Опыт эксплуатации cистемы бесперебойного питания с солнечными батареями в «дачных» условиях. Солнечные батареи индивидуального пользования

Наш опыт использования солнечных батарей

Решил обобщить свой пока небольшой опыт поселенческой жизни (Смоленская обл, поселение «Ведград») с использованием солнечных батарей – думаю, многим будет интересно.

Итак – на фото: используемая техника. Это 2 солнечных панели по 150 ватт каждая, контроллер (ниже) на 20 ампер PWC, аккумуляторные батареи, и еще обогреватель газовый для кучи – обо всем подробно ниже.

Батареи поликристаллические. Фирма – Exmork (оптимальная по соотношению цена-качество из того, что нарыли в интернете). Так как в процессе приобретения мы проштудировали некое кол-во информации, то чтобы вам было проще – сразу буду по ходу повествования объяснять, что к чему и почему так. Существует много мнений, и ведутся разные дискуссии по поводу, какие батареи «лучше» - моно или поликристалл. Выяснилось примерно следующее: в плане эффективности это, в общем, одно и то же – то есть если вы покупаете батарею «поли» или «моно» на 150 ватт, то она и будет на пике выдавать вам 150 ватт (даже немного больше), просто монокристалл немного (на какие-то проценты) эффективнее вырабатывает электричество на прямом солнечном свете. В результате площадь монокристаллических батарей той же мощности немного меньше, чем поликристаллических, вот и все.

Но – поликристалл немного дешевле, и еще поликристалл лучше работает в условиях недостаточной освещенности (то есть, когда на небе облака). Поэтому мы и решили взять поликристалл – все же, не в Сахаре живем. Да и экономия присутствует.

Дальше – в комплекте к батареям мы приобрели контроллер и провода. Сразу поясню общий принцип – батареи подсоединены к контроллеру, задача которого – питать аккумулятор, выдавая на него ток и отключая подачу, когда батарея заряжена – чтобы не привести к ее перезаряду и выходу из строя. А дальше – к батарее подсоединен инвертор (см. фото) – в нашем случае это инвертор на 500 ватт – преобразующий ток от батареи (12 вольт) в обычные и привычные нам 220 вольт, что дальше по проводу сечением 2,5 мм. идет в дом, где просто подключаем все наши приборы через обычные розетки.

Почему я указал сечение провода? Потому что чем больше сечение, тем меньше сопротивление, и в итоге – меньше потери. Вообще, рассчитать сопротивление сети в зависимости от длины и сечения провода, а также напряжения сети, можно в Интернете. Для наших нужд (и в большинстве случаев) основной гибкий медный многожильный кабель 2,5 мм – оптимальный вариант.

Сразу отмечу – про сеть 12 вольт. Делал такую попытку. И столкнулся с тем, что в результате теряется достаточно значительная мощность. Если для питания светильника или светодиодной ленты это не так критично, то для питания других приборов (ноутбука, например, через адаптер 12 вольт – 19 вольт), это уже критично – он просто-напросто не работает, так как мощность на выходе в доме недостаточная. В результате у меня сеть 12 вольт используется только в непосредственной близости от аккумуляторной батареи – это светодиодная лента в прихожей и внешний светодиодный прожектор на улицу. Эти два товарища подключены сразу к выходу 12 вольт из контроллера – не через инвертор. Длинный провод на 12 вольт вести невыгодно – вы много мощности потеряете по дороге.

Несколько слов про контроллер. Контроллер взяли один из самых дешевых. Нужно брать контроллер, исходя из выдаваемой батареями максимальной мощности и оставлять еще запас. Максимальная сила тока наших батарей – около 18 ампер, поэтому контроллер у нас стоит на 20 ампер. Тип контроллера – PWM, или ШИМ по-русски (с «широтно-импульсной модуляцией»). Не буду углубляться в термины – вы можете узнать это в Интернете, скажу только, что по своим типам контроллеры, в основном, бывают либо этого типа, либо MPPT – последние подороже, и основное их отличие в том, что они «добавляют» мощность в процессе преобразования тока от батарей на аккумулятор при определенных условиях, преобразуя «лишнее» напряжение в силу тока. Но в большинстве случаев этот эффект не столь значителен. Поэтому мы остановились пока на этом контроллере.

