Солнечная электроустановка в Московской области собственный опыт

• Энергия и элементы питания,
• DIY или Сделай сам

Сейчас модно говорить про возобновляемые источники электроэнергии, в частности ветряки и солнечные панели. Некоторые утверждают, что такие источники позволяют отказаться от услуг энергосбытовых компаний. Я решил проверить, так ли это (в части солнечных панелей) у себя на даче. И вот, что получилось.

Как обычно, жирным выделяю наблюдения или ограничения, на которые стоит обратить внимание.

Зачем?

Так получилось, что сеть СНТ старая, мощность на 1200 участков около 200КВА всего. То есть зажечь лампочку – нормально. Вскипятить чаю – нормально. Набрать бочку воды из колодца можно. А вот обогреваться – уже нет. Напряжение скачет от 190 до 113 Вольт, регуляторы напряжения в таком диапазоне уже не справляются (обычно рабочий диапазон у них 160-250В). Релейные регуляторы постоянно щелкают (соседи тоже не дураки и идет постоянная борьба регуляторов на одной линии), регулятор со следящим приводом сдох через год (постоянно пытался компенсировать прыжки от соседских релейных регуляторов). Поставил инверторный – рабочий диапазон от 110 до 260В. Но народ тоже не сложа руки сидит, в итоге падения напряжения все больше, стали случаться полные отключения света.

В моем дачном доме есть автоматика (умный дом), которая помимо прочего управляет очисткой воды (2 насоса, компрессор для окисления железа, УФ стерилизатор), септиком (2 повышающих насоса), нагревателем для обеспечения горячей водой. Есть циркуляционный насос для котла отопления, а также система видеонаблюдения. Все это требует бесперебойного питания.

Автономное электроснабжение

Первым появился обычный автомобильный аккумулятор на 60Ач, от него питались камеры и роутер с модемом, а так же сервер управления умным домом.

Для питания насосов были куплены 2 китайских инвертора по 1,5кВт с модифицированной синусоидой для двух водяных насосов (в момент пуска электромоторы потребляют в пике до 3-х крат от номинала, соответственно, для насоса в 500Вт нужен инвертор с пиком 1500 Вт). Вот модифицированная синусоида – это, как оказалось, очень плохо для моторов – греются, плохо тянут.

Пришлось покупать инвертор уже на 4000Вт с чистой синусоидой и питанием от 12 В (это в дальнейшем определило напряжение всей системы и мощность).

Когда стало ясно, что свет будет пропадать все чаще, а бензиновый генератор ставить негде (участки по 5,5 соток, шум работы будет мешать и днем, и ночью), пришла мысль поставить солнечные панели.

Что такое солнечная электроустановка

Типовая система электроснабжения на солнечных панелях состоит из элементов:

·         Панелей

·         Контроллера заряда

·         АКБ

·         Инвертора

Стоит заметить, что сейчас встречаются так называемые «гибридные» контроллеры, содержащие в себе как контроллер заряда, так и инвертор, да еще и блок переключения, а также систему передачи в питающую сеть (чтобы продавать энергию соседям через общую сеть, но это пока в России не урегулировано законодательно).

Важным параметром любой системы является напряжение аккумуляторных батарей – 12/24 или 48, 64 В и так далее.  Чем выше напряжение, тем меньше ток требуется выдавать (меньше сечение проводов и потери в них), но тем больше батарей надо ставить.

Так как у меня уже была батарея и инвертор, решил не менять напряжение системы и продолжать работать при 12В, тем более, что камеры и роутеры могли питаться напрямую от батареи, что весьма удобно. Плюс я провел аварийное освещение на автомобильных светодиодных лампах 12В.

Эффективность солнечной генерации

При этом надо понимать, что солнце светит не круглые сутки, ночью и в дождь солнца нет, соответственно, энергия забирается из АКБ через инвертор. АКБ не очень любят глубокий разряд или большой ток разряда. Есть зависимость числа циклов разряда, которые выдержит АКБ без потери емкости, от глубины этого разряда.

Где-то были такие цифры для свинцовых АКБ:

Глубина разряда	Число циклов без потери емкости
20%	600
60%	200

То есть, если АКБ на 200 А*ч (2400 Вт*ч) можно безопасно разряжать только на 20% - 480 Вт*ч (40 А*ч), более глубокий разряд – прямой путь в магазин за новыми АКБ через год-два максимум.

Гелевые (Gel) не так сильно теряют емкость, но и стоят в 2-3 раза больше.

С ночью разобрались, а что днем?

А днем важен такой параметр, как плотность солнечного потока. Но если не лезть в дебри вычислений, можно отталкиваться от параметра – «число солнечных часов в году» в выбранной местности. Оказалось, что в Москве таковых меньше, чем в Мурманске (надо перепроверить, но даже Яндекс пишет, что в 2017 году в Москве было 55 солнечных дней, а в северной столице - 45, разница не так и велика)!

Кстати, летом панели работали у меня с 8 утра до 17, то есть максимум, 9 часов в день.

