Холодильник для работы от солнечных батарей

Оборудование > Подбор и расчет систем на солнечных батареях > Холодильник, работающий от солнечных панелей, или зачем хранить золотые слитки в морозилке?

Холодильник, работающий от солнечных панелей, или зачем хранить золотые слитки в морозилке?

Поговорим о самом главном в автономном и резервном электроснабжении

Современный человек привык жить с комфортом и удобствами. Действительно, почему бы не пользоваться всеми благами цивилизации, которые даёт нам наука? Что можно «извлечь из природы» для блага своей семьи, если дом на природе стоит, что называется, в «чистом поле»? Насколько реально закрывает все потребности автономное электроснабжение от возобновляемых источников энергии?
Можно ли рассчитывать на настоящее подспорье в электроснабжении и тем кто имеет сетевое 220 В, но хочет иметь резервное электропитание на случай вполне вероятных катаклизмов (как местного масштаба, так и глобальных)? И при этом, пока нет «катаклизмов», такой предусмотрительный хозяин (а удача любит подготовленных!) просто желает использовать приоритетно солнечную энергию (а может и энергию ветра), обеспечивая зелёную экологию и почти забывая о счетах за электричество.

И самое главное, — какие конкретно решения применять наиболее эффективно?

Начнём с выдержки из письма реального человека:

Есть у меня дача. Когда 2 года назад мы ее покупали нам, как водится, обещали что буквально через месяц начнутся работы по установке столбов электричества и оно самое будет уже вот-вот. Но вот прошло уже 2 и обещания так и продолжаются. За прошлый сезон я построил на участке дом и почти доделал забор. Для всего этого приобрел генератор 2КW, который прекрасно справлялся с любым инструментом. Кроме сварки конечно. Жене очень понравилось, как я всё там сделал и этим летом она хотела бы там пожить с ребенком. Но вот самое плохое что холодильник от генератора очень расточительно питать. Расход около литра в час, это как-то слишком.
Многие рекомендовали мне заказать солнечных батарей. Это не очень дорого и летом от них есть толк. Куплю автомобильные аккумуляторы 2х100Aч. По расчетам на выходные должно хватать на освещение + холодильник с большим запасом.
А теперь, собственно вопрос — расскажите об опыте эксплуатации холодильника и др. электроприборов на солнечных батареях!

Действительно, шумный, с вредными выхлопными газами генератор, который постоянно «кушает» — это совсем не вершина научной мысли. Отдых по соседству с ним, может доставить неудовольствие не только хозяевам, но и соседям.
Хорошие решения на возобновляемых источниках энергии есть уже сегодня. Многое, конечно, зависит от бюджета, который выделяется, и совсем уж ужимать его – чревато. Как известно — «скупой платит дважды»! Можно конечно купить одну-две солнечных панельки, маленький и простенький солнечный контроллер к ним, маленький автомобильный аккумулятор (или вообще снять старый с авто), поставить дешёвенький маломощный автомобильный инвертор – и радоваться свету от светодиодных лампочек. Только это не обеспечит полноценного комфортного проживания, да и срок службы этих компонентов будет невысок. Мы будем рассматривать полноценные современные (причём лучшие!) решения, обеспечивающие комфорт не хуже, чем в городской квартире.
Опишем основные шаги по решению проблемы за счёт Солнца и приведём примерные текущие цены (при курсе 1 долл = 36 руб).

1. Необходимо грамотно выбрать и купить солнечные панели (СП) с солнечным контроллером, а так же, грамотно, и особым образом, их установить

А) Первое, что мы утверждаем, — для хоть какого-нибудь комфорта в загородном доме, самая минимальная суммарная мощность СП должна быть не менее 600 Вт. Например, 3 солнечные панели по 24 В 200 Вт (если панели высококачественные цена вопроса приблизительно 35000 руб). А правильней, для сезонного проживания, ставить — от 1000 до 2000 Вт СП. Если проживание будет и в осенне-зимний период – тогда от 2000 Вт, но лучше, если конечно позволяют финансовые возможности, — от 4000 Вт.

Б) Второе – необходимо обеспечить условия, чтобы солнечные панели работали и в пасмурную погоду. Для этого нужно соединить их так, чтобы их общее напряжение было высоким (3 панели (по 24 В каждая) последовательно, или, что лучше, 4 панели последовательно, ну а ещё лучше 5 панелей последовательно). Тогда и при затенении облаками всё равно напряжение от них будет достаточно высокое для заряда аккумуляторов (АКБ). Но отсюда вытекает требование и к солнечному контроллеру – он должен быть сделан по технологии МРРТ. И не просто МРРТ, а высококлассным, способным работать с высоким напряжением на входе (минимум 150 В, но ещё лучше 200 или 250 В – в последнем случае, можно до 5 панелей по 24 В последовательно соединять). Естественно, высококлассный контроллер умеет работать с любыми АКБ на выходе, соединёнными на любые напряжения (12 В, 24 В, 48 В – самым оптимальным для наших целей является 48 В, тем более, что и эффективные ветрогенераторы обычно выполнены на это напряжение). И ещё потому, что стоимость солнечного контроллера зависит от силы тока, которую он способен обеспечить. Получается, что если контроллер до 50 А подключить к АКБ с напряжением 24 В, то он может выдать мощность до 50 А* 24 В = 1,2 кВт. А если этот же контроллер 50 А использовать в системе на 48 В, то уже 2,4 кВт.
Дальнейшее наращивание напряжения массива солнечных панелей (300 В и более) обычно нецелесообразно, т.к. ведёт к существенному уменьшению КПД. И так же монтаж СП становится всё более опасным. Даже 150 В постоянного напряжения опасно для жизни и требует тщательного соблюдения техники безопасности при монтаже панелей и подключению к контроллеру.
Такие солнечные контроллеры (например, мощный 100 А солнечный контроллер ECO Энергия МРРТ Pro имеет возможность подключения массива солнечных панелей до 200 В или 250 В) обычно допускают подключение до нескольких киловатт солнечных панелей и стоят дороже обычных (цена 25000 – 30000 руб).