Батареи. Вот это – одна из основных составляющих солнечной системы. Чем больше емкость ваших батарей, тем больше энергии от солнца вы можете запасать – используя ее в пасмурные дни и по вечерам. В начале я мучился исключительно с обычными автомобильными батареями. И получив в этом определенный опыт, сразу могу сказать – не советую. Лучше вместо 2-3 стартерных покупайте сразу 1 гелевую. Отличие – по многим пунктам. Стоит здесь понять сразу основное: стартерные автомобильные батареи не предназначены для резервного электроснабжения, и указанная на них емкость – вовсе не адекватна запасенной для этих нужд энергии. В лучшем случае вы получите примерно 10% от емкости. Причем, их емкость сильно падает при уменьшении температуры воздуха, и если батарея не стоит в теплом доме, то на морозе при -10 ее емкость (и без того небольшая) уменьшается почти вполовину. А если вы оставляете такую батарею разряженной, да еще на морозе – она очень быстро выходит из строя.

Гелевый аккумулятор не имеет этих недостатков. Он может полностью отдать всю запасенную энергию, он не боится холодов, он не боится глубоких разрядов, он служит намного дольше. Собственно, он и предназначен для того, чтобы постоянно заряжаться и медленно разряжаться, в циклическом режиме.

В результате за несколько зимних месяцев я выбросил 2 испорченных обычных батареи – причем одна из них была «глубокого разряда» - и купил 1 гелевую. Еще одна обычная у меня сейчас «на подхвате». В идеале, конечно, иметь несколько гелевых батарей.

И еще одно полезное техническое новшество – оно есть на фото. Это выносной внешний аккумулятор для питания ноутбуков (в нашем случае - PITATEL NPS-153). Для тех, чья работа связана с использованием ноута – очень полезная вещь. В нашем случае эта «приблуда» запасает 153 ватта мощности – этого хватает на 2 зарядки ноутбука с нуля, или 8 часов непрерывной работы при подключенной данной приблуде (наш ноут разряжается за 3 ч). Весит такая штучка всего 1,5 кг. Заряжается сама 4 часа. Мы используем ее в пасмурные дни.

В заключение – что дает нам эта система. Очень популярный вопрос. «И на что вам ее хватает?»

Сразу этот вопрос не ответишь – все зависит от сезона и от погоды. В солнечный день (в том числе зимой в декабре) – батареи выдают полную мощность, и ее хватает на все: то есть 2 ноута + зарядки + освещение. В облачный день зимой – только на освещение. Начиная с марта, даже в облачный день мощности хватает еще как минимум на 1 ноутбук. Но облачные дни бывают разные. Иногда приходится подзаряжаться от сети в нашей общей электрической будке. Сейчас я уже на глазок, в зависимости от погоды, могу определять, какую мощность выдают панели (постоянно сверяясь с мультиметром). Если в облачную серую погоду зимой система выдавала около 1 ампера днем (то есть всего около 12 ватт), то сейчас, в середине марта – 2-3 ампер в среднем (то есть около 25-40 ватт). Когда начинает проглядывать через облака солнце, мощность увеличивается до 60-80 ватт, что уже вполне достаточно для ноутбука, а если солнце периодически просвечивает сквозь облака, и тем более в ясную погоду – то тут уже заряжай что хочешь (в моем случае – до 300 ватт, конечно).

Для увеличения отдачи от батарей, особенно в облачные дни, я сделал двойную раму – которую можно наклонять вверх (примерно на 30 градусов, как на фото), а также раскрывать вбок – чтобы ловить солнце на закате. Ориентация (наклон) вверх, как у меня, сразу добавила около 15% мощности. Ориентирована вся конструкция на юг.

Кратенький ликбез по мощности электроприборов (мощность потребления всегда указывается в час):

- светодиодная лампа (как на фото – светит ярко, кстати) – 5 ватт

- светильник на стену, тоже светодиодный – 6 ватт (светит как обычная лампа 60 ватт)

- ноутбук в среднем потребляет от 20 до 50 ватт, на максимуме – 90 ватт (но это если вы фильм смотрите и еще программы всякие запущены)

Электрочайники мы, разумеется, не используем – их мощность – от 1 кВт.

Также на фото – наш газовый обогреватель. Очень помог зимой (печки пока нет). Работает тихо, стабильно, греет отлично, расход газа – примерно 1 баллон на неделю, если использовать 24 часа в сутки. Запаха газа не дает вообще, кстати. При этом у нас постоянно приоткрыта форточка.

