Электричество от солнечных батарей для дома: Солнечная электростанция на дом площадью 200 м² своими руками — Техника на vc.ru
Солнечная электростанция на дом площадью 200 м² своими руками — Техника на vc.ru
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 два-три часа в сутки, пока работает генератор, а постоянно.
116 848 просмотров
Но это всё как-то далеко от нашей жизни, поэтому я решил на своём 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, может посмотреть ролик. Там я постарался рассказать то же самое, но будет видно, как я всё это сам собираю.
Исходные данные: частный дом площадью около 200 м² подключён к электросетям. Трёхфазный 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 шесть дней подряд на период от двух до восьми 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 строительстве солнечной электростанции. Обратите внимание, солнечные панели установлены за деревом — так 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 моём доме все приборы постоянно работали, без оглядки на электросети.
Теперь расскажу про типы солнечных электростанций для частного дома. По большому счёту, 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 220 В или 380 В 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 счётчики считают энергию «по модулю», то есть отданную в сеть энергию счётчик посчитает как потреблённую, и за неё ещё придётся 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 электростанций. Состоит из четырёх элементов: солнечные панели, солнечный контроллер, аккумуляторы и гибридный инвертор.
Основа всего — гибридный инвертор, который способен в потребляемую от внешней сети энергию подмешивать энергию, выработанную солнечными панелями. Более того, хорошие инверторы имеют возможность настройки приоритизации потребляемой энергии.
В идеале дом должен потреблять сначала энергию от солнечных панелей и только при её недостатке — добирать из внешней сети. В случае исчезновения внешней сети инвертор переходит в автономную работу и пользуется энергией от солнечных панелей и энергией, запасённой 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 четырёх 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 солнечных электростанциях, поскольку это как раз мой случай, а с устройством сетевого инвертора могу ознакомить детальнее в комментариях, если будут вопросы.
Солнечный контроллер — это устройство, которое полученную от солнечных панелей энергию преобразует в перевариваемую инвертором энергию. Например, солнечные панели изготавливаются с напряжением кратно 12 В. И АКБ изготавливаются кратно 12 В, так уж повелось.
Простые системы на 1–2 кВт мощности работают от 12 В. Производительные системы на 2–3 кВт уже функционируют от 24 В, а мощные системы на 4–5 кВт и более работают на 48 В. 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 48 В и солнечные панели на 36 В (панель собрана кратно 3 х 12 В). Как получить искомые 48 В для работы инвертора? Конечно, к инвертору подключаются АКБ на 48 В, а к этим аккумуляторам подключается солнечный контроллер с одной стороны и солнечные панели с другой.
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 четырёхслойный пирог: стекло, прозрачная EVA-плёнка, солнечный элемент, герметизирующая плёнка. 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-плёнки зависит, сколько энергии попадёт на элемент и сколько энергии выработает панель. Если плёнка окажется бракованной и со временем помутнеет, то и выработка заметно упадёт.
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 плёнка должна также быть качественной и обеспечивать хорошую герметизацию. В случае разгерметизации панелей очень быстро на элементы попадёт влага, начнётся коррозия, и панель 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.
Цель и исходные: в деревне периодически отключают электроэнергию на период от получаса до восьми 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 продают всё сопутствующее оборудование, поэтому я начал поиск, отталкиваясь от солнечных батарей.
Один из солидных брендов — TopRay Solar. О нём 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 насчёт 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 начнёшь 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 дешёвой системе, так как зачастую до половины суммы за электростанцию может занимать стоимость аккумуляторов.
Список оборудования получился следующим:
- Солнечная батарея TopRay Solar 280 Вт Моно — девять штук.
- Однофазный гибридный инвертор на 5 кВт InfiniSolar V-5K-48 — одна штука.
- Аккумулятор AGM Парус HML-12-100 — четыре штуки.