В) Далее приведём ещё одну цитату другого автономщика из г. Самары:

Итак, зима, опыт.
1. Вертикальное расположение СП себя оправдало. Липкий снег намерз на крышу кучей даже на южной стороне. Если б СП висели не на стене, то, минимум, неделю б они просто были закрыты от солнца! Чистить их от льда как не знаю — не пробовал. А с вертикальной плоскости все стекло до мороза, только внизу у перехода в рамку немного налипло — и СП работали.
2. Два направления (у меня, пока, — восток и юг), тоже хорошо себя показали. Солнце бывает утром, а днем — тучи, и наоборот. То есть солнце ловлю почти всегда, если оно есть.

Другой человек, из Питера, пишет:

Мои (панели) в мае 2011 года были переустановлены на юго-восток и юго-запад. Разницы в суммарной суточной выработке не заметил, а вот время генерации увеличилось и значительно. Был вынужден установить именно так из-за строительства забора. Работы начинались в районе 8-ми утра и к моменту начала приличной генерации при однонаправленной установке аккумуляторы успевали высосать до 48 В. После изменения азимута установки положение в корне изменилось.

Действительно, в средней полосе России и севернее, если речь идёт о круглогодичном проживании , солнечные панели разумней крепить вертикально и желательно с небольшой ориентацией по сторонам света (например, половину панелей отвернуть от южного направления на 30 градусов на юго-восток, а другую половину — на 30 градусов на юго-запад). Можно и по сторонам дома раскидать, если такие условия есть (не обязательно гнаться за точным соответствием углов).
Вертикальная установка СП хороша для снежных зим (и вообще это благотворно влияет на срок службы панелей, который становится почти вечным, а так же на их чистоту, а значит — и большую отдачу). Главное же — ориентация панелей по сторонам света позволяет растянуть длительность поступления энергии в светлое время суток (это даёт возможность больше использовать электричества без расхода аккумуляторов, да и сами аккумуляторы, в этом случае, лучше заряжаются, т.к. они требуют длительных зарядов малыми токами).
И не надо слепо копировать Европу или Америку – они у себя правильно делают, ставя СП на пологие крыши и все направлением на юг. Широта у них другая и/или снега почти нет. И главное — для них важна максимальная мощность вырабатываемая СП. Причём там не важно, что она максимальна в полдень, когда потребителей электропитания очень мало. Потому что у них разрешена закачка энергии в сеть, что в корне меняет дело, ведь эта энергия не пропадёт (впрочем, об этом мы ещё поговорим в конце этой статьи).
Общее поступление энергии при вертикальном расположении панелей, а так же при их ориентации по сторонам света, будет немного меньше, чем при южной ориентации и под оптимальным углом для конкретного времени года на конкретной широте. Однако, этот переизбыток энергии приходился бы на 2 – 3 дневных часа, т.е. тогда, когда энергии и так полно, и когда её девать некуда, и толку от этого нет.
При выполнении условий Б) и В), получаем, что панелей всё же должно быть минимум две цепочки по 3 шт (каждая на 24 В, а если панели по 12 В – то по 6 шт) соединённых последовательно. Т.е. мы получаем две разнонаправленные последовательные цепочки . Например, из панелей 24 В 200 Вт получается нужно минимум 600+600=1200 Вт. А ещё лучше, если в таких цепочках будет по 4 или по 5 панелей последовательно (для этого и необходим контроллер с допустимым входным напряжением 200 В или 250 В соответственно). Если нужна ещё большая мощность, то цепочки внутри каждой группы надо подключать параллельно. Каждую группу солнечных панелей, если её мощность большая, можно подключить через свой солнечный контроллер (т.е. получается два контроллера) на одну группу АКБ.
Два солнечных контроллера (или один контроллер, но с двумя входами и одним выходом на АКБ), в случае разнонаправленных групп панелей, могут быть так же полезны, т.к.:
— общий КПД будет немного выше, чем у одного;
— это позволят задействовать любое количество СП, которое может диктоваться конструкцией дома (крышей или стенами, на которые планируется повесить СП), например, установить 7 шт. (3 шт. на один канал, 4 шт. – на другой);
— повысится общая надёжность системы (выход из строя одного контроллера, или одного канала в контроллере, не будет так фатален).
Если солнечный контроллер будет всё же один, а СП направлены на разные стороны света, то их надо «развязать» друг от друга диодами.

