Опыт эксплуатации cистемы бесперебойного питания с солнечными батареями в «дачных» условиях

Солнечная электростанция на дом 200 м2 своими руками

Частенько в сети проскакивают сообщения о борьбе за экологию, развитие альтернативных источников энергии. Иногда даже проводят репортажи о том, как в заброшенной деревне сделали солнечную электростанцию, чтобы местные жители могли пользоваться благами цивилизации не 2-3 часа в сутки, пока работает генератор, а постоянно. Но это всё как-то далеко от нашей жизни, поэтому я решил на своем примере показать и рассказать, как устроена и как работает солнечная электростанция для частного дома. Расскажу обо всех этапах: от идеи до включения всех приборов, а также поделюсь опытом эксплуатации. Статья получится немаленькая, поэтому кто не любит много букв могут посмотреть ролик. Там я постарался рассказать то же самое, но будет видно, как я все это сам собираю.

Исходные данные: частный дом площадью около 200 м2 подключен к электросетям. Трехфазный ввод, суммарной мощностью 15 кВт. В доме стандартный набор электроприборов: холодильник, телевизоры, компьютеры, стиральные и посудомоечные машинки и так далее. Стабильностью электросеть не отличается: зафиксированный мною рекорд — отключение 6 дней подряд на период от 2 до 8 часов.

Что хочется получить: забыть о перебоях электроэнергии и пользоваться электричеством, невзирая ни на что.

Какие могут быть бонусы: Максимально использовать энергию солнца, чтобы дом приоритетно питался солнечной энергией, а недостаток добирал из сети. Как бонус, после принятия закона о продаже частными лицами электроэнергии в сеть, начать компенсировать часть своих затрат, продавая излишки выработки в общую электросеть.

С чего начать?

Всегда есть минимум два пути для решения любой задачи: учиться самому или поручить решение задачи кому-то другому. Первый вариант предполагает изучение теоретических материалов, чтение форумов, общение с владельцами солнечных электростанций, борьбу с внутренне жабой и, наконец, покупку оборудования, а после — установку. Второй вариант: позвонить в специализированную фирму, где зададут много вопросов, подберут и продадут нужное оборудование, а могут и установить за отдельные деньги. Я решил совместить эти два способа. Отчасти потому что мне это интересно, а отчасти для того, чтобы не напороться на продавцов, которым надо просто заработать, продав не совсем то, что мне нужно. Теперь пришло время теории, чтобы понять, как я делал выбор.

На фото пример «освоения» денег на строительство солнечной электростанции. Обратите внимание, солнечные панели установлены ЗА деревом – таким образом, свет на них не попадает, и они просто не работают.

Типы солнечных электростанций

Сразу отмечу, что говорить я буду не о промышленных решениях и не о сверхмощных системах, а об обычной потребительской солнечной электростанции для небольшого дома. Я не олигарх, чтобы разбрасываться деньгами, но я придерживаюсь принципа достаточной разумности. То есть я не хочу греть бассейн «солнечным» электричеством или заряжать электромобиль, которого у меня нет, но я хочу, чтобы в моем доме все приборы постоянно работали, без оглядки на электросети.

Теперь расскажу про типы солнечных электростанций для частного дома. По большому счету, их всего три, но бывают вариации. Расположу, по росту стоимости каждой системы.

Сетевая Солнечная Электростанция — этот тип электростанции сочетает в себе невысокую стоимость и максимальную простоту эксплуатации. Состоит всего из двух элементов: солнечных панелей и сетевого инвертора. Электричество от солнечных панелей напрямую преобразуется в 220В/380В в доме и потребляется домашними энергосистемами. Но есть существенный недостаток: для работы ССЭ необходима опорная сеть. В случае отключения внешней электросети, солнечные батареи превратятся в «тыкву» и перестанут выдавать электричество, так как для функционирования сетевого инвертора нужна опорная сеть, то есть само наличие электричества. Кроме того, со сложившейся инфраструктурой электросети, работа сетевого инвертора не очень выгодна. Пример: у вас солнечная электростанция на 3 кВт, а дом потребляет 1 кВт. Излишки будут «перетекать» в сеть, а обычные счетчики считают энергию «по модулю», то есть отданную в сеть энергию счетчик посчитает, как потребленную, и за нее еще придется заплатить. Тут логично подходит вопрос: куда девать лишнюю энергию и как этого избежать? Переходим ко второму типу солнечных электростанций.

Гибридная Солнечная Электростанция – этот тип электростанции сочетает в себе достоинства сетевой и автономной электростанции. Состоит из 4 элементов: солнечные панели, солнечный контроллер, аккумуляторы и гибридный инвертор. Основа всего – это гибридный инвертор, который способен в потребляемую от внешней сети энергии подмешивать энергию, выработанную солнечными панелями. Более того, хорошие инверторы имеют возможность настройки приоритезации потребляемой энергии. В идеале, дом должен потреблять сначала энергию от солнечных панелей и только при ее недостатке, добирать из внешней сети. В случае исчезновения внешней сети инвертор переходит в автономную работу и пользуется энергией от солнечных панелей и энергией, запасенной в аккумуляторах. Таким образом, даже если электроэнергию отключат на продолжительное время и будет пасмурный день (или электричество отключат ночью), в доме всё будет функционировать. Но что делать, если электричества нет вообще, а жить как-то надо? Тут я перехожу к третьему типу электростанции.

Автономная Солнечная Электростанция – этот тип электростанции позволяет жить полностью независимо от внешних электросетей. Она может включать в себя больше 4 стандартных элементов: солнечные панели, солнечный контроллер, АКБ, инвертор.

Дополнительно к этому, а иногда вместо солнечных панелей, может быть установлена ГидроЭлектроСтанция малой мощности, ветряная электростанция, генератор (дизельный, газовый или бензиновый). Как правило, на таких объектах присутствует генератор, поскольку может не быть солнца и ветра, а запас энергии в аккумуляторах не бесконечен – в этом случае генератор запускается и обеспечивает энергией весь объект, попутно заряжая АКБ. Такая электростанция легко трансформируется в гибридную, при подключении внешней электросети, если инвертор обладает этими функциями. Основное отличие автономного инвертора от гибридного – это то, что он не умеет подмешивать энергию от солнечных панелей к энергии из внешней сети. При этом гибридный инвертор, наоборот, умеет работать в качестве автономного, если внешняя сеть будет отключена. Как правило, гибридные инверторы соразмерны по цене с полностью автономными, а если и отличаются, то несущественно.

Что такое солнечный контроллер?

Во всех типах солнечных электростанций присутствует солнечный контроллер. Даже в сетевой солнечной электростанции он есть, просто входит в состав сетевого инвертора. Да и многие гибридные инверторы выпускаются с солнечными контроллерами на борту. Что же это такое и для чего он нужен? Буду говорить о гибридной и автономной солнечной электростанции, поскольку это как раз мой случай, а с устройством сетевого инвертора могу ознакомить детальнее в комментариях, если будут запросы в комментариях.

Солнечный контроллер – это устройство, которое полученную от солнечных панелей энергию преобразует в перевариваемую инвертором энергию. Например, солнечные панели изготавливаются с напряжением кратно 12В. И АКБ изготавливаются кратно 12В, так уж повелось. Простые системы на 1-2 кВт мощности работают от 12В. Производительные системы на 2-3 кВт уже функционируют от 24В, а мощные системы на 4-5 кВт и более работают на 48В. Сейчас я буду рассматривать только «домашние» системы, потому что знаю, что есть инверторы, работающие на напряжениях в несколько сотен вольт, но для дома это уже опасно.

