Домашняя энергосистема на солнечных батареях

Опубликовано: 3 февраля 2017 г. в 16:33, 1627 просмотровКомментировать

Недавно монтировал систему резервного питания для дома на основе аккумуляторов и солнечных батарей. Система замечательна тем, что позволяет не только экономить электроэнергию, но и стать менее зависимым от городской электросети.

Но по порядку, как всегда — сначала теория, потом практика и реальные примеры.

Итак, когда пропадает электроэнергия, первое, что приходит на ум — генераторы. Но генераторы могут быть не только бензиновые и дизельные. Генерация энергии может происходить также за счет энергии солнца. Такие системы гораздо более технологичны, бесшумны, не выделяют вредных веществ. В отличие от классических генераторов.

Коротко расскажу, как выглядит система на солнечных батареях для дома.

Получение электроэнергии из солнечных батарей

Энергия солнца преобразуется в электрическое напряжение постоянного тока. Очевидно, что напрямую солнечную батарею к домашней электросети подключить нельзя, поскольку там должно действовать напряжение 220 (230) вольт переменного тока частотой 50 Гц. Для преобразования постоянного напряжения нужен инвертор для солнечных батарей, на выходе которого будут те самые стандартные 220 В.

Гибридная система электропитания на аккумуляторах и солнечных батареях

Гибридная система электропитания на аккумуляторах и солнечных батареях

Но солнечная энергия достаточной интенсивности действует далеко не всегда. Досада ещё в том, что период активности солнца может не совпадать в периодом, когда необходима электроэнергия.

Другими словами, солнечную энергию нужно накопить, а только потом преобразовать. Для накопления солнечной энергии используют аккумуляторы, которые потом в нужный момент отдают электроэнергию через инвертор в нагрузку.

Заправляет всем этим процессом инвертор для солнечных батарей (внешний вид показан в начале статьи), который по совместительству является контроллером сетевого напряжения и заряда аккумуляторов. Он направляет энергию солнечных батарей для зарядки аккумуляторов, а затем, когда это нужно, запасённую в аккумуляторах электроэнергию преобразует в напряжение 220В 50Гц и отдает в нагрузку. Когда аккумуляторы разряжены, напряжение с улицы есть, а солнца нет, они заряжаются от городской сети.

Когда с улицы поступает нормальное напряжение, солнечный инвертор работает в режиме «Байпас», то есть пропускает ток со своего входа на выход без преобразований.

Про Байпас я писал неоднократно. Например, в статьях про стабилизаторы, или про реле напряжения Барьер.

Фактически, инвертор с аккумуляторными и солнечными батареями может быть частью системы бесперебойного питания. С той лишь разницей, что там энергия берётся (и запасается) только от городской электросети, а в солнечных инверторах — приоритетно от солнечных батарей.

Выбор мощности системы на солнечных батареях

Прежде, чем покупать и устанавливать солнечный инвертор, нужно потратить время на анализ существующей электрической системы дома. Определиться с максимальной и средней потребляемой мощностью, пусковыми токами, системой заземления.

Мощность инвертора должна быть выбрана равной либо больше максимального потребления дома.

Логично, что от аккумуляторных батарей зависит мощность и эффективность всей системы. К инверторам разной мощности нужно подключать АКБ, различные по емкости и подключать их последовательно:

Схема подключения аккумуляторов к инверторам различной мощности

Схема подключения аккумуляторов к инверторам различной мощности

Возможно для получения большей мощности включить инверторы параллельно. Для этого нужно дополнительно применить платы коммуникации (параллельной работы), чтобы инверторы могли работать правильно. Вот пример схемы подключения, когда мощности двух инверторов складываются:

Два инвертора в параллель. Схема подключения инверторов для солнечных батарей

Два инвертора в параллель. Схема подключения инверторов для солнечных батарей

Мощностью инвертора будет определяться мощность всей системы. Но тут не всё так однозначно, и стоит учесть некоторые факторы.

Реальная мощность инвертора

Вся нагрузка сразу никогда не включается, и нужно провести тщательный анализ потребления в течение некоторого времени. Для этого можно воспользоваться токовыми клещами или анализатором качества напряжения. Про примеры использования анализатора качества напряжения HIOKI 3197 я писал в статье «Расчет падения напряжения» и «Применение ИБП для стабилизации питания».

Байпас

В режиме «Байпас» инвертор пропускает через себя всю мощность домашней сети. И нужно учитывать, что мощность при байпасе (когда инвертор фактически не работает) и при преобразовании одинакова. По крайней мере, так уверяет производитель.

