Выбор инвертора и расчет аккумуляторной батареи для домашней солнечной электростанции

В статье «Пример расчета солнечных батарей для дома» мы получили значение суточного потребления – 7919,8 Вт*час и величину энергии необходимой для покрытия суточных нужд перечисленных нами приборов – 396 А*час.

Давайте сделаем классический расчет всей солнечной системы электроснабжения и в том числе солнечной батареи. Сразу хочу предупредить, в данном расчете я не преследовал цель добиться минимизации экономических показателей (этим мы займемся позже), а лишь ставил задачу показать порядок расчета.

Выбор инвертора

Исходя из перечня приборов, которые мы перечисляли, мы можем определиться с основными параметрами инвертора для нашей системы.

Во-первых, поскольку в списке приборов присутствуют устройства имеющие в своем составе двигатели: электронасос, холодильник, стиральная машина, пылесос, речь безусловно может и должна вестись об инверторе имеющем на выходе синусоидальную форму напряжения, а не квазисинусоиду.

Во-вторых, входное напряжение инвертора должно соответствовать выбранному нами напряжению – 24В.

Что касается мощности, её выбор зависит от того, как вы условитесь пользоваться вашими приборами. Если вы сочтете необходимым одновременную работу энергоемких устройств, таких, как стиральная машина, микроволновая печь, утюг и все это на “фоне” работающего холодильника, то вам придется сложить их номинальные мощности.

Вы получите пиковую мощность, которая и определит мощность инвертора (минимум 5 кВт), но сами понимаете, что если эти устройства одновременно не использовать, то мощность инвертора потребуется меньше, соответственно цена его будет ниже. Решать вам.

Учитывая оговоренный перечень приборов и разнеся их использование по времени, можно было бы ограничиться инвертором мощностью 3,0 кВт: производитель OutDack Power Technologies, модель со встроенным зарядным устройством: GVFX3024E, Grid-Interactive GVFX3024E Vented 3000 Вт, 24 В, 80 А (средней стоимостью 99500 рублей).

Расчет аккумуляторной батареи

Теперь давайте поговорим об аккумуляторах. О назначении аккумуляторов мы уже знаем из статьи “Аккумуляторы для солнечных батарей». Необходимо лишь определиться как мы пользуемся домом. Если вы приезжаете по выходным дням, соответственно и основное потребление электроэнергии будет осуществляться по выходным. А вот накопление её, т.е. заряд аккумуляторов будет происходить всю неделю – с понедельника до вечера пятницы. Я, к примеру, приезжаю в свой дом по выходным.

Запас энергии предусмотрим на один день. Почему один? Потому, что за пять дней моего отсутствия вероятность полного заряда аккумуляторов достаточно высока. Можно обеспечить гарантированного запаса энергии и на два дня, но это возможно за счет увеличения общей емкости аккумуляторов, а значит и стоимости всей системы.

Целесообразно ограничиться одним днем, а когда обрисуется стоимость всей системы ещё и поиграть с вариантами комплектации и посмотреть на реакцию стоимости.

Необходимо учесть еще несколько моментов.

Первое: дело в том, что разряжать аккумуляторы на большую “глубину разряда” все равно, что собственными руками приводить их в негодность (срок службы сокращается значительно). Ориентироваться следует на 20 процентную глубину разряда.

Второе: с точки зрения безопасной эксплуатации, лучше всего пользоваться герметизированными аккумуляторами, поскольку не герметизированные в процессе работы выделяют вредные для дыхания и взрывоопасные газы. Несмотря на использование герметизированных аккумуляторов, я бы рекомендовал помещение для их установки выбрать все же хорошо проветриваемым.

Третье: по эксплуатационным характеристикам для автономной системы наиболее подходящий тип аккумуляторов, хотя и не самый дешевый – гелевые аккумуляторы (GEL).

И последнее. Следует учитывать и температуру окружающей среды для расчета необходимой емкости аккумуляторов, если приходится эксплуатировать аккумуляторы в холодные периоды.

При пониженной температуре окружающей среды емкость аккумулятора снижается, т.е. снижается энергоемкость, которую аккумулятор способен отдать при данной температуре. Это означает, что при расчете необходимой емкости аккумулятора (или аккумуляторов) вам следует вычисленное значение емкости увеличить, чтобы создать запас на случай её понижения.

