.
1. С батареей и без
2. С отдачей энергии в сеть и автономные.
Отдавать энергию в сеть не планировали изначально, дороже оборудование, сложности с заменой счетчика, в общем смысла ноль.
А вот батарею хотели, потому как в таком варианте дом будет ночью питаться от нее, плюс какая никакая, но бесперебойность даже без панелей.
Собственно несколько дней станция так и работала, как большой бесперебойник.
Но в любом случае кроме собственно панелей понадобится инвертор, который будет преобразовывать постоянный ток от панелей в переменный для питания электроприборов. Можно конечно пойти по пути изменения электропроводки и потребителей так, чтобы они могли питаться низким напряжением, но могу сказать, что выигрыш мизерный, а сложность и проблемность большая, потому как выиграв на отсутствии преобразования вы проиграете на:
1. увеличении сечения проводки или потерях на ней.
2. монтаже второй сети, низковольтной
3. переделки электроприборов под работу с низким напряжением
4. уменьшении гибкости системы, потому как например телевизор или холодильник переделать куда сложнее.
Инвертор сначала хотели брать logicpower, но оказалось что их сняли с производства, да и хотелось уже больше мощность. В итоге взяли относительно бюджетный Axioma на 3000ВА.
И здесь еще одно отступление, инверторы бывают разные, PWM и MPPT, второй вариант более предпочтителен, потому как позволяет лучше использовать мощность панелей, но и немного дороже.
Покупался инвертор во Львове, вышел 14200грн, причем процесс заказа получился вообще быстрым. Подобрали модель, нашли через хотлайн нормальную цену, позвонил, обсудил, заказал и на следующий день мы его уже забрали с почты.
В комплекте кроме инвертора были держатели кабелей, предохранитель на 200А (нужная вещь), диск с ПО, а также кабели к компьютеру, причем кабель RS232 подключается при помощи RJ45 разъема.
Дизайн в общем-то привычный, коробка которая вешается на стену, спереди дисплей и кнопки для управления.
1. Слева разъемы для подключения к компьютеру
2. Справа выключатель питания, правда работает он немного странно, так как отключает не всё. Также здесь находится гарантийная пломба.
3. Сверху отверстий для навешивания на стену и пара пломб, закрывающих пустые отверстия 🙂
4. Дисплей и кнопки. Управление относительно удобное, индикация внятная, но в реальности рекомендую управлять с ПК.
К сожалению гарантийная пломба помешала мне разобрать инвертор чтобы посмотреть и показать внутренности.Инвертор не мой, думаю со своим бы я забил на гарантию. Через отверстия немного видно элементную базу, по виду (что смог увидеть) нормальный средний класс.
А вот здесь показана ошибка, которую мы допустили, так как не знали особенностей работы инверторов для солнечных станций.
Инвертор может заряжать батарею током до 40А от панелей или до 25А от сети, или до 60А при одновременном заряде от сети и панелей, это все настраивается.
Но вот данная модель инвертора не может утилизировать с панелей более чем 1000Вт, независимо куда они идут, на заряд или питание нагрузки.
Для весны/осени/зимы это не критично в данном варианте, но летом всю энергию с панелей использовать не получится.
Существует версия данного инвертора с маркировкой «плюс», она может использовать до 1500Вт от панелей, но в продаже мы ее не нашли.
При этом инвертор может выдавать до 3000ВА, но в таком режиме он даже днем будет брать 1000Вт с панелей, а остальное от аккумуляторов.
Думаю это все потому, что инвертор относится к бюджетному классу, соответственно приходится чем-то жертвовать.
Снизу куча клемников для подключения как сети (вход и выход) так и батареи и панелей и если к большинству клемников у меня нет вопросов, то вот клеммы для подключения батареи выглядят немного слабоватыми для максимального заявленного тока в 140А.
При этом могу сказать, что зажимаются провода достаточно жестко, но исходя из конструктива рекомендую использовать отвертку с изолированным стержнем.
Пока ждали остальные компоненты, сходили в магазин и купили кабель для электропроводки, короб, а также очень важную составляющую, переключатель нуля и фазы.
Выглядит такой переключатель как обычный двойной автоматический выключатель, но в отличие от него имеет три положения и шесть контактов вместо четырех, при этом не имеет узла отключения по перегрузке.
Нужен он для принудительного обхода инвертора, т.е. чтобы была возможность в случае выхода инвертора из строя или профилактики подключить нагрузку минуя его.
