Pull to refresh

Солнечная батарея на балконе: использование grid-tie инвертора

Energy and batteries Ecology Electronics for beginners
Привет geektimes. В предыдущей части было рассказано о тестировании контроллера заряда. Днем батарея заряжается, вечером или ночью накопленный заряд можно использовать. Ту систему можно считать законченной, что-либо принципиально новое добавить в нее уже сложно. Все работает, текущей емкости батареи в 12ач хватает для вечернего освещения комнаты светодиодной лентой и зарядки разных гаджетов. Все работает, однако есть и недостатки:

— Аккумуляторные батареи — достаточно дорогой и не совсем долговечный компонент.
— Накопленную энергию банально некуда девать. За все время я ни разу не разряжал батарею более чем на 50%.
— В солнечный день уже утром к 9-10 утра батарея полностью заряжена, соответственно, солнечные панели простаивают впустую.

В итоге, настала очередь протестировать следующий, более современный и широко используемый подход — отдачу электроэнергии непосредственно в электросеть. Технология весьма актуальна, т.к. устраняет все вышеприведенные недостатки — электроэнергия отдается в домашнюю электросеть и потребляется другими устройствами.

Как это работает, подробности под катом. Желающие также могут просмотреть краткую видеоверсию в youtube.

Grid tie инвертор


Схема подключения инвертора к электросети очень проста:



По сути grid tie не сильно отличается от обычного преобразователя 12-220В, хотя есть несколько существенных отличий:

— grid tie синхронизируется с периодами сетевого напряжения,
— grid tie автоматически прекращает выработку, если сеть отключается (из соображений безопасности, например если сеть обесточили для ремонта),
— grid tie может использовать технологию MPPT (maximum power point tracking) и находить точку отдачи максимальной мощности для солнечных панелей.

Чем в итоге удобно использование grid tie?
— Уменьшаются счета за электричество: потребление дома от городской сети уменьшается на величину, соответствующую выработке инвертора.
— Уменьшается нагрузка на городскую электросеть.
— Система проста в подключении и эксплуатации.

На рынке есть 2 вида инверторов:

— «Стандартные» (название условно), которые ставятся в доме, и к ним подается напряжение от панелей. Мощность может варьироваться от 250Вт до нескольких киловатт, цена вопроса от 60$ до 6000$.



— Микроинверторы. Ставятся прямо на панель, таким образом прямо с панели получается сетевое напряжение 220В. Способ удобен тем, что не нужно тянуть толстые провода низкого напряжения, ну и надежность системы в целом получается выше.



Система легко параллелится и расширяется, примерно так:



В общем, все это достаточно интересно чтобы протестировать.

Тестирование


Перед тестированием «балконной» системы выявилась одна проблема — инверторов для такого малого масштаба просто не производят. Типичные параметры grid tie инвертора — мощность от 250Вт и напряжение панелей 22-65 или 45-90В. У меня же 2 параллельно соединенные солнечные панели по 50Вт давали 12-21В. Наконец, после поисков на ebay была найдена практически единственная модель с длинным названием 500W MPPT Micro Grid Tie Inverter 10.5-28V. Слово «micro» тут явно маркетинг, т.к. возможности крепления на панели не предусмотрено. Инвертор выглядит примерно так (фото со страницы продавца).



И собственно, тестирование. Все просто, инвертор подключается в розетку через ваттметр, который удобен для оценки показаний. Солнечные панели выходят на восточную сторону, и уже в 9 утра при солнечной погоде выработка составила 30Вт.

Все хорошо, я только успеваю порадоваться «до чего техника дошла», как слышу весьма громкий шум — в инверторе включился кулер. На габаритах инвертора китайцы сэкономили, и высокооборотный 40мм кулер дает такой шум и свист воздуха, что его слышно в соседней комнате. Конечно, в идеале обороты кулера должны были бы регулироваться в зависимости от температуры инвертора, но в моем случае это не работало. Т.к. использовать инвертор на полную мощность 500Вт я не планирую, то просто заказал другой, менее шумный кулер, которого для 100-200Вт вполне должно хватить.

Кстати, внутренности инвертора выглядят так:



Вот так нагреваются его части во время работы, температура компонентов до 40 градусов:



Это в принципе немного, с другой стороны, и мощность всего лишь 1/10 от максимальной. Было бы интересно проверить его нагрев при полных 500Вт, но такой возможности нет.