Как итог: жить в чистом поле без электричества – вполне можно, и даже зимой. Это не так сложно и не столь затратно, как часто пишут на форумах. Дерзайте!

Смоленская обл, эко-поселение Ведград

Россия

poselenia.ru

Солнечные батареи для дома – экологичный, выгодный источник электроэнергии. Виды модулей, расчёт ценовой выгоды, этапы создания солнечных батарей своими руками

Большинство собственников частных домов желают соорудить энергосистему своего жилища, отличающуюся большей экономичностью, эффективностью и экологичностью. Это вынуждает их заниматься поиском и разработкой новых источников, в первую очередь, электрической энергии.

Одним из современных, креативных модернизирующих решений является сборка и грамотный монтаж специальных солнечных батарей, приспособленных трансформировать энергию солнечного излучения в нужный нам электрический ток.

Сегодня технологии представляют великолепную альтернативу дорогостоящему, промышленному оборудованию – энергопреобразующая солнечная батарея, собранная своими руками. Если грамотно выполнить её монтаж и правильно установить, то она позволит реально экономить каждый месяц финансы семейного бюджета.

Рассмотрим подробнее, как можно соорудить такое устройство, обозначим важные нюансы и расскажем, как обойти возможные подводные камни.

Разработка проектной программы для индивидуальной солнечной электростанции

Выполнение проектирования необходимо для лучшей оптимизации расположения панельных преобразователей на поверхности домашней крыши.

Важно! Чем большее количество прямых солнечных лучей попадёт на рабочую поверхность батарейных модулей, тем больше электрической энергии они смогут производить. На эффективность работы оказывает непосредственное влияние и интенсивность поглощаемого излучения!

Устанавливать преобразующие панели лучше на южной стороне кровли. Оптимальной будет такая ориентация, при которой солнечное излучение будет падать, большую часть дня, на поверхность батареи под прямым (90 град) углом. Поэтому, непосредственно перед установкой системы, необходимо тщательно проанализировать наилучшее положение модулей, при котором их КПД будет максимальным.

Особенности различных видов преобразовательных модульных систем для солнечных батарей

Основное отличие самостоятельно изготовленной солнечной батареи, от заводского аналога состоит в наличие у последнего специальных концентраторов и автоматических датчики движения. Хотя, ничто не мешает самому изготовить ручной механизм управления углом наклона рабочих модулей батареи. Это позволит ориентировать батареи практически вертикально зимой, когда над горизонтом солнце стоит очень низко, и опускать блоки летом, во время наибольшего солнцестояния. Помимо этого, такое зимнее расположение выполняет защитную функцию – не допускается скапливание наледи и снега на панелях. Любые загрязнения и накопления осадков значительно снижают эффективность функционирования преобразователей, уменьшая их эксплуатационный период.

Рекомендация! Можно усовершенствовать энергетическую продуктивность модульной конструкции путём создания специального механизма управления. Такое решение позволит качественно изменять угловой наклон рабочих светопреобразующих элементов батареи в соответствии с суточным положением солнца или сезонным временем года!

Вполне возможно, что непосредственно перед размещением батарей потребуется дополнительное укрепление крыши. Для обычной конструкции будет сложно удерживать довольно массивный комплект из нескольких панелей. При этом необходимо в расчётное значение тяжести от батарей внести массу максимально возможного для региона снежного пласта.

Справка! Вес системы солнечной батареи напрямую обусловлен материалами, из которых изготовлена конструкция. Например, стальная основа (при одинаковом качестве сборки) будет намного тяжелее дюралюминиевого аналога, хотя цена и сложность монтажа примерно одинакова!

Что касается количественно-качественного вопроса, то здесь, размер и количество солнечных панелей рассчитывается исходя из желаемой мощности установки. К примеру, квадратный метр преобразующего модуля способен продуцировать около 122 Вт электроэнергии. Её хватит для работы 1 мощной или двух 60 Вт лампочек. Приблизительно 1 кВт энергии (это 10 кв. м. панелей) позволит нормально функционировать компьютеру, телевизору и нескольким осветительным приборам.

Если подсчитать, то батарея с полезной площадью 22 кв. м. вполне может обеспечить электроэнергией среднестатистическую семью из 3 человек. Именно на такие размеры необходимо рассчитывать для энергообеспечения частного домовладения, в котором будет проживать обычная семья.