Простыми словами, вам следует вычисленную емкость умножить на соответствующий температуре коэффициент:

Источник

Аккумулятор для инвертора

Инверторные системы – отличное решение для вашего загородного дома или дачи. Если все спроектировать верно, срока эксплуатации вашего инвертора хватит очень надолго и работать он будет без всяких перебоев и постоянного технического обслуживания.

Схема инверторной системы

Трудно обустроить комфортную жизнь за городом, если не иметь постоянного и надежного источника электричества 220В. Даже если питание будет потеряно на короткий срок, это может сильно помешать вашей спокойной жизни. А такие перебои, увы, у нас происходят часто, особенно в зимнее время.

Если свет на вашей даче или в коттедже не очень стабилен, не избежать большого количества проблем с бытовой техникой. Как же бороться с такой бедой дома? Проще всего установить стабилизатор напряжения стоимостью 2–3 тысячи рублей. Общедомовой стабилизатор обойдется в 20–30 тысяч. Он неплохо справляется со своей функцией, но только если напряжение не падает ниже 160–170 В. А ведь случается и такое, что электричество отключают полностью – тогда спасут только бесперебойные источники.

Существуют разные рекомендации, наиболее расхожая – установить дизельный генератор стоимостью от 50 до 100 тысяч рублей. Но это устройство тоже немного испортит ваше время, проведенное за городом – оно производит много шума, требует дотошного технического обслуживания и загрязняет воздух.

Инверторная аккумуляторная система

Но можно установить инверторную аккумуляторную систему.

Бесперебойные источники электроэнергии

Что такое инвертор?

Инвертор – это трансформатор, который преобразует постоянный электрический ток (в среднем 12 В) от аккумуляторных батарей в переменный, изменяет напряжение в зависимости от ситуации. Если электричество подается в обычном режиме, оно начинает заряжать аккумуляторные батареи (АКБ). Если напряжение падает или отключается, питание домашней сети переходит на АКБ, превращая их постоянное напряжение 12 В в переменное – 220В/50 Гц.

Компактный автомобильный инвертор

Чтобы инвертор работал нормально, необходимы самые лучшие материалы и детали. От того, насколько качественно установлен инвертор, зависит, насколько долгий срок смогут проработать другие компоненты, особенно АКБ. Качество инвертора определяет срок работы АКБ – хватит его на 2 года или же на целых 12 лет.

Добиться лучшей службы АКБ можно через использование разных компонентов, например, ветрогенераторов или солнечных батарей.

Какой инвертор выбрать

Российские инверторы стоят, конечно, дешевле американских, но в них нельзя изменять то, как будет произведено подключение аккумуляторов: с каким алгоритмом заряда, порогом начала работы, как будет происходить управление сторонними источниками.

Настройка этих параметров помогает более безопасно использовать АКБ, плавно переходить на режим, позволяет использовать инверторы параллельно. Американские системы надежнее, они живут дольше, их хватит на более долгий срок службы на благо вашего дома.

Есть два вида инверторов: онлайн и оффлайн. В онлайн-инверторах разряженная батарея начинает одновременно работать и подзаряжаться от внешнего источника питания (к примеру, подобный принцип работы свойствен автомобильному аккумулятору).

Однако подобный составной режим на деле очень плохо сказывается на батареях, заставляет их работать на износ и быстро заканчивать срок эксплуатации. Оффлайн-инвертор куда более безопасен для батарей – здесь одновременно батарея либо заряжается, либо разряжается. Это более щадящий режим работы.

Поэтому, производя расчет с целью выявить более надежный вариант, обратите свое внимание на оффлайн-инверторы.

Не забывайте также учитывать и качество напряжения. Импортные модели выдают напряжение 230 В. Обычно одна АКБ имеет напряжение 12 В. Коэффициент искажений у них достаточно низок – от двух до трех процентов. Чтобы добиться этого, такие модели используют особый алгоритм, формирующий выход синусоидального напряжения, качественные трансформаторы и согласованные фильтры.

Сколько работает инвертор

Инвертор не имеет внутренних батарей, вместо этого использует внешние. Благодаря этому появляется возможность подобрать такой объем аккумуляторных батарей, который обеспечит необходимый срок независимой работы устройства бесперебойной электроэнергии.

