Системы бесперебойного питания от солнечных батарей

Источник бесперебойного питания в системе освещения дома от солнечных батарей

В доме автора нередко отключают электропитание, что очень некстати в тёмное время суток, когда детям нужно делать уроки, а у остальных членов семьи остаются незаконченными домаш­ние дела. Это побудило его изготовить резервную систему пита­ния.

Было выяснено, что потребляемая полностью включённым освещени­ем дома мощность при использовании люминесцентных ламп не превышает 600 Вт. В наличии имелся компьютер­ный источник бесперебойного питания (ИБП) PowerCom BMT-1000AP мощ­ностью 1000 В·А, который и был вклю­чён в разрыв электролинии, питающей освещение. Теперь при отключении электричества освещение в доме про­должает работать.

В дальнейшем были куплены две панели солнечных батарей напряжени­ем 24 В и мощностью 200 Вт каждая, а также недорогое зарядное устройство для двух соединённых последовательно

аккумуляторных батарей напряжением 12 В и ёмкостью по 80 А·ч. Это могло полностью избавить освещение от кап­ризов электроснабжения. Оставалось лишь получить из постоянного напря­жения 24 В переменное 230 В. Но из-за высоких цен приобрести готовый пре­образователь не представилось воз­можным, поэтому я решил использо­вать уже имеющийся ИБП, способный работать от аккумуляторной батареи с общим напряжением 24 В.

Но возникла проблема. Автоматиче­ское включение при подаче напряжения от сети или от аккумуляторной батареи в применённом ИБП не предусмотрено, для этого необходимо нажать на кнопку «Пуск». Для устранения этой проблемы и разработано предлагаемое устройство, схема которого представлена на рис. 1.

С появлением источника света (солнца) солнечные батареи с помощью зарядного устройства заряжают акку­муляторную батарею. Когда её напря­жение, поданное на контактную колодку ХТ1. достигает заданного порога, сра­батывает реле К1. контакты которого через разъём ХР1 подключены парал­лельно контактам кнопки «Пуск» ИБП.

При отсутствии нагрузки в течение 4 мин ИБП PowerCom BMT-1000AP са­мостоятельно выключается, что эконо­мит запасённую в аккумуляторной бата­рее энергию. Но чтобы эта функция действовала, необходимо при включе­нии ИБП удерживать его кнопку «Пуск» нажатой около четырёх секунд. Чтобы ИБП работал без нагрузки, не выключа­ясь, кнопку следует удерживать нажа­той 6 с.

В рассматриваемом устройстве можно установить желаемую продолжи­тельность имитируемого им «нажатия» на кнопку «Пуск». Для этого нужно вклю­чить его при нажатой кнопке SB1, а за­тем отпустить её. После этого контакты реле К1.1 будут замыкаться на время, равное прошедшему с момента включе­ния устройства до отпускания кнопки SB1. Это позволяет использовать уст­ройство с разными ИБП. Изменять дли­тельность «нажатия» можно много раз.

Стабилизатор DA1 понижает напря­жение с 24 до 12 В, необходимых для реле К1. Далее стабилизатор DA2 пони­жает его до 5 В, нужных для питания микроконтроллера.

На колодку ХТ2 поступает перемен­ное напряжение с выхода ИБП. Если оно есть, через резисторы R1, R2 и из­лучающий диод оптрона U1 течёт ток, поэтому фототранзистор оптрона открыт. В результате на входе микро­контроллера установлен низкий уро­вень напряжения, что программа вос­принимает как признак наличия напря­жения на выходе ИБП. Диод VD1 защи­щает излучающий диод оптрона от обратного напряжения.

Транзистор VT1 служит усилителем генерируемого микроконтроллером сигнала управления реле К1. Разъём ХР1 соединяют с контактами кнопки «Пуск» ИБП.

Кнопка SB1 предназначена для задания продолжительности удержа­ния контактов реле К1.1 замкнутыми. Если она нажата, уровень напряжения на входе РВ2 микроконтроллера при включении устройства остаётся низ­ким. Обнаружив это, программа начи­нает отсчёт времени, который заканчи­вается в момент, когда кнопка SB1 отпущена и уровень на входе РВ2 бла­годаря резистору R6 стал высоким. Полученный результат программа за­писывает в энергонезависимую память и использует его при отсчёте длитель­ности формируемого на выходе PB0 импульса.