В упрощенном варианте (в полном коммутируется и фаза и ноль) это выглядит так:
Через автомат С25 питается инвертор, соответственно можно его полностью отключить при необходимости.
Через автомат С16 идет обходное питание в случае каких либо работ с инвертором.
Переключатель 32А позволяет подключить нагрузку либо к выходу инвертора, либо к обходной линии, ну или отключить вообще от всего (среднее положение).
В принципе можно было поставить автомат С16 после переключателя, но уже не помню почему я так не сделал, была какая-то причина связанная с безопасностью.
Теперь перейдем к аккумуляторам.
И сразу пояснение по типам аккумуляторов, применяемых в подобных системах.
1. Свинцово-кислотные, классика, но унылая и бессмысленная, потому как они изначально не сильно рассчитаны на подобные режимы работы, а те что рассчитаны стоят уже других денег.
2. LiFePO4, компромиссное решение, срок службы до 5000-7000 циклов, способность к большим зарядным и разрядным токам.
3. LTO или Литий-титанат, решение для тех у кого есть свободные деньги и он хочет чтобы работало долго. Куча преимуществ но есть и недостаток — цена.
4. «обычные» литий-ионные, неплохо, эффективно, но требует более сложного контроля заряда потому как менее безопасны чем перечисленные ранее.
Мы выбрали вариант с LiFePO4 аккумуляторами как более надежный и эффективный чем свинцово-кислотные и менее дорогой чем литий-титанат.
На самом деле они были заказаны раньше инвертора, но ехали заметно дольше, потому и получили их позже.
Заказывал в фирме с которой сотрудничаю, сначала хотел купить новые чтобы собрать батарею 50Ач 24В, но мне предложили альтернативный вариант, БУшные аккумуляторы емкостью 170Ач. Как я понял, изначально они стояли в ИБП, и имели емкость 180Ач, остаточная емкость около 170Ач.
Полный вес такой батареи около 45кг, размеры в общем-то компактные, хотя есть и более компактные альтернативы, например другие LiFePO4 или литий-ионные, которые имеют лучше соотношение вес/габарит/емкость.
Аккумуляторы имели разную степень заряда, некоторые явно ближе к 100%, некоторые скорее около 30%, импеданс более-менее сходен, хотя у пары есть заметная разница.
Емкость всех аккумуляторов была измерена и меня перед заказом спросили, отбирать по максимуму емкости или максимальному сходству, а так как они все будут соединены последовательно, то выбрал второй вариант.
Итого имеем самую малую емкость 169,92, а самую большую 173Ач, при отсутствии активного балансира емкость батареи будет равна емкости самого слабого аккумулятора, упрощенно около 170Ач.
С учетом напряжения LiFePO4 в 3.2В емкость батареи составит 3.2х170х8=4352Втч или 4.35кВтч.
Используемая емкость получится меньше, потому как я сделал щадящие настройки как по заряду, так и по разряду и ориентируюсь на емкость ближе к 4кВтч, что все равно выходит в 4 раза больше той, которую хотели реализовать изначально.
Стоимость такой батареи около 19000грн, мне по старой дружбе сделали скидку, потому выбрали именно такой вариант.
Но перед сборкой батареи ее надо отбалансировать, т.е. выровнять заряд на всех ячейках. Для этого все элементы соединяются параллельно, причем следует обратить внимание на то что провода подключены диагонально, это увеличивает скорость заряда и равномерность.
ВНИМАНИЕ, ПРЕДЕЛЬНАЯ ВНИМАТЕЛЬНОСТЬ НА ЭТОМ ЭТАПЕ, ПРИ ЗАКОРАЧИВАНИИ ПРОВОД 2.5ММ ПРОСТО СГОРАЕТ, ЧРЕВАТО ОЖОГАМИ!
Когда разбирал, закоротил один элемент, провод сгореть не успел, но ощущения были не из приятных, плюс пришлось опять балансировать.
В общем соединил, подключил в блоку питания с током до 24А и поставил на заряд.
Изначально для ускорения процесса выставил напряжение окончания заряда в 3.7 вольта, примерно через сутки ток заряда упал почти до нуля, снизил напряжение до 3.65 вольта, ток стал нулевым. Кстати напряжение падает очень медленно, что даже непривычно для LiFePO4.
После этого отключил заряд, подождал несколько часов, подал опять, ток сначала поднимался до 10-15А, но быстро падал до 100мА.