Поговорим подробнее о времени независимого действия системы. Чтобы вычислить время заряда, нужно разделить объем аккумулятора на силу тока, которую он производит (в амперах).

Чтобы определить силу тока аккумулятора (IАКБ), опираемся на закон сохранения энергии, в таком случае КПД инвертора будет ровняться ста процентам. Нужен такой результат, чтобы перемноженные вольты и амперы Аккумуляторной батареи Инвертора равнялись перемноженным вольтам и амперам на выходе.

Расчет напряжения АКБ = 12 В (в более сильных моделях имеют место 24 В и 48 В), назовем его UАКБ. Вольт*ампер на выходе являются силой, подключенной к инвертору нагрузки Pнагр.

В итоге имеем расчет Pнагр=UАКБ*IАКБ, а также IАКБ=Pнагр/UАКБ.

Если мы знаем объем аккумулятора САКБ, то можем узнать и сколько он будет автономно работать: tАВТ = CАКБ/(Pнагр/UАКБ) = CАКБ*UАКБ/Pнагр.

Итак, допустим, что у нас есть инвертор, к которому подключен аккумулятор на 55 Ампер*Часов с нагрузкой 300 Вт. Вычислим, сколько он проработает независимо.

• UАКБ = 12 В
• Pнагр = 300 Вт
• CАКБ = 55 Ампер*часов

Производим расчет: tАВТ = CАКБ*UАКБ/Pнагр = 55*12/300 = 2.2 часа.

И другой вопрос, какая нужна Аккумуляторная батарея, чтобы обеспечить определенную продолжительность работы: CАКБ = Pнагр*tАВТ/UАКБ.

Блок из двенадцати аккумуляторов

Например, рассчитаем, какой нам нужен аккумулятор на заданный инвертор, чтобы при нагрузке в 300 Вт обеспечить 2.2 часа независимого действия: CАКБ = 00*2.2/12 = 55 Ампер*часов.

Солнечные коллекторы

Суть солнечных коллекторов – собирать, сохранять и передавать тепло солнца. Солнечную энергию можно использовать бесплатно и бесконечно, она не требует добычи и транспортировки. Есть два основных вида коллекторов – плоские и вакуумные.

Плоские коллекторы

Плоский солнечный коллектор

Конструкция плоских солнечных коллекторов – это изолированная от тепла, находящаяся под стеклом панель, внутри которой находится поглощающая пластина. Именно она накапливает энергию солнца. Впрочем, даже с учетом теплоизоляции нижних и боковых стенок, зимой уровень заряда намного ниже из-за потери тепла. Плоские коллекторы хуже приспособлены к температурным перепадам, однако распространены шире благодаря своей низкой стоимости.

Вакуумные коллекторы

Структура вакуумных солнечных коллекторов предполагает, что несколько вакуумных трубок преобразуют солнечный свет в тепловую энергию. Сами по себе трубки похожи на обычный термос и состоят из нескольких стеклянных трубок, встроенных друг в друга. С внешней стороны трубки просвечивают, а внутри нанесен материал, который и собирает солнечный свет.

Коллекторы располагают на крыше и/или стенах дома. Вакуумные солнечные коллекторы гораздо лучше защищены от перепадов температуры и лучше поглощают тепло, почему и приспособлены для работы в холодное время.

Какой аккумулятор выбрать

Определяясь с тем, какой источник питания вам нужен, чтобы обеспечить в загородном доме привычные 220В, сделайте расчет и убедитесь, что он соответствует нагрузке системы. Если значение тока превышается сверх меры, происходит перегрев, батареи быстрее выходят из строя. Так, обычная система дома – это 9 кВт, напряжение – 24В. Если система заработает на полную, сила тока составит более 400А, что быстро нанесет вред аккумуляторным пластинам.

Здесь потребуются батареи с напряжением в 48В. Это снизит рабочий ток вдвое, он составит 200А. Кроме того, желательно использовать проводные соединения всех элементов высокого качества, сечение проводов не должно составлять менее 75 мм 2 . При соблюдении этих требований инверторная система прослужит долго.

Аккумулятор для инвертора

Вообще говоря, цена – это главный показатель качества аккумуляторных батарей. Возможно ли сэкономить, обеспечив хорошее качество? Лучший способ сделать это – приобретать всю систему не сразу, а поэтапно наращивать мощность. Вначале приобретаем инвертор 3 кВт, добавляем к нему новые, ведь современные технологии дают возможность скрепить до 10 одинаковых инверторов.