Напряжение, поступающее на ко­лодку ХТ1 от аккумуляторной батареи, микроконтроллер измеряет с помощью своего АЦП. Оно поступает на его вход ADC3 через резистивный делитель напряжения R3R4, уменьшающий на­пряжение на входе микроконтроллера до допустимого, не превышающего 5 В. Если напряжение аккумулятора превы­сило заданный уровень, программа проверяет наличие переменного напря­жения на выходе ИБП и. обнаружив, что его нет, формирует на выходе РВ0 импульс установленной длительности, имитирующий с помощью транзистора VT1 и реле К1 нажатие на кнопку «Пуск» ИБП.

С появлением напряжения на выхо­де ИБП устройство переходит в режим ожидания. Но как только напряжение аккумуляторной батареи снизится до 11,5 В, ИБП самостоятельно выклю­чится. Когда аккумуляторная батарея вновь зарядится от солнечных бата­рей. микроконтроллер DD1, выйдя из «спящего» режима, повторит запуск ИБП.

Программа микроконтроллера напи­сана на языке Basic в среде разработки Bascom AVR. Его конфигурация должна быть установлена в соответствии с таб­лицей.Печатная плата устройства изобра­жена на рис. 2. Она рассчитана на установку реле К1 РЭС49 исполнения РС4.569.421-02 с обмоткой сопротив­лением 270 Ом и номинальным рабо­чим напряжением 12 В. Замена этого реле другим с подобными параметрами возможна, но, скорее всего, потребует переработки печатной платы. Дроссель L1 — ДП 1-0,1-10. Его можно заменить другим той же индуктивности, рассчи­танным на ток не менее 100 мА. ХТ1 и ХТ2 — винтовые зажимные колодки DG301 -5.0-03P-12 или другие с шагом контактов 5 мм. Вилка ХР1 — PLS-2. Кнопка SB1 — любого типа, её можно заменить съёмной перемычкой (джам­пером), но пользоваться ей будет менее удобно.

В изготовленном приборе нужно подобрать резистор R3. Для этого подайте на колодку ХТ1 напряжение от внешнего регулируемого источника и определите, при каком его значении в устройстве срабатывает реле К1. На­пряжение разряженной аккумулятор­ной батареи после отключения нагрузки (выключения ИБП) может самовосстановиться и достигнуть 27,2 В. Поэтому напряжение, при котором в устройстве срабатывает реле К1. должно быть не­много больше. Я рекомендую подо­брать сопротивление резистора R3 та­ким, чтобы это происходило при напря­жении на ХТ1 27,9 В.

При первом запуске ИБП следует проверить темпе­ратуру имеющихся в нём ключевых транзисторов под полной нагрузкой. Если они сильно нагреваются, необ­ходимо предусмотреть их принудительный обдув. Устройство можно при­менить и с ИБП. рассчитан­ным на работу с аккумуля­торными батареями напря­жением 12 или 48 В. соот­ветственно подобрав ре­зистор R3. Кроме того, для работы с 12-вольтным ИБП из устройства нужно уда­лить стабилизатор DA1, а для 48-вольтного ИБП до­бавить узел (например, мощный стабилитрон), уменьшающий напряжение на входе этого стабилиза­тора с 48 В приблизительно до 14 В.

Автор: В. ИСАЕВ, г. Астрахань

Источник

Источник бесперебойного питания в системе освещения дома от солнечных батарей

В доме автора нередко отключают электропитание, что очень некстати в тёмное время суток, когда детям нужно делать уроки, а у остальных членов семьи остаются незаконченными домашние дела. Это побудило его изготовить резервную систему питания.

Было выяснено, что потребляемая полностью включённым освещением дома мощность при использовании люминесцентных ламп не превышает 600 Вт. В наличии имелся компьютерный источник бесперебойного питания (ИБП) PowerCom BNT-1000AP мощностью 1000 В·А, который и был включён в разрыв электролинии, питающей освещение. Теперь при отключении электричества освещение в доме продолжает работать.

В дальнейшем были куплены две панели солнечных батарей напряжением 24 В и мощностью 200 Вт каждая, а также недорогое зарядное устройство для двух соединённых последовательно аккумуляторных батарей напряжением 12 В и ёмкостью по 80 А·ч. Это могло полностью избавить освещение от капризов электроснабжения. Оставалось лишь получить из постоянного напряжения 24 В переменное 230 В. Но из-за высоких цен приобрести готовый преобразователь не представилось возможным, поэтому я решил использовать уже имеющийся ИБП, способный работать от аккумуляторной батареи с общим напряжением 24 В.

