Солнечная электростанция

Прочитав нижеприведенные буквы, вы сэкономите себе время и немного продвинетесь в принятии рещения по приобретению того или иного варианта солнечной энергосистемы. Приведем некоторые вопросы, которые часто задают нам при  выборе оборудования. На основании этих вопросов мы постараемся объяснить,  как функционирует фотоэлектрическая система в целом и ее элементы в частности

Безусловным лидером является следующий вопрос

Посоветовать можем следующее.  Бесплатное и неограниченное электричество есть только в розетке при наличии централизованного электроснабжения.  И мы не задумываемся о его расходе при включении того или иного прибора. При выделенном лимите мощности, скажем на квартиру в 3,5 кВт, который определяется вводным автоматом, Вы бесконтрольно сможете потратить за календарные сутки 3,5 * 24 часа = 84 кВт*ч электроэнергии.

Цифра, определяющая полезную площадь дома не является основанием для какого либо расчета, поскольку нет ясности, будет ли там гореть одна лампочка на 100 ватт или использоваться разнообразные бытовые приборы. Любой прибор имеет паспортную мощность ( постоянная величина) и время работы ( переменная величина).  Перемножив мощность и время, получим среднее потребление для конкретного прибора. Естественно эта цифра более чем абстрактная, но уже является основанием для получения усредненной цифры энергопотребления и как следствие для расчета. Следует, также иметь ввиду, что энергопотребление в дневное и вечернее время различно. Соответственно, если днем оно больше, то генерируемая энергия тратится без особого разряда АКБ. Если основные траты вечером, то емкость АКБ и мощность батарей  должны проектироваться с определенным запасом, поскольку

А) на следующий день аккумуляторы необходимо зарядить

Б) срок службы аккумулятора прямо пропорционален количеству циклов заряда - разряда

Следующий по популярности вопрос, логически вытекает из предыдущего.

Для автономной энергосистемы существует три понятия мощности.  Эти три понятия и определяют качественные характеристики Вашей электростанции.  Итак, мощность может быть НОМИНАЛЬНОЙ.  Это понятие определяет допустимую мощность приборов, которые могут быть единовременно подключены к системе. Это – паспортное значение мощности инвертора. Например  - мощность инвертора 1000 ватт Мощность может быть УСТАНОВЛЕННОЙ. Это понятие определяет , то количество энергии, которое в ясный солнечный день может быть сгенерировано и потреблено ( залито в час в аккумуляторный блок). Солнечная батарея имеет паспортную мощность. Скажем 250 ватт – значит установленная мощность системы 250 ватт. И,  наконец,  мощность имеет КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ВЫРАЖЕНИЕ соотнесенное со временем. Это понятие определяет,  какое количество энергии непосредственно может быть потрачено Вами за один цикл функционирования системы. За цикл понимается календарный день.  В среднем батарея в 250 ватт в ясный летний  день в средней полосе России генерирует 1200-1300 ватт. Так вот задавая подобный вопрос, какую из мощностей Вы имеете ввиду:

• 6 кВт номинальной мощности
• 6 кВт установленной мощности ( солнечных батарей)
• 6 кВт*ч среднесуточного потребления

Итоговой и важной определенно является среднесуточное потребление. Итак, у нас есть инвертор на 1000 ватт – это номинальная мощность, есть батарея 250 ватт – это установленная мощность, есть аккумулятор 100 ач – это энергоемкость системы, есть нагрузка 200 ватт. Возьмем идеальный цикл функционирования системы.  Аккумулятор находится в заряженном состоянии. В 11 утра в солнечный день мы подключаем нагрузку и вся генерируемая батареей энергия ее питает, аккумулятор не разряжается, по мере движения солнца генерация снижается и нагрузка потихоньку начинает «высасывать» энергию из АКБ. Зависимости все нелинейные, но потенциально при такой нагрузке время работы может составить 10 – 11 часов. Но к следующему циклу, то есть дню  мы подходим уже с полностью разряженным аккумулятором и вся наличная генерация идет на его заряд

Следующий вопрос.

Показатели солнечного излучения сильно варьируются в зависимости от времени года. Наиболее проблемным периодом для генерации солнечной энергии является период с ноября по январь, по причине преобладания пасмурной погоды, короткого светового дня и «низкого солнца». Система будет вырабатывать электроэнергию при наличии дневного света в любом случае, но эффективная генерация солнечного света в электроэнергию происходит только при прямом солнечном излучении. В зависимости от плотности облачности, эффективность выработки энергии может упасть в 5-10 раз. Поэтому в пасмурные зимние дни, система, не сможет сгенерировать необходимую Вам мощность, и в данном случае потребление электроэнергии будет происходить из АКБ, являющихся неотъемлемой частью автономных солнечных энергосистем. Объективной данностью является то, что для гарантированного электроснабжения необходимо использовать, хотя бы портативный бензогенератор.  Качественное существенное отличие подобного резерва от просто использования генератора для энергоснабжения дома очевидно:

• генератор работает три-четыре часа раз в два дня для подзаряда аккумуляторов
• не вырабатывается моторесурс, не тратится топливо
• нет постоянного шума

Состав:

• Четыре солнечные батареи по 250 ватт
• Контроллер заряда MPPT
• Инвертор с функцией зарядного устройства
• Аккумуляторный блок, 4 АКБ по 200 ач