Важно, что способность панелей поглощать энергию зависит от температуры панелей (чем жарче, тем меньше отдаваемая мощность), ну и еще есть такая штука, как ВАХ (вольт-амперная характеристика) – то есть сколько тока выдает панель при определенном напряжении. Понятно, что напряжение панели должно быть выше напряжения АКБ, иначе не получится ее заряжать. К счастью, типовая панель имеет напряжение холостого хода около 20В, то есть сильно выше 12В для АКБ (и 14,7 для полностью заряженной). Вот тут и нужен контроллер заряда, чтобы не вскипятить аккумулятор.

Существует 2 варианта – PWM (ШИМ) и MPPT (поиск точки максимальной мощности).

Оба типа контроллеров обычно умеет анализировать степень разряда АКБ и поддерживают разные режимы заряда от выравнивания и буст-заряда до режима хранения. ШИМ просто включает/отключает с частотой в несколько килогерц панели с тем, чтобы среднее напряжение равнялось нужному. Соответственно, если на панели 24В, ШИМ может держать панель выключенной 50% времени. То есть панель у вас 200Вт, а на выходе контроллера будет только 100Вт!

MPPT вместо вот этих холостых циклов накапливает энергию в дросселе и конденсаторе и отдает в АКБ, тем самым увеличивая ток и соответственно, мощность, отдаваемую в систему до максимально возможного при текущей активности солнца.

Но есть еще один фактор – панели выдают максимум мощности, только когда обращены прямо на солнце. Поэтому для большей эффективности используются механические «гелиотрекеры» - системы поворота панелей в сторону солнца.

У себя я поставил 2 набора панелей – 200Вт 12В с ШИМ контроллером и 300Вт с MPPT. Вот вторую я поставил на поворотную платформу, а управление поворотом через линейный привод на 12В с Али, обещают усилие 750Кг при ходе штока 15 см.  Ветра у нас сильные, но держит отлично (весной надо будет еще проверить шарнир). Готовые гелиотрекинговые платформы в продаже начинаются от 25 тысяч рублей, для меня это перебор.

Панели, установленные на геоплатформе (поворотной)

Линейный привод

 Кстати, часто натыкаюсь на рекламу "готовых солнечных электростанций", где заявлена мощность в 2 кВт, а АКБ на 100-200 А*ч всего. Тут либо ночью нельзя пользоваться, либо АКБ в такой системе менять раз в пол-года, так что надо внимательно смотреть, что же там обещают и при каких условиях.

Что в итоге?

Прошлое лето (2020) в Подмосковье было не слишком солнечным, но и не вечная тьма. В солнечную погоду удавалось за день выработать порядка 2 кВт*ч с обеих панелей, но чтобы их выработать (и потребить) нужно было переключаться на инвертер днем, а ночью тратить до 40Ач из аккумулятора (у меня, кстати, ~400Ач сборка из батарей).

По итогу, MPPT контроллер с геотрекингом выдает в пределе на 40% больше энергии чем ШИМ контроллер. Но это в идеальных условиях. В пасмурные дни разница в эффективности была не такая впечатляющая. Так что в интернете правильно пишут, что выигрыш максимум 25%. Геотрекер тоже добавляет, но только в условиях прямого солнца. Если солнце в облаках, свет рассеянный, разница практически не заметна.

Зимой снег налипает на панели и эффективность падает до 2-10  процентов от номинала.

Что еще важно! Панель 300Вт весной на ярком солнце и холодном ветре умудрялась выдавать до 420 Вт! То есть контроллер надо брать с хорошим запасом (у меня 480Вт).

Цена всего этого приводит в уныние тех, кто хочет отказаться от магистрального электроснабжения – окупаемость лет 30, не меньше..

Так что пока КПД панелей не достигнет хотя бы 40% при той же цене за Вт, а стоимость и долговечность аккумуляторов не упадет тоже раза в 2-3, в наших широтах никакой окупаемости не будет.

Только как резервный источник питания.

Посчитаем эффективность:

Оборудование	Стоимость, руб
Аккумуляторы 12В, 380 А*ч	22000
Инвертор 4кВт, 12В синусоида	5000
Панели 150Вт *2 шт	10000
Панели 100Вт *2 шт	7000
PWM контроллер 40А Delta	3000
MPPT контроллер 20А Delta	6000
Провода, коннекторы	3000
Итого	56000

Выработка получается не более 100 дней в год по 2кВт*ч – 200 кВт*ч, при стоимости кВт*ч в СНТ в 6 рублей, в год экономия на 1200 рублей, окупаемость – 46 лет. При том, что через максимум, 10 лет надо менять АКБ, а через 20 – панели!

Так что в наших широтах это только дорогая замена бензиновому генератору и проще купить больше АКБ, хорошее зарядное устройство и перейти на двухтарифный учет – ночью запасать в батареи, днем можно немного тратить (но опять же ценой износа АКБ и инвертора!)..