Автор, тестер, специалист ВИЭ
5,6
рейтинг
21 апреля 2015 в 10:27

Полная энергетическая автономия или как выжить с солнечными батареями в глубинке (часть 5. Ловец Солнца)



На европейской части России солнце, наконец, стало светить достаточно ярко и долго, чтобы иметь возможность поддерживать свою автономную систему без привлечения внешней энергетики- электросетей и генераторов. Но есть несколько хитростей, позволяющих при небольших модификациях уже имеющейся системы собрать немного больше энергии. Первая — слежение за солнцем, вторая — слежение за точкой максимальной мощности солнечных батарей. Начнем с первого и самого интересного — солнечного трекера.

«Мопед не мой», но для понимания принципа действия очень наглядно.



Указанный выше трекер можно даже приобрести на Ebay. Стоит он порядка 52 000 рублей на конец апреля 2015 года в России, а способен удержать всего пару панелей, суммарной мощностью до 600 Вт. И так как с окупаемостью солнечной энергетики вопрос стоит очень тяжело, то с добавлением в смету такого трекера солнечная энергетика будет окупаться довольно долго. Поэтому крайне велика популярность самодельных трекеров с различным управлением.

Следует сделать ремарку и оценить целесообразность монтажа солнечного трекера. Такое устройство позволяет увеличить выработку энергии при том же количестве солнечных панелей в 1,6 раза за счет более длительного воздействия солнца на панели и оптимального угла установки СП относительно солнца.

Стоит выделить основные задачи, которые придется решать при слежении за солнцем:
1. Создать достаточно крепкую платформу, которая будет не только выдерживать вес самих панелей, но и порывы ветра. Трекер с 4-6 и более панелями можно считать большим парусом.
2. Создать механику поворота тяжелой платформы с высокой парусностью.
3. Создать логику управления механикой, для слежения за солнцем.

Начнем с первого пункта. Целесообразно размещать массивы батарей таким образом, чтобы они не затеняли друг друга и крепились кратно необходимому напряжению.


Для такого трекера необходим мощный фундамент и крепкое железо. Из всех испытанных устройств, для управления поворотной платформой, лучше всего подходят актуаторы. Хорошо видна механика управления на следующем снимке.


Данный трекер позволяет управлять положением солнечных панелей в двух плоскостях. Впрочем, можно сделать управление только по горизонтали, а по вертикали менять угол пару раз в году (весной и осенью).

Что касается логики всей системы, то можно пойти несколькими путями:
1. Слежение за максимально яркой точкой
2. Поворот и наклон по таймеру (восход и заход солнца известны и постоянны для каждого дня)
3. Гибридный вариант, сочетающий постоянный угол поворота и поиск максимальной яркости

Первый способ можно реализовать самостоятельно или купить у китайцев готовый девайс. Первый для управления трекером в одной плоскости


Второй для управления трекером в двух плоскостях


Грубо говоря, для слежения за максимальной яркостью в одной точке китайцы хотят 100$. Понятно, что данные системы не представляют большой сложности для человека, разбирающегося в принципах работы контроллеров, поэтому аналогичную систему можно собрать в 10 раз дешевле.
Выглядеть это будет так

Ну а детали проекта и реализацию можно прочитать тут. Проект не мой, поэтому я не буду заниматься плагиатом.
Детальнее о самостоятельном изготовлении солнечного трекера можно почитать на профильном форуме, где опытным путем вычислили оптимальные конструкции и лучшее оборудование для выполнения этой задачи.