Перегрузка

Некоторые домашние электроприборы работают кратковременное время. Например, чайник, СВЧ-печь обычно включаются на 2-3 минуты. Другие приборы, имеющие электродвигатели, обладают пусковыми токами, которые длятся несколько секунд.

Эти факторы обычно учитываются в инверторах, и они могут держать перегрузку в 2-3 раза в течение нескольких секунд, а перегрузку в 1,5 раза — несколько минут. Значения эти, конечно, ориентировочные, и зависят от модели инвертора.

Приоритеты

Необходимо решить, какие приборы нуждаются в бесперебойном питании, а какие могут «потерпеть». Поэтому будет разумно через солнечный инвертор подключать не все электроприборы, а только самые важные. Например, электрокотёл, розетки кухни (включая холодильник), освещение.

А очень мощные и не столь необходимые приборы подключать напрямую, минуя инвертор. Это могут быть бойлер, проточный водонагреватель, и т.п.

Учет всех этих факторов поможет правильно выбрать инвертор для дома и разумно сэкономить.

Философия выбора энергосистемы на солнечных батареях

Так же, как и с выбором стабилизатора, нужно честно задать себе вопрос — «Зачем устанавливать солнечные батареи и аккумуляторы с инвертором?» От правильного ответа будет сильно зависеть комплектность системы и цена. По цене можно сэкономить десятки тысяч рублей, и всё будет прекрасно работать.

Итак, нужно решить, для чего будет применяться система.

1. Аварийный резерв

В случае кратковременного пропадания напряжения в городской сети нужно обеспечить работу жизненно важных приборов в доме — отопление, связь, освещение, холодильник. Все остальные приборы по возможности не использовать. Предполагается, что авария — явление редкое и непродолжительное.

В этом случае конфигурация системы с солнечным инвертором и аккумуляторами будет минимальной.

2. Экономия

Если планируется использовать солнечную энергию в целях экономии, то нужно наращивать мощность системы. И выбирать такой режим работы инвертора, когда энергия солнца «подмешивается» к энергии, которую мы оплачиваем по счетчику. Либо некоторые линии питаются постоянно только от солнечных батарей.

Тем самым экономится электроэнергия, которую мы получаем из города, при неизменном потреблении всего дома. И в этом случае можно говорить об окупаемости такой системы на солнечных батареях.

Разумеется, этот вариант включает в себя и аварийное электропитание, т.е. первый случай.

3. Полная замена

Этот вариант — полный отказ от городской электросети. Городская электросеть нужна будет лишь для аварийного резервирования системы на солнечных батареях, если она вдруг выйдет из строя. Такая конфигурация системы будет иметь максимальную мощность и стоимость.

В этом случае желательно также иметь и генератор, который понадобится в случае недостаточной энергии от солнца. Это может происходить, например, зимой, когда активность солнца минимальна. Генератор послужит для зарядки аккумуляторов и питания важной нагрузки.

Пример монтажа однофазного инвертора

Сначала рассмотрим на практике однофазную систему, а потом перейдём к трехфазной.

Я уже недавно рассказывал, в чем отличие однофазного напряжения от трехфазного.

Внешний вид смонтированного инвертора показан в начале статьи. Его мощность в данном случае — 5 кВА, есть модели и на другие мощности.

А вот, как устроен интерфейс инвертора со всеми входами, выходами и органами управления:

Солнечный однофазный аккумуляторный инвертор для дома

Солнечный однофазный аккумуляторный инвертор для дома. Клеммы для подключения

Подключение аккумуляторных батарей обязательно производится через автоматический выключатель:

Автоматический выключатель для подключения аккумулятора к инвертору

Автоматический выключатель для подключения аккумулятора к инвертору

Через эти клеммы АКБ заряжается от солнца или от сети и отдает энергию на преобразование:

Клеммы для подключения аккумуляторов к инвертору

Клеммы для подключения аккумуляторов к инвертору

Подключение к электрощитку — через кабель ВВГ4х4, защитный проводник отдельно:

Подключение входа и выхода 220В к солнечному инвертору

Подключение входа и выхода 220В к солнечному инвертору

Если длина кабельной линии более 10 метров, то лучше использовать кабель сечением 6мм2, чтобы избежать лишних потерь в кабеле.

Ещё важное замечание! В отличие от стабилизаторов, входная и выходная нейтрали инвертора гальванически развязаны. И если их соединить, инвертор работать не будет!

