10 лет с солнечной электростанцией
Прошло 10 лет с тех пор, как я сам собрал свою первую солнечную панель и сделал автономную солнечную электростанцию в своем доме. С тех пор и самодельные солнечные панели заменил на заводские, и нарастил мощности, и поменял несколько инверторов, но забегая немного вперед скажу: солнечная электростанция - это одно из лучших моих решений при строительстве своего дома. А в качестве бонуса в конце я расскажу о жизни на метеостанции в полной энергетической автономии в 300 км от ближайшего населенного пункта.
Начало
Я уже писал статьи о своей электростанции, но вкратце напомню, как я к ней пришел. При начале строительства дома местные электросети категорически не хотели подключать меня к сети без взятки и тянулось это долгих 2 года, пока я не выиграл суд, после чего меня подключили к электросети за пару недель. Все это время приходилось строиться с использованием автономного электричества: сначала на бензогенераторе, а потом и солнечная электростанция подоспела. Выглядело это по-детски наивно, но работало.
В процессе стройки, как и многие начинающие, я старался использовать наиболее дешевые компоненты: автомобильный кислотный АКБ, дешевые китайские инверторы, простейшие солнечные контроллеры PWM. Со временем приходило понимание, что стоимость компонентов системы напрямую влияет на ее КПД, а как итог - начали появляться MPPT контроллер, а затем и инвертор. Временно все это выглядело так.
Приобретая опыт, я пришел к выводу о необходимости наличия надежной техники и близкой поддержки. До этого у меня был куплен из Китая неплохой MPPT-контроллер, а из Германии я заказал инвертор 12-220В, который у меня благополучно сгорел. В гарантии мне не отказали, но инвертор катался из РФ в Германию и обратно 3 месяца, к тому же я заплатил за пересылку в Германию, а вернулся он назад бесплатно. Так я пришел к тому, что обзавелся инвертором МАП от российской компании Микроарт. С этим же пришло понимание того, что обычные кислотные автомобильные АКБ не годятся для автономного и даже резервного питания, так как они потеряли почти всю емкость за 1.5 года эксплуатации по выходным.
На данный момент, я для себя определил, что наиболее рациональное и удобное в эксплуатации расположение техники и АКБ - это 19 дюймовый стандартный шкаф. Последние 6 лет инвертор, стабилизатор и АКБ занимают около 1 кв.м. пространства на полу и легко обслуживаемы, так как стойка на колесах.
Приятно, что производитель прислушивается к запросам потребителя и вскоре у них в линейке появились стабилизаторы и инверторы в форм-факторе 19 дюймов и я перешел на красивые одинаковые корпуса. К тому же дорабатывались прошивки инверторов, добавлялись новые функции, появилcя программно-аппаратный комплекс «Малина», который позволял не только мониторить всю информацию по АКБ, солнечному\ветро контроллеру, инвертору, но и управлять инвертором дистанционно. Конечно, все это относилось только к технике Микроарт, но все равно это удобно.
Новая эпоха
И вот недавно я узнал, что у российского производителя произошла если не революция, то точно эволюция в деле производства инверторов. Линейка МАП(SIN, PRO, HYBRID, DOMINATOR) дополнилась новой моделью TITANATOR. Как же приятно было узнать, что функций стало больше, а потенциала развития прибавилось. Начнем с внешних отличий: теперь инверторы выпускаются либо в настенном исполнении, либо в 19” – раньше были устройства на полку, но от них было решено отказаться. Кроме того, дизайн изменился от лаконичного и строгого в пользу яркого и углового. Чего только стоит «шайба» вокруг розетки или треугольные индикаторы режимов работы инвертора!
А самое главное отличие – это большой цветной дисплей, который может работать в нескольких режимах. Очень залипательные картинки, особенно с бегущими стрелками, которые демонстрируют подкачку энергии от солнечных панелей. На картинках виден процесс работы Титанатора в режиме гибрида: приоритетное использование энергии солнца (1,16 кВт) и недостающее забирается от сети (656 Вт). То есть я не только имею резерв при отключении внешней сети, но и экономлю на оплате счетов за электроэнергию при наличии солнца.