Слежение за точкой максимальной мощности солнечных батарей (MPPT)
Во второй части своего цикла я рассказывал про два различных типа солнечных контроллеров. MPPT (Maximum Power Point Tracking) контроллер тоже следит за солнцем, но с другой позиции всей системы. Для простого объяснения приведу график и после разъяснение.
image

На графике видно, что максимум снимаемой мощности можно получить при нахождении в точке максимальной мощности, которая неизменно будет на зеленой линии. Обычный ШИМ контроллер просто не может этого делать. Кроме того, MPPT контроллер позволяет подключать сборку последовательно соединенных солнечных панелей. Такой способ подключения заметно снижает потери энергии при транспортировке от солнечных батарей до аккумуляторов. Экономическая целесообразность приобретения MPPT контроллера появляется, если мощность установленных СП больше 300-400 Вт. Опираясь на свой опыт, могу сказать, что стоит приобретать солнечный контроллер «на вырост», если только сразу не создается мощная энергетическая система, которая с запасом перекрывает потребности дома. Методом последовательного наращивания количества солнечных батарей я пришел к мощности в 800 Вт — это не много, но этого вполне хватит для дачного дома в летний период, чтобы вообще не обращаться к электросетям. Согласно калькулятору моя энергосистема усредненно будет приносить с апреля по август по 4 кВт*ч электроэнергии в день. Если не пользоваться электроплитой и микроволновкой для приготовления пищи, то такого количества энергии хватит для комфортной жизни семье из 4 человек. Но есть еще мощный пожиратель электроэнергии в частном доме в виде бойлера для приготовления горячей воды. Для подогрева 80 литрового бойлера потребуется как раз около 4.5 кВт*ч электроэнергии. Таким образом, автономка должна окупаться хотя бы на нагреве воды или обслуживании других потребителей.
В прошлой статье я рассказал о гибридном инверторе, который может использовать энергию с приоритетом от солнечных батарей и лишь недостающее забирать из сети. Как это относится к солнечному контроллеру? Дело в том, что российская компания МикроАрт с недавнего времени начала выпускать собственные MPPT-контроллеры, которые могут быть связаны с инверторами этого же производителя по общей шине. Ну а поскольку гибридный инвертор у меня уже установлен, с новым сезоном я решил испытать новый контроллер.



Надо сказать, что выглядит он брутально относительно двух предыдущих контроллеров, которые я уже имею в своем хозяйстве. Металлический корпус, радиаторы по сторонам (китайские модели имеют радиаторы на задней стенке), темно-серый стальной корпус. В последнее время мне стало нравиться, что в моем хозяйстве контроллеры начинают «общаться» со мной на русском языке. Раньше были пиктограммы, цифры и английские надписи. Можно это считать капризом, но это приятно. Сравнивать в этой статье новый контроллер с предыдущими моделями я не буду, а вынесу тестирование с китайскими моделями в отдельный текст. Пожалуй, там же рассмотрю целесообразность приобретения более или менее мощного контроллера, особенности работы и надежность.
Самое большое достоинство этого контроллера для меня — это возможность подкачки нужного количества энергии, чтобы не происходило заимствование энергии от аккумулятора, которое снижает его ресурс. Из трех моделей, которые представлены производителем, я выбрал самый популярный и оптимальный по соотношению напряжение\ток — Контроллер ECO Энергия MPPT Pro 200/100. Опираясь на характеристики устройства можно сказать, что контроллер поддерживает входное напряжение до 200 В и выходной ток до 100А. С учетом того, что моя сборка аккумуляторов на 24 В (поддерживается напряжение аккумуляторов 12/24/48/96 В), контроллер позволит выдать максимальную мощность в 2400 Вт, то есть у меня есть двукратный запас по наращиванию солнечных батарей. Максимальная же мощность контроллера составляет 11 кВт при 110В на аккумуляторах (буферное напряжение). Контроллер поддерживает связь с гибридным инвертором МАП SIN Энергия Pro HYBRID v.1 24В по шине I2C и может мгновенно добавлять мощности, когда инвертор выдает информацию о повышении потребления энергии. Взаимодействие двух устройств одной фирмы — это, как правило, система отработанная, поэтому все сводится к включению одного шнурка в нужные разъемы устройств и активации нужных параметров. Мне же было интересно заявление производителя этого контроллера о том, что данный MPPT-контроллер может так же мгновенно добавлять мощность при использовании инвертора любого другого производителя. Стало интересно, как это реализовано. Все оказалось крайне просто:
image
Датчик тока вешается на плюсовой провод, ведущий к инвертору (вот почему неважен производитель инвертора) и используя эффект Холла контроллер вычисляет потребляемую мощность. Тут уже вступает в работу логика самого солнечного контроллера и он подкачивает нужное количество энергии. Все известные мне контроллеры опираются на напряжение аккумулятора, и только учитывая его, повышают ток заряда.
Продолжая исследование возможностей контроллера, я столкнулся с тем, что он оснащен тремя реле, срабатывание которых можно запрограммировать. К примеру, при достаточно солнечной погоде и отсутствии потребления домом электроэнергии, можно начать подогрев дополнительного бойлера или бассейна. Рассмотрим и обратный вариант: солнца нет, напряжение аккумуляторов снизилось до критичного уровня, когда инвертор может просто отключиться, а потребление энергии продолжается. Тогда можно запустить отдельный бензо\дизель генератор, просто замкнув реле. Но для этого генератор должен иметь сухой контакт запуска или отдельную систему автоматического пуска или САП (также называется АВР — Автоматический Ввод Резерва). Поскольку у меня, как и у большинства дачников, имеется простой китайский генератор, но со стартером, я посмотрел в сторону автоматизации его запуска и обрадовался, узнав, что МикроАрт уже давно выпускает свою автоматику.
Вернемся к контроллеру. Его монтаж стандартен: сначала подключаются клеммы аккумулятора, потом подключаются клеммы солнечных батарей и производится настройка параметров. Подключив внешний датчик тока, можно наблюдать, какую мощность потребляет инвертор в режиме реального времени.
Итак, разматываем провода, монтируем контроллер и начинаем экономить. На следующей фотографии демонстрируется работа инвертора в гибридном режиме, когда только часть энергии потребляется от сети, а основная — от солнечных батарей.