Дополнительно мне предложили купить профессиональную систему крепления солнечных панелей на крышу, но я, посмотрев фотографии, решил обойтись самодельными креплениями и тоже сэкономить.
Но я решил собирать систему сам и не жалел сил и времени, а монтажники работают с этими системами постоянно и гарантируют быстрый и качественный результат. Так что решайте сами: с заводскими креплениями работать гораздо приятнее и проще, а моё решение просто дешевле.
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 5 кВт + 5 кВт = 10 кВт на фазу.
Или можно сделать трёхфазную систему, но я пока довольствуюсь и этим.
Инвертор высокочастотный, а потому достаточно лёгкий (около 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 ещё 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 100 А⋅ч 48 В, 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 ёмкости, а это 2,4 кВт⋅ч, то есть около восьми часов в полностью автономном режиме без солнца. Этого хватит на ночь работы всех систем, и ещё останется половина ёмкости АКБ на аварийный режим.
Утром уже встанет солнце и начнёт 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 ещё 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 около 25–30 метров, и я заранее проложил два гибких провода сечением 6 мм², так как по ним будет передаваться напряжение до 100 В и ток 25–30 А.
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 30 мм болтов, они — своеобразный «крючок» для панелей. После монтажа их не видно, но они продолжают нести нагрузку.
Солнечные панели были собраны в три блока по три панели в каждом. В блоках панели подключаются последовательно — так напряжение удалось поднять до 115 В 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 надёжный контакт и быстрое замыкание и размыкание 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 мм².
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 ёмкие 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 100–110 А. 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 днём: 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, чтобы 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 счёт 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: живём, как прежде, пока соседи ходят за водой с вёдрами.
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 и отключение внешней сети, разряд АКБ и подобное. Вот только приложение работает по незащищённому 25 порту SMTP, а все современные почтовые сервисы вроде Gmail или Mail.ru работают по защищённому порту 465. То есть сейчас фактически оповещения по почте не приходят, а хотелось бы.
Не сказать, что эти пункты как-то огорчают, ведь всегда надо стремиться к совершенству, но имеющаяся энергонезависимость того стоит.
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 числа выработки электричества безмерно радуют, а возможность убрать от компа UPS, зная, что даже при отключении электроэнергии всё продолжит работать, — это приятно.
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.
Как рассчитать солнечную электростанцию и выбрать оборудование для нее?
Как рассчитать солнечную электростанцию и выбрать оборудование для нее? Очень просто!
Расчет небольших солнечных электростанций можно сделать достаточно просто вооружившись листом бумаги и ручкой. В этой статье мы расскажем основные принципы подбора оборудования для бытовых солнечных электростанций.
ВАЖНО: комплектация солнечной системы никак не связана с площадью дома. Она зависит только от мощности подключаемого оборудования и количества потребляемой энергии.
Основными элементами солнечной электростанции являются:
· Солнечные панели – они генерируют электроэнергию, и чем они мощнее и их больше, тем больше электроэнергии можно получить в течении дня.
· Аккумуляторные батареи – в них происходит накопление элеткроэнергии, которую можно использовать в отсутствии солнца (ночью), когда выработки электричества на солнечных панелях нет.
· Контроллер заряда аккумулятора – это устройство, которое позволяет обеспечить правильные режимы заряда аккумулятора. Выбор этого устройства, как правило, чисто технический момент за исключением выбора типа контроллера MPPT или ШИМ. Иногда контроллер заряда может быть встроен в инвертор.
· Инвертор преобразователь напряжения – это устройство преобразует постоянный ток на аккумуляторах в переменный 220В, который используется во всех бытовых электроприборах. Мощность инвертора ограничивает максимальную мощность электропотребителей, которые могут быть подключены к системе.
Теперь подробно остановимся на каждом из этих элементов системы, для того, чтобы понять, какое именно оборудование и в каком количестве, нам потребуется.
Как выбрать инвертор – преобразователь напряжения
Подбор оборудования для системы начинается с выбора инвертора.
