Как построить свою солнечную электростанцию

Итак если Вы решили создать свою собстенную электростанцию то можем Вас поздравить и приглашаем Вас вступить в ряды защитников природы и свободных от счетов и проводов от электрических распределительных сетей.

Я постараюсь рассказать свои опыт и что я узнал из англоязычного интернета . В настоящий момент в Казахстане практически нет ни одного учебного заведения которые бы обучали основам солнечной энергетики и наверное это большой минус для всего Казахстана, когда планы Правительства не подкреплены кадрами. Единственно могут рассказать примитивными лабораторними приборами которые студенты вряд ли когда либо смогут применить.

Поэтому будем наверстывать упущенное. итак для начала возьмем свой ежемесячный счет за электро энергию. сложим все за один год и получим все потребляемое электричество за 1 год. теперь сравним по месяцам в каком месяце было больше всего потребления энергии. Чаще всего потребления ожет быть в зимнее время. так как часто дополнительно подключают отопительные печи, циркуляционные насосы и др. Но в Вашем случае может быть по другому. Теперь годовую потребляемую энергию делим на 12 и получаем среднее потребление энергии в месяц. Теперь надо сравнить максимальное потребление и среднее потребление энергии. В моем случае было среднее около 107 квт. часов и 130 квт. часов в январе максимальное.

Для того чтобы не запутать Вас в цифрах я буду строить солнечную электростанцию из рассчета 100 квт в месяц а на то что, зимой не будет хватать энергии я установил автомат для переключения нагрузки всего дома на внешнюю сеть... как ее сделать покажу далее.

Итак у нас 100 квт электро энергии в месяц т.е. делим на 30 дней и получаем 3,3 квт. в день т.е. 3 киловатт электро энергии в день.

Как мы знаем любая солнечная электростанция состоит из 4-х составных.

Первое это сами электрические панели что собственно и является чудом\перпетум мобиле или источником бесплатной энергии.

Второе важное это аккумуляторы. Они накапливают энергию днем при солнечном свете и отдают его вечером когда все собственно собираются домой и усаживаются перед телевизором. Без аккумуляторов представить систему не возможно. разве что когда Вам нужна энергия только днем при солнечном свете.

Третий важный компонент это контроллер заряда аккумуляторов. к сожалению без него тоже не обойтись. без правильного контроля заряда Вам придется менять аккумуляторы каждый месяц. Контроллеры заряда аккумуляторов либо Ваши аккумуляторы перезарядятся и весь электролит выкипит либо пластины покроются сульфатами что тоже испортит аккумулятор. допустимые границы для закрытных кислотных гелевые аккумуляторов состявляет 10,5-13,8 вольт. Это тот рубеж за который нельзя аккумуляторы перезаряжат или разряжать.

Четвертый важный компонент это интертор напряжения. Поскольку большинство всех потребителей электро энергии в доме на 220 вольт и переменное напряжение то соответственно Вам нужно как то преобразовать 12\24\48 вольт от аккумуляторов в переменное 220. Поэтому взять и поключить потребителей к аккумуляторам не получиться, кроме лампочек и некоторых приборов специально сделаных на 12\24 или 48 вольт. Самым идеальным вариантом сделать все потребители в доме на постоянное напряжение. но для этого Вам надо поменять все в доме включая телевизоры, утюги, стиральные машины, холодильники и другое. поэтому вряд ли кто нибудь станет заморачиваться. но поменять все лампочки в доме на 12 вольтовые и на отдельном проводе и подключить к аккумуляторам вполне возможно и желательно. Тогда в Вашем доме "свет" не погаснет никогда. что и было сделано у нас.

Рабочее напряжение системы. При проектировани системы солнечной электростанции важно определить рабочее напряжение. При этом стоит учитывать напряжение панелей, поддерживается ли напряжение контроллером и другие. Самое популярное напряжение для которых производятся большинство приборов это конечно 12 вольт. это и инверторы, это и лампочки, это и контроллеры заряда. Существуют и на 24 и 48 вольт но они встречаются реже но все же их можно найти. Основным моментом при строительстве это снижение стоимости и соответственное существенное влияние на систему также оказывает и сечение проводов. стоимость инвреторов, лампочек, и контроллеров заряда практически одинакова для 12, 24 и 48 вольт. поэтому мною выбрано система на 24 вольт.