Итак, допустим у нас есть система на 48В и солнечные панели на 36В (панель собрана кратно 3х12В). Как получить искомые 48В для работы инвертора? Конечно, к инвертору подключаются АКБ на 48В, а к этим аккумуляторам подключается солнечный контроллер с одной стороны и солнечные панели с другой. Солнечные панели собираются на заведомо большее напряжение, чтобы суметь зарядить АКБ. Солнечный контроллер, получая заведомо большее напряжение с солнечных панелей, трансформирует это напряжение до нужной величины и передает в АКБ. Это упрощенно. Есть контроллеры, которые могут со 150-200 В от солнечных панелей понижать до 12 В аккумуляторов, но тут протекают очень большие токи и контроллер работает с худшим КПД. Идеальный случай, когда напряжение с солнечных панелей вдвое больше напряжения на АКБ.

Солнечных контроллеров существует два типа: PWM (ШИМ – Широтно-Импульсная Модуляция) и MPPT (Maximum Power Point Tracking – отслеживание точки максимальной мощности). Принципиальная разница между ними в том, что ШИМ-контроллер может работать только со сборками панелей, не превышающими напряжения АКБ. MPPT – контроллер может работать с заметным превышением напряжения относительно АКБ. Кроме того, MPPT-контроллеры обладают заметно бОльшим КПД, но и стоят дороже.

Как выбрать солнечные панели?

На первый взгляд, все солнечные панели одинаковы: ячейки солнечных элементов соединены между собой шинками, а на задней стороне есть два провода: плюс и минус. Но есть в этом деле масса нюансов. Солнечные панели бывают из разных элементов: аморфных, поликристаллических, монокристаллических. Я не буду агитировать за тот или иной тип элементов. Скажу просто, что сам предпочитаю монокристаллические солнечные панели. Но и это не всё. Каждая солнечная батарея – это четырехслойный пирог: стекло, прозрачная EVA-пленка, солнечный элемент, герметизирующая пленка. И вот тут каждый этап крайне важен. Стекло подходит не любое, а со специальной фактурой, которое снижает отражение света и преломляет падающий под углом свет таким образом, чтобы элементы были максимально освещены, ведь от количества света зависит количество выработанной энергии. От прозрачности EVA-пленки зависит, сколько энергии попадет на элемент и сколько энергии выработает панель. Если пленка окажется бракованной и со временем помутнеет, то и выработка заметно упадет.

Далее идут сами элементы, и они распределяются по типам, в зависимости от качества: Grade A, B, C, D и далее. Конечно, лучше иметь элементы качества А и хорошую пайку, ведь при плохом контакте, элемент будет греться и быстрее выйдет из строя. Ну и финишная пленка должна также быть качественной и обеспечивать хорошую герметизацию. В случае разгерметизации панелей, очень быстро на элементы попадет влага, начнется коррозия и панель также выйдет из строя.

Как правильно выбрать солнечную панель? Основной производитель для нашей страны – это Китай, хотя на рынке присутствуют и Российские производители. Есть масса OEM-заводов, которые наклеят любой заказанный шильдик и отправят панели заказчику. А есть заводы, которые обеспечивают полный цикл производства и способны проконтролировать качество продукции на всех этапах производства. Как узнать о таких заводах и брендах? Есть пара авторитетных лабораторий, которые проводят независимые испытания солнечных панелей и открыто публикуют результаты этих испытаний. Перед покупкой вы можете вбить название и модель солнечной панели и узнать, насколько солнечная панель соответствует заявленным характеристикам. Первая лаборатория – это Калифорнийская Энергетическая Комиссия, а вторая лаборатория Европейская – TUV. Если производителя панелей в этих списках нет, то стоит задуматься о качестве. Это не значит, что панель плохая. Просто бренд может быть OEM, а завод-производитель выпускает и другие панели. В любом случае, присутствие в списках этих лабораторий уже свидетельствует о том, что вы покупаете солнечные батареи не у производителя-однодневки.

Мой выбор солнечной электростанции

Перед покупкой стоит очертить круг задач, которые ставятся перед солнечной электростанцией, чтобы не заплатить за ненужное и не переплатить за неиспользуемое. Тут я перейду к практике, как и что делал я сам. Для начала, цель и исходные: в деревне периодически отключают электроэнергию на период от получаса до 8 часов. Возможны отключения как раз в месяц, так и подряд несколько дней. Задача: обеспечить дом электроснабжением в круглосуточном режиме с некоторым ограничением потребления на период отключения внешней сети. При этом, основные системы безопасности и жизнеобеспечения должны функционировать, то есть: должны работать насосная станция, система видеонаблюдения и сигнализации, роутер, сервер и вся сетевая инфраструктура, освещение и компьютеры, холодильник. Вторично: телевизоры, развлекательные системы, электроинструмент (газонокосилка, триммер, насос для полива огорода). Можно отключить: бойлер, электрочайник, утюг и прочие греющие и много потребляющие устройства, работа которых сиюминутно не важна. Чайник можно вскипятить на газовой плите, а погладить позже.

Как правило, солнечную электростанцию можно купить в одном месте. Продавцы солнечных панелей также продают всё сопутствующее оборудование, поэтому я начал поиск отталкиваясь от солнечных батарей. Один из солидных брендов – TopRay Solar. О них есть хорошие отзывы и реальный опыт эксплуатации в России, в частности, в Краснодарском крае, где знают толк в солнце. В РФ есть официальный дистрибьютор и дилеры по регионам, на вышеозначенных сайтах с лабораториями для проверки солнечных панелей этот бренд присутствует и далеко не на последних местах, то есть можно брать. Кроме того, фирма-продавец солнечных панелей TopRay, также занимается собственным производством контроллеров и электроники для дорожной инфраструктуры: системы управления трафиком, светодиодные светофоры, мигающие знаки, солнечные контроллеры и прочее. Ради любопытства даже напросился на их производство – вполне технологично и даже есть девушки, которые знают, с какой стороны подходить к паяльнику. Бывает же!

Со своим списком хотелок я обратился к ним и попросил собрать мне пару комплектаций: подороже и подешевле для моего дома. Мне задали ряд уточняющих вопросов насчет резервируемой мощности, наличия потребителей, максимальной и постоянной потребляемой мощности. Последнее вообще оказалось для меня неожиданным: дом в режиме энергосбережения, когда работают только системы видеонаблюдения, охраны, связь с инетом и сетевая инфраструктура, потребляет 300-350 Вт. То есть даже если дома никто не пользуется электричеством, на внутренние нужды уходит до 215 кВт*ч в месяц. Вот тут и задумаешься над проведением энергетического аудита. И начнешь выключать из розеток зарядки, телевизоры и приставки, которые в режиме ожидания потребляют по чуть-чуть, а набегает прилично.
Не буду томить, остановился я на более дешевой системе, так как зачастую до половины суммы за электростанцию может занимать стоимость аккумуляторов. Список оборудования получился следующим:

– 9 шт
1. Однофазный Гибридный инвертор на 5 кВт InfiniSolar V-5K-48 – 1 шт
2. Аккумулятор AGM Парус HML-12-100 – 4 шт

Что даёт солнечная электростанция?

Этот комплект может выдать до 5 кВт мощности в автономном режиме – именно такой мощности я выбрал однофазный инвертор. Если докупить такой же инвертор и модуль сопряжения к нему, то можно нарастить мощность до 5кВт+5кВт=10 кВт на фазу. Или можно сделать трехфазную систему, но я пока довольствуюсь и этим. Инвертор высокочастотный, а потому достаточно легкий (порядка 15 кг) и занимает немного места – легко монтируется на стену. В него уже встроено 2 MPPT-контроллера мощностью 2,5 кВт каждый, то есть я могу добавить еще столько же панелей без покупки дополнительного оборудования.

Солнечных панелей у меня на 2520 Вт по шильдику, но из-за неоптимального угла установки они выдают меньше – максимум я видел 2400 Вт. Оптимальный угол – это перпендикулярно солнцу, что в наших широтах составляет примерно 45 градусов к горизонту. У меня панели установлены под 30 градусов.