Пояснение! Собственноручное изготовление солнечно-энергетической батареи не ограничено только первоначальной сборкой. По мере необходимости активные элементы можно приумножать (добавлять модули), поднимая тем самым производительность и КПД полезной установки!

Виды модулей для собственноручной сборки системы

Изначальное и наиболее ведущее предназначение солнечной панели состоит в улавливании энергии солнечных лучей и генерации из неё электрический ток. Созданная электроэнергия являет собой направленный поток несвязанных (свободных) электронов, освобождённых световыми волнами, обладающими импульсной энергией.

Оптимальным вариантом для собственноручной сборки батарей являются поли- и монокристаллические преобразователи. Существуют другие, аморфные аналоги, однако, их применение нецелесообразно, поскольку происходит потеря (на 24–43%) мощности после двух–трёх лет эксплуатации таких панелей.

Классические поли(моно-)кристаллические преобразовательные элементы обладают размерами 15,0х7,5 см и характеризуются очень хрупкой структурой. По этой причине, осуществлять всякие манипуляции с такими батареями нужно предельно аккуратно и бережно.

Достоинста и недостатки пластин

Все разновидности кремниевых пластин отличаются определёнными достоинствами и недостатками:

1. Поликристаллические пластины имеют достаточно низкое КПД, равное максимум 9,8%. Они сохраняют мощностные показатели в условиях сильной облачности, но служат не более 12,5 лет.

2. Полезность монокристаллических панелей достигает 14,1%. У этого варианта резко падает КПД при снижении уровня прямой инсоляции, но работать они способны около 25,6 лет.

3. Модули из аморфного (расплывчатого) кремния – производительность всего 5,2–8,1%. Кроме того, КПД прогрессивно снижается со временем и через 5,5–6,2 года работа аморфного светопреобразователя полностью прекращается.

Если обобщать информацию раздела, можно резюмировать, что выгоднее приобретать готовую, собранную солнечную панель, разумеется, при наличии достаточных средств. При бюджетном варианте, где все детали покупаются по отдельности, придётся потратить время на пайку, вникание в особенности схемы и надёжную сборку всех частей в единый комплекс.

Варианты фотоэлектрических систем для загородного дома

Использование солнечных батарей в качестве альтернативных источников бесплатной электроэнергии подразумевает создание в доме одного из трёх вариантов фотоэлектрических систем:

— автономная – как правило, состоит из аккумуляторного накопителя, топливного генератора и солнечных батарей;

— безаккумуляторная – использует ночью центральное или генераторное электропитание, а днём – от солнечных батарей;

— гибридная – использует аккумуляторную, центральную и генераторную подачу электричества.

Когда дом имеет работающее подключение к централизованной энергосети, наилучшим вариантом будет гибридная (смешанная) система. В ней дневное питание осуществляется от специальных батарей, преобразующих излучение от солнца в ток. Ночью, работают аккумуляторы, и домашняя энергосистема может, при необходимости, подключаться к центральной сети. В этом случае, центральная сеть является резервным источником. В качестве запасного источника энергии могут использоваться дизельные или бензиновые генераторы.

Дополнительные узлы в такой энергосистеме обязательно должны присутствовать:

— контроллер – будет предотвращать сбои и короткое замыкание во время чрезмерных нагрузок;

— инвертор – распределяет и подаёт ток к потребляющим устройствам;

— аккумулятор – накапливает излишки не потреблённой электроэнергии.

Выбирая конкретный, удачный вариант, следует учитывать активное, в плане энергопотребления, время суток:

1. Если пик потребления тока приходится на вечер (солнце уже ушло) – логично и рационально будет подключать сеть к топливным генераторам.

2. В дневное время (солнце светит) – выгоднее будет эксплуатировать систему солнечных батарей.

3. Разумеется, когда топлива нет, и аккумуляторы абсолютно разряжены, останется лишь переход на общие энергосети.

4. Ещё одним полезным прибором, удобным для обустройства бесперебойного электропитания дома является специальная автоматическая энергосберегающая система. Она способна без участия хозяев самостоятельно подключаться к подходящим источникам электричества. Например, при заходе солнца, она отключает солнечные батареи и включает топливный генератор, а при его поломке ночью, подключается к центральной сети. Если система качественная, перебои со светом совершенно незаметны.

Элементы и детали для солнечной батареи. Где лучше покупать?