Но возникла проблема. Автоматическое включение при подаче напряжения от сети или от аккумуляторной батареи в применённом ИБП не предусмотрено, для этого необходимо нажать на кнопку «Пуск». Для устранения этой проблемы и разработано предлагаемое устройство, схема которого представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема устройства

С появлением источника света (солнца) солнечные батареи с помощью зарядного устройства заряжают аккумуляторную батарею. Когда её напряжение, поданное на контактную колодку XT1, достигает заданного порога, срабатывает реле к1, контакты которого через разъём XP1 подключены параллельно контактам кнопки «Пуск» ИБП.

При отсутствии нагрузки в течение 4 мин ИБП PowerCom BNT-1000AP самостоятельно выключается, что экономит запасённую в аккумуляторной батарее энергию. Но чтобы эта функция действовала, необходимо при включении ИБП удерживать его кнопку «Пуск» нажатой около четырёх секунд. Чтобы ИБП работал без нагрузки, не выключаясь, кнопку следует удерживать нажатой 6 с.

В рассматриваемом устройстве можно установить желаемую продолжительность имитируемого им «нажатия» на кнопку «Пуск». Для этого нужно включить его при нажатой кнопке SB1, а затем отпустить её. После этого контакты реле K1.1 будут замыкаться на время, равное прошедшему с момента включения устройства до отпускания кнопки SB1. Это позволяет использовать устройство с разными ИБП. Изменять длительность «нажатия» можно много раз.

Стабилизатор DA1 понижает напряжение с 24 до 12 В, необходимых для реле K1. Далее стабилизатор DA2 понижает его до 5 В, нужных для питания микроконтроллера.

На колодку XT2 поступает переменное напряжение с выхода ИБП. Если оно есть, через резисторы R1, R2 и излучающий диод оптрона U1 течёт ток, поэтому фототранзистор оптрона открыт. В результате на входе микроконтроллера установлен низкий уровень напряжения, что программа воспринимает как признак наличия напряжения на выходе ИБП. Диод VD1 защищает излучающий диод оптрона от обратного напряжения.

Транзистор VT1 служит усилителем генерируемого микроконтроллером сигнала управления реле к1. Разъём XP1 соединяют с контактами кнопки «Пуск» ИБП.

Кнопка SB1 предназначена для задания продолжительности удержания контактов реле K1.1 замкнутыми. Если она нажата, уровень напряжения на входе PB2 микроконтроллера при включении устройства остаётся низким. Обнаружив это, программа начинает отсчёт времени, который заканчивается в момент, когда кнопка SB1 отпущена и уровень на входе PB2 благодаря резистору R6 стал высоким. Полученный результат программа записывает в энергонезависимую память и использует его при отсчёте длительности формируемого на выходе PB0 импульса.

Напряжение, поступающее на колодку XT1 от аккумуляторной батареи, микроконтроллер измеряет с помощью своего АЦП. Оно поступает на его вход ADC3 через резистивный делитель напряжения R3R4, уменьшающий напряжение на входе микроконтроллера до допустимого, не превышающего 5 В. Если напряжение аккумулятора превысило заданный уровень, программа проверяет наличие переменного напряжения на выходе ИБП и, обнаружив, что его нет, формирует на выходе PB0 импульс установленной длительности, имитирующий с помощью транзистора VT1 и реле K1 нажатие на кнопку «Пуск» ИБП.

С появлением напряжения на выходе ИБП устройство переходит в режим ожидания. Но как только напряжение аккумуляторной батареи снизится до 11,5 В, ИБП самостоятельно выключится. Когда аккумуляторная батарея вновь зарядится от солнечных батарей, микроконтроллер DD1, выйдя из «спящего» режима, повторит запуск ИБП.

Программа микроконтроллера написана на языке Basic в среде разработки Bascom AVR. Его конфигурация должна быть установлена в соответствии с таблицей.

Источник

Опыт эксплуатации cистемы бесперебойного питания с солнечными батареями в дачных условиях

Дата публикации: 19 декабря 2020

Альтернативная «чистая» энергетика, за которой, несомненно, будущее, в некоторых случаях может быть естественным и практичным выбором уже сейчас. В первую очередь, в тех случаях, когда необходимо обеспечить электричеством маломощного потребителя, расположенного «в чистом поле». А частный дом, если всё выбрано и построено с учетом требований энергосбережения (и вы, например, не планируете использовать электричество для обогрева), как раз и является примером такого «маломощного» потребителя.