Полный цикл балансировки занял более суток, но так как мы все равно ждали панели, то нам это никак не мешало. После окончания и сборки батареи заметил, что на двух ячейках все равно напряжение через некоторое время ниже чем на остальных, попытка поставить заряжать показала что оно сразу поднимается до тех же значений что и у остальных, а значит это просто особенность данных ячеек.
Пока ковырялись с батареей, приехали специальные монтажные профили, длина 4200мм, заказали 4шт.
Также сразу заказали разный крепеж, плюс обрезки профиля, так как монтировать панели мы собирались на отдельную конструкцию, плюс точек крепежа делали не по 4, а по 8шт на панель для большей устойчивости к ветрам. Отдельное спасибо Марине, которая работает на данной фирме и согласовывала все манипуляции как с панелями, так и с крепежом.
Из крепежа отмечу специальные шпильки для привинчивания к балкам крыши и регулировки всей этой конструкции в одну плоскость. Шпильки имеют резиновый уплотнитель, изготовлены из нержавейки и конец шурупа явно закален, скорее всего индукционным способом, в общем они стоят своих денег однозначно. Видели подобное в магазине метизов, но именно подобное, потому как качество совсем другое и нет резинки.
Для фиксации панелей к профилю используются специальные закладные, которые кроме сложной формы имеют встроенный подпружиненные шарик, который облегчает установку.
Пока ждали панели решили переделать проводку и установить инвертор с батареей, также на этом этапе вывели кабели на крышу. Кабели внутри дома уложены в короб, на крышу вывод делали в армированном шланге плюс заливка выхода герметиком.
Батарея подключена гибридным кабелем, на каждую клемму идет 3х4мм.кв ШВВП + 6мм.кв для солнечных панелей. Первый остался от подключения к сети, второй специально брали с запасом.
Вход инвертора к сети подключен кабелем 3х4мм.кв, выход кабелем 2х2.5мм.кв, потому как земля и так общая и берется с того же щита, а сечения 2.5мм.кв достаточно для заявленных 3000ВА.
Также на батарее размещен предохранитель, который шел в комплекте с инвертором, установил его на отдельную пару клемм чтобы снять механическую нагрузку с него, которая могла бы быть если подключать к нему выходные кабели.
Инвертор размещен на втором этаже дома, чтобы улучшить тепловой режим работы батареи и здесь вылез еще один просчет, для батареи это конечно классно, но инвертор шумит весьма сильно, причем вентилятор включается не по температуре, а по пороговому значению мощности.
Вариантов сборки батареи было несколько, но нам надо было получит клеммы ближе к переднему левому краю, оптимальным оказался второй вариант, плюс так они получались компактнее.
Выше я писал что аккумуляторы имеют разброс, так вот я рекомендую в сборке рядом ставить ячейки с максимальным разбросом. Т.е. к примеру если имеет четыре ячейки 170, 171, 172 и 173Ач, то лучше из поставить как 170, 173, 171, 172Ач. Вы спросите, почему так? Объяснение кроется в балансире, которому лучше выравнивать разницу между соседними элементами, а не перекачивать энергию через всю батарею от самого слабого к самому емкому.
Для подключения проводов использовали клеммы под 6 и 10мм.кв провода, но так как обжимки не было, то пришлось просто залить их припоем.
С соединительными клеммами для аккумуляторов вышло немного сложнее, комплектные мне не понравились, зато у товарища нашлась шина 1000х20х2мм из анодированного алюминия.
Нарезали полоски, насверлили отверстия попутно сделав по паре отверстий с резьбой, для подключения балансиров.
Все бы ничего, но анодирование не проводит ток, пришлось все это шлифовать, зато получили аккуратные шины с сечением 40мм.кв
Кстати о кабеле, на той же фирме где брали панели и крепеж, купили и кабель, заявлен как специальный, производства Германия. Кабель понравился, хотя реальное сопротивление измерить забыл, а пока не получится это сделать. Изоляция двойная, жесткая, многожильный, жилы луженые, в общем понравился. Перед заказом почитал даташит, реально кабель для наружных работ, да и цена выходит не дороже обычного кабеля.
После подключения инвертора и батареи запустили систему без панелей, т.е. она работала как источник бесперебойного питания.
Меню программы, извиняюсь что не в виде скриншотов, фотографировал просто для себя.
В таком режиме станция поможет разве что от подобных «летчиков», которые врезаются в столбы и обесточивают близлежащие дома, причем на фото как раз реальный пример когда данная станция помогла, товарищ возможно даже не сразу понял что по улице нет электричества.