Сборка АКБ составляет 100А*ч 48В, то есть запасено 4,8 кВт*ч, но забирать энергию полностью крайне нежелательно, поскольку тогда их ресурс заметно сокращается. Желательно разряжать такие АКБ не более, чем на 50%. Это литий-железофосфатные или литий-титанатные можно заряжать и разряжать глубоко и большими токами, а свинцово-кислотные, будь то жидкостные, гелевые или AGM лучше не насиловать. Итак, у меня есть половина емкости, а это 2,4 кВт*ч, то есть порядка 8 часов в полностью автономном режиме без солнца. Этого хватит на ночь работы всех систем и еще останется половина емкости АКБ на аварийный режим. Утром уже встанет солнце и начнет заряжать АКБ, параллельно обеспечивая дом энергией. То есть дом может функционировать и автономно в таком режиме, если снизить энергопотребление и погода будет хорошей. Для полной автономии можно было бы добавить еще аккумуляторов и генератор. Ведь зимой солнца совсем мало и без генератора будет не обойтись.

Начинаю собирать

Перед покупкой и сборкой необходимо просчитать всю систему, чтобы не ошибиться с расположением всех систем и прокладкой кабелей. От солнечных панелей до инвертора у меня порядка 25-30 метров и я заранее проложил два гибких провода сечением 6 кв.мм, так как по ним будет передаваться напряжение до 100В и ток 25-30А. Такой запас по сечению был выбран, чтобы минимизировать потери на проводе и максимально доставить энергию до приборов. Сами солнечные панели я монтировал на самодельные направляющие из алюминиевых уголков и притягивал их самодельными же креплениями. Чтобы панель не сползала вниз, на алюминиевом уголке напротив каждой панели смотрит вверх пара 30мм болтов, и они являются своеобразным «крючком» для панелей. После монтажа их не видно, но они продолжают нести нагрузку.

Солнечные панели были собраны в три блока по 3 панели в каждом. В блоках панели подключаются последовательно — так напряжение удалось поднять до 115В без нагрузки и снизить ток, а значит можно выбрать провода меньшего сечения. Блоки между собой подключены параллельно специальными коннекторами, обеспечивающими хороший контакт и герметичность соединения – называются MC4. Их же я использовал для подключения проводов к солнечному контроллеру, так как они обеспечивают надежный контакт и быстрое замыканиеразмыкание цепи для обслуживания.

Далее переходим к монтажу в доме. АКБ предварительно заряжены «умной» автомобильной зарядкой, чтобы выровнять напряжение и подключены последовательно для обеспечения напряжения 48В. Далее, они подключены к инвертору кабелем с сечением 25 мм кв. Кстати, во время первого подключения АКБ к инвертору будет заметная искра на контактах. Если вы не спутали полярность, то всё нормально – в инверторе установлены довольно емкие конденсаторы и они начинают заряжаться в момент подключения к аккумуляторам. Максимальная мощность инвертора – 5000 Вт, а значит ток, который может проходить по проводу от АКБ будет составлять 100-110А. Выбранного кабеля хватает для безопасной эксплуатации. После подключения АКБ, можно подключать внешнюю сеть и нагрузку дома. К клеммным колодкам цепляются провода: фаза, ноль, заземление. Тут всё просто и наглядно, но если для вас починить розетку небезопасно, то подключение этой системы лучше доверить опытным электромонтажникам. Ну и последним элементом подключаю солнечные панели: тут тоже надо быть внимательным и не перепутать полярность. При мощности в 2,5 кВт и неправильном подключении, солнечный контроллер сгорит моментально. Да что там говорить: при такой мощности, от солнечных панелей можно заниматься сваркой напрямую, без сварочного инвертора. Здоровья это солнечным панелям не добавит, но мощь солнца действительно велика. Так как я дополнительно использую разъемы MC4, перепутать полярность просто невозможно при первоначальном правильном монтаже.

Всё подключено, один щелчок выключателя и инвертор переходит в режим настройки: тут надо выставить тип АКБ, режим работы, зарядные токи и прочее. Для этого есть вполне понятная инструкция и если вы можете справиться с настройкой роутера, то настройка инвертора тоже не будет очень сложной. Надо только знать параметры АКБ и правильно их настроить, чтобы они прослужили как можно дольше. После этого, хм… После этого наступает самое интересное.

Эксплуатация гибридной солнечной электростанции

После запуска солнечной электростанции, я и моя семья пересмотрели многие привычки. Например, если раньше стирка или посудомоечная машина запускались после 23 часов, когда работал ночной тариф в электросетях, то теперь эти энергозатратные работы перенесены на день, потому что стиралка потребляет 500-2100 Вт во время работы, посудомоечная машина потребляет 400-2100 Вт. Почему такой разброс? Потому что насосы и моторы потребляют немного, а вот нагреватели воды крайне прожорливы. Гладить оказалось тоже «выгоднее» и приятнее днем: в комнате гораздо светлее, а энергия солнца полностью покрывает потребление утюга. На скриншоте продемонстрирован график выработки энергии солнечной электростанцией. Хорошо виден утренний пик, когда работала стиральная машинка и потребляла много энергии – эта энергия была выработана солнечными панелями.

Первые дни я по несколько раз подходил к инвертору, взглянуть на экран выработки и потребления. После поставил утилиту на домашний сервер, который в реальном времени отображает режим работы инвертора и все параметры электросети. К примеру, на скриншоте видно, что дом потребляет больше 2 кВт энергии (пункт AC output active power) и вся эта энергия заимствуется от солнечных батарей (пункт PV1 input power). То есть инвертор, работая в гибридном режиме с приоритетом питания от солнца, полностью покрывает энергопотребление приборов за счет солнца. Это ли не счастье? Каждый день в таблице появлялся новый столбик выработки энергии и это не могло не радовать. А когда во всей деревне отключили электричество, я узнал об этом только по писку инвертора, который оповещал о работе в автономном режиме. Для всего дома это означало только одно: живем как прежде, пока соседи ходят за водой с ведрами.

Но есть в наличии дома солнечной электростанции и нюансы:

1. Я начал замечать, что птицы любят солнечные панели и, пролетая над ними, не могут сдержаться от счастья наличия технологичного оборудования в деревне. То есть иногда всё же солнечные панели надо мыть от следов и пыли. Думаю, что при установке под 45 градусов, все следы просто смывались бы дождями. Выработка от нескольких птичьих следов вообще не падает, но если затенена часть панели, то падение выработки становится ощутимым. Это я заметил, когда солнце пошло к закату и тень от крыши начала накрывать панели одну за другой. То есть лучше располагать панели вдали от всех конструкций, способных их затенить. Но даже вечером, при рассеянном свете, панели выдавали несколько сотен ватт.
2. При большой мощности солнечных панелей и подкачке от 700 Ватт и более, инвертор включает вентиляторы активнее и их становится слышно, если дверь в техническое помещение открыта. Тут либо закрывать дверь, либо крепить инвертор на стену через демпфирующие прокладки. В принципе, ничего неожиданного: любая электроника греется при работе. Просто надо учитывать, что инвертор не стоит вешать там, где он может мешать звуком своей работы.
3. Фирменное приложение умеет отправлять оповещения по электронной почте или в SMS, если произошло какое-либо событие: включение/отключение внешней сети, разряд АКБ и подобное. Вот только приложение работает по незащищенному 25 порту SMTP, а все современные почтовые сервисы, вроде gmail.com или mail.ru работают по защищенному порту 465. То есть сейчас, фактически, оповещения по почте не приходят, а хотелось бы.