Сейчас сложно представить современное здание, в котором не было бы разнообразного оборудования. Системы безопасности, электрика, теплый пол, интернет, телевидение и многое другое — это неотъемлемая составляющая современной цивилизации. Чтобы связать между собой отдельные компоненты оборудования, используются кабели, которые бывают силовыми (для передачи электроэнергии) апвпу2г 1х50 и слаботочными (для передачи сигналов).

Да, в отличие от квартиры, тут добавляются еще и, как правило, скважинные насосы для автономного водоснабжения и различная садовая техника, но задавшись целью, вполне реально запитать это всё от солнечной системы, дополненной ветрогенератором и для подстраховки — каким-нибудь газовым или дизельным генератором. Причем последний будет включаться крайне редко, если всё рассчитано верно.

И это может быть дешевле, чем подключаться к линии электропередач в индивидуальном порядке. Поэтому в российских условиях, наверное, отсутствие «коллективного» электроснабжения является самой частой причиной интереса к альтернативным источникам питания. Но на мой взгляд, есть, как минимум, еще один довод в пользу «зеленых» систем, причем именно солнечных, даже при наличии «общественных» 220 вольт.

Дело в том, что стабильность питания, даже в Подмосковье, за пределами городов может оставлять желать лучшего. И в случае моего дачного поселка узким местом является петляющая по соседним лесам от деревни к деревне высоковольтная линия. Деревья, увы, падают от ветра, и это обстоятельство неведомо, похоже, только тем, кто считает нормальным прокладку воздушных линий в просеках шириной от силы метров десять. Впрочем, может быть, прокладка кабеля в земле дороже, чем периодическая замена столбов, пострадавших от соседней сосны. И это всё мудро просчитано.

Хотелось бы верить, но никак не получается, потому что тут насквозь видна российская традиция: сначала сделать кое-как, но подешевле, а потом тратить время и ресурсы на латание дыр (и искренне удивляться: а почему на новое денег не хватает?). Соответственно, сделать подороже и получше «сначала», чтобы экономить «потом» — гораздо проще в частном порядке.

И поскольку примерно раз в сезон бывает «хорошая» гроза, после которой на подъем линии уходит неделя, а то и больше, не считая более кратковременных отключений, сильно захотелось получить собственный запас автономии. В идеале — такой, чтобы вообще не замечать всё это безобразие. Дизельный или бензиновый вариант практически сразу отпал, мы даже купили такой. Но желание гонять это воющее и воняющее чудо техники, приехав насладиться общением с природой, оказалось ниже, чем собственно потребность в электричестве. Лучше обойтись свечами или уехать в город. Соответственно, эта тема приобрела актуальность, когда захотелось поселиться в доме на более или менее постоянной основе.

Между тем, особенность летнего дома в том, что массовая активность там происходит летом, когда солнечной энергии, даже на широте Москвы, хоть отбавляй. Собственно, и деревья-то падают в основном летом. Так обычно и было: гроза прошла, солнце сияет, а электричества нет. А интерес к «солнечной» энергетике уже был подкреплен покупкой солнечного коллектора для подогрева воды. В частности, достаточно компактный (12 трубок по 1,8 м) уверенно справляется с задачей продления «купального сезона» в 12-кубовом бассейне примерно на месяц по сравнению с естественным нагревом.

Поэтому примерно год назад была собрана система, о которой я хочу рассказать. Специально уделил внимание предыстории, чтобы не вступать в дискуссии на тему выгодности солнечных систем по сравнению с традиционными. Иногда, как мы видим, аргументы есть и помимо стоимости киловатта.

Переходим к выбору компонентов для солнечных систем.

Солнечные панели

Итак, начнем с солнечных батарей. В порядке снижения эффективности и стоимости следуют батареи на основе монокристаллического, поликристаллического и аморфного кремния. Абсолютное большинство брендовых батарей относятся к первому типу, который и сам по себе считается наиболее долговечным, ячейки деградируют медленнее всего.

Между прочим, если дом небольшой, и у вас нет какого-нибудь удобно расположенного сарая с большим южным скатом, то на практике может оказаться, что места для батарей вовсе не так много. И есть смысл взять модель с самым большим КПД на единицу площади, если вы действительно хотите построить систему с достаточно высокой энергоотдачей. Поскольку размещать батареи необходимо именно на южном скате крыши, желательно под углом 45 градусов.

По способу монтажа есть батареи, монтируемые в крышу на манер мансардных окон (фактически только у фирмы Roto с совершенно невменяемой стоимостью). А остальное большинство представляет собой простые панели, встроенные в алюминиевую раму, которые крепятся к накладным рейлингам. Минус последних в том, что крышу приходится сверлить, и не всякое покрытие выдержит без протечек такое грубое вмешательство. Тем не менее, это единственный ходовой вариант, который и был выбран.

