Полная энергетическая автономия или как выжить с солнечными батареями в глубинке (часть 5. Ловец Солнца)

Предыдущие частиЧасть 1
Часть 2
Часть 2.5
Часть 3
Часть 4


На европейской части России солнце, наконец, стало светить достаточно ярко и долго, чтобы иметь возможность поддерживать свою автономную систему без привлечения внешней энергетики- электросетей и генераторов. Но есть несколько хитростей, позволяющих при небольших модификациях уже имеющейся системы собрать немного больше энергии. Первая — слежение за солнцем, вторая — слежение за точкой максимальной мощности солнечных батарей. Начнем с первого и самого интересного — солнечного трекера.

«Мопед не мой», но для понимания принципа действия очень наглядно.



Указанный выше трекер можно даже приобрести на Ebay. Стоит он порядка 52 000 рублей на конец апреля 2015 года в России, а способен удержать всего пару панелей, суммарной мощностью до 600 Вт. И так как с окупаемостью солнечной энергетики вопрос стоит очень тяжело, то с добавлением в смету такого трекера солнечная энергетика будет окупаться довольно долго. Поэтому крайне велика популярность самодельных трекеров с различным управлением.

Следует сделать ремарку и оценить целесообразность монтажа солнечного трекера. Такое устройство позволяет увеличить выработку энергии при том же количестве солнечных панелей в 1,6 раза за счет более длительного воздействия солнца на панели и оптимального угла установки СП относительно солнца.

Стоит выделить основные задачи, которые придется решать при слежении за солнцем:
1. Создать достаточно крепкую платформу, которая будет не только выдерживать вес самих панелей, но и порывы ветра. Трекер с 4-6 и более панелями можно считать большим парусом.
2. Создать механику поворота тяжелой платформы с высокой парусностью.
3. Создать логику управления механикой, для слежения за солнцем.

Начнем с первого пункта. Целесообразно размещать массивы батарей таким образом, чтобы они не затеняли друг друга и крепились кратно необходимому напряжению.




Для такого трекера необходим мощный фундамент и крепкое железо. Из всех испытанных устройств, для управления поворотной платформой, лучше всего подходят актуаторы. Хорошо видна механика управления на следующем снимке.


Данный трекер позволяет управлять положением солнечных панелей в двух плоскостях. Впрочем, можно сделать управление только по горизонтали, а по вертикали менять угол пару раз в году (весной и осенью).

Что касается логики всей системы, то можно пойти несколькими путями:
1. Слежение за максимально яркой точкой
2. Поворот и наклон по таймеру (восход и заход солнца известны и постоянны для каждого дня)
3. Гибридный вариант, сочетающий постоянный угол поворота и поиск максимальной яркости

Первый способ можно реализовать самостоятельно или купить у китайцев готовый девайс. Первый для управления трекером в одной плоскости


Второй для управления трекером в двух плоскостях


Грубо говоря, для слежения за максимальной яркостью в одной точке китайцы хотят 100$. Понятно, что данные системы не представляют большой сложности для человека, разбирающегося в принципах работы контроллеров, поэтому аналогичную систему можно собрать в 10 раз дешевле.
Выглядеть это будет так

Ну а детали проекта и реализацию можно прочитать тут. Проект не мой, поэтому я не буду заниматься плагиатом.
Детальнее о самостоятельном изготовлении солнечного трекера можно почитать на профильном форуме, где опытным путем вычислили оптимальные конструкции и лучшее оборудование для выполнения этой задачи.

Слежение за точкой максимальной мощности солнечных батарей (MPPT)
Во второй части своего цикла я рассказывал про два различных типа солнечных контроллеров. MPPT (Maximum Power Point Tracking) контроллер тоже следит за солнцем, но с другой позиции всей системы. Для простого объяснения приведу график и после разъяснение.


На графике видно, что максимум снимаемой мощности можно получить при нахождении в точке максимальной мощности, которая неизменно будет на зеленой линии. Обычный ШИМ контроллер просто не может этого делать. Кроме того, MPPT контроллер позволяет подключать сборку последовательно соединенных солнечных панелей. Такой способ подключения заметно снижает потери энергии при транспортировке от солнечных батарей до аккумуляторов. Экономическая целесообразность приобретения MPPT контроллера появляется, если мощность установленных СП больше 300-400 Вт. Опираясь на свой опыт, могу сказать, что стоит приобретать солнечный контроллер «на вырост», если только сразу не создается мощная энергетическая система, которая с запасом перекрывает потребности дома. Методом последовательного наращивания количества солнечных батарей я пришел к мощности в 800 Вт — это не много, но этого вполне хватит для дачного дома в летний период, чтобы вообще не обращаться к электросетям. Согласно калькулятору моя энергосистема усредненно будет приносить с апреля по август по 4 кВт*ч электроэнергии в день. Если не пользоваться электроплитой и микроволновкой для приготовления пищи, то такого количества энергии хватит для комфортной жизни семье из 4 человек. Но есть еще мощный пожиратель электроэнергии в частном доме в виде бойлера для приготовления горячей воды. Для подогрева 80 литрового бойлера потребуется как раз около 4.5 кВт*ч электроэнергии. Таким образом, автономка должна окупаться хотя бы на нагреве воды или обслуживании других потребителей.
В прошлой статье я рассказал о гибридном инверторе, который может использовать энергию с приоритетом от солнечных батарей и лишь недостающее забирать из сети. Как это относится к солнечному контроллеру? Дело в том, что российская компания МикроАрт с недавнего времени начала выпускать собственные MPPT-контроллеры, которые могут быть связаны с инверторами этого же производителя по общей шине. Ну а поскольку гибридный инвертор у меня уже установлен, с новым сезоном я решил испытать новый контроллер.