Самостоятельно исполненная конструкция должна быть безопасной, надёжной и функциональной, поэтому детали лучше покупать по отдельности. Перед тем как пойти в профессиональный магазин, желательно заглянуть на специализированные интернет-ресурсы, где по приемлемой цене можно легко приобрести рабочие или слегка бракованные модули.

nastroike.com

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.

Последнее особенно важно, учитывая, что устройству предстоит работать круглосуточно и в отдельном помещении без присмотра. Что именно привлекло в этом устройстве:

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.
Герметичный корпус. Соответственно, прибор защищен от пыли, влаги и насекомых. Нет, в доме, безусловно, чисто, но в комнатах ставить стойку с электротехникой вряд ли разумно — лучше для этого подходит гараж или подвал. И устройство обычной компоновки с вентиляционными решетками обязательно насосет своим вентилятором пыли — пусть не сразу, но через год-два точно. Не исключено, что какой-нибудь паук устроит аварийную ситуацию еще раньше :)
Низкий уровень шума. Инвертер не совсем бесшумный: высокочастотный писк в некоторых режимах есть, а также, несмотря на герметичный корпус, играющий роль радиатора, внутри есть и тихоходный вентилятор, который иногда включается и перегоняет воздух от более нагретых компонентов к радиатору. Но даже при максимальной нагрузке (то есть собственно в режиме резервирования) шум не превышает 40 дБА, а в дежурном режиме, когда идет зарядка батарей, а окружающая температура превышает 25 градусов — не более 35 дБА. Это очень мало, большинство настольных компьютеров во время работы шумят громче, ну а классические инвертеры с вентиляторами — заведомо более шумные.
Низкая потребляемая мощность (18 Вт в простое, 6 Вт в режиме StandBy). Тут надо иметь в виду, что воспользоваться спящим режимом вы сможете, если в доме нет маломощных потребителей энергии, нуждающихся в постоянном питании. Самый распространенный пример такого потребителя — система охраны (сигнализация).
Чистая синусоида. Формально, даже чувствительные к форме питающего напряжения приборы способны в большинстве своем терпеть аппроксимированную синусоиду. Во всяком случае, когда речь идет о двигателях — с учетом того, что в режиме резервного питания они будут работать лишь незначительную часть времени. Но, безусловно, корректная форма синуса — это та функция, за которую стоит доплатить. Вернее, тут соображения идут от обратного: инвертеры с аппроксимацией занимают на рынке самый нижний (начальный) сегмент, и у них много недостатков чисто конструктивного свойства, помимо собственно формы напряжения. Всерьез и надолго на такие изделия рассчитывать наивно.
Ну а самая любопытная функция, которая окончательно склонила выбор в пользу этого устройства — возможность экспорта электроэнергии. Иными словами, когда аккумуляторы заряжены полностью, включается инвертер, и излишек энергии, поступающий от солнечных панелей (или других альтернативных источников, подключенных к низковольтному контуру цепи, параллельно батареям), отправляется во внешнюю цепь. Соответственно, сначала компенсируется внутренний расход, а если остается еще и для соседей, то можно понаблюдать, как счетчик крутится в обратную сторону. Это, конечно, приятно, потому что только ради резервирования собирать такую систему не очень интересно (всё же бо́льшую часть времени внешняя сеть исправна). Но почему бы не пользоваться своей энергией?

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.

Интересно посмотреть, сколько же фактически вырабатывается энергии при разных погодных условиях. Если замерить мгновенную мощность, когда счетчик стоит, то при условиях, близких к идеальным (температура около 25 градусов, малооблачно, полдень), удается питать нагрузку около 300 В·А. Да, это заметно меньше теоретического заявленного максимума, но упомянутый холодильник от батарей работать сможет, и при этом счетчик продолжает скручиваться, даже в облачную погоду, что уже радует. А ниже — наблюдения в течение одной недели и показатели счетчика.

	Выработка, Вт
18 мая (облачно)	730
19 мая (облачно)	750
20 мая (малооблачно)	900
21 мая (солнечно)	1300
22 мая (облачно)	600
23 мая (пасмурно)	220

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.

www.ixbt.com

Бытовые солнечные батареи – применение достоинства и недостатки

Содержание:

Возможности при использовании
Преимущества и недостатки
Возможности панелей
Итоги

Сегодня самыми распространенными альтернативными источниками получения электроэнергии являются ветрогенераторы и солнечные панели. Чаще всего, для личного пользования используются именно бытовые солнечные батареи, эффективность которых напрямую зависит от освещения и погодных условиях.