Установленная мощность системы – 1000 ватт, при такой установленной мощности генерация в средней полосе России определяется следующей гистограммой. То есть, скажем в июне среднедневная теоретическая генерация составит 150/30 дней = 5 кВт*ч ( это средняя величина, в какой то день больше, в какой-то меньше), а в октябре 50/30 = 1,7 кВт*ч, Как видим с марта по сентябрь все замечательно.  Если есть генератор мощностью 3 кВт, то для заряда данного аккумуляторного блока ему потребуется около 4 часов, если аккумуляторы просели на 50% своей емкости. Максимальное время автономной работы  при среднесуточном энергопотреблении 4 кВт*ч и при максимальном разряде аккумуляторов (чего не рекомендуется делать для продления срока службы аккумуляторов) составит 45-46 часов, в теории больше, поскольку в аккумуляторы течет зарядный ток от солнца

Если генератор с электропуском или от ключа ( не ручной), то команду на его автозапуск дает определенное устройство, так называемое драйвер-реле. В нем программируется уровень низкого напряжения батарей и время работы генератора на подзаряд, по истечении которого генератор отключается и цикл повторяется.

В общем, то аккумуляторы заряжаться будут, но если разряжены глубоко, то за ясный световой день не успеют. При нагрузке 1000 ватт*ч время автономной работы при заряженных аккумуляторах чуть более двух с половиной часов. На следующий день опять недозаряд и при неизменной нагрузке время работы меньше. И так далее

При повышенной установленной мощности и малой емкости аккумулятора заряд будет происходить очень быстро и энергия,  если ее не тратить в этот момент будет просто теряться, батарея будет работать вхолостую. Однако если в момент генерации будет подключена нагрузка в 1000 ватт, то аккумуляторы разряжаться не будут и вся генерируемая энергия поступит через АКБ в инвертор и нагрузку

Здесь генерация и емкость находятся в паритете, заряд идет полноценно, однако мощность подключенной нагрузки несопоставимо выше возможностей системы и если нагрузка длительная , то аккумуляторы быстро разрядятся

Б) Комплекты формируются по напряжению постоянного тока.  Это еще одна характеристика системы, помимо емкостей-мощностей. Традиционно системы имеют напряжение DC 12, 24 и 48 вольт, Это означает, что в 12 вольтовой системе аккумуляторный блок имеет напряжение 12 вольт и инвертор имеет напряжение 12 вольт. При использовании ШИМ контроллеров солнечная батарея также должна иметь напряжение не выше 21-22 вольт. При использовании MPPT контроллеров, напряжение солнечной батареи не так важно, главное не превысить допустимое напряжение входа контроллера. 12 вольтовые системы имеют ограничение наращивания по мощности на один контроллер, соответственно максимальная установленная мощность системы не более 700 ватт для самого мощного контроллера на ток 60 А. Эффективность 12-вольтовых систем, как правило, ниже, чем эффективность систем с более высоким номиналом, но для энергоснабжения небольшого дачного дома как правило имеют место быть. Соответственно система на 24 вольт позволяет на один мощный контроллер «повесить» до 1500 ватт установленной мощности, а на 48 вольт до 3200 ватт установленной мощности. С соответствующим увеличением емкости блока АКБ ну и с повышением номинала инвертора

В) При одинаковой установленной мощности генерации и емкости аккумуляторного блока комплекты имеют инвертора различных производителей с различными функциональными возможностями от просто преобразования постоянного напряжения в переменное, до …. - См системы Люкс

5. У меня есть центральная сеть, я хотел бы стать независимым в плане электроснабжения. Потребляемая мощность дома ( ну скажем 10 кВт*ч сутки). В процессе обсуждения понятия "независимость" этот вопрос можно трактовать по разному.

Сеть есть, качество хорошее, перебоев не бывает. Просто хотелось бы сэкономить."  Стоимость энергосистемы на такую выработку составит около 300 т.р. Стоимость кВт*ч – 3 рубля. В общем очевидно, что окупаемость очень долгая.

Однако если дело обстоит следующим образом: «Сеть есть, лимит 3 кВт, качество плохое, перебои с электроснабжением» - тогда  есть достаточные основания для  установки энергосистемы с функцией добавления мощности и интерактивным взаимодействием с сетью.<Выделенного лимита,  как правило не хватает для  питания всей нагрузки в доме, а стоимость подключения мощности сверх лимитированной имеет прогрессивную шкалу.  Скажем до 5 кВт одна стоимость, а выше 5 кВт в несколько раз дороже. А то и вовсе невозможно< Система будет включать в себя блок бесперебойного питания, который имеет функцию сглаживания пиковых нагрузок и функцию поддержки сети, аккумуляторный блок, блок солнечных батарей и контроллер заряда, который будет общаться с инвертором, перераспределяя управление нагрузками в зависимости от напряжения на аккумуляторном блоке. Режимы функционирования системы вкратце можно описать так:

• Солнечные батареи будут питать электрические потребители в доме, когда светит солнце, а если есть излишки электроэнергии от солнца - заряжать аккумуляторы.
• После того как напряжение на аккумуляторах достигнет определенного уровня ( как правило это нижняя граница напряжения абсорбции), подключается центральная сеть
• В случае превышения лимита потребления, недостающая мощность добавится от аккумуляторного блока
• В случае просадки сети или отключения потребитель этого не заметит, произойдет мгновенный перевод нагрузок на аккумуляторный блок

 Система работает параллельно с сетью централизованного электроснабжения в полностью автоматическом режиме.

Еще один вариант: «Сеть есть, качество хорошее, лимит 3 кВт, но средств на  установку интерактивной системы нет»

В этом случае можно установить обычную фотоэлектрическую систему параллельно с сетью и завести на нее питание определенных нагрузок – освещение, холодильник, телевизор. А сеть использовать для питания тяжелых нагрузок – стиральная машина, микроволновка, электроинструмент