Все инверторы делятся на 2 группы по форме выходного сигнала – чистый синус (форма сигнала в виде синусоиды) и модифицированный синус (форма сигнала в виде ступенек или трапеций). Если к системе будет подключаться любая индуктивная нагрузка: двигатели , компрессоры и т.д. то инвертор должен быть обязательно с чистым синусом на выходе. Т.е. если вы планируете подключать холодильник, насос, электроинструмент и т.д. то инвертор должен на выходе выдавать чистую синусоиду.
Если же подключаемая нагрузка это телевизоры, зарядные устройства, освещение и т.д. то модифицированный синус вполне подойдет.
Таким образом чистый синус имеет более широкую область применения, но и цена у него существенно дороже чем у инверторов с модифицированным синусом.
Итак, мы определили тип инвертора, который нам нужен, далее нужно определить его номинальную мощность. Для того, чтобы это сделать, нужно просуммировать мощность всех электроприборов которые могут быть включены одновременно. Мощность каждого прибора можно найти в инструкции или на самом устройстве.
Например: холодильник (300Вт) + телевизор (70Вт) + насос (400Вт) + микроволновка (1000Вт) = 300Вт+70Вт+400Вт+1000Вт = 1770Вт. Соответственно в данном случае инвертор должен иметь номинальную мощность более 1770Вт. Кроме того важно понимать, что у некоторых приборов существуют пусковые токи, которые кратковременно появляются при запуске оборудования. Эти пусковые токи могут быть в 5-7 раз больше чем номинальные. Это важно учитывать при выборе инвертора. Благо у каждого инвертора есть запас прочности – пиковая нагрузка и зачастую эта характеристика в 2 раза больше номинальной мощности. Поэтому в данном примере инвертора номинальной мощностью 2000Вт хватит для обеспечения питанием указанных приборов, даже с учетом того, что у холодильника в момент пуска мощность может быть 300Вт*7=2100Вт.
Как рассчитать солнечные панели
Следующий вопрос – как рассчитать сколько солнечных батарей нужно установить, чтобы их было достаточно для обеспечения нужным количеством электроэнергии.
Прежде чем ответить на этот вопрос, давайте выясним, сколько же электроэнергии мы потребляем. Это можно сделать умножив мощность электроприборов на время их работы, например: лампочка мощностью 50Вт работая в течении 3х часов, израсходует 50вт*3ч=150Вт*ч электроэнергии. Таким образом, можно посчитать полное электропотребление за сутки, но есть и более простой способ – посмотреть показания электросчетчика за месяц и разделить на количество дней в месяце. К примеру: счетчик за месяц (30 дней) накрутил 150кВт*ч электроэнергии. В среднем за сутки получается 5кВт*ч электроэнергии. Это значит, что массив солнечных панелей должен за солнечный день успеть сгенерировать такое же количество электроэнергии.
Солнечные панели бывают различного размера и мощности, и в каждом конкретном случае бывает удобнее использовать панели определенного размера, но, как правило, для средних и больших систем используются панели 250-300Вт, поскольку они наиболее оптимальны с точки зрения монтажа. Мощность панели это как раз то количество электроэнергии, которая она вырабатывает при полной освещенности.
Т.е. если на солнечную панель 250Вт в течении 3х часов под прямым углом будет светить солнце, то она выработает 250Вт*3ч=750Вт*ч электроэнергии. Конечно в течении дня может быть достаточно облачно и мало света, поэтому та же самая панель при облачной погоде может вырабатывать в 3-4 раза меньше электроэнергии чем в солнечную погоду. Таким образом для грубой оценки такой подход в расчетах может подойти. Например если нужна система, которая летом должна вырабатывать 5кВт*ч электроэнергии в день, при условии, что в среднем в течении 4х часов на панель будет светить солнце (4ч*250Вт=1000Вт), то нам понадобится не менее 5 таких панелей.