Через некоторое время приехали панели, четыре штуки, вышли примерно по 166 долларов за 1шт. Выбор местной фирмы был сделан не просто так, потому как мы решили сразу две проблемы:
1. Гарантия по месту
2. Бесплатная доставка до дома.
Единственно пришлось немного подождать пока наберется заказ и туда добавят наши четыре панельки.
Есть даташит на них, но в принципе вся необходимая информация есть на шильдике.
Сначала нам дали даташит на немного другую модель, той же мощности, но размерами около 2000х1000мм, позже написали что будет другая модель, с размерами ближе к 1750х1100мм, что немного удобнее.
При подборе комплекта панели+инвертор надо учитывать выходное напряжение панелей и входное инвертора.
Для нашего инвертора это 30-80 вольт рабочее и до 100 вольт в режиме холостого хода.
Первые предложенные панели имели 40,55 рабочее и 48,5 вольт напряжение холостого хода.
Соответственно с данным инвертором эти панели можно подключать только параллельно, потому как пара последовательно даст 81 вольт рабочего.
Второй вариант панелей имеет рабочее 34.64 вольта и холостой ход 41.6 вольта, потому можно панели соединить последовательно попарно, что даст рабочее около 70 и ХХ 83 вольта.
Это дает снижение тока по проводам почти в два раза, соответственно потери мощности на них снизятся в 4 раза! По моим прикидкам в первом варианте потери составляли около 55Вт, при схеме 2S2P потери уже всего 11Вт.
Также был вопрос, что лучше, поликристалл или монокристалл, как я понял, первый лучше, долговечнее, но дороже и его сложнее купить, в итоге мы выбрали второй.
Скриншот из даташита к первому варианту панелей, которые нам ошибочно предложили
И ко второму, который мы и ставили.
Отмечу путаницу в обоих даташитах, в первом указана длина кабеля 270 и 100мм, во втором оба по 350мм, в реальности длина проводов била такова что можно подключать панели последовательно без удлинения провода.
Крепить все хозяйство планировали к балкам, сначала на три балки, но когда промеряли и составили чертеж, то выяснилось что придется крепить в четырех местах и соответственно ставить по четыре кронштейна на пару панелей, но так даже лучше.
Чертеж делали в масштабе, что потом нам сильно помогло.
Как я писал, мы хотели сделать угол установки в 45 градусов, крыша имеет наклон 22 градуса, значит требуется изготовить кронштейны с углом 33 градуса. В геометрии я разбираюсь плохо, потому просто запустил спринт лайаут и начертил то, что мне надо, с нужными углами, а дальше просто измерил размеры кронштейна 🙂
Кроме того между центральными кронштейнами планировалась крестовина для увеличения жесткости конструкции и она была изготовлена, но в процессе монтажа «что-то пошло не так» и ее надо переделывать. На самом деле я изначально планировал её устанавливать по месту, а человек, который помогал в изготовлении кронштейнов сделал ее монолитной. В какой-то степени сделал хорошо, даже отлично, но в данном случае размер между кронштейнами определялся особенностями крыши и потому немного не совпал с заданным.
Кронштейны приехали последними и как только мы их получили, то приступили к сверловке и подготовке, хотели управиться с ними за один день, но даже двое товарищей, которые помогали с подготовкой, хоть и ускорили процесс, но не настолько чтобы мы успели задуманное.
В итоге за первый день (а точнее пол дня) мы успели подготовить кронштейны и установить первую пару. Даже успели их отрегулировать по плоскости, хотя потом все равно пришлось регулировать повторно.
Скажу честно, идея с кронштейнами хорошая, но сложная, кроме того это дополнительные траты, возможно мы перестраховывались и можно было обойтись какими нибудь подпорками из профиля и не варить всю эту конструкцию, но уже сделали как сделали.
В том же спринте смоделировал как будет светить солнышко зимой и соответственно просчитали расстояние между рядами так, чтобы панели не создавали тень друг другу. Плюс дополнительно оставили место под третий ряд панелей, на случай апгрейда системы.
Отмечу что на всякий случай оставили место снизу панелей чтобы снег мог сходить под ними и не создавал сугробы. Также надеемся что угол в 45 градусов поможет снегу меньше накапливаться на самих панелях.
На второй день думали что мы сейчас ух. и быстро все доделаем. Ага, щаззз.
В общем-то мы доделали, но не быстро, а совсем даже уже поздно к вечеру.