Сварочный инвертор

Сварочный инвертор, или инверторный источник сварочного тока – необходимый элемент в сварке, он передает сварочной дуге более стабильное горение и более простой поджиг. Инверторы наиболее популярны в сварке, т. к. они как никакой другой аппарат могут обеспечить надежность и независимость от общей сети, исключить колебания и помехи.

Сварочный инвертор действует за счет того, что напряжение сети выходит на выпрямитель, после чего силовой модуль делает постоянный ток переменным. Переменный ток отправляется уже на сварочный трансформатор, который, в свою очередь, обеспечивает им саму сварочную дугу.

Сварочный инвертор хорош тем, что, используя его, вы можете значительно уменьшить силовой трансформатор в размере и при этом увеличить динамику дуги. Благодаря ему стало возможным уменьшить размер и вес сварочного аппарата, повысить КПД и снизить до минимума разбрызгивание при сварке.

Однако сварочный инвертор имеет и ряд недостатков. Его коэффициент нагрузки ограничен, он довольно чувствителен к влажности воздуха и конденсату. Самый большой его минус – он создает очень высокий, часто даже опасный уровень помех. Эту проблему можно решить, но все ныне известные решения делают устройство не только дороже, но и тяжелее.

Аккумуляторы для солнечной батареи

Если дома вы используете солнечную энергию, то для вас будут очень важны аккумуляторные батареи. Они играют роль посредника, передавая получаемую мощность энергии конечным устройствам и обеспечивая нужное напряжение в 220В.

Наибольшее количество энергии солнечная батарея вырабатывает днем, когда ярко светит солнце. Ночью же, когда потребление энергии не происходит, очень широко начинают использоваться бытовые приборы и различные источники искусственного освещения. Аккумуляторная батарея нужна вам, чтобы убедиться, что электричества хватит и на ночное время, когда подзарядка уже не будет происходить.

Статистика говорит, что дешевле всего использовать аккумуляторы из лития китайского производства и свинцово-кислотные батареи.

Важнейшие параметры аккумуляторов следующие:

• Объем. Он определяется тем, насколько велик заряд, замеряемый во время отдачи электричества конечным устройствам-потребителям.
• Плотность энергии. Согласно этой характеристике рассчитывается, какой объем энергии производят батареи на единицу своего объема либо веса. Используя этот параметр, можно сравнить степень эффективности разных моделей.
• Саморазряд. С помощью этого показателя можно проанализировать, какое количество энергии теряет устройство на холостом ходу, насколько долго оно может хранить энергию.

Чтобы круглый год наслаждаться экологически чистыми источниками электричества и нужными 220В, нужно соблюдать следующие условия эксплуатации:

К сожалению, аккумуляторы не очень хорошо выдерживают резкие перепады температур, им лучше не стоять на жаре свыше +40 о С и на холоде ниже –25 о С.

Лучше не располагать эти устройства вблизи открытого огня: пары могут воспламениться. Желательно, чтобы вода и осадки не попадали на аккумуляторную батарею: из-за появления новых электрических цепей возможно возникновение токов саморазряда.

Аккумуляторные батареи также характеризуются различным устройством корпуса. Некоторые требуют постоянно контролировать электролит и восполнять его уровень, когда пары выкипают.

Существуют также герметичные модели, в них используется цикл замкнутого типа. Некоторые производители предлагают необслуживаемые модели и предоставляют на них гарантию до 5 лет. Также производятся малообслуживаемые модели, в которые нужно лишь подливать воду два раза в год.

Как происходит заряд

Процессы в аккумуляторных батареях изменяются соответственно химической энергии внутри них. Количество этой энергии беспрестанно снижается во время разряда, что ослабляет ток и напряжение. Чтобы вернуть энергию, нужно подать перманентный ток высокого напряжения в противоположную сторону.

Как правило, подбирают силу тока, используя следующий расчет: 100% номинального объема в амперах*часах следует разделить на 10, что даст значение силы тока в амперах. Это не слишком научный показатель, но на практике именно его обычно используют, чтобы обеспечить цикл заряда из восьми часов. Впрочем, это число больше характеризует достаточно дорогие устройства типа NiMh и NiCd, а не бюджетные свинцово-кислотные.

Источник