Для более точного расчета необходимо использовать так называемые таблицы солнечной инсоляции, в которых указаны средние значения солнечной освещенности на 1 кв.м. за сутки в разных регионах нашей страны. К примеру в Астрахани в июне на поверхность наклоненную на 35градусов к горизонту за месяц проникает 197.7 кВт*ч энергии. За сутки в среднем получится около 6.
6кВт*ч энергии. Конечно, не вся эта энергия будет преобразована в электрическую. У каждого модуля есть КПД (коэффициент полезного действия, не путать с КПД ФЭПа), в среднем это 16.5-17%. Это значит что нужно 6.6 кВт*ч умножить на 17%, в результате чего получим 1.12кВт*ч в сутки с одного квадратного метра солнечных панелей. Зная нужное нам количество энергии в сутки, к примеру 5кВт*ч, мы можем определить нужную нам площадь солнечных панелей – 5кВт*ч/1.12кВт*ч=4.46м.кв. Солнечный модуль 250Вт имеет размеры 1650х990мм и площадь равную 1.64м.кв.. Таким образом 3х модулей по 250Вт будет достаточно для генерации 5кВт*ч электроэнергии в сутки на территории Астрахани в июне.
По такому принципу делаются профессиональные расчеты систем, поскольку нет более точных данных по работе солнечных панелей, чем статистические.
Сколько нужно аккумуляторов
Количество энергии которое может быть запасено в аккумуляторной батарее можно оценить по формуле «емкость умножить на номинальное напряжение».
Например аккумулятор емкостью 100Ач и напряжением 12В, может запасти в себе 100Ач*12В=1200Вт*ч электроэнергии.
Зная, сколько энергии у нас расходуется в сутки, мы можем определить какая часть этой энергии расходуется из аккумуляторов в отсутствии солнца. Но поскольку срок службы аккумуляторов на прямую зависит от глубины его разряда, и не рекомендуется разряжать аккумуляторы ниже 50%, мы рекомендуем делать расчет аккумуляторов исходя из суточного потребления, например в сутки потребляется 5кВт*ч, это 5000Вт*ч. Разделив потребление на 12В, получим требуемую емкость банка аккумуляторов 5000Вт*ч/12В=416Ач. Т.е. 4 аккумулятора по 100Ач гарантированно не разрядятся полностью в течении дня, что позволит увеличить срок их службы, а также обеспечат необходимым количеством электроэнергии в отсутствии солнца – ночью.
Как выбрать контроллер заряда аккумулятора и что это такое можно прочитать по адресу: Как подобрать контроллер заряда для солнечных батарей . В этой статье мы не будем останавливаться на данном этапе.
Зима-Лето
Зимой солнца сильно меньше чем летом, поэтому если вы хотите полностью автономную систему, то все расчеты необходимо делать основываюсь на минимальных значениях солнечной инсоляции, которые, как правило наблюдаются в декабре-январе. Так вы гарантированно обеспечите себе автономное питание в течении года. К примеру в той же Астрахани, значение солнечной инсоляции в декабре в 4 раза меньше чем в июне, поэтому для автономной работы системы зимой, потребуется в 4 раза больше солнечных панелей.
Наличие внешней сети или генератора
Если у вас есть возможность подключиться к сети или генератору, то это позволит не покупать большое количество солнечных панелей, для обеспечения питанием в зимнее время. При длительном отсутствии солнца можно включить сеть или генератор для зарядки аккумуляторов не небольшой период времени до полной зарядки, и продолжать получать энергию от солнца.
На сегодняшний день есть большое количество инверторов со встроенным зарядным устройством аккумуляторов, вплоть до автоматического переключения на питание от сети в случае сильного разряда аккумуляторных батарей.
Такие инверторы наиболее удобны в использовании и достаточно просты в подключении.
Таким образом, мы разобрались как можно сделать расчет солнечной электростанции, а если у вас остались вопросы вы можете позвонить нам и мы поможем вам разобраться!
