Практическая реализация системы на солнечных батареях для экономии электроэнергии
Ниже представлено описание практической реализации системы на солнечных модулях для экономии потребления электроэнергии от сети в жилом доме. Установленная мощность системы – 4,9кВт, с годовой производительностью энергии 5,22МВт*ч (Киев).
Система для экономии энергии построена на сетевом инверторе (grid-tie inverter), который напрямую преобразовывает постоянный ток от фотомодулей в переменный и «закачивает» его в сеть, с соблюдением фазы и частоты; без каких бы то ни было дополнительных буферных аккумуляторов. Grid-tie инверторы позволяют максимально преобразовывать энергию от солнечных модулей, благодаря наличию системы МРРТ (отслеживания точки максимальной мощности), обладают высоким КПД, который у лучших образцов приближается к 98-99%, могут передавать данные о системе как по промышленным интерфейсам, так и через беспроводные сети. Фотоэлектрические системы на grid-tie инверторах легко масштабируются до требуемых мощностей.
Топология системы представляет собой несколько (в данном случае 2) стрингов, подключенных к мультистринговому инвертору. Стринг – цепь последовательно соединенных одинаковых фотоэлектрических модулей, в количестве, необходимом для достижения выходного напряжения, соответствующего входному диапазону МРРТ инвертора. Обычно входной диапазон МРРТ инвертора порядка нескольких сотен (150-600) вольт. Напряжение стринга не должно превышать максимальное входное напряжение инвертора (в зависимости от модели, это 600-1000В), а сума токов всех стрингов, при максимальной мощности, не должна превышать максимальный постоянный входной ток инвертора.
Полная схема подключения, кроме фотомодулей, соединенных в стринги и инвертора, содержит устройства защиты по постоянному и переменному току, заземление и другие элементы, необходимые для стабильной работы системы.
В системе применены высокопроизводительные поликристаллические фотоэлектрические модули мощностью 245Вт европейского производства с хорошим соотношением стоимости за Вт мощности. Производитель гарантирует не более 0,7% потерь мощности в год, воспроизведение 90% мощности через 10 лет, и 80% мощности через 25 лет. В системах для экономии энергии можно использовать любые другие солнечные панели, изготовленные из монокристалов, по тонкопленочной технологии, или гетеро структурные, в соответствии с входными характеристиками инвертора.
В качестве grid-tie инвертора установлен сетевой инвертор европейского производства. Данный инвертор позволяет подключать на вход до 5,5кВт фотомодулей, прост в установке и настройках, имеет множество вспомогательных функций по отображению производительности системы за выбранные временные промежутки, позволяет выводить данные на удаленный мониторинг. На инвертор предоставляется 5-ти летняя гарантия производителя с возможностью продления до 10 лет.
Фотоэлектрические модули в данной системе установлены на крыше, ориентированной на юг, с наклоном около 40º, что является близким к оптимальному среднегодовому для Киева. Для монтажа использована отечественная система креплений фотомодулей, рассчитанная на установку панелей, как в виде отдельной конструкции, так и для установки на кровле зданий. Система креплений является полностью оригинальной разработкой, изготовлена из алюминия c крепежными элементами из нержавеющей стали, позволяет инсталлировать как небольшие мощности, так и крупные массивы фотовольтаических полей.
Система креплений – опорные рейки и прижимы:
Для соединения фотомодулей в стринги и подключения к инвертору используется специальный кабель для PV систем в двойной силиконовой изоляции, стойкой к ультрафиолетовому излучению, а так же герметичные коннекторы для PV систем – МС4 и ТЕ connectivity:
Работы по монтажу фотоэлектрической системы состоят из нескольких этапов. Сначала проводятся подготовительные работы и монтаж конструкции под фотомодули – опорных реек для установки панелей. Все крепежные элементы алюминиевые и из нержавеющей стали, от кровли конструкция изолирована специальной армированной битумной лентой.
Несколько фотографий с монтажа:
Далее следует монтаж самих фотоэлектрических панелей, с одновременным соединением в стринги.
Процесс монтажа:
Процесс монтажа близится к завершению:
Фотовольтаическое поле смонтировано:
После завершения монтажа фотоэлектрических модулей стринги подключаются через коннекторы к PV кабелю, который проложен к щиту DC защиты и входу инвертора. Инвертор инсталлирован внутри помещения, хотя может быть установлен на улице, под навесом, так как исполнен в корпусе с IP65. Выход инвертора подключается к сети 220В через автоматические предохранители AC защиты в щит переменного тока в доме.
После завершения монтажа происходит пуско-наладка системы, настройка инвертора. Инвертор, после запуска, определяет и «подхватывает» фазу входной сети, устанавливает выходное напряжение, превышающее напряжение сети на значение, необходимое для перетекания тока, и начинает генерацию энергии в сеть. Система готова к эксплуатации.
В ночное время, при отсутствии генерации энергии, инвертор переходит в «спящий» режим, с минимальным энергопотреблением – 0.2 W.
Сетевая фотоэлектрическая система, подобная приведенной, позволяет эффективно экономить энергию, особенно если ее потребление максимально как раз в весенне-летний период, с преобладанием в дневное время суток. В таком случае не происходит генерации в сеть и отпадает необходимость в разрешении на подключение к Облэнерго, получение техусловий, установку двунаправленных счетчиков – поставил систему, включил, и экономь.