Больше всего проблем доставила установка кронштейнов, это уже сейчас я понимаю, что можно было решить все не только быстрее и удобнее, а и надежнее. Для этого надо было регулировать не высоту кронштейнов относительно крыши, а закрепить их как удобнее и добавлением шпилек или длинных болтов регулировать рейки относительно кронштейнов, тем более нам дали специальные пластины.
С кронштейнами мы закончили примерно в 18:30.
Дальше втроем, я, товарищ и сосед (отдельное ему спасибо и за полезные советы и помощь в крепеже кронштейнов) закинули панели на крышу и уже вдвоем приступили к их монтажу.
Примерно в 10 вечера мы в черновом варианте окончили сборку и даже соединили провода. В инструкции написано что нельзя коммутировать провода под нагрузкой, но так как это уже был вечер, то ток была маленький и это даже в какой-то степени облегчило нам задачу 🙂
Для подключения панелей использовали стандартные разъемы, два комплекта (в комплекте пара папа-мама), между собой панели соединялись штатными кабелями и разъемами.
Провода свели в коммутационные коробки, напаяли клеммы под винти скрутили болтом. Коробок поставили пару, одну под положительный провод, вторую под отрицательный, а сами коробки прикрутили к кронштейнам.
Пару слов о соединении. Панели включены по схеме 2S2P, но мы оставили возможность доработки до схемы 2S3P, на схеме показан как монтажный вариант, так и схема соединения (справа вверху). Вверху вариант подключения добавочных двух панелей.
По поводу апгрейда, чтобы все работало эффективно, надо чтобы добавочные панели были либо точно такими же, либо имеющими такое же выходное напряжение, оно обычно определяется схемой включения ячеек на самой панели. Например у перовых панелей что мы думали ставить, схема была 6х12+6х12, а у вторых 5х12+5х12 и они имели ниже выходное напряжение.
Уже на следующий день залезли и «причесали» всю конструкцию, на всякий случай не стали использовать пластиковые стяжки и зафиксировали провода при помощи медной проволоки.
Ну и в почти законченном виде, «почти» потому, что еще осталось поставить крестовину и загерметизировать одно отверстие в крыше, которое оказалось лишним. Кстати, наличие резиновых уплотнителей на шпильках не отменяет необходимость применения герметиков, ну если вы конечно хотите чтобы ваш чердак и дальше оставался сухим.
Вот теперь можно посмотреть что же все таки получилось.
Для начала общее окно программы, время 10:30, но панели уже отдают более 500Вт мощности.
Интересно что после подключения панелей внизу окна появилась информация о втором CPU, которой не было пока станция работала как ИБП.
Меню настроек, здесь можно задать как режимы работы, так и пороги по напряжению, ток заряда в разных режимах и т.п.
Так как по факту станция немного недогружена, то к середине дня получалась ситуация когда батарея полностью заряжена, нагрузка небольшая, а солнце светит и напряжение с панелей поднималось почти до 80 вольт. Для исправления этого решил растянуть процесс заряда ограничив ток на уровне 20А.
Пороговые напряжения заряд/разряд —
Окончание заряда — 28.8В (3.6В на ячейку)
Буферный режим, переходит после окончания полного заряда — 27.6В (3.45 на ячейку)
Переразряд — 22.4В (2.8В на ячейку)
Режим работы SBU — Солнце, Батарея, Сеть, т.е. пока есть солнце, питаем нагрузку от него, когда солнца нет, переходим на батарею, если батарея разрядилась, то переходим на сеть. Позже попутно сменил режим работы с сетью на UPS, тогда порог по низкому напряжению сети (переход на батарею) будет 175 вольт, а в обычном около 100 вольт, что критично для холодильника.
Пока наблюдал, видел значение отдаваемой с панелей мощности в 831Вт, но отмечу, это не ограничение панелей, просто сумма мощности заряда и потребления нагрузки была не очень большой и остальная мощность просто не использовалась. Но как я писал, сам инвертор не может использовать более чем 1000Вт от панелей.
Немножко графиков сохраненных за 10 дней.
Мощность по входу от панелей, пиковая 943Вт и здесь мы имеем уже близкое к максимуму входа инвертора, но даже в таком варианте все равно ограничение было по нагрузке, а не мощности панелей, они могут отдать больше.
Напряжение от панелей, максимум зарегистрировано 80.8 вольта что как раз говорит о том, что панели недогружены и еще есть запас, который как раз будет вырабатываться осенью и весной.
Мощность нагрузки, здесь также видно причину недогруженности панелей, есть только короткие пики с большой мощностью, в остальное же время она болтается около 250-300Вт, что вместе с примерно 550Вт (заряд батареи) и дает нам суммарную мощность 800-850Вт.