Возможности при использовании

Солнечная батарея позволяет получить энергию, путем фотоэлектрических преобразований. Фотоэлементы, находящиеся внутри самой батареи, внешне выглядят как обычные квадратики или полоски. Но, именно они преобразовывают радиацию солнца в электричество.

При использовании альтернативных источников энергии, таких как в быту, сокращаются расходы на свет и на коммунальные услуги. А это немаловажно для каждого человека.

Стоимость таких устройств сегодня достаточно высокая, но она полностью оправдана, так как окупается всего за 1 год дальнейшего использования.

Преимущества и недостатки

Преимущества солнечных панелей при использовании в быту:

- экологическая чистота;
- долговечность;
- экономия;
- мощность;
- простота в изготовлении и эксплуатации;
- небольшой вес;
- достаточно большой срок службы;
- надежность;
- бесшумность;
- неподвижность частей, требующих замены.

Недостатками таких решений оказываются:

- высокая стоимость;
- нагрев атмосферы над электростанцией;
- требуемое большое пространство для размещения;
- низкий КПД, от 9 до 24%.

Возможности панелей

Для того, чтобы энергия попусту не растрачивалась, применяются мощные аккумуляторы, которые накапливают энергию. Ведь солнечные батареи должны, как можно дольше, находиться под солнцем.

Панели бывают односторонние и двухсторонние. Двусторонние солнечные батареи устанавливают на большом расстоянии от земли - около 8 метров и выше. Но, все же односторонние устройства до сих пор являются более распространенными. Они очень популярны, особенно в тех местах, где достаточно освещения на протяжении всего года.

Такие батареи могут полностью обеспечить теплом или электричеством небольшие помещения. Также существуют специальные панели, предназначенные специально для нагрева воды и для отопления.

Схема работы батареи в доме

В современную эпоху глобального потепления и губительного влияния человечества на природу, такие возобновляемые источники энергии, являются безупречно нужными и перспективными. Со временем, технологии работы батарей совершенствуются, что позволяет постепенно повышать КПД и получать больше электричества при меньших затратах на производство.

Итоги

Солнечные батареи – это будущее нашего мира. Сегодня крупные международные компании уже создают целые солнечные электростанции: огромные поля с фотогальваническими панелями, которые способны обеспечить электричеством небольшие города и поселки. Но бытовые электростанции не являются настолько масштабными и глобальными источниками энергии. Бытовые солнечные батареи – это способ изменить мир. И если человечество будет использовать этот способ – то наше будущее изменится к лучшему. Еще никогда солнечные батареи не были на столько доступными.

Преимущества и недостатки солнечных батарей

Солнечные батареи: плюсы и минусы

На сегодняшний день преимущества и недостатки солнечных батарей, позволяют говорить об этих источниках энергии, как о самых перспективных на ближайшее будущее. Чем же так хороша солнечная энергия и что позволяет говорить о плюсах батарей не только для дома, но и для крупных предприятий и заводов. Данная статья призвана не только осветить все преимущества, но и раскрыть недостатки, которые либо умалчиваются производителями, либо не раскрываются при продаже.

Преимущества солнечных батарей

Самый первый плюс — это неиссякаемость и вседоступность источника энергии. Солнце есть практически в любой точке планеты и в ближайшее время, оно не собирается никуда пропадать. Если этот источник энергии пропадёт, то нас уже точно не будет волновать вопрос откуда взять электроэнергию.

Второе достоинство солнечных батарей — это их экологичность. Каждый потребитель, борющийся за здоровье родной планеты, считает своим долгом приобрести экологичные источники энергии типа ветряка или, в нашем случае — солнечные панели. Но здесь так же как с электромобилями. Сами-то по себе батареи экологичны, но при их производстве, а также при производстве аккумуляторов, электростанций и различных проводников, используются токсичные вещества, которые загрязняют окружающую среду.

Кстати, говоря о сравнении с ветряками, солнечные панели намного тише. Они вообще не издают никаких звуков в сравнении с шумными ветряками.

Износ батарей происходит очень медленно, ведь здесь нет подвижных частей, если только Вы не используете в своей системе приводы, которые поворачивают солнечные элементы в сторону источника энергии. Тем не менее, даже с такой системой, солнечные панели служат до 25 лет и даже больше. Только после этого срока, если батареи качественные, у них начинает падать КПД и постепенно их нужно заменять на новые. Кто знает какие технологии будут через четверть века? Возможно, следующих батарей Вам хватит до конца жизни.