Г) Панели лучше покупать крупные (мощностью от 200 Вт) и вешать их высоко. Это особенно важно, если речь идёт об участках, на которых возможно воровство (крупные панели украсть очень затруднительно). Кроме того, чем крупнее солнечная панель, тем чуть выше её КПД, но и тем труднее её перевозить, и, особенно, — монтировать на высоте.
Самые лучшие по КПД и по долговечности солнечные панели — это монокристаллические солнечные панели. Но и стоят они немного дороже поликристаллических. Ещё дороже чёрные моно панели (внутреннее заполнение имеет чёрный цвет, алюминиевая рама тоже анодирована в чёрный цвет). Казалось бы, эта красота приводит к лишнему нагреву СП, а значит к некоторому падению её эффективности (доли процента от общей эффективности). Тем не менее, при ярком солнце, энергии обычно всё равно переизбыток, а вот в осенне-зимний период, чёрные панели намного лучше самоочищаются от снега и обледенений.
Для обеспечения естественной вентиляции между панелями и основанием оставляют воздушный зазор 5 – 10 см (панели, например, можно крепить на алюминиевых уголках, которые прикручиваются к основанию через стойки с надетыми алюминиевыми трубками 5 – 10 см длиной).

Д) В случае, если на доме и на участке места мало, и если воровство маловероятно, свою максимально возможную выработку энергии солнечные панели могут выдать, если они установлены на трекер (он автоматически поворачивает СП вслед за Солнцем).

И, кстати, смотрятся на трекере они вполне эстетично и даже несколько футуристично. На одном умещаются 4 панели по 200 — 250 Вт Можно поставить несколько трекеров, ориентировочная цена каждого – 35000 — 40000 руб (без учёта стоимости СП).

Другой возможный вариант установки солнечных панелей – прямо в заборе.

Причём и при таком варианте установки СП можно обеспечить разнонаправленность по сторонам света – надо просто сложить «гармошкой» все панели. Появляется дополнительная эффективность за счёт отражения света от одних панелей на другие.
Достаточно просто устанавливаются солнечные панели и на металлическом каркасе, который тоже, если позволяют условия, можно сделать немного разнонаправленным или установить на нём солнечные панели «гармошкой».

2. Необходимо обеспечить автоматическую работу большинства электроприборов исключительно днём

Мы уже позаботились о том чтобы «растянуть» световой день (расставив СП разнонаправлено по сторонам света), мы обеспечили поступление энергии и в пасмурную погоду (соединяя солнечные панели последовательно в высоковольтные цепочки и применяя высококлассный МРРТ солнечный контроллер). А теперь надо подумать, как сделать так, чтобы основная масса затратных потребителей включалась днём. Тогда оставшееся на вечер и ночь небольшое количество электроприборов (светодиодные лампочки, телевизор, компьютер и т.п.) не сумеют сильно разрядить аккумулятор и последний, именно благодаря этому, будет служить десятилетиями (тут конечно многое зависит от конструкции АКБ).
Понятно, что начинать стирку мы будем с 12, и делать уборку пылесосом примерно в тоже время. Но некоторые вещи можно и автоматизировать, что крайне важно.
Так, например, надо бы чтобы такое энергозатратное устройство как бойлер (водонагреватель для душа и т.п.) подключался к автономному электроснабжению 220 В лишь днём, когда светит солнце (или когда напряжение на АКБ ещё высоко, т.е. они не сильно разряжены). Ведь его бак изнутри изолирован от среды толстым слоем пенопласта и способен очень долго удерживать тепло (до глубокой ночи, как минимум). Так же удобно, чтобы кондиционер включался именно днём. А кому-то и обогреватель в дневные часы не помешает (например весной/осенью, если панелей много).
Ещё более важно автоматическое подключение и отключение от автономномного электричества холодильника. На первый взгляд может показаться, что холодильник потребляет мало энергии — всего 150 Вт (правда при пуске — до 1,5 кВт, но это секунды и они не в счёт). Однако холодильник работает сутки напролёт и в итоге является одним из самых энергозатратных бытовых устройств. Кроме того, работая ночью, он весьма заметно разряжает аккумуляторы, что во многом является причиной быстрой потери ими ёмкости. Какие же меры можно предпринять, чтобы всего этого избежать, но при этом не лишаться благ цивилизации?