Преимущества бытового солнечного электричества
Энергосбережение
Изображение
Солнечная энергия устойчива, возобновляема и доступна в изобилии. Поскольку стоимость использования солнечной энергии для производства электроэнергии снижается с каждым годом, многие американцы все чаще переходят на солнечную энергию. Сейчас в стране более миллиона солнечных установок. Ниже приведены дополнительные преимущества перехода на солнечное электричество.
Экономия на издержках
Финансовая отдача и более низкие ежемесячные счета за коммунальные услуги являются основными стимулами для использования солнечной энергии. Точная экономия, которую вы увидите при использовании солнечной энергии, зависит от следующего:
- Потребление электроэнергии
- Размер системы солнечной энергии
- Если вы покупаете или арендуете свою систему
- Часы прямого солнечного света
- Размер и угол наклона крыши
- Местные тарифы на электроэнергию.
Солнечная электрическая система дает возможность всем, кто хочет сократить ежемесячные счета за коммунальные услуги и сделать долгосрочные инвестиции с низким уровнем риска.
Увеличение стоимости дома
Солнечные панели рассматриваются как модернизация, как отремонтированная кухня или готовый подвал, поэтому покупка системы солнечной энергии, скорее всего, повысит стоимость вашего дома. Исследования показывают, что домовладельцы платят больше за солнечный дом; одно исследование, проведенное Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли, показало, что в среднем солнечная энергия увеличивает стоимость дома примерно на 15 000 долларов. Хотя рыночные факторы, такие как тарифы на электроэнергию и размер системы, могут влиять на размер надбавки, солнечные дома могут продаваться дороже, чем дома без фотоэлектрических. Узнайте больше о солнечной энергии и недвижимости.
Солнечная энергия работает везде
Солнечные ресурсы Соединенных Штатов огромны.
Фактически, всего один час полуденного летнего солнца равен годовому спросу на электроэнергию в США. В большинстве штатов США запасы солнечной энергии от хороших до отличных. Даже места с относительно низкими солнечными ресурсами, такие как Тихоокеанский Северо-Запад и Аляска, могут добиться экономии средств и иметь такие же солнечные ресурсы, что и страны, которые широко развили солнечную фотоэлектрическую энергию, например, Германия.
Относящийся к окружающей среде
Каждый киловатт-час (кВтч) вырабатываемой солнечной энергии существенно снижает выбросы парниковых газов, таких как CO 2 , а также других опасных загрязняющих веществ, таких как оксиды серы, оксиды азота и твердые частицы. Солнечная энергия также снижает потребление и потребление воды.
- Учить больше
- Ссылки
- Стимулы
- Планирование домашней солнечной электрической системы
- Налоговый кредит на возобновляемые источники энергии для жилых помещений
- Руководство домовладельца по использованию солнечной энергии
- Солнечная энергия и недвижимость
Для систем солнечной энергии предоставляется федеральный налоговый кредит.
Кредит предоставляется на 30% до 2019 года, затем снижается до 26% в 2020 налоговом году, затем до 22% в 2021 налоговом году. Срок действия кредита истекает 31 декабря 2021 года. Узнайте больше и найдите государственные и местные льготы.
Изменение к лучшему: программы Solarize, ускоряющие внедрение солнечной энергии
Управление Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии
29 декабря 2015 г.
В рамках конкурса Rooftop Solar Challenge II Ассоциация возобновляемых источников энергии Среднего Запада организовала групповые закупки солнечной энергии для 92 семей в Милуоки, штат Висконсин. Фото предоставлено Ассоциацией возобновляемых источников энергии Среднего Запада.
Наших читателей не удивит, что в Калифорнии установлено больше солнечных батарей, чем в любом другом штате. Его дружественный к солнечной энергии рынок позволил быстро установить, добавив в сеть столько же солнечной энергии в 2014 году, сколько все Соединенные Штаты сделали между 1970 и 2011.