На график вывел полную и активную мощность.
Напряжение батареи, минимальное зарегистрированное значение 25.93 вольта.
Кстати, плату защиты не устанавливали, хотя изначально собирались. Дело в том, что без батареи инвертор не работает и если плата защиты отключит батарею по перезаряду или переразряду, то запустить будет сложно так как инвертор об этом ничего не знает.
Мы решили ограничиться предохранителем на батарее, настройками в инверторе и установкой двух балансиров, «грубого» на 10А и «точного» на 1.2А, они заказаны и пока в пути.
На этом можно было бы и закончить, но хотел бы сказать, что мне очень нравится лазать по крышам, наверное где-то глубоко в душе я кот 🙂
Ну и пара фоток недалеко от этого места, если не знать где это, то даже и не верится что могут быть такие заросли, но на мой взгляд по своему красиво и необычно 🙂
Ну и наш главный помощник, следил чтобы коты не воровали гайки и болты 🙂
Вот теперь все и попутно дам ответы на возможные вопросы:
1. Какой срок окупаемости?
Никакой, данная станция в таком варианте себя не окупит, по крайней мере если не станут сильно повышать тарифы.
2. Сколько это все обошлось?
Около 1900 долларов без учета балансиров. Изначально планировали уложиться в 1000-1200, но в итоге аппетиты выросли потому хоть и в полтора раза дороже, но:
Мощность по выходу инвертора не 1500, а 3000ВА
Мощность панелей на 1000-1200Вт, а 1620 (заявленная)
Емкость батареи не 1кВтч, а 4кВтч
Изначально не учли кронштейны.
Потому я считаю что даже с учетом наших ошибок получилось относительно неплохо.
3. Какие ошибки/недоработки были допущены?
Ну иногда не ошибки, а скорее малая информированность, в одном случае даже даташит не помог и тем не менее я бы сейчас сделал чуть по другому, например:
Выбрал другой инвертор, хотя бы такой же, но серии «плюс». Увы, в продаже их нет.
Изменил бы конструкцию крепления панелей и механизма их регулировки.
Добавил бы RS232-WiFi модуль, хотя это еще будет, но позже.
Поискал бы другое место установки инвертора, днем эта зараза шумит как самолет на взлете. У него два вентилятора, один на зарядное, второй на инвертор и днем они шумят оба.
4. А зачем добавлять еще панели?
Зимой выработка сильно падает и энергии впритык хватит только для холодильника и котла (если вообще не будет электричества от сети), добавление панелей позволит пользоваться еще и освещением.
5. Сколько станция вырабатывает электроэнергии за сутки?
Здесь правильнее спросить, сколько она может выработать, потому как вырабатывает она сейчас ровно столько, сколько потребляет ом плюс КПД инвертора и заряда батареи и это около 3.5-4кВтч. подключено все освещение в доме, телевизоры, компьютеры, холодильник и котел.
6. А можно?
Конечно можно. Как говорил один известный актер в не менее известном фильме:
А что вы можете сделать за деньги?
За деньги? Я могу сделать. всё 🙂
На этом вроде все, буду рад вопросам, советам, личному опыту постройки аналогичных систем и практике использования аккумуляторов.
Как сделать солнечную электростанцию своими руками
Можно ли собрать солнечную электростанцию своими руками? В домашних условиях?
Оказывается можно. Для примера вкратце рассмотрим алгоритм сборки домашней СЭС мощностью 500 Вт.
Что для этого потребуется? Какие устройства, узлы и детали?
5 солнечных панелей с номинальным напряжением 12 В и мощностью 100 Вт каждая. Сразу возникает вопрос: брать моно- или поликристаллические элементы? У монокристаллических выше КПД. Но зато у поликристаллических меньше цена. Так что выбор у каждого будет индивидуальный в зависимости от состояния финансов и перспектив на будущее.
Совет. Если стоит конкретная задача по размещению на ограниченной площади максимального количества солнечных панелей для достижения наибольшей эффективности всей системы, то лучше брать монокристаллические модули. Если же площадь ничем не ограничена, предпочтительней поликристаллические изделия.
Два обычных автомобильных кислотных аккумулятора ёмкостью 140 ампер-час и напряжением 12 В. Еще лучше, если удастся достать литий-железофосфатные аккумуляторы.
Контроллер с характеристиками, подходящими под собираемую конструкцию. На контроллере лучше не экономить и взять устройство с маркировкой МРРТ.