А) Опять же – необходимо применение высококлассного солнечного контроллера с технологией МРРТ (или двух таких контроллеров, или контроллера с двумя входами), но уже по другой причине. Только в подобные премиум-контроллеры встроены мощные программируемые реле (220В 3,5 кВт). Через такое реле и надо подключить холодильник и запрограммировать солнечный контроллер так, чтобы реле включалось только когда есть энергия солнца (или когда напряжение на АКБ не будет ниже, допустим, 12,3 В на 1 АКБ, что соответствует его разряду на 20 – 30%).
Бойлер (для нагрева воды) лучше подключить через другое мощное реле (если их конечно в контроллере несколько), т.к. одно реле не справится по мощности одновременно и с пуском холодильника и с бойлером, да и приоритет у холодильника можно выставить выше. Когда будет пасмурно и на всех энергии не будет хватать, то контроллер оставит подключённым только холодильник.
О наличии в контроллере подобных программируемых реле можно узнать, например, из сравнительного теста разных МРРТ контроллеров премиум-класса, или посмотрев их паспорта с характеристиками. Разработанный нашими специалистами солнечный контроллер ECO Энергия МРРТ Pro имеет 3 таких встроенных реле, причём все они рассчитаны на напряжение до 220 В и мощность подключаемых к каждому из них устройств до 3,5 кВт.
При необходимости, какое-то из этих реле можно запрограммировать на автоматическое включение генератора, или на включение сигнализации.
Возможные алгоритмы программирования реле (кое-что из списка ниже в процессе доработки прошивки, которая, периодически обновляется на нашем сайте):
— эти реле должны включаться по определённому приоритету (есть критически важная нагрузка, а есть второстепенная);
— по напряжению АКБ;
— по мощности, которую могут в данный момент выдать солнечные панели;
— по времени;
— по тому, есть ли заряд АКБ от других источников (от генератора через МАП, или от ветрогенератора — для него у контроллера есть измерительное кольцо), или есть ли 220 В на входе МАП (т.е. если МАП транслирует к примеру 220 В от генератора, то почему бы холодильнику не работать?). Чтобы наш солнечный контроллер узнал, что на входе МАП появилось 220 В — мы соединяем его с нашим МАП дополнительным шнуром и они «общаются» (в процессе разработки).

Б) Так как холодильники используют все и так как это один из самых много потребляющих электроприборов, поговорим о принципах их выбора для питания от солнечных панелей более детально.
Для условий автономии и малого потребления энергии, холодильник должен быть класса энергосбережения А+ + + (в крайнем случае — А+ +) и стоять в прохладном месте (и радиатор сзади холодильника должен свободно проветриваться).
Подходящий объем и способность поддержания необходимой минусовой температуры – это главные критерии для морозильной камеры. При разной температуре продукты могут храниться довольно долгий промежуток времени чтобы сохранить продукты в течении недели нужна температуры -6° С. Если морозильная камера поддерживает температуру -12° С, то это гарантируемое сохранение продуктов питания сроком до одного месяца. Если температурный режим -18° С — продукты могут храниться в холодильнике около трех месяцев.
Ну, а если может поддерживаться температура -24° С, то возможно хранение продуктов 6-12 месяцев. Нам лучше всего подходит последний вариант холодильника.
За счёт качественной термоизоляции многие холодильники способны сохранять достаточно низкую температуру внутри даже при отключении электроэнергии. Время сохранения холода – важнейший параметр холодильников. Это время, в течении которого, в случае отключения питания, в холодильнике будет сохраняться температура, достаточно низкая для того, чтобы скоропортящиеся продукты нормально сохранились. Чем больше это время – тем лучше термоизоляция холодильника и тем больше он подходит для условий, в которых возможны перебои с электроснабжением.
Конечно, в холодильнике надо установить самые низкие температуры и в морозилке и в общей камере, какие только возможны. Это позволит продержаться холоду внутри может и не одну ночь.
Если вы будете соблюдать несколько простых правил эксплуатации холодильника, он будет потреблять меньше электроэнергии. Не ставьте в него продукты, которые выше комнатной температуры. Старайтесь не оставлять открытыми двери. И выберите место для своего холодильника как можно дальше от батареи и кухонной плиты. Желательно что бы прямые солнечные лучи на него не попадали.

Для примера, рассмотрим три почти идеальных для автономии (и не только) холодильника:

Liebherr CTPsl 2541

Морозилка: сверху; Кол-во камер: 2; Объем холодильника (л): 191; Объем морозилки (л): 44; Общий объем (л): 235; Управление: поворотные переключатели; Кол-во компрессоров: 1; Контуров охлаждения: 1; Температура морозилки: до -24°C; Время сохранения холода (ч): 22 ; Мощность замораживания (кг/сутки): 4; Функции: Авторазморозка; Перевешивание дверей; Быстрая заморозка; Быстрое охлаждение; Антибактериальная защита; Скрытые дверные ручки; Класс энергопотребления: A++ ; Уровень шума (дБ): 40; Цвет: нержавеющая сталь; Габариты (см): 140х55х63; Цена от 20000 руб.

Electrolux EN 3613 AOX

Морозилка: снизу; Кол-во камер: 2; Объем холодильника (л): 245; Объем морозилки (л): 90; Общий объем (л): 335; Управление: сенсорное; Температура морозилки: до -24°C; Время сохранения холода (ч): 20 ; Функции: Авторазморозка; Индикатор закрытия дверцы; Перевешивание дверей; Зона свежести; Быстрая заморозка; Быстрое охлаждение; Антибактериальная защита; Дисплей; Класс энергопотребления: A+++ ; Цвет: нержавеющая сталь; Габариты (см): 185х60х67; Цена от 33000 руб.