Устанавливая такой источник энергии для дома, Вы не будете думать о том, что поставщик энергии внезапно по техническим причинам отрежет ваш дом от энергоснабжения. Вы всегда сам себе хозяин. Точнее своей системе подачи электричества. Нет проблем ни с внезапным повышением цен, ни с транспортировкой энергии.

После того, как ваша энергетическая солнечная электростанция окупится, Вы будете получать по сути бесплатную энергию в дом. Конечно, сначала за определённый период, нужно отбить вложения.

Ещё одно преимущество солнечных электростанций — возможность наращивания. Вопрос упирается только в доступную для Вас площадь. Именно модульность батарей позволяет беспрепятственно в случае необходимости увеличивать мощность системы. Необходимо просто добавить новые солнечные панели и запитать их в систему. Хотя эти преимущества солнечных электростанций перекрываются существенной проблемой, а именно необходимостью оборудования больших площадей. Речь идёт о квадратных километрах солнечных элементов.

Солнечная панель не потребляет никакого топлива, а значит Вы не зависите от цен на топливо, также как не зависите от поставок топлива. Плюсы солнечных батарей также в беспрерывной подаче электроэнергии.

Минусы и недостатки солнечных батарей

Несмотря на все вышеперечисленные плюсы, есть у батарей и масса недостатков, которые необходимо оценить при выборе источника энергии. Важно понимать все минусы до покупки, чтобы потом быть готовым к тому, с чем придётся столкнуться. По ряду причин солнечные панели используются чаще как вспомогательный источник, а не как основной.

Самый первый недостаток — необходимость первоначальных больших инвестиций, которые не требуются при обычном подключении к центральной электросети. Также срок окупаемости вложений, в электросеть с солнечными батареями, весьма размытый, ведь всё зависит от факторов, которые не зависят от потребителя.

Низкий уровень КПД. Один квадратный метр солнечной батареи средней производительности выдаёт всего лишь около 120 Вт мощности. Такой мощности не хватит даже для того, чтобы нормально поработать за лэптопом. Солнечные панели имеют значительно меньший КПД в сравнении с традиционными источниками энергии — около 14-15%. Однако этот недостаток можно считать достаточно условным, ведь новые технологии постоянно увеличивают этот показатель и развитие не стоит на месте, выжимая всё больше и больше энергоэффективности из тех же самых площадей.

В странах СНГ солнечные батареи достаточно дорогое удовольствие, ведь государство не поддерживает покупку таких источников энергии и никак не дотирует стремление своих граждан к “зелёной” энергии. Конечно, за рубежом ситуация значительно лучше. Ведь те же США заинтересованы в переходе страны на экологически чистые источники энергии.

Ещё один недостаток — эффективность работы зависимая от погодных условий и климата. Например, солнечные батареи теряют свою эффективность во время пасмурной погоды или в тумане. Также при низких температурах, в зимнее время, КПД солнечных батарей падает. А если панель недостаточно хорошего качества, то и при высоких температурах. Поэтому всё же необходимо поддерживать солнечные батареи какими-то основными источниками энергии, либо использовать гибридные солнечные батареи. Также немаловажно, что солнечные панели могут по разному работать в разных широтах планеты. В каждой отдельно взятой местности, за год выходит разное количество солнечной энергии. Поэтому эффективность солнечной системы также зависит и от месторасположения вашего дома. Впрочем как и от времени суток, ведь ночью солнца нет, а значит и нет выработки энергии.

Батареи невозможно использовать как источник энергии для техники, которая потребляет большую мощность.

Система электроснабжения от солнца требует большого количества вспомогательной техники. Аккумуляторы для накопления энергии, инверторы, а также специального помещения для установки системы. Например, никель-кадмиевые аккумуляторы значительно теряют свою мощность при понижении температуры ниже нуля по Цельсию.

Для того, чтобы выдать большую мощность от солнечной энергии, необходимы большие площади. Если говорить про солнечную электростанцию промышленного масштаба, то это квадратные километры. Конечно, при бытовом использовании панелей, Вам такие площади не понадобятся, но всё же учитывайте этот момент, если захотите расширятся.

Вот такие плюсы и минусы солнечных батарей. Надеемся наша статья помогла Вам определиться что нужно именно Вам.