Надо сказать, что выглядит он брутально относительно двух предыдущих контроллеров, которые я уже имею в своем хозяйстве. Металлический корпус, радиаторы по сторонам (китайские модели имеют радиаторы на задней стенке), темно-серый стальной корпус. В последнее время мне стало нравиться, что в моем хозяйстве контроллеры начинают «общаться» со мной на русском языке. Раньше были пиктограммы, цифры и английские надписи. Можно это считать капризом, но это приятно. Сравнивать в этой статье новый контроллер с предыдущими моделями я не буду, а вынесу тестирование с китайскими моделями в отдельный текст. Пожалуй, там же рассмотрю целесообразность приобретения более или менее мощного контроллера, особенности работы и надежность.
Самое большое достоинство этого контроллера для меня — это возможность подкачки нужного количества энергии, чтобы не происходило заимствование энергии от аккумулятора, которое снижает его ресурс. Из трех моделей, которые представлены производителем, я выбрал самый популярный и оптимальный по соотношению напряжение\ток — Контроллер ECO Энергия MPPT Pro 200/100. Опираясь на характеристики устройства можно сказать, что контроллер поддерживает входное напряжение до 200 В и выходной ток до 100А. С учетом того, что моя сборка аккумуляторов на 24 В (поддерживается напряжение аккумуляторов 12/24/48/96 В), контроллер позволит выдать максимальную мощность в 2400 Вт, то есть у меня есть двукратный запас по наращиванию солнечных батарей. Максимальная же мощность контроллера составляет 11 кВт при 110В на аккумуляторах (буферное напряжение). Контроллер поддерживает связь с гибридным инвертором МАП SIN Энергия Pro HYBRID v.1 24В по шине I2C и может мгновенно добавлять мощности, когда инвертор выдает информацию о повышении потребления энергии. Взаимодействие двух устройств одной фирмы — это, как правило, система отработанная, поэтому все сводится к включению одного шнурка в нужные разъемы устройств и активации нужных параметров. Мне же было интересно заявление производителя этого контроллера о том, что данный MPPT-контроллер может так же мгновенно добавлять мощность при использовании инвертора любого другого производителя. Стало интересно, как это реализовано. Все оказалось крайне просто:


Датчик тока вешается на плюсовой провод, ведущий к инвертору (вот почему неважен производитель инвертора) и используя эффект Холла контроллер вычисляет потребляемую мощность. Тут уже вступает в работу логика самого солнечного контроллера и он подкачивает нужное количество энергии. Все известные мне контроллеры опираются на напряжение аккумулятора, и только учитывая его, повышают ток заряда.
Продолжая исследование возможностей контроллера, я столкнулся с тем, что он оснащен тремя реле, срабатывание которых можно запрограммировать. К примеру, при достаточно солнечной погоде и отсутствии потребления домом электроэнергии, можно начать подогрев дополнительного бойлера или бассейна. Рассмотрим и обратный вариант: солнца нет, напряжение аккумуляторов снизилось до критичного уровня, когда инвертор может просто отключиться, а потребление энергии продолжается. Тогда можно запустить отдельный бензо\дизель генератор, просто замкнув реле. Но для этого генератор должен иметь сухой контакт запуска или отдельную систему автоматического пуска или САП (также называется АВР — Автоматический Ввод Резерва). Поскольку у меня, как и у большинства дачников, имеется простой китайский генератор, но со стартером, я посмотрел в сторону автоматизации его запуска и обрадовался, узнав, что МикроАрт уже давно выпускает свою автоматику.
Вернемся к контроллеру. Его монтаж стандартен: сначала подключаются клеммы аккумулятора, потом подключаются клеммы солнечных батарей и производится настройка параметров. Подключив внешний датчик тока, можно наблюдать, какую мощность потребляет инвертор в режиме реального времени.
Итак, разматываем провода, монтируем контроллер и начинаем экономить. На следующей фотографии демонстрируется работа инвертора в гибридном режиме, когда только часть энергии потребляется от сети, а основная — от солнечных батарей.


Солнечный контроллер специально подключен через внешний датчик тока для демонстрации работы с любым другим инвертором, выпущенным сторонним производителем.


Итог
Солнечный контроллер соответствует заявленным характеристикам и действительно подкачивает энергию, даже буду подключенным к «чужому» инвертору посредством датчика тока. Гибридный инвертор действительно подкачивает в сеть энергию от солнечных батарей (на фотографии из 200 потребляемых Ватт половина, то есть 100 Вт поступает от солнца. Минимальные 100 Вт контроллер всегда будет забирать из сети, а остальное брать от солнца — это особенность работы устройства). Проще говоря, комплект с момента подключения начал себя окупать. К сожалению, весна резко сменилась метелью, и в ближайшее время вряд ли удастся наблюдать высокую эффективность комплекта (гибридный инвертор+солнечный контроллер), но с мая я рассчитываю на практически полное покрытие своих энергетических нужд за счет солнца.

Анонс
В следующей, заключительной статье, я сравню три имеющиеся у меня солнечных контроллера и постараюсь ответить на все вопросы, которые возникли за время этого цикла материалов. Если осталась нераскрытой какая-либо тема и она будет интересна большому количеству Хаброчитателей, тогда я постараюсь собраться и выдать отдельный материал. А теперь я готов отвечать на вопросы. Да прибудет с вами Сила Солнце!

Предыдущие частиЧасть 1
Часть 2
Часть 2.5
Часть 3
Часть 4


Источник: habrahabr.ru/post/256049/