Bosch KGE 49AI40

Морозилка: снизу; Кол-во камер: 2; Объем холодильника (л): 296; Объем морозилки (л): 112; Общий объем (л): 408; Управление: кнопочные переключатели; Кол-во компрессоров: 1; Контуров охлаждения: 2; Температура морозилки: до -24°C; Время сохранения холода (ч): 44 ; Мощность замораживания (кг/сутки): 15; Функции: Авторазморозка; Индикатор закрытия дверцы; Перевешивание дверей; Зона свежести; Быстрая заморозка; Быстрое охлаждение; Режим отпуска; Антибактериальная защита; No Frost: морозильная камера; Класс энергопотребления: A+++ ; Уровень шума (дБ): 38; Цвет: нержавеющая сталь; Габариты (см): 201х70х65; Вес (кг): 98; Цена от 25000 руб.

В) А если солнца не будет несколько дней или недель, и энергии станет катастрофически не хватать, что тогда делать? Тогда для нашего чудо-холодильника есть запасной вариант, ему надо открыть, так сказать «второе дыхание». Первое что приходит на ум – хранить в морозилке несколько килограмм свинца. Масса у него большая, холода при -24° С должен набрать много… И отдавать его, медленно нагреваясь в хорошо изолированной морозилке он тоже будет долго. Но вот беда — свинец вредно хранить рядом с продуктами, как-то это негигиенично, если не сказать — токсично.

Золото – вот гораздо лучший вариант! Оно тяжелее свинца и совершенно безопасно в санитарном плане. Так что если вы раздумываете, куда бы пристроить пару другую слитков золота (чем больше, тем лучше) – в морозилке им самое место. И воры никогда не догадаются!

Однако, к сожалению, не у всех имеются свободные слитки золота, поэтому придётся довольствоваться тем, что уже предлагается для сумок холодильников. Нет, сухой лёд нам не нужен. Да и устарел он уже морально.

Различают несколько видов современных аккумуляторов холода (они продаются в пластиковых ёмкостях или в герметичных пакетах, срок их эксплуатации не ограничен):

гелевый – поддерживает температуру от -70° С до +80° С, представляет собой гелевый раствор, запаянный в герметичный прочный полимерный пакет (до -20° С), или твёрдую ёмкость (до -70° С);

водно-солевой – наиболее распространенн

ый, стандартный вариант – пластиковые брикеты с солевым раствором, перед использованием помещающиеся в морозильную камеру и способны поддерживать температуру от -20° С до +8° С;

силиконовый – поддерживает температуру от 0° С до -2° С, зато в течение 7 дней. Основное преимущество силиконовых аккумуляторов перед водно-солевыми и гелевыми – способность поддерживать постоянную температуру около нуля в течение длительного периода (до 7 дней).

Стоят эти аккумуляторы холода недорого – от 100 до 1000 руб. Гелевые хладоэлементы, по сравнению с солевыми, обладают значительно большей теплоемкостью и способны работать при очень низких отриательных температурах. Зато солевой элемент можно приготовить и самостоятельно. При этом, чем концентрированней будет соляной раствор, тем ниже будет его минусовая точка таяния. Максимальная концентрация соответствует – 20° С (ниже — соль выпадает в осадок). Именно точка таяния, т.е фазового перехода из твёрдого состояния в жидкое, является точкой «упора», т.к. для фазового перехода необходимо много энергии. Эта температура и является точкой «удержания» хладагента.

Силиконовый хладагент – самый эффективный и долгоиграющий. Но его температура удержания (от 0° С до -2° С) скорее имеет смысл в общей камере, чем в морозилке.

Итак, в условиях автономии, помимо всего вышеперечисленного, в хорошем холодильнике, в морозилке необходимо всегда держать несколько брикетов гелевого хладагента (модель до -70° С) и несколько – силиконового. В случае длительной нехватки энергии силиконовые брикеты надо переложить в общую камеру, а гелевые оставить в морозилке.

После подачи энергии (появлении Солнца или включении генератора или др.), силиконовые брикеты следует опять переложить в морозилку.

Напоследок отметим, что существуют и холодильники, работающие от постоянного напряжения 12 В и/или 24 В, а так же холодильники, работающие от газовых баллонов с пропан-бутановой смесью. Однако оба эти решения не экономичны, имеют весьма низкий КПД (т.к. работают от низких напряжений и/или основаны на адсорбционном методе охлаждения), обладают слабыми параметрами самих холодильников и высокой стоимостью (особенно работающие от газа – 45000 руб за небольшой холодильник с общим объёмом 285 л).

Когда-то очень давно, адсорбционные холодильники выпускались и просто для семьи, для дома. Однако были вытеснены компрессорными, т.к. проигрывали по всем параметрам, кроме бесшумности. Да и бегать, пусть и раз в 3 недели, с газовыми 50 л баллонами, комфортным времяпровождением не назовешь. Впрочем, когда другого выхода нет, допустим в походных условиях, тогда и такой холодильник подойдёт.

Подведём итог двух предыдущих параграфов более наглядно. Ведь лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать.

Итак, для начала сравним на графиках работу обычной солнечной системы и «правильной» солнечной системы с установленной мощностью СП 1500 – 2000 Вт в жаркий июньский солнечный день.

А). В обычной солнечной системе (график А) все СП установлены под углом 45 градусов к горизонту направлением на юг и соединены в соответствии с напряжением АКБ (т. е. серьёзного превышения напряжения СП над напряжением АКБ — нет). Никаких управляющих нагрузками реле в солнечном контроллере тоже нет.