Другой недостаток проявился вечером, когда солнечные панели дают мало энергии — инвертор пытается включиться, загорается светодиод, но напряжение панелей от нагрузки проседает и он выключается, затем процесс повторяется снова. Вряд ли такие включения-выключения полезны для электронных компонентов, с другой стороны, ничего сильно страшного тут в принципе нет. Разработчики могли бы предусмотреть более интеллектуальный способ отключения инвертора, с другой стороны, это самая дешевая модель на рынке, да и работа от 100Вт панели для 500-ваттного инвертора не является штатной.

Итог: судя по ваттметру, целиком за солнечный день в сеть со 100-ваттной панели было отдано 0.25КВт*ч. В ценах на электричество желающие могут пересчитать сами, как и срок окупаемости инвертора (его цена около 80$). Пиковая мощность, зафиксированная ваттметром, составила 65Вт, а средняя мощность в утреннее время (панели направлены на восток) 30-40Вт. (Теоретически, со 100-ваттной панели можно получить 80-90Вт мощности, если развернуть ее более правильным образом и использовать более толстые провода).

Следующий день был пасмурным с дождем, и инвертор вполне ожидаемо, не запустился вообще. Он пытался включиться утром каждые 5 секунд, запуская при этом кулер, и «вззз-вззз» было слышно по всей комнате. В общем, с таким инвертором будильник по утрам точно не нужен. Хотя это не проблема инвертора как такового — во-первых, 500-ваттный инвертор просто не рассчитан на использование 100-ваттной панели, во-вторых, он не предназначен для установки в комнате.
Когда дождь закончился и небо относительно прояснилось, инвертор запустился, отдаваемая в сеть мощность составила около 12Вт.



Заключение


Технология grid tie работает, почти как ожидалось, даже с небольшими панелями балконного размера. «Почти», т.к. мощности панелей недостаточно для работы инвертора на полную мощность. В то же время, даже в таком виде инвертор работает, отдавая в сеть энергию уже при 10-20Вт выработки. Для моих балконных панелей пиковая мощность, зафиксированная ваттметром, составила 65Вт, а средняя в утреннее и солнечное время суток примерно 30-40Вт.

В ясный солнечный день в сеть со 100-ваттной панели было отдано 0.25КВт*ч. Кстати, 0.25КВт*ч это много или мало? Этого достаточно для 15 минут работы микроволновки, 30 минут работы компьютера, 24 часов работы светодиодной лампы или 2-3 использований небольшого электрического чайника.

Однако показанный выше инвертор я не могу рекомендовать для балконной установки — лучше брать микро-инвертор, не содержащий кулеров, ну и мощность панелей должна составлять не менее 200Вт при напряжении 20-40В.

PS: C отдачей электроэнергии в сеть есть еще один интересный вопрос — что будет если суммарная выработка панелей больше, чем потребляемая мощность?

Ответ не так прост как кажется, тут есть 2 варианта.

Если установлен обычный счетчик, то он просто считает энергию «по модулю», так что излишки энергии уйдут в общедомовую сеть к соседям, а счетчик просуммирует ее как потребленную — за отданную соседям энергию еще и придется заплатить (что конечно обидно).

Современные счетчики умеют считать «экспорт» и «импорт» электроэнергии, эти пункты показаний есть отдельно в меню. В идеале, это должно учитываться при платежах и расчетах. Увы, возможность экспорта энергии в сеть в РФ пока что официально отсутствует. В Европе такая возможность разумеется, есть. Из стран СНГ реализация электроэнергии доступна в Армении, Украине, Казахстане и Белоруссии. Поэтому устанавливая grid tie инвертор, нужно либо рассчитывать мощность так, чтобы вся она потреблялась домашними устройствами, либо устанавливать дополнительный модуль (grid tie limiter), предотвращающий отдачу в сеть если она больше потребляемой. В России решить вопрос с экспортом электроэнергии обещали в 2018 году, как оно будет, пока неизвестно. Очевидно, что из всех проблем, это не самая насущная в стране, так что быстрого решения вопроса не предвидится. Пока что, как подсказывает гугл, в России есть только один дом, владелец которого в частном порядке оформил возможность экспорта энергии в сеть, но это скорее исключение. В случае балкона, о реализации излишков речи конечно не идет, но даже 50-100 ватт энергии вполне могут пригодиться для компенсации работы WiFi-роутера или мини-сервера, не говоря уже о холодильнике.

Следующей в очереди на тестирование стоит батарея ионисторов, которую планируется использовать для накопления электроэнергии. Что из этого получится, я не знаю сам. Также планируется выложить на youtube видеодемонстрации работы системы, но это занимает больше времени чем планировалось.

Продолжение следует.
Tags:
Hubs:
Total votes 28: ↑28 and ↓0 +28
Views 36K
Comments 47
Comments Comments 47