Что касается самих батарей, то неплохим вариантом по соотношению цены и качества оказались зеленоградские монокристаллические батареи. Все же их достаточно охотно покупают в Германии. Поэтому, находясь в России, логично и даже приятно иметь возможность воспользоваться хоть чем-то имеющим отношение к электронике, но местного производства.

Были приобретены три батареи (TCM-170B) мощностью по 170 Вт и размером 158×82 см. Расчет в данном случае был простой: получить достаточный зарядный ток в облачную погоду, а также утром и вечером, чтобы энергетический баланс, по минимуму, позволял работать холодильнику сколь угодно долго. Поскольку потребление холодильника — порядка 100-200 Вт, и работает он с перерывами, такая нагрузка описанному варианту вполне по силам — разумеется, при наличии буферных аккумуляторов.

В реальных условиях, когда солнце все же светит, а люди в доме живут, энергии должно хватать и на то, чтобы пользоваться бытовыми приборами, подкачивать воду и т. д. даже при длительном отсутствии внешнего электроснабжения. Без излишеств, но и без специального режима экономии. Во всяком случае, я так рассчитывал, и сейчас уже могу подтвердить, что расчет оправдался.

Солнечный контроллер

Стандартное напряжение солнечных панелей и напряжение, которое необходимо поддерживать для заряда аккумуляторов, не совпадает. Вернее, напряжение на выходе солнечной панели меняется от нуля до максимального в зависимости от освещенности, и без промежуточного преобразования тут не обойтись.

В самом простом случае нужен контроллер, который бы отключал аккумуляторы, когда их заряд достиг максимального, и подключал обратно, когда, во-первых, требуется подзарядка, и, во-вторых, выходное напряжение массива солнечных батарей соответствует требуемому для нормального заряда. Но это очень неэффективный метод.

Поэтому в современных недорогих контроллерах используется ШИМ-модуляция, которая позволяет получить приемлемое напряжение и ток для заряда в большем входном диапазоне. Недостаток тут в том, что все равно надо хотя бы примерно совместить выходное напряжение массива солнечных панелей с напряжением массива аккумуляторов.

Наконец, самый универсальный и эффективный метод предлагают MPPT-контроллеры, которые способны преобразовывать напряжение в гораздо большем диапазоне и во время работы отслеживают точку максимальной мощности, а соответственно, позволяют снять максимум энергии и обеспечивать зарядку ранним утром и до сумерек. В моем случае вариант с таким контроллером был единственно адекватным, поскольку три солнечные батареи, как их ни соединяй, давали нестандартное напряжение. Ну а с таким контроллером — можно соединять последовательно, что и удобнее (меньше проводов), и меньше потери при передаче, поскольку та же мощность передается при максимальном напряжении и, значит, меньшем токе. А это тоже важно, если дом высокий, и от солнечных батарей до остальной электроники и аккумуляторов будет метров десять кабеля, а то и больше.

Пожалуй, самые известные и популярные MPPT-контроллеры — производства MorningStar. Выбранная модель TriStar-MPPT-45 рассчитана на зарядный ток 45 А, что безусловно избыточно (но маломощных MPPT-контроллеров практически не найти, и к тому же требования NEC подразумевают запас в 25% по току, то есть реально допустимый ток получается не выше 36 А, и, грубо говоря, заряжать таким контроллером можно батарею аккумуляторов в пределах 360 А·ч). Напряжение батареи аккумуляторов можно произвольно выбирать из ряда: 12, 24, 48 и 36 В. И наконец, входное напряжение от солнечных панелей должно быть в пределах 150 В. Разумеется, при таких характеристиках сопряжение не составляет ни малейшей проблемы.

Инвертер + зарядное устройство

Соединив батареи с аккумуляторами, логично подумать и о второй половине цепи, то есть нам необходима возможность питать от аккумуляторов внешнюю сеть, а также заряжать их от этой самой сети.

В самом общем случае нужен инвертер, зарядное устройство и реле, которое бы переключало нагрузку при исчезновении входного напряжения. К счастью, есть модели инвертеров, где все эти функции объединены, что важно, если мы хотим добиться полностью автономной и необслуживаемой работы — поскольку отдельные инвертеры зачастую требуют перезапуска вручную после того, как они исчерпали ресурс батареи и отключились, и т. д.