Заключение

Полагаю, что это не последний мой рассказ о собственной солнечной электростанции. Опыт эксплуатации в различных режимах и в разное время года однозначно будет отличаться, но я точно знаю, что даже если в Новый Год отключат электричество, в моём доме будет светло. По результатам эксплуатации установленной солнечной электростанции могу отметить, что оно того стоило. Несколько отключений внешней сети прошли незаметно. О нескольких я узнал только по звонкам соседей с вопросом «У тебя тоже нет света?». Бегущие цифры выработки электричества безмерно радуют, а возможность убрать от компа UPS зная, что даже при отключении электроэнергии всё продолжит работать – это приятно. Ну а когда у нас наконец-то примут закон о возможности продажи электроэнергии частными лицами в сеть, я первый подам заявку на эту функцию, ведь в инверторе достаточно изменить один пункт и всю выработанную, но не потребленную домом энергию, я буду продавать в сеть и получать за это деньги. В общем, это оказалось довольно просто, эффективно и удобно. Готов ответить на ваши вопросы и выдержать натиск критиков, убеждающих всех, что в наших широтах солнечная электростанция – это игрушка.

Опыт эксплуатации cистемы бесперебойного питания с солнечными батареями в «дачных» условиях

Альтернативная «чистая» энергетика, за которой, несомненно, будущее, в некоторых случаях может быть естественным и практичным выбором уже сейчас. В первую очередь, в тех случаях, когда необходимо обеспечить электричеством маломощного потребителя, расположенного «в чистом поле». А частный дом, если всё выбрано и построено с учетом требований энергосбережения (и вы, например, не планируете использовать электричество для обогрева), как раз и является примером такого «маломощного» потребителя. Да, в отличие от квартиры, тут добавляются еще и, как правило, скважинные насосы для автономного водоснабжения и различная садовая техника, но задавшись целью, вполне реально запитать это всё от солнечной системы, дополненной ветрогенератором и для подстраховки — каким-нибудь газовым или дизельным генератором. Причем последний будет включаться крайне редко, если всё рассчитано верно.

И это может быть дешевле, чем подключаться к линии электропередач в индивидуальном порядке. Поэтому в российских условиях, наверное, отсутствие «коллективного» электроснабжения является самой частой причиной интереса к альтернативным источникам питания. Но на мой взгляд, есть, как минимум, еще один довод в пользу «зеленых» систем, причем именно солнечных, даже при наличии «общественных» 220 вольт.

Дело в том, что стабильность питания, даже в Подмосковье, за пределами городов может оставлять желать лучшего. И в случае моего дачного поселка узким местом является петляющая по соседним лесам от деревни к деревне высоковольтная линия. Деревья, увы, падают от ветра, и это обстоятельство неведомо, похоже, только тем, кто считает нормальным прокладку воздушных линий в просеках шириной от силы метров десять. Впрочем, может быть, прокладка кабеля в земле дороже, чем периодическая замена столбов, пострадавших от соседней сосны. И это всё мудро просчитано.

Хотелось бы верить, но никак не получается, потому что тут насквозь видна российская традиция: сначала сделать кое-как, но подешевле, а потом тратить время и ресурсы на латание дыр (и искренне удивляться: а почему на новое денег не хватает?). Соответственно, сделать подороже и получше «сначала», чтобы экономить «потом» — гораздо проще в частном порядке.

И поскольку примерно раз в сезон бывает «хорошая» гроза, после которой на подъем линии уходит неделя, а то и больше, не считая более кратковременных отключений, сильно захотелось получить собственный запас автономии. В идеале — такой, чтобы вообще не замечать всё это безобразие. Дизельный или бензиновый вариант практически сразу отпал, мы даже купили такой. Но желание гонять это воющее и воняющее чудо техники, приехав насладиться общением с природой, оказалось ниже, чем собственно потребность в электричестве. Лучше обойтись свечами или уехать в город. Соответственно, эта тема приобрела актуальность, когда захотелось поселиться в доме на более или менее постоянной основе.

Между тем, особенность летнего дома в том, что массовая активность там происходит летом, когда солнечной энергии, даже на широте Москвы, хоть отбавляй. Собственно, и деревья-то падают в основном летом. Так обычно и было: гроза прошла, солнце сияет, а электричества нет. А интерес к «солнечной» энергетике уже был подкреплен покупкой солнечного коллектора для подогрева воды. В частности, достаточно компактный (12 трубок по 1,8 м) уверенно справляется с задачей продления «купального сезона» в 12-кубовом бассейне примерно на месяц по сравнению с естественным нагревом.

Поэтому примерно год назад была собрана система, о которой я хочу рассказать. Специально уделил внимание предыстории, чтобы не вступать в дискуссии на тему выгодности солнечных систем по сравнению с традиционными. Иногда, как мы видим, аргументы есть и помимо стоимости киловатта.

Переходим к выбору компонентов для солнечных систем.

Солнечные панели

Итак, начнем с солнечных батарей. В порядке снижения эффективности и стоимости следуют батареи на основе монокристаллического, поликристаллического и аморфного кремния. Абсолютное большинство брендовых батарей относятся к первому типу, который и сам по себе считается наиболее долговечным, ячейки деградируют медленнее всего.

Между прочим, если дом небольшой, и у вас нет какого-нибудь удобно расположенного сарая с большим южным скатом, то на практике может оказаться, что места для батарей вовсе не так много. И есть смысл взять модель с самым большим КПД на единицу площади, если вы действительно хотите построить систему с достаточно высокой энергоотдачей. Поскольку размещать батареи необходимо именно на южном скате крыши, желательно под углом 45 градусов.

По способу монтажа есть батареи, монтируемые в крышу на манер мансардных окон (фактически только у фирмы Roto с совершенно невменяемой стоимостью). А остальное большинство представляет собой простые панели, встроенные в алюминиевую раму, которые крепятся к накладным рейлингам. Минус последних в том, что крышу приходится сверлить, и не всякое покрытие выдержит без протечек такое грубое вмешательство. Тем не менее, это единственный ходовой вариант, который и был выбран.

Что касается самих батарей, то неплохим вариантом по соотношению цены и качества оказались зеленоградские монокристаллические батареи. Все же их достаточно охотно покупают в Германии. Поэтому, находясь в России, логично и даже приятно иметь возможность воспользоваться хоть чем-то имеющим отношение к электронике, но местного производства.

Были приобретены три батареи (TCM-170B) мощностью по 170 Вт и размером 158×82 см. Расчет в данном случае был простой: получить достаточный зарядный ток в облачную погоду, а также утром и вечером, чтобы энергетический баланс, по минимуму, позволял работать холодильнику сколь угодно долго. Поскольку потребление холодильника — порядка 100-200 Вт, и работает он с перерывами, такая нагрузка описанному варианту вполне по силам — разумеется, при наличии буферных аккумуляторов.

В реальных условиях, когда солнце все же светит, а люди в доме живут, энергии должно хватать и на то, чтобы пользоваться бытовыми приборами, подкачивать воду и т. д. даже при длительном отсутствии внешнего электроснабжения. Без излишеств, но и без специального режима экономии. Во всяком случае, я так рассчитывал, и сейчас уже могу подтвердить, что расчет оправдался.

Солнечный контроллер

Стандартное напряжение солнечных панелей и напряжение, которое необходимо поддерживать для заряда аккумуляторов, не совпадает. Вернее, напряжение на выходе солнечной панели меняется от нуля до максимального в зависимости от освещенности, и без промежуточного преобразования тут не обойтись.

В самом простом случае нужен контроллер, который бы отключал аккумуляторы, когда их заряд достиг максимального, и подключал обратно, когда, во-первых, требуется подзарядка, и, во-вторых, выходное напряжение массива солнечных батарей соответствует требуемому для нормального заряда. Но это очень неэффективный метод.

Поэтому в современных недорогих контроллерах используется ШИМ-модуляция, которая позволяет получить приемлемое напряжение и ток для заряда в большем входном диапазоне. Недостаток тут в том, что все равно надо хотя бы примерно совместить выходное напряжение массива солнечных панелей с напряжением массива аккумуляторов.