Несмотря на то, что в 13 штатах установлены солнечные панели мощностью менее пяти мегаватт (МВт), солнечный бум скоро охватит все Соединенные Штаты.
Инициатива SunShot работает с сообществами по всей стране, чтобы дать толчок местным рынкам солнечной энергии, поддерживая проекты, которые значительно снижают стоимость солнечной энергии и упрощают и ускоряют ее установку. Один из способов сделать это — проводить кампании «Solarize», которые представляют собой организованные на местном уровне усилия по работе с населением, направленные на то, чтобы собрать критическую массу местных домов и предприятий вместе, чтобы «перейти на солнечную энергию» в установленный период времени (обычно несколько месяцев). Solarize Кампании используют групповую покупательную способность, чтобы клиенты могли приобретать солнечные системы оптом за значительно меньшие деньги, чем типичная рыночная цена, создавая постоянный поток покупок и установок Это хорошо для потребителей, хорошо для местных установщиков и рабочих мест, которые они создают, и могут даже помочь местным юрисдикциям оптимизировать свои процессы, создав конвейер установок с аналогичными характеристиками Кампании по соляризации могут быстро развернуть большое количество солнечных батарей, помочь установить единые процессы и укрепить доверие между сообществами, убеждая членов через поддержку коллег в том, что солнечная энергия является умный путь вперед
Первая кампания Solarize была запущена в 2009 году с помощью Министерства энергетики, а теперь, благодаря дополнительным исследованиям и технической поддержке различных проектов SunShot Soft по сокращению затрат, было запущено более 230 кампаний Solarize в 25 штатах и округе Колумбия.
через всю страну.
Понимая, что решение о переходе на солнечную энергию обусловлено целым рядом факторов, в 2013 году компания SunShot профинансировала программу исследований эволюции и распространения солнечной энергии (SEEDS). SEEDS проанализировала поведение и мотивы, лежащие в основе решения о переходе на солнечную энергию. Группа исследователей из Йельского университета, Зеленого банка Коннектикута и Университета Дьюка стремилась количественно оценить эффективность программ Solarize по всему Коннектикуту. Результаты впечатляют: кампании Solarize более чем удвоили количество солнечных установок в каждом участвующем регионе, а местные мероприятия и представители солнечной энергетики стали наиболее влиятельными факторами в формировании решения человека перейти на солнечную энергию. Из всех домовладельцев, установивших солнечную энергию, 20% ранее ею не интересовались. Цены на установленные системы в кампаниях Connecticut Solarize были в среднем на 16% ниже рыночных.
SunShot продолжает поддерживать кампании Solarize посредством программ технической помощи, начатых Solar Outreach Partnership, и таких конкурсов, как Rooftop Solar Challenge.
Правительственный совет столичного Вашингтона (MWCOG), член команды Solar Ready II, работающей над Rooftop Solar Challenge, работает с некоммерческой Community Power Network (CPN) над обучением граждан и развертыванием солнечной энергии в Мэриленде, Вирджинии и Вашингтоне, округ Колумбия. Только в 2014 году CPN привлекла 3000 граждан через кампании Solarize, содействуя установке 541 солнечной установки, в результате чего в регионе было добавлено 3,2 МВт новой солнечной мощности, или 4% всех новых установок. Работая вместе с MWCOG и командой Solar Ready II, CPN разблокирует развертывание солнечной энергии в столичном регионе.
Просвещение и вовлечение граждан лежат в основе кампаний Solarize и внесли свой вклад в каждый из этих местных успехов. Разработка, понимание и поддержка программ, подобных этим, являются отличными примерами того, как SunShot использует возможности сообществ для преодоления финансовых и нормативных барьеров на пути к использованию солнечной энергии, помогая большему количеству американцев осознать возможность будущего использования возобновляемых источников энергии.