Солнечный контроллер специально подключен через внешний датчик тока для демонстрации работы с любым другим инвертором, выпущенным сторонним производителем.


Итог
Солнечный контроллер соответствует заявленным характеристикам и действительно подкачивает энергию, даже буду подключенным к «чужому» инвертору посредством датчика тока. Гибридный инвертор действительно подкачивает в сеть энергию от солнечных батарей (на фотографии из 200 потребляемых Ватт половина, то есть 100 Вт поступает от солнца. Минимальные 100 Вт контроллер всегда будет забирать из сети, а остальное брать от солнца — это особенность работы устройства). Проще говоря, комплект с момента подключения начал себя окупать. К сожалению, весна резко сменилась метелью, и в ближайшее время вряд ли удастся наблюдать высокую эффективность комплекта (гибридный инвертор+солнечный контроллер), но с мая я рассчитываю на практически полное покрытие своих энергетических нужд за счет солнца.

Анонс
В следующей, заключительной статье, я сравню три имеющиеся у меня солнечных контроллера и постараюсь ответить на все вопросы, которые возникли за время этого цикла материалов. Если осталась нераскрытой какая-либо тема и она будет интересна большому количеству Хаброчитателей, тогда я постараюсь собраться и выдать отдельный материал. А теперь я готов отвечать на вопросы. Да прибудет с вами Сила Солнце!

Алексей @shuvaevgl
карма
21,0
рейтинг 5,6
Автор, тестер, специалист ВИЭ
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (21)

  • +2
    Надо сказать, что выглядит он брутально относительно двух предыдущих контроллеров, которые я уже имею в своем хозяйстве.