Собственно, на алгоритм работы надо обращать внимание и при выборе универсального устройства. Важно, чтобы оно автоматически начинало заряд аккумуляторов после появления напряжения в сети. Также важно, чтобы напряжение отключения нагрузки для инвертера было выставлено выше напряжения отключения солнечного контроллера. В таком случае аккумуляторы начнут заряжаться сразу: либо как «дадут ток», либо когда наступит утро. Даже если под вечер аккумуляторы сядут.

Поскольку качественные модели инвертеров обычно имеют 2-3-кратный запас по пусковому току, и это не аварийный, а именно штатный режим работы, вполне корректно выбрать номинальную мощность в соответствии с реальным максимумом, который вам может потребоваться. Для этого обычно достаточно сложить мощность скважинного насоса в установившемся режиме работы и мощность компрессора холодильника и добавить 20-30% запаса на «лампочки» и прочую бытовую мелочевку, которую вы соберетесь подключить к резервной линии.

Да, разумеется, предполагается, что резервная линия прокладывается отдельным кабелем, и розетки имеет смысл обозначить так, чтобы в них не оказался случайно включенным какой-нибудь утюг. Вообще, «поработать» над тем, чтобы одновременная нагрузка была как можно меньше, имеет смысл в первую очередь ради ресурса аккумуляторов. Как известно, если разрядный ток превышает оптимальный для аккумулятора, его реальная емкость может оказаться существенно меньше заявленной. А это не в наших интересах.

В моем случае получилось 700+200 В·А «надо точно». А с учетом того, что насос со временем может потребоваться и помощнее, для резервной линии было оптимально выбрать модель мощностью в пределах 1500 В·А.

После очень непродолжительного раздумья я выбрал Outback GFX1424E. Эта модель безусловно дороговата для своей мощности в 1400 В·А. Но, как я уже отметил, гоняться за мощностью в случае с инвертерами для домашней резервной линии бессмысленно. Вряд ли кто будет ставить соответствующую батарею аккумуляторов, чтобы реально иметь возможность нагрузить их 2-3 киловаттами нагрузки. Гораздо интереснее в данном случае заплатить за дополнительные функции и, конечно же, качество.

Последнее особенно важно, учитывая, что устройству предстоит работать круглосуточно и в отдельном помещении без присмотра. Что именно привлекло в этом устройстве:

• Произведен в США. Так сложилось, что как синоним надежности техники чаще всего употребляется фраза «немецкое качество». Между тем, американская продукция зачастую еще и покрепче и служит подольше, поскольку технологический уровень страны, как минимум, не уступает, но при этом нет такой жесткой экономии на материалах, как в Европе.
• Герметичный корпус. Соответственно, прибор защищен от пыли, влаги и насекомых. Нет, в доме, безусловно, чисто, но в комнатах ставить стойку с электротехникой вряд ли разумно — лучше для этого подходит гараж или подвал. И устройство обычной компоновки с вентиляционными решетками обязательно насосет своим вентилятором пыли — пусть не сразу, но через год-два точно. Не исключено, что какой-нибудь паук устроит аварийную ситуацию еще раньше 🙂
• Низкий уровень шума. Инвертер не совсем бесшумный: высокочастотный писк в некоторых режимах есть, а также, несмотря на герметичный корпус, играющий роль радиатора, внутри есть и тихоходный вентилятор, который иногда включается и перегоняет воздух от более нагретых компонентов к радиатору. Но даже при максимальной нагрузке (то есть собственно в режиме резервирования) шум не превышает 40 дБА, а в дежурном режиме, когда идет зарядка батарей, а окружающая температура превышает 25 градусов — не более 35 дБА. Это очень мало, большинство настольных компьютеров во время работы шумят громче, ну а классические инвертеры с вентиляторами — заведомо более шумные.
• Низкая потребляемая мощность (18 Вт в простое, 6 Вт в режиме StandBy). Тут надо иметь в виду, что воспользоваться спящим режимом вы сможете, если в доме нет маломощных потребителей энергии, нуждающихся в постоянном питании. Самый распространенный пример такого потребителя — система охраны (сигнализация).
• Чистая синусоида. Формально, даже чувствительные к форме питающего напряжения приборы способны в большинстве своем терпеть аппроксимированную синусоиду. Во всяком случае, когда речь идет о двигателях — с учетом того, что в режиме резервного питания они будут работать лишь незначительную часть времени. Но, безусловно, корректная форма синуса — это та функция, за которую стоит доплатить. Вернее, тут соображения идут от обратного: инвертеры с аппроксимацией занимают на рынке самый нижний (начальный) сегмент, и у них много недостатков чисто конструктивного свойства, помимо собственно формы напряжения. Всерьез и надолго на такие изделия рассчитывать наивно.
• Ну а самая любопытная функция, которая окончательно склонила выбор в пользу этого устройства — возможность экспорта электроэнергии. Иными словами, когда аккумуляторы заряжены полностью, включается инвертер, и излишек энергии, поступающий от солнечных панелей (или других альтернативных источников, подключенных к низковольтному контуру цепи, параллельно батареям), отправляется во внешнюю цепь. Соответственно, сначала компенсируется внутренний расход, а если остается еще и для соседей, то можно понаблюдать, как счетчик крутится в обратную сторону. Это, конечно, приятно, потому что только ради резервирования собирать такую систему не очень интересно (всё же бо́льшую часть времени внешняя сеть исправна). Но почему бы не пользоваться своей энергией?