Инвертор для преобразования постоянного напряжения 12 В в переменное 220 В с чистой синусоидой. По каким критериям его выбирать? Нужная мощность — 1 кВт. Но при выборе нужно помнить вот о чем: смотреть нужно на мощность устройства в режиме длительной нагрузки. Именно длительной. Потому что довольно часто в паспортных данных (особенно китайских устройств) ставятся значения пиковых нагрузок.
Расходники — автоматы, провода и пр.
Последовательность сборки будет следующая.
- Два аккумулятора нужно соединить параллельно и подключить к ним контроллер.
- Затем в схему подключаются солнечные панели.
- Затем следует подключить инвертор. Присоединять его нужно медным проводом с сечением от 8 мм². и выше. При этом располагать соединяемые устройства желательно как можно ближе друг к другу.Для остальной проводки подойдет медный кабель стандартного сечения 2,5 мм².
- Полноту картины завершает установка автоматов в нужных местах.
Может возникнуть резонный вопрос: а какие потребности может обеспечить такая домашняя СЭС? Ее мощности вполне хватает, чтобы в течение суток бесперебойно работали холодильник с телевизором и освещение на светодиодных лампах. Кроме того, система позволить заряжать через зарядные устройства девайсы семьи.
Это, разумеется, при условии, что аккумуляторы полностью заряжены, а суточное потребление э/э в доме находится в пределах 1,5-1,7 кВт×час.
Важно.Не рекомендуется допускать разряд аккумуляторов ниже 50% от номинала.
Заряд же до 100%-го первоначального уровня потребует одних суток времени. Но это только в летний солнечный ясный день. При других погодных условиях или другом времени года срок зарядки может значительно возрастать.
Важно. Если нужно достичь большей мощности, то в схему вносятся принципиальные изменения. На отдельных участках устройства соединяются последовательно, а сечение проводов увеличивается, ибо токи могут сильно возрастать.
Сколько может стоить рассматриваемая в статье СЭС? Порядка 55000 рублей.
Как построить простую солнечную электростанцию с нуля: реальный опыт
Солнечная электростанция (СЭС) может служить для экономии и независимости от городских электросетей. Это отличный вариант и для частного дома, и для промышленного применения. Причем установка СЭС — это не так сложно. Подробно рассказываем о том, как построить солнечную электростанцию с нуля.
ВКонтакте 0
Одноклассники 0
WhatsApp 0
Поделиться 1
Солнечная электростанция (СЭС) может служить для экономии и независимости от городских электросетей. Это отличный вариант и для частного дома, и для промышленного применения. Причем установка СЭС — это не так сложно. Подробно рассказываем о том, как построить солнечную электростанцию с нуля.
С чего стоит начать строительство солнечной электростанции
В данном примере мы будем строить солнечную электростанцию на базе гибридного инвертора SILA и солнечных панелей компании «Технолайн». Однако перед стартом такого проекта прежде всего нужно определиться — для чего вам нужна СЭС? Это самый важный вопрос, поскольку от ваших целей будет зависеть выбор необходимого оборудования, а в итоге — бюджет всего проекта.
По назначению СЭС делятся на три типа:
- Для экономии. Это сетевые электростанции, которые позволяют экономить на счетах за электроэнергию, замещая энергию от городских сетей солнечной, а также увеличивать максимальную мощность нагрузки в случае если выделенной вам недостаточно. Они состоят только из сетевого инвертора и солнечных батарей. Аккумуляторы для строительства подобной СЭС не требуются и это очень существенный плюс, так как любой аккумулятор имеет весьма ограниченный срок службы. Срок окупаемости инвестиций от 3 лет, хотя здесь многое зависит от стоимости 1 квт*ч.
- Для независимости. Это автономные СЭС, которые дают возможность полностью или частично отказаться от городских сетей. Они состоят из солнечного инвертора, солнечных батарей и аккумуляторов. Электростанции такого плана чаще всего строятся в местах, где нестабильное напряжение городской сети, где нет электричества или там, где его регулярно отключают.
- Экономия + Независимость. СЭС такого плана позволяют решать сразу две задачи — экономить и быть независимым от городских электросетей. Они состоят из солнечных батарей, аккумуляторов и гибридного солнечного инвертора с функцией подмешивания или продажи излишков электроэнергии в сеть.
Все три вида СЭС подходят как для частного, так и для промышленного применения
Что делать дальше
Определить мощность будущей СЭС
За основу можно взять: потребление электроэнергии, которое имеется в данный момент или желаемое энергопотребление + время автономной работы от аккумуляторов.