Аккумулятор. Все аккумуляторы производятся на 12 вольт. поэтому систему на 24 вольта мы делаем путем последовательного соединения аккумуляторов. это когда плюс одного аккумулятора соединятеся с минусом другого аккумулятора и на свободных концах аккумуляторов мы имеем 24 вольта + и -. При этом следует помнить если каждый аккумулятор на 100 ампер часов и 12 вольт то суммарный объем двух последовательных аккумуляторов будет 100 ампер часов и 24 вольта. Теперь переведем киловаты в ампер часы.

На любом аккумуляторе есть указание на емкость аккумулятора оно указывается в ампер часах например 100 АЧ или Ah. Это означает что если к аккумулятору подключат нагрузку в 12 вольт и 1 ампер то до полного разряда аккумулятор будет работать 100 часов. Как мы знаем из учебника физики ватт это мощность потребляемая прибором или нагрузкой. Оно определяется умножением тока в амперах на напряжение в вольтах. Тес самым объем накопленной энергии в киловаттах равно 12 вольт х 100 ампер = 1200 ватт или 1,2 киловатт. Но следует помнить 100 ампер часов означает только при нагрузке в 1 ампер, чем больше Вы тока забираете в определенный момент тем меньше становиться емкость аккумулятора. если бы забирали максимально 100 ампер то емкость аккумулятора была бы намного меньше. Более подробную информацию вы можете найти в брошюре которая идет вместе с аккумулятором. Поэтому большая нагрузка также вредна для аккумуляторов. К тому же большинство гелевых, закрытых кислотных аккумуляторов рассчитаны на ток разряда в 20-30 ампер в час для объема примерно 100 ампер часов. Аккумуляторы на 200 ампер часов могут быть с током разряда до 60-70 ампер часов. Данная характеристика также важна и влияет на максимальную нагрузку в сети. Чем больше нагрузка тем больше необходимо покупать аккумуляторы. Например если планируется нагрузка с мощностью в 3000 ватт в час то количество аккумуляторов должно быть 3000 ватт/12вольт =250 ампер(потребляемая сила тока) / делим на рассчетный ток разряда аккумулятора например 25 ампер = итого 10 аккумуляторов для 12 вольтной системы и 20 аккумуляторов для 24 вольтной.

Киловатт часы перевели в ампер часы теперь. рассчитаем на сколько дней нужно хранить энергию. Мы рассчитывали что ежедневно потребляемая мощность составляет 3,3 кВатт. емкость одного аккмулятора составляет 1,2 кВатт т.е. теоретический достаточно 3 аккумуляторов. Но следует учесть множество других факторов влиящих на исспользование накопленной энергии. 1. Саморазряд аккумулятора. данный факт не значительный и проявляется с течением нескольких месяцев поэтому для каждодневного рассчета им можно пренебречь. 2. Потери в инверторе. Хоть и пишут на инверторах эффективность 95% на самом деле потери в инверторах могут составлять до 30% в зависимости от потребляемой мощности. т.е. утюг на котором написано 1000 ватт может обходиться для аккумулятора как 1300 ватт. Поэтому аккумуляторы могут быстро садиться по вине инвертора и большей нагрузки. 3 фактор время. со временем из за сульфата который оседает на пластинах аккумулятора, емкость аккумулятора снижается и снижается ток разряда аккумулятора. При этом одновременно растет саморазряд. 4 пункт при рассчете емкости аккумуляторов необходимо учесть количество последовательных пассмурных дней. Поэтому всегда аккумуляторы необходимо закупать с учетом всех этих факторов.

У меня рассчет производился исходя из максимальной нагрузки 2000 ватт. 2000 ватт делим на 24 вольт = 82 ампер требуется при нагрузке 2000 ватт. тем самым достаточно было 8 аккумуляторов по 4 пары рассчитанные на ток разряда 30 ампер емкостью 120 ампер часов. т.е. 8 аккумуляторов по 12 вольт теоретически хранят 12 * 120 * 8 = 11520 ВАТТ энергии или 24 вольт * 120 Ач * 4 пары = 11520 Ватт = 11,52 кВатт. При таком рассчете емкость аккумуляторов должно хватить на 3 последовательных пассмурных дней из рассчета 3,3 квт в день.