На графике мы видим, что пиковая мощность СП достигается к 13 часам дня, и мы видим что, по меньшей мере, 40% солнечной энергии не используется (а в реальности, обычно не используется ещё больше).

Так же очевидно, что те 60% солнечной энергии, что используются, в основном идут на заряд большой ёмкости АКБ. Емкость должна быть именно большой (особенно если мы хотим разряжать её на 30%), потому что именно от неё всё электрооборудование питается вечером, ночью и утром.Б). При использовании высоковольтной солнечной системы с вертикально установленными СП и ориентированными на юго-восток и на юго-запад мы видим, что максимальная мощность СП упала примерно на 30 – 40%, и при этом эффективное время получения солнечной энергии увеличилось. Кроме того, видно, что за счёт того, что холодильник, бойлер и другое электрооборудование принудительно включается только днём, оно и потребляет в основном только солнечную энергию, а не энергию прошедшую преобразование в АКБ (кстати, у кислотных АКБ КПД около 80%). Значит, ёмкость АКБ может быть намного меньше, а ведь это — дорогой расходный элемент. Видно, что при грамотном построении системы и программировании включения реле, использование солнечной энергии может достигнуть 90% и более.Теперь сравним на графиках работу обычной солнечной системы и «правильной» солнечной системы с установленной мощностью СП 1500 – 2000 Вт в пасмурный июньский день.

В). В обычной солнечной системе (график В) из-за облаков напряжение от СП в среднем опустилось ниже, чем у АКБ и заряд или прямое потребление энергии невозможны. Хотя иногда небо может немного проясняться и в такие моменты (судя по графику, солнце появилось после 17 часов) появится немного энергии. В целом же, обычная система в такие дни функционирует или вычерпывая по максимуму ранее накопленную энергию из АКБ (что сокращает их ресурс), или во время работы генератора, который заодно и подзаряжает АКБ.Г). При использовании высоковольтной солнечной системы с вертикально установленными СП и ориентированными на юго-восток и на юго-запад, мы видим, что максимальная мощность СП упала примерно в 3 – 4 раза от установленной мощности СП, и при этом эффективное время получения солнечной энергии по-прежнему немного увеличено.

Т.к. СП соединены последовательно на высокое напряжение, напряжения на входе высокоэффективного солнечного контроллера хватает для преобразования энергии, которая направляется им на заряд АКБ и на работу самого необходимого электрооборудования.

Видно, что за счёт того, что холодильник и бойлер принудительно включается только днём, а остальное необязательное оборудование, из-за низкого приоритета вообще не включается, даже этой уменьшенной энергии хватает. А значит, АКБ по прежнему почти не используются, даже если Солнце вообще не появляется. Использование слабой солнечной энергии в этом случае приближается к 100 %.

Зимой ситуация ещё ухудшится, т.к. световой день сократится практически в 2 раза и пасмурность может стать более глубокой (ноябрь-декабрь). Отсюда вытекает, — что если нужно круглогодичное автономное электроснабжение и нет желания хотя бы пару месяцев раз в 3 дня включать генератор, то мощность СП надо ещё удвоить (до 4000 Вт). Тогда график Г, будет соответствовать осенне – зимнему периоду.

Для осеннее-зимнего периода ориентация СП не так важна, т.к. угол прохода Солнца сужается, да и при пасмурности (а в этот период она преобладает) направление СП почти не важно. Поэтому, для круглогодичной эксплуатации, можно ограничиться установкой всех СП вертикально направлением на юг.Вывод: получать энергию при облачности и, тем более, при пасмурности (и особенно это важно зимой) — очень и очень надо. Слишком много в России таких дней. Мы не Испания и, тем более, не Африка, например, в Москве в году всего 75 солнечных дней, — поэтому это очень важно! Тут вопрос стоит «ребром» — или результат есть (хотя при облачности отдача СП падает до 3 раз меньше номинала, при глухой пасмурности — до 6 раз), или результата в такое время нет вообще – если применять дешёвые солнечные контроллеры (в том числе МРРТ), использовать мало СП, соединять их на низкое напряжение, устанавливать под углом там, где снег зимой — норма.
Благодаря предложенным мерам, можно наращивать мощность солнечных панелей, при этом энергия будет эффективно утилизироваться, а так же иметь солнечное электричество в любое время года почти в любом уголке России. Использовать эту мощность можно как напрямую для отопления, нагрева воды и «теплого пола», так и посредством теплового насоса, и при этом не подвергать аккумулятор жесткой эксплуатации.

3. Необходимо приобрести качественный инвертор

Что касается инвертора, то он должен быть с синусом на выходе 220 В, с высоким КПД (95%), с малым током потребления на холостом ходу (ХХ = 0,3 — 0,4 А), с большой перегрузочной способностью, а так же с расширенными функциональными возможностями. Желательно, чтобы инвертор умел и быстро заряжать АКБ от сети или генератора.

Для холодильника хватило бы мощности инвертора 0,5 — 1 кВт, но т. к. есть и другое электрооборудование, обычно оптимальным является диапазон мощностей от 3 до 12 кВт. Напряжение инвертора и АКБ надо выбирать минимум на 24 В, но лучше на 48 В.