    Нормальное такое промоборудование. Весьма аккуратно сделано и да наконец-то английские надписи только там где надо. Ну разве что SN еще можно по русски было написать.
  • 0
    S/N — (serial number)серийный номер. Вроде стандартное обозначение.
    Кстати, обратил внимание, что на корпусе еще написано «солнце/ветер». Вероятно, вскоре и для ветрогенераторов его можно будет применять
  • +1
    Лучше расскажи о том, удалось ли сэкономить хоть сколько рубликов. Как вообще живется домашним с такой аппаратурой? Сколько всё электрохозяйство вышло по деньгам? Можно какую-нибудь простенькую схемку подключения нарисовать. Просто статьи обширные и очень трудно схватить суть и сделать выводы для себя, т.к. много информации раскидано по разным статьям. Хотелось бы некое резюме — стоить ли альтернативщиной заниматься?
    • 0
      Краткая выжимка: Если есть стабильное электричество, то это не выгодно, но просто интересно. Домашние живут и не замечают. К примеру, недавно сработало вводное УЗО и дом полностью обесточился. Инвертор МАП резервирует весь первый этаж дома. Пока я не поднялся на второй этаж, я даже не знал, что дом отключен от внешней сети.
      Инвертор\бесперебойник имеет смысль ставить, когда:
      1. Отопление дома электрозависимо (обычный дровяной котел или газовая печь без автоматического отключения, турбокотел)
      2. Ущерб от отключения электричества выше простоя без энергии ( инкубатор без электричества в 20-30 минут-это загубленные яйца)
      3. Etc

      Солнечная энергетика позволяет быть независимым от электросетей. Пример:
      1. Дом в глуши или посреди поля, куда протянуть провода будет стоить дороже 400 тыс рублей
      2. Дом на колесах\трейлер, когда на стоянке не хочется заводить машину, чтобы холодильник продолжал работать
      3. Удаленные поселения, вышки сотовой связи

      Простейшая схема подключения в конце второй части.
      • 0
        Бесперебойник крайней полезная вещь в доме с собственным отоплением, особенно когда в качестве топлива используется не электричество. Ведь в таком случае достаточно питать 1-2 маложрущих насоса и вся система отопления будет работать, дом не замёрзнет.
        • 0
          Когда просто насос питаются, то можно взять любой дешевый бесперебойник-насосу почти без разницы, какой формы синус.
          А вот большинство котлов с электроникой от модифицированного синуса выпадают в ошибку.
          • 0
            Может не спроста выпадают? В моём случае, от аппроксимации синусоиды, которую выдаёт Ippon 500 и ещё какой то ещё слабенький упс, котёл работал, но насос в нём довольно заметно гудел. Подумал что ему это не очень нравится и подключил ИБП с более чистым синусом, от него оба насоса работают бесшумно.
            • 0
              Мобифицированного синуса не любят асинхронные и синхронные безколлекторные двигатели. Вот тут нужен чистый синус. Поэтому если стоимость ремонта контла дороже хорошего бесперебойника с чистым синусом, то экономически целесообращно один раз потратиться на ИБП с чистым синусом. А можно сделать, как я- взять нармальный ББП мощностью от 1.5 до 18 кВт и зарезервировать часть\весь дом.
              • 0
                Я решил рискнуть здоровьем, и купил отслуживший APC на 3 КВА с чистым синусом. В сравнении со стоимостью нового заплатил почти ничего, судя по дате изготовления, проработал он 4-5 лет, не известно в каком режиме, но судя по отзывам, APC делает нормально, но спустя 5-10 лет эксплуатации выходят из строя выходные реле. Пока солнечные панели дороговаты, пусть работает так, как подешевеют до уровня, соизмеримого со стоимостью закупки электричества из проводов, то буду думать о гибридном инверторе.
                • 0
                  Аккумуялторов на какое время работы хватает? Какой емкости батареи и какая нагрузка у Вас?
                  • 0
                    В квартире 48В 75Ач АКБ, на даче 48В 110Ач, автомобильные. Ток холостого хода с батарей примерно 1.3-1.5А, т.е. без нагрузки хватит на 2-3 суток. В квартире подключено освещение и розетки под мелкую бытовую технику, типа роутера, ноутбука. При желании можно и чайник вскипятить, но «дешевле» на газовой горелке. Максимальное отключение было на 10 часов, АКБ хватило. На даче нагрузка побольше: два циркуляционных насоса отопления, насос для скважины, дренажный насос, холодильник, морозилка, овощехранилище, пара бытовых розеток, освещение (по большей части светодиодное, есть сберегайки и чутка осталось ламп накаливания). Когда всё это включается ИБП показывает нагрузку 100%. Сколько проживёт от АКБ сильно зависит от того, сколько человек в доме. Без активности со стороны людей, сможет протянуть часов 7-8.
  • 0
    Но есть еще мощный пожиратель электроэнергии в частном доме в виде бойлера для приготовления горячей воды. Для подогрева 80 литрового бойлера потребуется как раз около 4.5 кВт*ч электроэнергии.