Подобрать подходящее оборудование
Вам потребуются солнечные батареи, инвертор, аккумуляторы. Количество солнечных батарей зависит не только от желаемой мощности вашей электростанции, но и от географического положения СЭС, так как уровень инсоляции везде разный.
Для начала найдите информацию по объему солнечной энергии в вашей местности. Эти данные есть в интернете и специальных метеосправочниках. Если вы будете пользоваться СЭС круглогодично, то ориентируйтесь по месяцам с минимальными показателями. Дальше подсчитайте свои среднемесячные потребности в электроэнергии и сравните их с уровнем инсоляции в вашем регионе.
Здесь нужно все очень точно рассчитать, поэтому памятуя пословицу «скупой платит дважды», рекомендуем сразу обратиться за помощью к специалистам.
Правильный подбор оборудования — один из основных этапов строительства СЭС
Определиться с местом установки СЭС
Монтировать оборудование можно как на земле, так и на крыше. При этом стоит учитывать несколько факторов:
- Тень. Если расположить батареи в затененном месте, они не будут вырабатывать достаточное количество энергии и не оправдает затраты на приобретение.
- Ориентация. Нужно направлять батарею в солнечную сторону, чтобы максимум ультрафиолета падало на фотоэлементы. В северном полушарии нужно ориентировать «рабочую» сторону батареи на юг.
- Угол наклона. Для максимального КПД солнечной батареи необходимо расположить ее под правильным углом к горизонту, в среднем для нашей страны это 45%. Причем летом 30% , зимой 60%.
Выбрать поставщика оборудования
Лучше обратиться к профессионалам, которые все рассчитают, сделают проект, подберут комплект оборудования и установят солнечную электростанцию под ключ.
Плюсы самостоятельного монтажа довольно сомнительные. Вы рискуете не только потерять свое время, но и в случае неправильной установки не получите нужный уровень мощности и эффективности СЭС. Если с самого начала обратиться к специалистам, вы получите тщательно просчитанный и профессионально реализованный проект + помощь в обслуживании оборудования.
В реализации такого проекта не обойтись без помощи профессионалов
Что потребуется для строительства СЭС мощностью 2кВт, выработкой 4 кВт*ч/сутки:
Гибридный инвертор SILA. Почему именно он? Инвертор SILA и солнечные панели SILA побывали в кругосветной парусной экспедиции «Сибирь — Антарктика — Сибирь» вдоль северного полюса на яхте и. выжили. Поэтому они заслуживают доверия!
Солнечные панели были установлены на яхте «Сибирь», которая использовала энергию солнца для работы электродвигателей в экстремальных условиях Северного полюса. Всего за время экспедиции «Сибирь» прошла 30530 морских миль, а это порядка 1,4 длины земного экватора. И все это стало возможным во многом благодаря солнечной энергии и оборудованию SILA.
Для строительства СЭС мы используем гибридный инвертор SILA V 2000М с предельно допустимым напряжением 102 Вольт и мощностью 1000 Вт.
Солнечные батареи SILA. Общие суммы напряжения и мощности не должны превышать максимальные показатели на инверторе. В нашем случае мы используем солнечные панели с напряжением 24 В и мощностью 250 Вт. Но максимально в этот инвертор мы можем подключить 4 панели.
Контроллер заряда. Он обеспечивает снятие максимально возможной мощности с солнечных батарей, а также правильный и равномерный заряд аккумуляторов. В нашем случае MPPT контроллер уже встроен в инвертор.
Аккумуляторы SunStonePower. Они не только накапливают электроэнергию, но и выступают в роли буфера в случае неравномерной выработки от солнечных батарей, вызванной изменениями уровня инсоляции (дождь, снег, облачность и т.д.). В нашей системе участвуют 2 аккумулятора 200Ач / 12 В, то есть в сумме 200Ач / 24 В (4800 Вт*ч).
Данная электростанция идеально подойдет для полноценного обеспечения электроэнергией дачи или строительной бытовки, а ее стоимость составит всего 88 000 рублей (с учетом всего коммутационного и защитного оборудования).
Готовая СЭС — это экономия средств и независимость от общих электросетей
Когда все вышеперечисленное оборудование будет куплено, вам останется только собрать систему согласно рекомендациям специалистов и подключить ее, чтобы пользоваться электроприборами и не платить за электричество.
Публикация Newslab подготовлена с участием экспертов компании «Технолайн»