Надо добавить, что даже сблокированные с зарядным устройством инвертеры далеко не все имеют функцию экспорта. А если собирать систему из отдельных компонентов, придется докупать еще дополнительный контроллер и, возможно, повозиться с программированием и настройкой. Тут уже смысл в такой обвязке есть лишь при условии, что вы собрали достаточно серьезную альтернативную электростанцию.

В данном случае я тоже не совсем был уверен, что всё получится автоматически. Всё же солнечный контроллер взят другого производителя, и оба устройства предусматривают программирование (к инвертеру прилагается отдельная панелька, а солнечный контроллер подключается через COM-порт). И как раз есть возможность выбора пороговых напряжений для заряда аккумуляторов и режима экспорта.

Однако поскольку сборка всей системы затянулась за полночь, я отложил настройку и программирование до утра. А утром обнаружилось, что заряд аккумуляторов уже закончился, и поскольку в доме ничего серьезного в этот момент включено не было, счетчик действительно крутился в обратную сторону. Всё заработало как следует.

Про замеры, какие удалось сделать, я еще расскажу в конце; добавлю только, что возможность экспорта протестирована при использовании электромеханического счетчика, который легко отличить по вращающемуся диску. Электронные могут этот момент не отрабатывать как следует, то есть ток вы отдавать будете, но исключительно в благотворительных целях. А пока осталось несколько слов сказать о выборе аккумуляторов.

Аккумуляторы

Для построения домашних систем автономного энергоснабжения, как правило, используются свинцово-кислотные аккумуляторы закрытого типа. Так называемые VRLA — Valve Regulated Lead-Acid, то есть с клапанным регулированием выделяемых газов. Существуют два типа таких аккумуляторов: AGM (Absorbed Glass Mat), в которых электролит между пластинами находится в стеклопластиковых капсулах, и гелевые. В последнем случае в электролит добавляются загустители, и при производстве аккумулятора этот электролит намазывается на пластины.

И если в компактных источниках бесперебойного питания чаще используются гелевые аккумуляторы, то для систем большой емкости в настоящее время самыми популярными являются AGM-модели, которые и были выбраны.

Поскольку бюджет был отнюдь не резиновый, были взяты два аккумулятора бюджетного производителя Leoch DJM12-200 емкостью 200 А·ч каждый.

Такой большой запас необходим для того, чтобы кратковременная нагрузка высокой мощности (насос) создавала, тем не менее, ток в пределах благоприятного режима для аккумуляторов. Как мы видим на диаграмме, для того чтобы время резервирования действительно составляло часы, а не минуты, желательно, чтобы ток в низковольтной цепи не превышал 0,2C (то есть пятую часть емкости). Аккумуляторы были соединены последовательно, поскольку инвертер был выбран с поддержкой 24-вольтовой цепи, и это также благоприятно для снижения потерь в соединениях.

Соединяем в систему

Здесь все достаточно тривиально: общее правило — минимизировать длину низковольтных цепей. Поэтому инвертер, солнечный контроллер и аккумуляторы лучше разместить на одной стойке либо просто рядом.

В моем случае получилось вот так. Провода от солнечных батарей, соединенных последовательно, подключены к солнечному контроллеру (провода имеет смысл взять потолще — от 6 мм², а лучше 10, если дом высокий, а электронику вы собираетесь поместить в подвале). Выход солнечного контроллера, как и выход инвертера, подключены к аккумуляторам, соединенным, в свою очередь, последовательно. В цепь аккумуляторов также необходимо поставить специальный автомат постоянного тока для защиты инвертера и для удобства отключения системы, если это потребуется.