    Затевать такую систему ради подогрева воды — это глупость и расточительство. Есть такая штука — солнечный бойлер называется:
    image
    Конструкция предельно простая, дешёвая и КПД выше. В наших Палестинах довольно солнечно, так летом я электронагреватель не включаю совсем, а водой обжечься можно.
    • 0
      Хорошая штука, если есть куда поставить. Да и системы есть с раздельным накопителем и со встроенным. И большие теплопотери зимой.
      • 0
        Что значит «есть, куда поставить»? Для панелей место есть, а для бака — нет?
        Зимой систему можно слить и даже бак убрать в помещение. Автор, собственно, про летнюю дачу пишет :)
        Понятно, что зимой в средней полосе от такой системы толку мало. Но летом-то? Проще, дешевле, КПД намного выше.
        • 0
          Автор я сам. И такие системы тоже рассматривал для своего дома. И если солнечные панели менее хрупкие, то вакуумные трубки могут и побить завидущие соседи- к сожалению, реалии глубинки. Если абстрагироваться от этого, то:
          1. Стоимость самой дешевой установки с баком на 150 литров — 40320 руб
          2. У меня стоит обычный электрический бойлер на 100 литров, который питается от гибридного инвертора, то есть часть энергии идет от солнца, часть от сети.
          3. Счет за электроэнергию в июне составил чуть более 500 рублей. Это за все питание дома, а не только нагрев воды.
          4. Такая установка будет экономить мне в среднем 250-300 рублей в месяц с апреля по октябрь, то есть 2000 руб\год. Окупаемость получается в 20 лет. За это время бак скорее всего износится.

          Мне кажется, такие установки целесообразны там, где солнца заметно больше, то есть на широте Крыма и южнее. Да к тому же должен быть достаточный расход воды, то есть это либо большое количество проживающих в доме, либо гостиницы — вот там подобные системы окупятся очень быстро.
          • 0
            При желании, панель можно и самому сделать — у неё предельно простая конструкция. Чёрная панель, куча параллельных трубок, сверху накрыто стеклом. Могу сфотографировать поближе.
            • 0
              Было бы неплохо. У Вас сплит-система или сразу с баком? И где Вы территориально находитесь? В какие месяцы система реально работает?
              • 0
                У меня 1 к 1, как на картинке, а нахожусь я в Израиле
                У нас эта штука даже зимой работает, если солнечно, а трубы утеплены и бак не времён британского мандата с воспоминаниями о теплоизоляции.

                Тем не менее, такая штука будет отлично работать и в моей родной Перми в летние месяцы. Достаточно вспомнить, как нагревается машина, если её в солнечный день на улице оставить. А по стоимости и КПД оставит далеко позади систему с промежуточной генерацией электричества.

                Все эти вакуумные колбы — это круто, они стоят дороже в разы, а эффект от них — единицы процентов.
                • 0
                  У вас заметно больше солнца и широта другая. Солнечное тепло в воду перегонять заметно эффективнее, нежели прогонять через электричество, но для меня пока нецелесообразно — экономические выкладки я расписал выше
                  • 0
                    У вас заметно больше солнца и широта другая

                    Зато у нас световой день короче.
                    А так — у нас сезон длиннее и облачных дней меньше.

                    Кстати, чем ещё хороша крыша, заставленная солнечными панелями (неважно, какими) — крыша меньше нагревается и меньше работы кондиционеру :)
                    • 0
                      От фотовольтаики одни преимущества!

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.