Добавлю к этому, что малина теперь подключается к инвертору по внутреннему интерфейсу и снаружи USB кабель идет только к солнечному контроллеру, если такой имеется. Помимо этого, можно докупить специальный адаптер шины RS485 и используя протокол Modbus подключить инвертор или свою гибридную электростанцию в систему управления умным домом. Видел ролики, где это уже проделала команда «Умная энергия». Общался с этими ребятами и могу сказать, что там собралась команда толковых инженеров, но вернемся к новому инвертору. В него наконец встроили функцию управления генераторами АВР (автоматически ввод резерва). Оба адаптера не идут в комплекте, а докупаются модульно – сделано это, чтобы не тратить лишних денег на те функции, в которых нет надобности. Но то, что генератору теперь не нужен отдельный АВР, а инвертор сам может его запускать и глушить по необходимости – это класс.
Ради интереса я взвесил и вскрыл свой прежний инвертор DOMINATOR и нынешний TITANATOR.
Как видно по фото, инвертор весит ощутимо. И это устройство на 7 кВт генерируемой мощности, а в модельном ряду есть инверторы мощностью до 20 кВт. Габариты остались прежними, а вот начинка немного поменялась. Приятно, что по-прежнему, центральное место занимает большой тороидальный трансформатор. Он-то как раз и занимает большую часть пространства и имеет большой вес – обмотки из меди. Вообще, инвертор сделан по низкочастотной технологии, что отличает его от большинства китайских, а вот лучшие модели европейских или американских инверторов также применяют именно низкочастотную технологию преобразования. Плюсы у этого решения таковы: высокий КПД, возможность работы с большими нагрузками, низкий уровень помех, стабильность при перегрузках или коротком замыкании – стабилизатор просто уйдет в защиту, а не сгорит, как высокочастотные с маленькими конденсаторами. Но за эти плюсы приходится платить большим весом трансформатора, а значит большей изначальной стоимостью. Мой опыт показал, что лучше заплатить, а потом поставить и просто пользоваться без замечаний.
Что касается аккумуляторов для электростанции, я прошел несколько этапов и могу сказать следующее: никогда не используйте автомобильные АКБ – они не предназначены работать в режиме длительного разряда в случае автономного существования. Их использование оправдано лишь в том случае, когда они достались бесплатно. Если вы настроены использовать кислотный аккумуляторы. То надо смотреть в пользу специальных тяговых с пробками рекуперации. Тогда срок их обслуживания можно сократить до 1 раза в год – и то, это будет проверка уровня электролита, возможно замер напряжений по банкам и выравнивающий заряд. Второй вариант, на которые стоит обратить внимание, минуя обычные гелевые, это карбоновые АКБ. На данный момент, это самая перспективная технология. При горизонте планирования гибридной электростанции на 15 лет с периодическими отключениями, у карбоновых аккумуляторов самая низкая стоимость цикла. Есть даже сравнительная таблица, которую не поленились сделать в Микроарт и по ней выходит, что стоимость вхождения в резервное энергоснабжения выгоднее именно с карбоновыми АКБ. А завершает парад технологий – LiFePO4 (литий-железофосфатные АКБ). Данный тип батарей подойдет полным автономщикам или тем, кто вынужден довольно часто переходить на собственную генерацию по причине низкого входного напряжения или частых отключений электросети. Есть еще LTO (литий-титанатные АКБ), но ввиду их высокой стоимости мне сложно найти преимущества для гибридной или солнечной электростанции перед LiFePO4. Их любят владельцы мощного автозвука за высокие токи заряда и разряда и огромное количество циклов, но там на первый план выходит не стоимость владения, а их ТТХ.
Как работает станция сейчас и стоило ли оно того?