В домашнем щитке я провода (черный СИП 2х16) с улицы открутил от вводного двухполюсного автомата, и подал уличное напряжение через клеммник на вход инвертора. А с выхода инвертора — на вход того самого автомата:

Переделка домашнего электрощитка для подключения солнечного инвертора

Переделка домашнего электрощитка для подключения солнечного инвертора

В результате энергосистема, установленная под лестницей, выглядит вот так:

Монтаж энергосистемы для дома на солнечном инверторе Ecovolt

Монтаж энергосистемы для дома на солнечном инверторе Ecovolt

Используются 4 АКБ, каждая напряжением 12В и емкостью 200 Ач.

После подключения необходимо настроить инвертор согласно инструкции.

Вот как выглядит экран инвертора при нормальной работе:

Работа солнечного инвертора. Нагрузка питается с улицы через байпас, одновременно идёт заряд батареи

Работа солнечного инвертора Ecovolt. Нагрузка питается с улицы через байпас, одновременно идёт заряд батареи

При различных режимах работы и при настройках на экране информативная картинка, которая будет понятна неподготовленному пользователю.

А вот что будет на экране, если пропадает напряжение с улицы:

Работа инвертора с аккумуляторными батареями

Работа инвертора с аккумуляторными батареями

В данном случае, как и при работе от солнечных батарей, солнечный инвертор выдает стабильное синусоидальное напряжение 230В, как и положено по стандарту.

Трехфазная система на инверторе с солнечными батареями

Не буду утомлять читателя, приведу несколько фото с монтажа солнечных инверторов трехфазной энергосистемы. Схема подключений такая:

Три фазы - схема подключения солнечных инверторов

Три фазы — схема подключения солнечных инверторов

В данной схеме применяются три инвертора Ecovolt, каждый на свою фазу. Для связи в них установлены платы параллельной работы, которые подключены через кабели параллельного интерфейса:

Трехфазная энергосистема для дома. Подключение инвертора

Трехфазная энергосистема для дома. Подключение инвертора. Рабочий момент, процесс монтажа

Для всех подключений нужен ещё один щиток, куда приходят все напряжения:

Электрощиток для подключения инверторов

Электрощиток для подключения инверторов

Для повышения надежности системы нужен перекидной рубильник, поскольку при аварии (а у любого электронного устройства есть право на поломку)) даже одного из инверторов выключится вся система. И тогда можно подать напряжение напрямую с улицы.

Это похоже на простейший АВР, когда дом может питаться от городской сети либо от генератора через такой переключатель.

Вот рубильник аварийного переключения поближе:

Рубильник для выбора питания дома - через инверторы либо с улицы, как раньше

Рубильник для выбора питания дома — через инверторы либо с улицы, как раньше

А вот поближе и с пояснениями внутренняя схема электрощитка подключений инверторов:

Подключение солнечных инверторов в трехфазной сети

Подключение солнечных инверторов в трехфазной сети

Солнечные батареи в данной конфигурации подключаются к одному из инверторов, который будет главным. Он будет контролировать заряд аккумуляторов от солнечных батарей.

Вот так солнечные батареи закреплены на крыше:

Монтаж комплекта солнечных батарей на крыше

Монтаж комплекта солнечных батарей на крыше

Это одна половина, другая — на другом скате. Всего — 12 солнечных батарей, каждая по 24 Вольта, мощность 260 Вт. Каждая такая половина содержит три последовательно соединенных батареи, эти тройки соединены параллельно. В результате теоретически все 12 батарей дадут 3100 Вт. Но это если на все батареи перпендикулярно падают солнечные лучи, чего никак не может быть.

В итоге трехфазная энергосистема имеет такой вид:

Трехфазная система на солнечных инверторах для питания дома

Трехфазная система на солнечных инверторах для питания дома

Бонус — инструкция

Такую инструкцию я распечатал для владельца дома:

Cистема получает электроэнергию от уличной сети и от солнечных батарей, накапливает её в аккумуляторных батареях, и преобразует через инверторы в переменное напряжение 220В.
В нормальном состоянии положение рубильника — вверху, работа происходит через инверторы.
При проблеме с работой инверторов необходимо отключить нагрузку автоматами в нижнем ряду в старом щите, и перевести рубильник через среднее положение вверх. Затем включить все автоматы. После этого система будет питаться только от уличной сети.
При устранении неисправности инверторов также выключить нагрузку и переключить рубильник в нижнее положение, после этого включить все автоматы.
Прерывистый звуковой сигнал от инверторов, как правило, означает перегрузку. В таком случае необходимо уменьшить нагрузку, выключив наименее нужные электроприборы. Также, по возможности просмотреть сообщение об ошибке и выходную мощность инверторов.

Источник: Александр/СамЭлектрик.ру

Рекомендуем почитать

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.