В качестве шин для положительного и отрицательного полюса оказалось удобнее всего использовать выходы инвертера. Сюда же можно подцепить и ветрогенератор и все остальные источники энергии, если увлечение альтернативной энергетикой перейдет в хроническую стадию болезни. Как уже отмечалось, балласт не потребуется и аккумуляторы не перезарядятся — инвертер просто будет отдавать избыточную электроэнергию во внешнюю сеть.

Несколько тестов

В первую очередь надо отметить, что поставленная цель — не замечать кратковременные отключения (на несколько часов) и не особенно менять свои планы на день из-за упомянутой ночной грозы — достигнута полностью. Было и длительное отключение (в пределах недели), когда мы были в отъезде, и раньше бы, несомненно, по возвращении обнаружили разморозившийся холодильник, в морозилке которого всякий уважающий себя дачник хранит часть собираемого урожая. И если бы в цепи не было солнечных батарей, то, разумеется, такой результат не мог бы быть достигнут.

Интересно посмотреть, сколько же фактически вырабатывается энергии при разных погодных условиях. Если замерить мгновенную мощность, когда счетчик стоит, то при условиях, близких к идеальным (температура около 25 градусов, малооблачно, полдень), удается питать нагрузку около 300 В·А. Да, это заметно меньше теоретического заявленного максимума, но упомянутый холодильник от батарей работать сможет, и при этом счетчик продолжает скручиваться, даже в облачную погоду, что уже радует. А ниже — наблюдения в течение одной недели и показатели счетчика.

Итого 4,5 кВт. Поскольку в доме в это время работали только холодильник, ноутбук и освещение (энергосберегающими лампами, вечером), а также в пределах 30-40 минут в день работал скважинный насос, общее потребление составило 7,2 кВт. То есть, действительно, почти половину расхода, даже с учетом не самых благоприятных погодных условий, солнечные батареи скомпенсировали.

Хотя, подчеркну, это «побочный эффект», цели сэкономить на электричестве в данном случае не ставилось. Что касается именно вопросов экономии, то если присматриваться к альтернативной энергетике с этой точки зрения, в первую очередь имеет смысл перевести самую затратную статью — нагрев воды — с электричества на некий прямой источник тепла. То есть если уж говорить об экономии и привязывать ее к использованию энергии солнца, лучше начать с простого солнечного коллектора. И если опыт вам понравится, тогда наверняка захочется попробовать еще какой-нибудь источник альтернативной энергии. Поскольку занятие это заразное и увлекательное.

Дополнение (к обсуждению на форуме)

В первую очередь, надо добавить, что никакой опасности «для электриков» устройство в режиме экспорта мощности не представляет. Как нетрудно догадаться, выдача мощности в сеть прекращается при отсутствии внешнего напряжения (а вернее даже — после его снижения относительно запрограммированного пользователем минимального порога). В таком случае инвертер переходит в режим автономной работы и под напряжением остается только резервная линия, и соответственно, только то оборудование, которое вы к ней подключите. За год эксплуатации было довольно много отключений, и к корректности отработки этого состояния, к инвертору претензий нет.

Сами батареи не более нуждаются в обслуживании, чем обычные оконные стекла. Иными словами, если у вас мансардное окно явно своим видом указывает на необходимость мойки, не забудьте протереть и панели. В случае экологически чистого расположения вдали от трасс, по опыту, уборка требуется не чаще раза в год. В конце весны после цветения деревьев. Но в этом году, например, из-за обильных осадков, даже окна мыть не пришлось. Все же, в отличие от вертикальных стекол, наклонные хорошо очищаются дождем. Зимуют батареи у большинства пользователей, которых мне удалось опросить через одну из компаний установщиков таких систем, под снегом, проблем также нет. Хотя, разумеется, если вы планируете снимать напряжение и зимой, то размещать батареи лучше под большим углом или на каком-то поворотном кронштейне, чтобы снег не задерживался.

При выборе инвертора настоятельно рекомендую смотреть спецификации по стартовым токам, они у хороших моделей в несколько раз превосходят штатную мощность. Соответственно, не стоит доверять «ощущениям» или советам тех, кто хочет вам продать оборудование «с запасом». Запас необходим, но рассчитывать его необходимо не по «ощущениям», а по измерениям.

Кстати, буквально на днях сильная гроза опять «удивила» незадачливых подмосковных энергетиков падением сосен. И электричества не было примерно сутки. И как всегда на следующее утро ярко светило солнце, выполняя свою полезную работу.

Источник

Выработка, Вт