Отвечая на первый вопрос: сейчас станция состоит из: 2500 Вт солнечных панелей, солнечного контроллера КЭС 200В 100А, инвертора Микроарт МАП TITANATOR, и АКБ емкостью 200 А*ч. Она работает в гибридном режиме и в обычном состоянии просто подкачивает в домашнюю сеть энергию, полученную от солнца, благодаря чему с марта по сентябрь у меня очень существенно снижаются расходы на электроэнергию. Приведу пример выработки энергии за последний год: 408,59 кВт*ч. Казалось бы, не очень много, но если учесть, что в моем районе часто отключают электроэнергию в любое время года и в любой момент суток, то это означает, что у меня продолжают функционировать все инженерные системы дома: водоснабжение, работа электрических бойлеров, холодильник, стиральная машина, компьютер, роутер, телевизоры. Скажу больше: о том, что отключена электроэнергия домочадцы чаще всего даже не знают, только мне приходят на почту оповещения от ПАК «Малина» о том, что инвертор перешел в автономный режим или внешнюю сеть включили. Вот и ответ на второй вопрос: «стоило ли оно того?» - для меня ответ простой: однозначно, да! Возможность жить в доме без оглядки на старые нестабильные электросети и не подстраиваться под наличие внешней сети – это действительно дорогого стоит. А в качестве иллюстрации приведу график выработки по месяцам. Надо отметить, что я утилизирую не всю доступную солнечную энергию, потому что в моем регионе, несмотря на наличие в РФ закона о микрогенерации, энергетики просто не знают, что со мной делать: не только как учитывать мою отдачу в сеть, но и даже как заключить со мной договор на микрогенерацию. Мне победить эту бюрократическую машину пока так и не удалось.
Far far away…
Здесь я познакомился с интересными ребятами, которые уехали в такую глушь, что до ближайших людей больше 300 км по воздуху, а перемещаться можно либо на вертолете, либо по воде на катере. @olgertym, привет! Так вот, они живут в полной автономии на метеостанции и единственной ниточкой, соединяющей и с человечеством является спутниковый интернет: не самый быстрый и совсем не безлимитный. Ну и летом, когда уровень воды позволяет им доставляют топливо и продукты по воде на год вперед. Живут они так:
Единственный источник энергии - это бензогенератор, а чтобы не гонять его круглосуточно и увеличить его ресурс, на станцию был закуплен инвертор и щелочные АКБ. Щелочные АКБ были выбраны потому, что они обладают довольно большим количеством циклов, хотя и малым КПД, но в условиях полной автономки лучше затратить больше энергии на заряд, нежели иметь небольшое количество циклов заряд-разряд. Дело в то, что щелочные АКБ заряжаются очень долго и на последней стадии заряда должны буквально «кипеть», когда выделяется газ из электролита. А поскольку станция существует в полной автономии, то генератор работает в режиме 12\12, то есть 12 часов тарахтит и 12 часов простаивает, когда питание идет от АКБ. В момент работы генератора также задействуются мощные электроприборы, вроде печки, электроинструмента или плитки. А в автономном режиме энергия тратится на освещение, работу компьютера и необходимых приборов, вроде станции связи. Меня порадовало, что на станции стоял старый МАП SIN, у которого даже половина экрана уже не показывала, но он исправно заряжал АКБ и снабжал энергией станцию в минуты тишины.
Я нашел связь с этими отважными ребятами и оказалось, что у них в резерве лежит еще один МАП, но уже модели PRO. Дело в том, что на столь отдаленных от цивилизации объектов стараются дублировать все критически важные элементы: приборы учета, генераторы и даже инвертор. За несколько дней переписки мы совместно его подключили и настроили и теперь автономная электростанция выглядит так:
Заключение
Я думаю, что это не последний материал о моей солнечной электростанции, хотя бы потому, что это действительно интересно. И даже с учетом того, что система уже самодостаточна и требует лишь иногда внимания в качестве профилактических регламентных работ в виде проверки контактов, протирки от пыли, но всегда хочется чего-то еще: так я сменил поколение инвертора на последнее и буду ждать новых фишек в прошивках. Техника показала себя надежной не только в моем «цивилизованном» режиме при гибридной работе подкачки энергии от солнца, но и в суровых условиях постоянного циклирования и ежедневных трудах в полной автономии, где так важна надежность.