Наконец, самый универсальный и эффективный метод предлагают MPPT-контроллеры, которые способны преобразовывать напряжение в гораздо большем диапазоне и во время работы отслеживают точку максимальной мощности, а соответственно, позволяют снять максимум энергии и обеспечивать зарядку ранним утром и до сумерек. В моем случае вариант с таким контроллером был единственно адекватным, поскольку три солнечные батареи, как их ни соединяй, давали нестандартное напряжение. Ну а с таким контроллером — можно соединять последовательно, что и удобнее (меньше проводов), и меньше потери при передаче, поскольку та же мощность передается при максимальном напряжении и, значит, меньшем токе. А это тоже важно, если дом высокий, и от солнечных батарей до остальной электроники и аккумуляторов будет метров десять кабеля, а то и больше.

Пожалуй, самые известные и популярные MPPT-контроллеры — производства MorningStar. Выбранная модель TriStar-MPPT-45 рассчитана на зарядный ток 45 А, что безусловно избыточно (но маломощных MPPT-контроллеров практически не найти, и к тому же требования NEC подразумевают запас в 25% по току, то есть реально допустимый ток получается не выше 36 А, и, грубо говоря, заряжать таким контроллером можно батарею аккумуляторов в пределах 360 А·ч). Напряжение батареи аккумуляторов можно произвольно выбирать из ряда: 12, 24, 48 и 36 В. И наконец, входное напряжение от солнечных панелей должно быть в пределах 150 В. Разумеется, при таких характеристиках сопряжение не составляет ни малейшей проблемы.

Инвертер + зарядное устройство

Соединив батареи с аккумуляторами, логично подумать и о второй половине цепи, то есть нам необходима возможность питать от аккумуляторов внешнюю сеть, а также заряжать их от этой самой сети.

В самом общем случае нужен инвертер, зарядное устройство и реле, которое бы переключало нагрузку при исчезновении входного напряжения. К счастью, есть модели инвертеров, где все эти функции объединены, что важно, если мы хотим добиться полностью автономной и необслуживаемой работы — поскольку отдельные инвертеры зачастую требуют перезапуска вручную после того, как они исчерпали ресурс батареи и отключились, и т. д.

Собственно, на алгоритм работы надо обращать внимание и при выборе универсального устройства. Важно, чтобы оно автоматически начинало заряд аккумуляторов после появления напряжения в сети. Также важно, чтобы напряжение отключения нагрузки для инвертера было выставлено выше напряжения отключения солнечного контроллера. В таком случае аккумуляторы начнут заряжаться сразу: либо как «дадут ток», либо когда наступит утро. Даже если под вечер аккумуляторы сядут.

Поскольку качественные модели инвертеров обычно имеют 2-3-кратный запас по пусковому току, и это не аварийный, а именно штатный режим работы, вполне корректно выбрать номинальную мощность в соответствии с реальным максимумом, который вам может потребоваться. Для этого обычно достаточно сложить мощность скважинного насоса в установившемся режиме работы и мощность компрессора холодильника и добавить 20-30% запаса на «лампочки» и прочую бытовую мелочевку, которую вы соберетесь подключить к резервной линии.

Да, разумеется, предполагается, что резервная линия прокладывается отдельным кабелем, и розетки имеет смысл обозначить так, чтобы в них не оказался случайно включенным какой-нибудь утюг. Вообще, «поработать» над тем, чтобы одновременная нагрузка была как можно меньше, имеет смысл в первую очередь ради ресурса аккумуляторов. Как известно, если разрядный ток превышает оптимальный для аккумулятора, его реальная емкость может оказаться существенно меньше заявленной. А это не в наших интересах.

В моем случае получилось 700+200 В·А «надо точно». А с учетом того, что насос со временем может потребоваться и помощнее, для резервной линии было оптимально выбрать модель мощностью в пределах 1500 В·А.

После очень непродолжительного раздумья я выбрал Outback GFX1424E. Эта модель безусловно дороговата для своей мощности в 1400 В·А. Но, как я уже отметил, гоняться за мощностью в случае с инвертерами для домашней резервной линии бессмысленно. Вряд ли кто будет ставить соответствующую батарею аккумуляторов, чтобы реально иметь возможность нагрузить их 2-3 киловаттами нагрузки. Гораздо интереснее в данном случае заплатить за дополнительные функции и, конечно же, качество.

Произведен в США. Так сложилось, что как синоним надежности техники чаще всего употребляется фраза «немецкое качество». Между тем, американская продукция зачастую еще и покрепче и служит подольше, поскольку технологический уровень страны, как минимум, не уступает, но при этом нет такой жесткой экономии на материалах, как в Европе.

Надо добавить, что даже сблокированные с зарядным устройством инвертеры далеко не все имеют функцию экспорта. А если собирать систему из отдельных компонентов, придется докупать еще дополнительный контроллер и, возможно, повозиться с программированием и настройкой. Тут уже смысл в такой обвязке есть лишь при условии, что вы собрали достаточно серьезную альтернативную электростанцию.

В данном случае я тоже не совсем был уверен, что всё получится автоматически. Всё же солнечный контроллер взят другого производителя, и оба устройства предусматривают программирование (к инвертеру прилагается отдельная панелька, а солнечный контроллер подключается через COM-порт). И как раз есть возможность выбора пороговых напряжений для заряда аккумуляторов и режима экспорта.

Однако поскольку сборка всей системы затянулась за полночь, я отложил настройку и программирование до утра. А утром обнаружилось, что заряд аккумуляторов уже закончился, и поскольку в доме ничего серьезного в этот момент включено не было, счетчик действительно крутился в обратную сторону. Всё заработало как следует.

Про замеры, какие удалось сделать, я еще расскажу в конце; добавлю только, что возможность экспорта протестирована при использовании электромеханического счетчика, который легко отличить по вращающемуся диску. Электронные могут этот момент не отрабатывать как следует, то есть ток вы отдавать будете, но исключительно в благотворительных целях. А пока осталось несколько слов сказать о выборе аккумуляторов.

Аккумуляторы

Для построения домашних систем автономного энергоснабжения, как правило, используются свинцово-кислотные аккумуляторы закрытого типа. Так называемые VRLA — Valve Regulated Lead-Acid, то есть с клапанным регулированием выделяемых газов. Существуют два типа таких аккумуляторов: AGM (Absorbed Glass Mat), в которых электролит между пластинами находится в стеклопластиковых капсулах, и гелевые. В последнем случае в электролит добавляются загустители, и при производстве аккумулятора этот электролит намазывается на пластины.

И если в компактных источниках бесперебойного питания чаще используются гелевые аккумуляторы, то для систем большой емкости в настоящее время самыми популярными являются AGM-модели, которые и были выбраны.

Поскольку бюджет был отнюдь не резиновый, были взяты два аккумулятора бюджетного производителя Leoch DJM12-200 емкостью 200 А·ч каждый.

Такой большой запас необходим для того, чтобы кратковременная нагрузка высокой мощности (насос) создавала, тем не менее, ток в пределах благоприятного режима для аккумуляторов. Как мы видим на диаграмме, для того чтобы время резервирования действительно составляло часы, а не минуты, желательно, чтобы ток в низковольтной цепи не превышал 0,2C (то есть пятую часть емкости). Аккумуляторы были соединены последовательно, поскольку инвертер был выбран с поддержкой 24-вольтовой цепи, и это также благоприятно для снижения потерь в соединениях.

Соединяем в систему

Здесь все достаточно тривиально: общее правило — минимизировать длину низковольтных цепей. Поэтому инвертер, солнечный контроллер и аккумуляторы лучше разместить на одной стойке либо просто рядом.

В моем случае получилось вот так. Провода от солнечных батарей, соединенных последовательно, подключены к солнечному контроллеру (провода имеет смысл взять потолще — от 6 мм², а лучше 10, если дом высокий, а электронику вы собираетесь поместить в подвале). Выход солнечного контроллера, как и выход инвертера, подключены к аккумуляторам, соединенным, в свою очередь, последовательно. В цепь аккумуляторов также необходимо поставить специальный автомат постоянного тока для защиты инвертера и для удобства отключения системы, если это потребуется.