Нашей компанией был разработан инвертор МАП SIN Энергия – по качеству и возможностям он находится на уровне лучших мировых брендов, при многократно меньшей цене. Разработку первого инвертора мы начали в далёком 1999 году, но только к 2012 году прибор достиг совершенства и надёжности мирового уровня. Естественно, у него высокий КПД 95%, высокая перегрузочная способность и малый ток ХХ до 0,4 А. У него вообще очень малые электромагнитные излучения, т.к. применён трансформатор в виде дорогого тора.

Вы, вероятно, спросите – что такого в этих «мировых брендах» кроме имени (перечислим их – Xtender, SMA, Xantrex, Victron, OutBack), да и то, известному лишь в кругах профессионалов? А китайские инвертора стоят дешевле МАП!

Отличия, кроме именитости, есть, и они серьёзные. Только у «мировых брендов» (а теперь и у МАП SIN) есть очень богатые возможности по функционалу и режимам; обеспечена высокая надёжность (за счёт применения качественных дорогих, а не дешёвых комплектующих, и за счёт тщательного тестирования каждого прибора). Только они, как и МАП SIN, основаны на похожей схемотехнике и на дорогих тороидальных трансформаторах и дросселях. Всё вышеперечисленное имеет заметно большую себестоимость, а следовательно и более высокую розничную цену. И поэтому, вышеперечисленного нет не только у китайских, но и у менее именитых европейских и американских инверторов.

Мы не будем расписывать все возможности МАП SIN Энергия (желающие, могут с ними ознакомиться здесьwww.invertor.ru). Цена МАП SIN 48 В 3 кВт около 35000 руб. Расскажем лишь о некоторых важных для автономной жизни особенностях.

— Возможность проводного и беспроводного соединения с компьютером (разработано несколько вариантов ПО, умеющих и оповещать (в том числе по СМС), и строящих графики для слежения за параметрами всей энергосистемы). Поэтому, например, ваши АКБ не останутся надолго разряженными без вашего ведома, и, как следствие, не «прикажут долго жить». И дом не заморозится, если что…

— Работа с обычными недорогими генераторами высокой и относительно малой мощности (т.е. низкого качества, с выбросами напряжения) — эта возможность большая редкость среди лучших мировых брендов. А значит — и инвертор не сгорит, и заряд будет хороший и быстрый, и генератор не обязательно должен стоить 150000 руб.

— Режим поддержки сети (или генератора): автоматическое «добавление» мощности инвертора к сетевой (или к мощности генератора) и/или автоматическое временное уменьшение заряда при пиковых нагрузках (модификация МАП SIN HYBRID) — эта возможность есть только у лучших мировых брендов. Значит там, где требовался бы, допустим, генератор 6 кВт, вероятно, справится и генератор 3 кВт – в нужные моменты инвертор ему поможет. А ведь это не только экономия на цене генератора. Это и постоянная экономия на топливе!

4. Немного об аккумуляторных батареях

Общеизвестно, что срок службы АКБ сильно уменьшается в зависимости от потребляемого от неё тока. Для уменьшения токов и глубины разрядов можно наращивать ёмкость АКБ, при этом уменьшая допускаемый разряд.

С другой стороны, с целью снижения совокупной стоимости владения собственной электростанцией, необходимо использование аккумуляторов как можно меньшей емкости (всё же ресурс их ограничен).

За счёт реализации в солнечном контроллере ECO «Энергия» МРРТ Pro системы управления нагрузками, свободная энергия от СП в основном идет непосредственно на внешних потребителей, что и позволят снизить ёмкость АКБ.

Для загородного дома 200-300 м² в средней полосе России достаточно общей ёмкости аккумуляторов 200 Ач * 48 В, или, что одно и тоже 400 Ач* 24 В. При этом мощность солнечных панелей должна быть 2000 – 4000 Вт (минимум для сезонной эксплуатации — 1200 Вт).

При такой мощности СП аккумуляторы всегда будут заряжены, а свободная мощность от солнечных панелей будет автоматически распределяться между внешними потребителями.

Практика показала, что для автономного электроснабжения не рекомендуются герметизированные свинцовые АКБ, т.е. типа AGM, гелевые, OPzV. Слишком «нежные» они для тяжёлых условий автономии. Вода из них всё же постепенно теряется, а долить её невозможно. Герметизированные АКБ служат в таких условиях обычно до 2 – 3-х лет (это в обычном случае, а не при рекомендуемой системе).

Имейте ввиду — срок службы при автономном электроснабжении у любых аккумуляторов в разы меньше, чем в условиях резерва (т.е. когда сетевое 220 В есть, но иногда пропадает), просто у герметизированных АКБ при автономии, он вообще очень мал.

Поэтому, в зависимости от бюджета, у автономщика небольшой выбор:

1. Автомобильные стартерные, открытого типа.

Цена общей ёмкости 190 Ач*48 В (составленной из 4 шт. 190 Ач*12 В соединённых последовательно) около 28000 руб. Срок службы в автономии около 2 — 4 лет, или до 200 циклов заряд/разряда на 80%.