С аккумуляторами разобрались. Теперь контроллеры заряда. На рынке существуют два вида солнечных контроллеров MPPT и PWM. MPPT контроллеры стоят минимум 200-300 у.е. когда дешевый PWM rjynhjkkths dctuj 20-30 у.е. Стоит ли переплачивать за MPPT контроллер в два три раза если полно дешевых PWM контроллеров по 5000-1000 тенге? Отличие заключается в том что в MPPT (maximum power point tracking - слежение за максимальной мощностью) используют двойное преобразование напряжения в ток. т.е. Вольты в амперы. Обычно многие специалисты или установщики не знают или недоговаривают чтобы получить максимальный ток из солнечных панелей необходимо преобразовать излищнее напряжение в ток. Как мы знаем все солнечные панели выпускаются с рабочим напряжением в 20 или 40 вольт. а аккумуляторы исспользуют только 12 вольт. тем самым солнечная панель на 100 ватт вырабатывает 20 вольт и 5 ампер. при подключении к аккумуляторам напрямую или через PWM контроллер напряжение падает до 12 вольт итого мы получаем от солнечной панели всего 12 вольт и 5 ампер что составляет 60 ватт тем самым потери 40% и его еще больше если напряжение аккумулятора упало до 10,5 вольт. те мастера которые устанавливают дешевые PWM контрллеры не подозревают что теряется большое количество энергии и недостаток компенсируют закупом дополнительных солнечных панелей что крайне не целесообразно для большого количества панелей. Еще одним существенным плюсом в пользу MPPT контроллера является в том что на контроллер можно подавать высокое напряжение до 1000 вольт для промышленной выработки но на рынке для массового потребителя контроллеры поддерживают входное напряжение до 150 вольт. Тем самым можно существенно снизить потери в проводах между отрезком панель и контроллер и существенно снизить стоимость проводов. например если имеется 7 панелей по 20 вольт каждая и по 5 ампер при параллельном соединении мы получим 35 ампер тока и 20 вольт и сечение медного провода необходима минимум 4 мм кв. а при последовательном соединении потребовалось бы всего 0,75 кв.м для тока 5 ампер и 140 вольт. Вообще напряжение и ток и провод можно сравнить водой в трубе. ток это объем протекаемой воды, напряжение это скрость воды. можно на конце шланга зажать и мы усилим скорость воды при этом уменьшиться ток что и делает инвертор о котором поговорим по позже. нельзя пропустить по трубе пропустить больше воды не увеличив его скорость. Если представить когда вода идет по большой трубе и потом переходит в узкую трубу то скорость воды после перехода в узкую возрастает иначе привело бы к перегреву т.е. торможению. так и с током. Напряжение в проводах не влият не сечение проводов. по идее через провод тольщиной в волос можно пропустить и миллион вольт и один вольт но сила тока не может превысить того порога после которого она нагревается и разрывается. Поэтому помните если Ваша система маленькая и бюджет ограничен исспользуйте PWM контрллер. если вы планируете увеличить добываемую мощность то ставьте MPPT контроллер. Но учтите что контроллеры которые якобы MPPT на на самом деле входящее напряжение всего 20 или 40 вольт то это никакой ни MPPT контроллер. это просто продавцы вводят в заблуждение. они никакого тока не добавят.

Инверторы напряжения. ватты в вольт амперы. На всех приборах произведенных не у нас обычно указывают вольт амперы. В советском союзе называли ватт. обе получаются путем умножения вольты в амперы но при преобразовании 1 вольт ампер примерно 0,7 ватт. т.е. если на инверторе написано 1000 ватт-вольт амперы то на нашему это 700 ватт советскими. не вникал в подробности но это надо помнить при покупке инвертора. Инверторы бывают 2 типов чистая синусоида и модифициорованная синусоида. в чем разница? практически ни в чем. обычные бытовые приборы не почуствуют разницу. чистая синусоида стоит дороже так как исспользуют обычный большой трансформатор и он намного тяжелее чем модифицированная синусоида. Чистая синусоида может быть потребована для специальной аппаратуры или асинхронных двигателей большей мощьности но все же для бытовых нужд надобности нет. Еще надо учесть что при запуске любой двигатель потребляет до 5 раз больше чем написано на этикетке. поэтому если потребуется например запускать глубинный насос как в нашем случае из глубины 100 метров нами приобретен насос мощностью 750 ватт его потянул инвертор мощностью 3000 вольт ампер или 2100 ватт. и все же данный насос потребляет 1400 ватт после инвертора и 1600 ватт до инвертора (24 вольт 66 ампер).

теперь осталось за малым все соединить. аккумуляторы подключаем к контроллеру в первую очередь. контроллер должен загореться и показать напряжение аккумуляторов. затем подключаем солнечные панели и после подключения должен показать поступающий ток. Важное является поступающая сила тока. напряжение может быть любым. и все.


Продолжение следует. Статья не дописана. прошу Вас зайти позже