Обо мне
    Резюме
    Портфолио
    Услуги
    Контакты
    Астро
    Схемотехника
    Мультикоптеры
    Автономный дом
Язык:

Как примерно прикинуть компоненты небольшой солнечной электростанции для автономного объекта

25/08/2017 17:29:43
Небольшая солнечная энергосистема

Так получилось, что я чуть разбираюсь в солнечных электростанциях. Сейчас, к примеру, пишу этот текст на компе, запитанным от Солнца.

Есть у моего знакомого желание научиться и приобщиться к солнечным делам. Есть пара объектов в Воронежской области, в гараже даже нашёлся автомобильный 100А аккумулятор. Ну а раз есть желание, то почему бы не попробовать? Не вижу препятствий.

 

Негативчики

Во-первых, солнечная энергетика хорошо работает (кто б сомневался) лишь в солнечных регионах. Если мы говорим про Краснодарский край, то и здесь бывают провалы - когда Солнца нет по неделе. Но если вспоминать Москву и область, там небо могут закрыть на пару месяцев. И это не исключение, а скорее правило с редкими исключениями.

Второй негативчик в расходниках. К примеру, при подключении по проводу, расходником является только абонплата. Всё остальное есть коммутационные и установочные элементы (тумблеры, провода, розетки). Они тоже постепенно или резко выходят из строя и требуют замены, но это слёзы рядом с тем, что я сейчас озвучу. Вы думаете, что 3.5р за киловаат*час энергии много и хотите сэкономить? Ха... Только по расходникам сейчас, летом, моя энергосистема еле-еле дотягивает до цены киловатта у тебя в розетке. А зимой цена подскакивает порой аж до 15+ р за кВт*ч.

Основной расходник в "солнечной системе" (как порой коряво пишут продаваны бу солнечного оборудования в авито) - это АКБ. Вот тут есть варианты по снижению стоимости эксплуатации. К примеру, если просто брать автомобильный стартерный аккум, то он помрёт край через года два использования (примерно 300-500 циклов разряд/заряд). Вот и выходит, что стоимость электричества в год будет равна стоимости аккума делить на два. Плюс начальные вложения на железо. И плюс железо тоже мрёт иногда. У меня дважды погибал и солнечный контроллер, и инвертор.

Сэкономить здесь можно и нужно. Если взять другой тип АКБ, то начальные вложения увеличиваются (порой на порядок), но эксплуатационные расходы падают на порядок - два! В чём же секрет? "Открой мне тайну дешёвого электричества, Олег!!!", - почти что возопил мой воронежский знакомый.

На чём ездят полотёры по сетевым супермаркетам? В основном на тех же свинцово-кислотных (СК) АКБ. Но не стартерных из автомагазина, а т.н. "тяговых". Обычно это тяжёлые СК аккумуляторы, построенные на панцырной технологии. Их цена примерно вдвое выше стартерных при ресурсе в 4+ раза лучшем (примерно 1200-1500 циклов разряд/заряд)!

Чем сейчас питают всю носимую мелкотехнику? (Т.н. гаджеты). Да, в основном Li-Ion и Li-Po аккумуляторами. Их ресурс сопоставим с тяговыми СК аккумуляторами, цена похожая. Есть некоторые неудобства именно для автономной работы. Но ... сама идея литиевых аккумуляторов, видимо, не давала кому-то покоя и были изобретены и успешно введены в эксплуатацию другие подтипы Li* аккумуов.

Литий-железо-фосфато-полимерные аккумуляторы (LiFePo4). Если я верно написал название, в чём чуток сомневаюсь, то это был прорыв. По сравнению с тяговыми СК аккумами эти стоят ещё в пару раз дороже (зависит от производителя), однако имеют ещё в 4 раза больший ресурс (порядка 4-5 тыщ циклов разряд/заряд).

Казалось бы, вот оно счастье! Бери и пой. Или пей. Или жги электричество! Но нет. Есть негативчик и тут. LiFePo4 нельзя заряжать при отрицательной температуре. Аккумы подходят только для "домашнего" использования. Не абы какая проблема, но это нужно учитывать при проектировании энергосистемы. К примеру, в неотапливаемый воронежский гараж моего знакомого такие не подойдут.