В качестве шин для положительного и отрицательного полюса оказалось удобнее всего использовать выходы инвертера. Сюда же можно подцепить и ветрогенератор и все остальные источники энергии, если увлечение альтернативной энергетикой перейдет в хроническую стадию болезни. Как уже отмечалось, балласт не потребуется и аккумуляторы не перезарядятся — инвертер просто будет отдавать избыточную электроэнергию во внешнюю сеть.

Несколько тестов

В первую очередь надо отметить, что поставленная цель — не замечать кратковременные отключения (на несколько часов) и не особенно менять свои планы на день из-за упомянутой ночной грозы — достигнута полностью. Было и длительное отключение (в пределах недели), когда мы были в отъезде, и раньше бы, несомненно, по возвращении обнаружили разморозившийся холодильник, в морозилке которого всякий уважающий себя дачник хранит часть собираемого урожая. И если бы в цепи не было солнечных батарей, то, разумеется, такой результат не мог бы быть достигнут.

Итого 4,5 кВт. Поскольку в доме в это время работали только холодильник, ноутбук и освещение (энергосберегающими лампами, вечером), а также в пределах 30-40 минут в день работал скважинный насос, общее потребление составило 7,2 кВт. То есть, действительно, почти половину расхода, даже с учетом не самых благоприятных погодных условий, солнечные батареи скомпенсировали.

Хотя, подчеркну, это «побочный эффект», цели сэкономить на электричестве в данном случае не ставилось. Что касается именно вопросов экономии, то если присматриваться к альтернативной энергетике с этой точки зрения, в первую очередь имеет смысл перевести самую затратную статью — нагрев воды — с электричества на некий прямой источник тепла. То есть если уж говорить об экономии и привязывать ее к использованию энергии солнца, лучше начать с простого солнечного коллектора. И если опыт вам понравится, тогда наверняка захочется попробовать еще какой-нибудь источник альтернативной энергии. Поскольку занятие это заразное и увлекательное.

Дополнение (к обсуждению на форуме)

В первую очередь, надо добавить, что никакой опасности «для электриков» устройство в режиме экспорта мощности не представляет. Как нетрудно догадаться, выдача мощности в сеть прекращается при отсутствии внешнего напряжения (а вернее даже — после его снижения относительно запрограммированного пользователем минимального порога). В таком случае инвертер переходит в режим автономной работы и под напряжением остается только резервная линия, и соответственно, только то оборудование, которое вы к ней подключите. За год эксплуатации было довольно много отключений, и к корректности отработки этого состояния, к инвертору претензий нет.

Сами батареи не более нуждаются в обслуживании, чем обычные оконные стекла. Иными словами, если у вас мансардное окно явно своим видом указывает на необходимость мойки, не забудьте протереть и панели. В случае экологически чистого расположения вдали от трасс, по опыту, уборка требуется не чаще раза в год. В конце весны после цветения деревьев. Но в этом году, например, из-за обильных осадков, даже окна мыть не пришлось. Все же, в отличие от вертикальных стекол, наклонные хорошо очищаются дождем. Зимуют батареи у большинства пользователей, которых мне удалось опросить через одну из компаний установщиков таких систем, под снегом, проблем также нет. Хотя, разумеется, если вы планируете снимать напряжение и зимой, то размещать батареи лучше под большим углом или на каком-то поворотном кронштейне, чтобы снег не задерживался.

При выборе инвертора настоятельно рекомендую смотреть спецификации по стартовым токам, они у хороших моделей в несколько раз превосходят штатную мощность. Соответственно, не стоит доверять «ощущениям» или советам тех, кто хочет вам продать оборудование «с запасом». Запас необходим, но рассчитывать его необходимо не по «ощущениям», а по измерениям.

Кстати, буквально на днях сильная гроза опять «удивила» незадачливых подмосковных энергетиков падением сосен. И электричества не было примерно сутки. И как всегда на следующее утро ярко светило солнце, выполняя свою полезную работу.

Солнечная электростанция своими руками

Стоимость солнечных панелей ежедневно снижается. Приобретение или самостоятельная сборка и установка автономных солнечных систем стали доступными для простых потребителей. Мы решили создать это руководство, чтобы потребители разобрались с нужными компонентами, и смогли собрать солнечную электростанцию для дома своими руками.

Для самостоятельного проектирования автономной системы нужны знания основ электротехники и определенные познания в математике. Для сборки самой простой солнечной электростанции потребуется 4 компонента:

1. Солнечная батарея (PV панель);
2. Контроллер заряда;
3. Инвертор;
4. Аккумулятор.

Кроме вышеуказанных компонентов, потребуется медный кабель, коннекторы, устройства защиты и кое-какая мелочевка. Дальше мы пошагово объясним, как можно выбрать компоненты именно под ваши потребности.

Шаг 1: Расчет нагрузки

Прежде, чем выбрать компоненты, необходимо рассчитать нагрузку приборов, которые будут подключаться к вашей солнечной электростанции и сколько времени они будут работать. Для этого нужно сделать следующее:

1. Определите, какую технику (освещение, вентилятор, телевизор, насос и т.д.) вы будете подключать, и сколько времени (часов) она будет работать;
2. Ознакомьтесь со спецификациями ваших приборов для определения их мощности;
3. Рассчитайте величину потребляемого электричества в Ватт-часах (Вт*ч), которая равна произведению номинальной мощности ваших приборов (Вт) на время работы (ч).

Например Вы хотите включить какой-то прибор мощностью 10 ватт на 5 часов от солнечной панели. Количество потребленной электроэнергии будет: 10Вт х 5ч = 50Вт*ч. Таким же образом необходимо рассчитать общую величину потребляемой энергии, а именно рассчитать для каждого прибора и сложить полученные величины.

Пример: настольная лампа = 10Вт х 5ч = 50 Вт*ч + вентилятор = 50Вт х 2ч = 100Вт*ч, телевизор = 50Вт х 2ч = 100 Вт*ч, всего = 50 + 100 + 100 = 250 Вт*ч.

Когда закончите расчет нагрузки, пора приступать к выбору компонентов в соответствии с вашим требованием нагрузки.

Шаг 2: Выбор аккумуляторов

Все солнечные панели являются источниками постоянного тока. Электроэнергию они генерируют только днем. Если есть желание подключить нагрузку постоянного тока днем, то с этим нет никаких проблем, можно подключиться непосредственно от панелей. Но сделать это – не самое хорошее решение, потому что:

• Большинству приборов необходимо постоянное номинальное напряжение для эффективной работы. Передаваемое солнечными панелями напряжение и ток непостоянны. Они меняются в зависимости от интенсивности солнечного света, пасмурная погода – «не есть хорошо».
• Если вы хотите включить что-то ночью, то это что-то попросту не включится.

Указанная проблема решается использованием аккумуляторов, для накопления энергии в дневное время, и использования её в ночное. Существует много видов аккумуляторов. Аккумуляторы «открытого типа» с жидким электролитом, к которым относятся автомобильные аккумуляторы — предназначены для выдачи высокого тока в течение небольшого промежутка времени. Они не предназначены для глубокого разряда, у них задачи другие. Аккумуляторы для солнечных батарей являются аккумуляторами глубокого цикла, они легко переносят частичные разряды и предназначены для глубокого медленного разряда. Для солнечных электростанций хорошо подходят гелевые и литиевые аккумуляторные батареи (о том какие аккумуляторы лучше для солнечных электростанций мы писали тут).