Для меньшей степени их разряда, а значит для увеличения срока службы до 5 — 7 лет, их ёмкость можно удвоить (тогда можно настроить в инверторе допустимый разряд АКБ не более 30 %, а время автономии сильно не уменьшится).

Рекомендуем, например, производства Тюменского аккумуляторного завода. В отличии от некоторых других, они соблюдают технологию, а не экономят на свинце. Вы можете примерно понять качество АКБ, если сравните их вес при одинаковой ёмкости. Естественно, лучше те, которые тяжелее.

Только АКБ с кальциевыми сплавами не стоит покупать для целей автономного электроснабжения. Гораздо устойчивее к глубоким разрядам АКБ с традиционными сурьмянистыми сплавами.

Проверять уровень электролита и доливать дистиллированную воду в каждую банку, надо не реже 1 раза в год. Об этом нельзя забывать, уровень электролита не должен опуститься ниже указанной границы – иначе произойдёт ускоренная деградация пластин АКБ.

2. Тяговые панцирные глубокого разряда (АКБ Энергия). Цена общей ёмкости 210 Ач*48 В (составленной из 24 шт. 210 Ач*2 В соединённых последовательно) около 72000 руб. Срок службы в автономии около 10 лет, или до 1500 циклов заряд/разряд на 80%. Можно выбрать ёмкость и на меньшее напряжение – 400 Ач*24 В. Её цена (составленной из 12 шт. 400 Ач*2 В соединённых последовательно) около 65000 руб.

При необходимости радикального снижения требований к вентиляции помещения и проверке уровня электролита — на эти АКБ можно установить специальные пробки-катализаторы для рекуперации водорода (проверять уровень электролита и, при необходимости, доливать дистиллированную воду, можно не раз год, а раз в 6 лет). С такими пробками, эти АКБ практически приближаются по необслуживаемости к герметизированным АКБ, и, при этом, обладают всеми преимуществами обслуживаемых.

3. Литий-железо фосфатные (LiFePO4) аккумуляторы относятся к герметизированным и, тем не менее, были бы идеальны для автономного электроснабжения, если бы не их цена.
Цена общей ёмкости 160 Ач*48 В, включая BMS нашей разработки (необходимый корректор заряда для таких АКБ), составленной из 15 шт. 160 Ач*3,2 В соединённых последовательно, будет около 220000 руб. Срок службы в автономии около 25 лет, или до 3000 циклов заряд/разряд на 80%.
Это не свинцовые АКБ, поэтому они относительно лёгкие и малогабаритные. За счёт их устойчивости к глубоким разрядам, общую ёмкость можно установить меньше раза в 2 по сравнению со свинцовыми АКБ (и соответственно, настроить инвертор так, чтобы он их разряжал примерно на 80%). Т.е. при построении вышеописанной системы, можно использовать ёмкость литий-железо фосфатных АКБ 100 Ач* 48 В, или 160 – 260 Ач* 24 В, что гораздо доступней. Особенностью литий-железо фосфатных АКБ, кроме самого высокого КПД (97%), является возможность очень быстрого набора заряда (в норме — около 2 часов, что в 6 раз быстрее полного заряда других типов АКБ), и самое главное, нечувствительность к недозарядам, к глубоким разрядам и оставл

ению на длительное время в состоянии разряда, что рано или поздно бывает при полностью автономном проживании. Особенно, если система не умеет оповещать хозяина с помощью СМС сообщений.

Поэтому, в случае использования литий-железо фосфатных АКБ, ставить солнечные панели разнонаправлено не обязательно.

Более подробно об особенностях конструкции разных АКБ и особенностях эксплуатации их в разных условиях написано здесь. И конечно стоит напомнить, что для полной автономии необходим генератор (лучше инверторный, можно с автоматикой САП), а так же желателен, если позволяют условия, ветрогенератор.

5. Поговорим о жизни при наличии промышленной электросети и, при этом, «под сенью солнечных панелей»… Что же выбрать, или почему – то, что «немцу» хорошо, — «русскому» смерть?

По традиции, начнём с сообщения на одном из форумов:

Я лично, совсем недавно, пришел к выводу, что лучше (перспективнее) взять сетевой инвертор (СИ), вместо MPPT контроллеров. По паспорту СИ КПД преобразования =97% и сразу энергия = 220 в дом, на потребление. А в случае с МPPT идет преобразование в контроллере, затем в батареи идет, затем в гибридном (батарейном инверторе теряется на преобразование) — потери больше. Еще один фактор — мысли на будущее: вдруг когда нибудь в России разрешат отдавать (продавать) в сеть электричество, не надо будет ничего докупать.
Кстати говоря, сетевой инвертор SolarLake 8500TL-PM может перераспределять энергию от СБ между фазами?
Также в системе будут 3 единицы Кстендера XTM 4048, по каждому на фазу. И очень важный для меня вопрос и задача, чтобы ни один киловат не уходил в сеть, не проскакивал через счетчик в обратную сторону.
…Предлагается еще один резервный вариант, дополнительно поставить MPPT контроллер с небольшим массовом СП, на случай, если АБ разрядятся. выработка СИ прекратится, а тут MPPT контроллер будет независимо заряжать АБ. Тоже хорошая мысль.