Однако, не спешите ругать технологии. Проходит некоторое время и их неизбежно вытесняют другие, более прогрессивные технологии. Литий-титанатные аккумуляторы (LTO, LiTo) на сегодня являются вершиной Спасской башни. Той великолепной рубиновой звездой, что венчает современные технологии хранения энергии для небольшого автономого объекта, оборудованного солнечной, водяной, ветряной и бензиновой электростанцией. Их ресурс заявлен на уровне 20-50 тысяч циклов. Что означает долгие десятки лет эксплуатации без заметного падения ёмкости.

Негативчик? Ну конечно же :), как не подыграть названию раздела. Пока что технология нова и, хоть аккумы уже можно купить, но есть некоторая путаница где лучше их покупать и стоит ли доверять китайсу при такой долгой игре. Если LiFePo4 я вижу в работе, то LiTo пока только в виде рекламы и небольших партий у тестировщиков всего нового.

Посему, СБ, хоть и дорого (в 2-5 раз дороже чем электричество из розетки), но работает только для автономных объектов. Если же есть провод, то чистА практически я тебе, читатель, рекомендую его использовать. С бакапом, несомненно. Вот в режиме бесперебойника тот же аккум из автомагазина проживёт не 2, а 3-5 лет! А тяговый и вовсе будет жить "вечно" (десяток или два десятка лет).

В общем, крепко подумай и, если ещё осталось желание после нагнанного мною пессимизма, я тебе просчитаю систему по заданным критериям :)

 

Вопросы

Чтобы точнее понять объём проблемы я изначально задал своему знакомому серию вопросов. Если планируете строить солнечную электростанцию, для себя попробуйте ответить на них. Иначе слишком размыто выходит. Нужно задать граничные условия.

Начнём с площадей. Вот есть у "воронежца" гараж... гут, уже есть куда поставить и есть понимание сколько панелей туда влезет. Оценочно. Точность потребуется на следующем этапе.

А что ты планируешь питать? Какие потребители планируешь? Одно дело порой включаемая лампочка. Совсем другое - постоянно работающий холодильник. А есть ещё неприятные для солнечной электростанции типы потребителей - ночные. Телескоп, например, в основном снимает звёзды ночью. А ночью, как на зло, Солнца на небе нет.

Есть ли постоянное тепло в гараже? Это важно для выбора типа аккумуляторов. Впрочем, если есть погреб, эту проблему можно попробовать обойти.

Будут ли твои потребители работать только когда светит солнце или же должны работать и ночью, и в пасмурную погоду?

Регион расположения объекта, статистическое количество ясных дней в регионе.

 

Выбор поставщика

На самом деле сильно не парься выбором самих панелей. Солнечные батареи (СБ) низкого ценового диапазона, глобально, делятся на две основные подкатегории - поликремний и монокремний. Поликремниевые дешевле и ... лучше в первое время. Я именно ими и пользуюсь. Ресурс панели порядка 20+ лет при падении производительности за эти 20 лет лишь на 20%. То есть они в рамках срока активного существования системы условно считаем "вечными".

СБ китайцы наловчились делать массово. С учётом больших габаритов панелей, цена в Краснодаре, например, такая же как в Китае. Поэтому я прям тут, в городе, и покупаю. За 260 Вт недавно отдал 10500р. Что считаю несомненным прогрессом. Ибо за такую же панельку два года назад отдавал то ли 13, то ли аж 15 тыщ рублей.

Подкупают китайские наборы "сделай сам солнечную панель". И я даже собрал с пяток изделий но ..., они получились не дешевле покупных, при этом заметно хуже технически и дюже геморойны в изготовлении. Однако... 4 панельки, пусть и кривые, до сих пор работают. В пол силы.

Контроллер заряда. Есть дешёвые ШИМ-контроллеры и для одной панельки и моего приятеля с 100Ач полугиблым аккумом больше не нужно. Они бывают 10А, 20А, 30А и, реже, выше. Напряжение обычно 12 или 24В, чаще универсальный. Стоят мало, порядка 350-1000р. У ШИМов есть проблемы, но для малой системы их цена подкупает.