Примечание: Перед тем как выбирать компоненты, определите, какую систему по напряжению вы хотите иметь: 12/24 или 48В. Чем выше напряжение, тем меньший ток будет в медных проводниках и тем меньше будут потери. Кроме того, чем выше рабочее напряжение, тем меньше потребуется сечение проводников. Чаще всего в качестве домашней электростанции используют системы с рабочим напряжением 12В или 24В. Это связано с тем, что часть домашних приборов можно питать напрямую от вашей электростанции, без двойного преобразования напряжения (вверх-вниз), которое приводит к потере мощности. В этом проекте рассмотрим систему 12В.

• Емкость аккумулятора рассчитывается в ампер-часах (Aч).
• Мощность (Вт)= Напряжение (В) х Ток (А). • Вт*час = Напряжение (В) х Ток (А) х Время (ч) = Вт*ч.
• Напряжение батареи = 12В (для нашей системы).

Емкость аккумулятора (Ач) = Мощность нагрузки (Вт)*Время работы (ч)/напряжение(В) = 250/12 = 20,83Ач.

Нужно понимать, что КПД аккумуляторов не может быть 100%, чаще всего КПД равен 80%. Учитывая это, имеем емкость аккумулятора (Ач) = 20,83/0,8 = 26Ач. Поскольку мы используем преобразователь напряжения, который имеет свой КПД, обычно его также принимают равным 80%, добавим его: 26/0,8 = 32,5Ач. Но и это еще не все — даже не смотря на использование аккумуляторов глубокого цикла, для продолжительного срока службы, их не рекомендуется разряжать до полной разрядки, и по-хорошему нужно оставлять хотя бы 30% заряда — чем больше оставим, тем дольше он прослужит, получается: 32,5*1,3 = 42,25Ач Округляем вверх, для того что бы получить целое число и выбираем аккумуляторы глубокого разряда емкостью от 45 ампер-часов (Ач).

Шаг 3: Выбор панелей

О том как правильно выбирать солнечных батарей в блоге магазина MyWatt есть отдельная статья, поэтому останавливаться на этом долго не будем. Рассматривать будем только монокристаллические или поликристаллические, а аморфные и прочие тонкопленочные панели рассматривать не будем, в виду их быстрой деградации – потери мощности.

Основные отличия моно и поли:

Монокристаллические панели дороже и эффективнее, чем поликристаллические панели. Но в целом эффективность отличается незначительно, она зависит не только от типа ячейки, но и от качества самих ячеек и добросовестности производителя.

Характеристики солнечных панелей, как правило, приводятся к стандартным условиям испытаний (STC):

• освещенность = 1 кВт/м2;
• воздушная масса (AM) – 1,5;
• температура – 25°C.

Как самостоятельно рассчитать мощность солнечных батарей?

Мощность солнечных батарей должна выбираться таким образом, чтобы потребляемая мощность нашими электроприборами, была восполнена обратно. Иными словами – сколько взяли, столько и нужно отдать + потери на преобразование, а также собственное потребления инвертора с контроллером заряда.

В связи с тем, что солнечный свет в течение дня поступает непостоянно и с разной интенсивностью, нельзя знать сколько выработает та или иная панель сегодня, но исходя их статистических данных это можно предположить достаточно точно.

Например, для средней полосы России в летнее время хорошим показателем считается если каждый 1 Ватт солнечной батареи выработал 6Вт*ч за световой день, но если рассматривать пасмурный, дождливый день этот показатель может быть в несколько раз меньше, поэтому при расчетах учтем этот факт и вместо 6Вт*ч, подставим 3Вт*ч.

Итак, наше потребление в Ватт-часах, с учетом КПД составило 32,5Ач * 12В = 390Вт*ч, разделим на 3Вт*ч и получим мощность солнечной батареи 130Вт, если у Вас получается не целое число – округляйте вверх.

Зимой и в весенне — осенний период запас по мощности требуется делать значительно больше, поскольку световой день короче — солнце находится над горизонтом меньше времени.

Шаг 4: Выбор контроллера заряда для солнечных батарей

Контроллер представляет собой устройство, которое помещается между солнечной панелью и аккумулятором. Он регулирует напряжение и ток, приходящий от солнечных панелей для поддержания надлежащего качества зарядки аккумуляторных батарей.

Чаще всего используют 12-вольтовые аккумуляторы, однако солнечные панели могут вырабатывать гораздо большее напряжение, чем требуется для зарядки аккумуляторов. Контроллер заряда фактически преобразует лишнее напряжение в ток, тем самым уменьшая время, необходимое для полной зарядки аккумуляторных батарей. Это позволяет солнечным батареям быть достаточно эффективными в любой момент дня.

Типы контроллеров заряда:

1. Вкл./Выкл. (ON/OFF);
2. ШИМ — широтно — импульсная модуляция (PWM — pulse-width modulation);
3. ТММ — слежение за точкой максимальной мощности (MPPT — Maximum power point tracker).

Рекомендуем Вам отказаться от контроллера заряда Вкл./Выкл. (ON/OFF), так как это наименее эффективный контроллер. ТММ (MPPT) контроллеры имеют самую высокую эффективность, но цена на них выше. Таким образом, мы рекомендуем Вам использовать либо ШИМ (PWM), либо ТММ (MPPT) контроллеры, в зависимости от того, какими финансами вы оперируете.

• Так как наша система рассчитана на 12В, контроллер заряда также должен поддерживать 12В;
• Контроллер заряда выбирается по мощности солнечных батарей, для каждого контроллера в паспорте указывается максимальная мощность, которую к нему можно подключить. Для данной системы 12В на 130Вт прекрасно подойдет контроллер на 10А;
• Если Вы хотите получать максимум энергии — выбирайте MPPT контроллер заряда, а если Вы хотите снизить стоимость системы, выбирайте ШИМ (PWM) контроллер заряда, но желательно проверенного производителя.

Шаг 5: Выбор инвертора

Солнечные батареи получают солнечные лучи и конвертируют их в электричество, они являются источниками постоянного тока (DC), также как аккумуляторная батарея, а нам для подключения розеток требуется переменный ток с напряжением 220В. Постоянный ток (DC) преобразуется в переменный ток (AC) через устройство под названием инвертор.

Виды волн переменного тока на выходе инвертора:

1. Прямоугольная волна – меандр;
2. Модифицированная синусоида;
3. Чистая синусоида.

Инвертор прямоугольной волны дешевле всех, но подходит не для всех приборов. Инвертор модифицированной синусоиды тоже не предназначен для обеспечения электричеством приборов с электромагнитными или ёмкостными компонентами, типа: микроволновых печей; холодильников; различных типов электродвигателей. Инверторы с модифицированной синусоидой работают с меньшей эффективностью, чем инверторы с чистой синусоидой.

• Мощность инвертора должна быть равной или больше, чем мощность всех приборов нагрузки, включенных одновременно;
• Если есть приборы с пусковыми токами (электродвигатели), нельзя чтобы она превышала максимальную мощность инвертора с учетом других электропотребителей;
• Предположим, что у нас будет: телевизор (50Вт) + вентилятор (50Вт) + настольная лампа (10Вт) = 110Вт;
• Чтобы иметь запас по мощности, выбираем инвертор от 150Вт. Так как наша система 12В, мы должны выбрать инвертор постоянного тока 12В в 220В/50Гц переменного тока с чистой синусоидой.

Примечание: Такая техника как стиральная машина, холодильник, фен, пылесос и т.д. имеют начальную потребляемую мощность во много раз больше, чем их нормальная рабочая мощность. Как правило, это вызвано наличием электрических двигателей или конденсаторов в таких приборах. Это должно быть принято во внимание при выборе мощности преобразователя (инвертора).

Шаг 6: Монтаж солнечных модулей

После того как все рассчитано и куплены все комплектующие приходит время монтажа солнечной электростанции своими руками. Сначала выберите подходящее место на крыше, где нет никаких препятствий для солнечного света – никакой тени от деревьев и других построек.

Угол наклона солнечных батарей

Чтобы получить максимум от солнечной электростанции для дома или дачи, необходимо установить их в направлении, которое позволит захватить максимум солнечного света. Чем дольше панель будет находиться перпендикулярно солнцу, тем больше она выработает электроэнергии. Для средней полосы России оптимальный угол наклона 30° — 40° для лета и 70° — 80° для зимы.

С углом наклона разобрались, ориентация же панелей должна быть на юг, если нет такой возможности, то Юго-восток или юго-запад, но стоит понимать, что в таком случае выработки будет меньше. Существуют системы с изменяемым положением панелей (солнечный трекер), но его в этой статье рассматривать не будем в силу дороговизны реализации и наличием трущихся деталей.

Если у вас нет компаса, можете скачать приложение на свой смартфон и по нему определить, где у вас находится юг. Если нет возможности найти компас или установить приложение – запомните положение солнца в 12-00 часов – это и будет юг.

Стойку или крепеж для крыши солнечных батарей можно купить или смастерить своими руками хоть из дерева, хоть из металла. Главное, чтобы она была надежна, ведь панель имеет большую парусность, плюс нужно учесть расстояние между панелью и крышей – плотное прилегание недопустимо. Мы используем и рекомендуем Вам воспользоваться специальными крепежными элементами, именно для солнечных батарей.

На обратной стороне панели есть небольшая по размеру распаячная коробка, в ней находятся диоды Шоттки. Из распределительной коробки выводятся провода с уже установленными разъемами стандарта MC4. Всегда старайтесь использовать промаркированные провода, например красный и черный для подключения положительного и отрицательного разъемов. Если есть возможность подключить заземление, то используйте для этого желтый провод с зеленой полоской.

Шаг 7: Выбор последовательного или параллельного подключения

После расчета мощности аккумулятора и выбора солнечной панели вы должны подключить их. Во многих случаях довольно тяжело получить одной панелью или одним аккумулятором расчетные мощности, поэтому приходится объединять несколько панелей или объединять несколько аккумуляторов. Если у нас отдельно взятый аккумулятор или отдельно взятая панель соответствуют требованиям по напряжению, то соединяем их параллельно, через контроллер заряда, но бывают ситуации, когда нам понадобится последовательное соединение, например, для увеличения напряжения.

• Последовательное соединение. Для подключения любого устройства к цепи последовательно необходимо подключить положительный полюс одного к отрицательному полюсу другого устройства. В нашем случае такими устройствами будут панели солнечных батарей или аккумуляторы. При таком подключении напряжения всех устройств складываются. Пример: Имеем 4 аккумулятора 12В. Соединяем их последовательно и в результате получаем 12 + 12 + 12 + 12 = 48 вольт. При таком подключении напряжения складываются, а ток остается неизменным. Таким образом, если каждый аккумулятор имел емкость 100Ач, то при последовательном мы получим связку 48В и емкостью 100Ач, запас электроэнергии в таком банке аккумуляторов составит 48В * 100Ач = 4800 Вт*ч – именно на этот параметр нужно обращать внимание, поскольку аккумулятор 100Ач на 12В имеет запас электроэнергии в 1200 Вт*ч, хотя «емкость» у них якобы одинаковая. Если бы это были не аккумуляторы, а солнечные панели, к примеру, по 17В и 5А (мощность в таком случае: 17В * 5А = 85Вт), то серия последовательно соединенных панелей имела бы напряжение = 17+17+17+17=68В, ток 5А и мощность бы составила 68В * 5А = 340Вт.
• Параллельное подключение. При параллельном подключении необходимо подключить положительный полюс первого устройства к положительному полюсу следующего устройства и отрицательный полюс первого устройства к отрицательному полюсу следующего устройства. При параллельном подключении напряжение остается неизменным, а номинальный ток цепи является суммой токов каждого устройства в цепи. Пример: имеем два аккумулятора 12В, 100Aч соединенных параллельно, напряжение сети остается 12 вольт, но ток 100 + 100 = 200Aч. Аналогично, если 2 солнечные панели по 17В и 5А соединены параллельно, то имеем цепь с напряжением 17В и током 10А.

Шаг 8: Размещение оборудования

На этом моменте не будем долго задерживаться, тут нужно отталкиваться в от места установки. Главный момент — расположить оборудование недалеко друг от друга, чтобы использовать перемычки небольшой длины, для уменьшения потерь напряжения. Оборудование имеет активное или пассивное охлаждение и необходимо оставлять воздушный зазор согласно документации.

Шаг 9: Схема подключения солнечной электростанции

Сначала подсоединяем контроллер заряда. Обычно в нижней части контроллера заряда есть 3 пары контактов. Первый слева — подключение солнечной панели с отметками (+) и (-). Второй — выход для подключения аккумуляторов с отметками (+) и (-), и третий — выход для прямого подключения нагрузки постоянного тока, например, лампочки на 12В – инвертор туда подключать нельзя!

Нужно подсоединить контроллер заряда к аккумуляторам: черный (-) и красный (+). В этом случае контроллер сможет определить необходимое рабочее напряжение (12В, 24В или 48В), можно сразу настроить контролер заряда на нужный тип аккумулятора.

Примечание: Сначала подсоедините черный/отрицательный провод от батареи к отрицательному выводу контроллера, а затем подключите положительный провод. После подключения батареи к контроллеру вы увидите, как светится светодиод индикации уровня заряда.

Теперь нужно подключить панели к контроллеру. На тыльной стороне панели установлена распределительная коробка с 2 проводами (+) и (-) и коннекторами MC4, как правило, они небольшие по длине. Чтобы подсоединить панель к контроллеру заряда, необходимы провода со ответной частью разъемов MC4. После подключения солнечных панелей к контроллеру заряда загорится светодиодный индикатор, если солнечный свет присутствует.

Примечание: Если Вы не используете автомат защиты между солнечными батареями и контроллером заряда, всегда подключайте солнечную панель, когда на нее не попадают солнечные лучи, например вечером, если нет такой возможности, то обязательно укройте панель светонепроницаемой тканью, потому что ток от «работающей панели» может создать, опасную для здоровья, электродугу и повредить оборудование.

Затем устанавливаем инвертор на место и подключаем его к АКБ. В подключении инвертора, тоже ничего сложно нет, главное соблюдать полярность подключения.

Безопасность

Важно отметить, что мы имеем дело с постоянным током. Так положительный контакт панели (+) должен быть подключен к положительному контакту контроллера заряда (+) и отрицательный контакт панели (-) должен быть подключен к отрицательному контакту контроллера заряда (-). Если вы перепутаете контакты произойдет неполадка, которая может привести к пожару. Рекомендуется использовать провода разного цвета, красный (+) и черный (-). Если у вас нет возможности использовать провода разного цвета, то можно обернуть красной и черной изолентой провода рядом с клеммами.

Последними должны подключаться: нагрузка постоянного тока и инвертор.

Дополнительная защита

Хотя контроллер заряда и инвертор имеют встроенные предохранители для защиты, вы можете поставить выключатели и предохранители в следующих местах для обеспечения защиты:

• В разрыве между солнечной панелью и контроллером заряда;
• В разрыве между контроллером заряда и аккумуляторами;
• В разрыве между аккумуляторами и инвертором.

Измерение и регистрация данных

Если вы заинтересованы в том, чтобы знать, сколько энергии вырабатывается Вашей солнечной электростанцией, то стоит сделать выбор контроллера заряда, который способен регистрировать данные по выработке электроэнергии и другие показатели.

После подключения всего вышеописанного система готова к использованию.

Глубокие технические подробности компонентов мы сознательно затрагивать не стали. Дело в том, что принцип построения солнечных электростанций небольшой мощности, остается почти неизменным.

Источник https://habr.com/ru/post/460457/

Источник https://www.ixbt.com/power/ups/solar-system-outback-msmppt.shtml

Источник https://mywatt.ru/poleznaya-informaciya/solnechnaya-elektrostanciya-svoimi-rukami