Ежли же выработка измеряется киловаттами, то нет вариантов, кроме серьёзного MPPT-контроллера. Мне понравился новосибирский "Фотон", например. Есть и китайские решения, к примеру, Tracer хорошее очень. Есть и крутые дорогие контроллеры, конечно.

Аккумулятор. Пару слов о типе АКБ уже сказал. Производитель СК аккума... лучше не Тюменьский завод. Цена меньше в полтора раза, ресурс - в 2+ раза меньше. Если говорить про литий, то я пока не готов дать однозначных рекомендаций. Конечно, тошиба впереди планеты всей. Как и цены на их изделия. Был российский "Липотех" и сдулся. Ждём-с проверенного поставщика.

 

Расчёт

Чтобы дать первичный расчёт системы, нужно понять от чего отталкиваться. Есть уравнение с множеством неизвестных - есть и множество решений. Чтобы сократить количество решений до минимума, нужно ответить на вопросы выше и дать хоть каки-то вводные.

Мой знакомый дал такие вводные:

> Аккум 100ач 12в. Обычный стартерный, дел для него особо нет, стоит пылится в гараже уже 3 года, поэтому ума ему дать надо.

Понятное дело, что если ему уже три года, то там явно не 100 ач. Но пойдёт, как отправная точка.

Итак. Когда аккум был молод и свеж, из него без риска для его здоровья можно было бы взять 50% ёмкости, то есть 50Ач. Сейчас... ну пусть он в норме, будем ориентироваться на 40 Ач * 12В.

Тогда, чтобы полностью зарядить его за день, нужно не так много. Допустим, самый плохой случай - зима и пол дня ясных. А день ещё и короткий, то есть ~4 ясных часа. 40 Ач за 4 часа, стало быть нужен ток 10А * 12В = 120 Вт панелька. Тут ещё стоит вспомнить, что свинцовокислотный АКБ имеет собственный КПД порядка 0.8, плюс дешёвый контроллер около тех же 0.8. То есть панель нужна 120 / 0.8 / 0.8 ~= 180 Вт. Я в продаже видел 110, 125, 150, 160, 200, 210, 250... не важно, какую одну или две ты возьмёшь, главное следи, чтобы они были на 12В. Для дешёвого контроллера (~600р) это важно. А ставить дорогой (~6 тыщ руб) для такой системы не сильно оправдано... хоть и даст КПД около 0.95.

И так, панель (или две панели), мощностью примерно 200 Вт. Например, две по 100 Вт (12 В обязательно!). Хорошим таким проводом (многожильный, 4 квадрата или выше) соединяешь их параллельно и тянешь магистраль к контроллеру. Можно даже два по 4 квадрата от каждой панели пустить. То есть с крыши вниз у тебя 4 провода. +- одной панели и +- второй.

В помещении соединяешь + и +, подаёшь на + контроллера. - и - соединяешь, подаёшь на - контроллера. Не сделал это наверху потому что ток там 100 / 12 = 8А. А напряжение низкое и малое сечение проводов тебе даст заметную его просадку.

Дальше. Контроллер. Тебе в этом проекте подойдёт любой простой ШИМ-контроллер на 20А. Почему не на 10? Потому что цена почти не отличается, а использовать устройство на 100% нехорошо. К тому же, зимой СБ дадут большую мощность из-за работы на холоде и как бы 10А контроллер не накрылся.

Тут их великое множество и особой разницы меж ними нет: aliexpress поиск.

Вот и всё, собственно. Если питаешь светодиоды прям от АКБ 12В, то больше ничего не нужно. Если же у тебя 220В нагрузка, то покупаешь инвертор (преобразователь из 12В постоянки в 220В переменку) подходящей мощности.

Главных правил использования свинцово-кислотного аккума всего два:

- не опускать напряжение ниже 10.5 В (а лучше не ниже 11 В !);
- стараться не держать аккум разряженным и при первой же возможности дозаряжать его до штатных 12.6 В.


Архив

Телефон: +7 (928) 425-32-10
e-mail: