Наши газеты:
Мои мысли об автономных системах электроснабжения
Долго изучал тему автономного электроснабжения и вот, что у меня вышло:
Прикладная альтернативная энергетика, как я её понимаю на данный момент или Мои мысли об автономных системах электроснабжения.
Сразу скажу, что стоимость автономной системы очень сильно зависит от того, какие параметры от неё требуются. Поэтому я рассмотрю три варианта:
1. Минимальная - ноутбук или нетбук с небольшой потребляемой мощностью, зарядка для мобильного и пара светодиодных ламп общей мощность 10-15 Вт.
2. Разумная - всё что необходимо для нормальной жизни: ноутбук, хорошее освещение, небольшой холодильник, насос. Плюс возможность периодически пользоваться стиральной машиной, электроинструментом, феном, утюгом. При этом следим, чтобы мощные потребители не включались одновременно. Нагрузку с большим суточным потреблением равномерно распределяем по дням. Т.е., если сегодня стираем, то утюг и электроинструмент в этот день не используем.
3. Максимальная - пользуемся всем, чем привыкли, включая фен, утюг, электрические чайник и плитку без ограничений.
Для всех трёх вариантов я подберу комплектующие и посчитаю цену в доступных интернет-магазинах.
В целом система электроснабжения состоит из четырёх основных элементов: источников электроэнергии, которых может быть более одного и разных типов, контроллеров заряда, которые согласуют источники с аккумуляторами энергии, аккумуляторы, которые запасают энергию для работы системы во время отключения источников энергии, преобразователя напряжения, который согласует напржения потребителей и аккумуляторов.
Из этого списка действительно необходимо иметь только один источник электроэнергии. Все остальные элементы могут не использоваться. Дальше я более подробно рассмотрю этот вопрос.
Основные параметры системы автономного электроснабжения.
Прежде всего расскажу по каким параметрам буду судить об эффективности систем автономного электроснабжения. Вот они:
1. Мощность системы - какую нагрузку можно подключить. Мощность бывает максимальной (пиковой) и номинальной. На максимальной мощности система может работать только ограниченное время, а на номинальной сколь угодно долго, конечно если будет поступление энергии.
2. Длительность автономной работы - сколько времени система сможет непрерывно обеспечивать нагрузку электричеством на номинальной или меньшей мощности.
3. Стоимость покупки - первоначальные затраты.
4. Стоимость владения - сколько денег будет потрачено за время службы системы на поддержание её работоспособности.
5. Срок службы - время, которое система прослужит до значительного ухудшения характеристик.
Думаю, что не требует обоснования, что повышение таких параметров, как мощность и длительность автономной работы, увеличит стоимость системы при покупке. В то время, как именно цену хочется минимизировать. Впрочем, как и стоимость владения. Поэтому будем считать…
Расчёт мощности системы.
Мощность системы определяет, как много и каких потребителей можно будет подключить одновременно. Здесь каждый должен для себя решить, что именно он хочет получить. Понятно, что удобно не задумываться о том, отключится ли система, если в дополнение к насосу и холодильнику ещё включить фен или утюг. Однако нужно помнить, что цена компонентов практически пропорциональна их мощности. И также пропорционально уменьшает время автономной работы при той же ёмкости аккумуляторов. На самом деле для свинцово-кислотных аккумуляторов всё ещё хуже - при больших разрядных токах их ёмкость значительно снижается.
Таким образом, нужно понимать, что можно хорошо сэкономить, если взять на себя контроль за нагрузкой на электросеть и не допускать одновременного включения потребителей электроэнергии с большой мощностью. И вообще, очень полезно для бюджета умерить аппетиты, осознанно и ответственно подойти к выбору того, какая техника нужна вам для обеспечения своей жизнедеятельности и сколько вы готовы заплатить за свой комфорт.
Теперь составлю таблицу, в которой перечислю всех возможных потребителей электроэнергии с их характеристиками. После названия каждого прибора идут: максимальная потребляемая мощность, количество используемого за сутки времени, потребляемая за сутки мощность. Далее три колонки показывают сколько и каких приборов будет в каждом варианте.
См. Таблицу 1 в прикреплённых изображениях.
Как видно из таблицы, суммарная мощность всех электроприборов составляет почти 9000 Вт !!! Ошеломительная цифра! Однако очевидно, что из всего списка только холодильник, компьютеры и лампы будут включены более-менее постоянно. Все остальные приборы вполне реально использовать отдельно друг от друга. И получается, что максимальная мощность потребляемая от системы составляет 220 Вт + 2200 Вт = 2420 Вт. Это конечно при осмысленном подходе к эксплуатации системы.
Нужно заметить, что некоторые потребители, которые имеют в составе электродвигатели, потребляют в момент включения мощность выше номинальной в 3-5 раз. Например центробежный насос мощностью 600 Вт в первые 2-3 секунды потребляет около 2000 Вт. В электроинструментах кстати часто с этим борются с помощью блока плавного запуска, но не во всех такой блок есть. К счастью в моём списке
Получается, что для потребностей нашей семьи, при разумном подходе достаточно мощности около 3000 - 4000 Вт.
Расчёт длительности автономной работы.
Под автономной работой понимается работа в условиях отсутствия или недостаточности поступления электроэнергии от источников. То есть, это тёмное время суток для солнечных батарей, безветрие для ветряных генераторов и т.п. А также ситуация, когда мощность источника электроэнергии недостаточна для работы нагрузки, тоже требует притока электроэнергии от аккумуляторов.
Здесь хочу заметить, что накопление большого запаса электроэнергии обходится достаточно дорого. Требуются аккумуляторы большой ёмкости, что увеличивает цену системы и грозит большими затратами на их замену после окончания ресурса.
Возникает мысль, сделать систему так, чтобы обойтись совсем без аккумуляторов или небольшой их ёмкостью. Это возможно, если мощность источника будет достаточно высокой. Однако это влечёт за собой повышение затрат на собственно генерирующую часть и снижает степень автономности и удобства использования. Скажем в случае солнечных батарей работа системы на полной мощности будет возможна только в светлое время и в ясные солнечные дни. А если для питания мощных потребителей использовать бензиновый, дизельный или газовый генератор, то потребуется сперва его включать и только затем пользоваться нужным электроприбором. И не забыть выключить генератор после окончания работ, чтобы исключить нерациональный расход дорогого топлива. Да и про небольшой ресурс двигателей бензогенераторов тоже нужно помнить.
Так что имеет смысл поискать баланс между мощностью источников и ёмкостью аккумуляторов.
А теперь попробую рассчитать ёмкость аккумуляторных батарей исходя из приведённых выше данных.
Для варианта 1 нужен суточный запас энергии 0,5 кВт?час. Что обеспечит аккумулятор ёмкостью 42 А?час. Учтём 30% запас на недопущение глубокого разряда и получим 55 А?час.
В варианте 2 мы ежедневно используем освещение, компьютеры, насос, холодильник. Остальные потребители вряд ли будут использоваться в один день. Так что к ежедневному расходу добавим электроинструмент, как средний по показаниям.
Получается 0,5 + 0,6 + 0,063 + 0,65 + 1,5 = 3,4 кВт?часа. Если перевести это в стандартные единицы для 12 Вольт аккумуляторов, получается 3400 / 12 = 283 А?часа. Учитывая, что от аккумуляторов нельзя забирать более 70-80 % их ёмкости, требуется 368 А?ч.
По варианту 3 получаем 583 и 758 А?час.
Это обеспечит сутки автономной работы системы с нормальным использованием. Само собой, что увеличение ёмкости обеспечит больший запас автономности. Однако, стоит принять во внимание, что при работе потребителей во время работы источников электроэнергии, запасённая энергия аккумуляторов не расходуется. А значит можно ожидать увеличения времени автономности системы или уменьшить ёмкость используемых аккумуляторов.
Состав системы и стоимость компонентов.
Состав.
Если брать по максимуму, то система может состоять из таких частей:
1. Солнечные батареи - преобразуют в электрический ток энергию солнечного света.
2. Ветряной генератор - преобразует в электрический ток энергию ветра.
3. Бензиновый (дизельный, газовый) генератор - преобразует в электрический ток энергию, заключённую а углеводородах.
4. Контроллеры заряда аккумуляторов - обеспечивают нормальный режим работы аккумуляторов. Это исключает проблемы с перезарядом и переразрядом аккумуляторов, чтобы обеспечить длительный срок их службы.
5. Аккумуляторные батареи - хранят электроэнергию и обеспечивают работу потребителей в отсутствие поступления её от источников. В целом существует много типов аккумуляторов, но реально имеет смысл рассматривать только кислотно-свинцовые и литиево-железные. Первые весьма распространены и в целом обладают приемлимыми характеристиками. Однако вторые, появившиеся сравнительно недавно, существенно их превосходят во всём, исключая цену.
6. Инвертор - преобразует постоянное напряжение, отдаваемое аккумуляторами в переменное напряжение, требуемое потребителям электроэнергии. Нужно иметь в виду, что инверторы бывают разных типов. Наиболее простые вместо синусоидального напряжения частотой 50 Гц формируют, так называемую “модифицированную синусоиду”, что приводит к большим потерям и нагреву нагрузки, имеющей в составе электродвигатели или трансформаторами. Модели с “чистой” синусоидой на выходе стоят дороже при той же мощности. Потребители с импульсными блоками питания, а это практически вся современная электроника, как и светодиодные лампы прочти нечувствительны к форме напряжения.
Необходимость.
Насколько нужны все эти устройства? Всё зависит от конкретных потребностей и условий.
Солнечные батареи можно считать практически обязательным компонентом. Солнечный свет в более-менее достаточном количестве есть практически в любом месте, исключая приполярные и полярные области в зимнее время. Зато в летнее время т Солнце там светит в избытке. Так что, учитывая вполне приемлемую стоимость таких батарей, отказываться от их использования неразумно.
Намного сложнее с ветроэлектрогенераторами. В условиях Нечерноземья преобладающие скорости ветра возле поверхности Земли редко превышают 3-6 м/с. Что недостаточно для эффективной работы доступных ветрогенераторов. Учитывая их немалую стоимость, приобретение таких источников кажется мне неразумным.
Бензиновые и прочие генераторы с ДВС достаточно эффективны, почти не подвержены влиянию погодных условий и других внешних факторов, однако очень дороги в эксплуатации, имеют низкий ресурс, создают сильный шум и загрязняют окружающую среду. К тому же требуют постоянного обслуживания и присмотра. Да и не слишком дёшевы.
Контроллер заряда весьма полезное устройство. При его отсутствии почти неизбежны ситуации, когда аккумуляторы будут перезаряжены (кипение электролита) или переразряжены. Обе ситуации катастрофически уменьшают срок службы аккумуляторов, а для литиевых перезаряд ещё и чреват возможностью взрыва. А срок службы аккумуляторов во многом определяет стоимость эксплуатации всей системы. Так что экономить на данном приборе не стоит.
Для работы от солнечных батарей весьма полезно использовать МРРТ контроллеры, которые на на 10-20 % увеличивают эффективность использования солнечной энергии в сравнении с ШИМ-контроллерами. Также они позволяют заряжать аккумуляторы даже в условиях слабой освещённости, когда напряжение на выходе солнечных батарей ниже напряжения заряда аккумуляторов. Однако стоимость ШИМ-контроллеров ниже MPPT в несколько раз. При небольшой мощности системы достоинства MPPT-контроллеров не настолько велики, чтобы оправдать разницу в стоимости.
Аккумуляторы позволяют использовать потребителей электроэнергии в те моменты времени, когда её источники не действуют или дают недостаточно энергии. Без них система становится крайне неустойчивой к внешним условиям - наличию солнечного света, ветра, топлива.
Инвертор требуется в том случае, когда требуется запитать от аккумуляторов или солнечных батарей электороприборы, расчитанные на работу от обычной сети переменного тока напряжением 220 В. Бензогенераторы, как правило изначально выдают именно такое напряжение и инвертор им не требуется. В самом простом случае можно представить себе систему электроснабжения без инвертора, состоящую только из солнечных батарей, аккумуляторов и потребителей, расчитанных на напряжение 12 В постоянного тока. Таким напряжением питаются электроприборы, предназначенные для работы в автомобилях: светодиодные и галогеновые светильники, блоки питания ноутбуков, пылесосы, холодильники и прочие.
Конкретные комплектации.
Теперь попробую скомплектовать три варианта системы, с описанными ранее характеристиками..
Вариант 1.
Вариант 1 можно упростить, отказавшись от инвертора. Впрочем цена инвертора мощностью 100-150 Вт не окажет существенного влияния на общую стоимость системы, тем более, что при такой мощности вполне можно обойтись простейшей моделью с модифицированным синусом.
Итак, нам понадобятся:
1. Солнечная панель на 60 Вт, например Mоно-60-12В стоимостью 4500 р.
2. ШИМ-контроллер заряда, например CMP12 10А 12/24V стоимостью 850 р.
3. Аккумулятор напряжением 12 В и ёмкостью 55 А?час или больше, например Prosolar-R RA12-65D стоимостью 6900 р.
4. Инвертор мощностью 100-150 Вт, например Jet.A Minertor 12/220V, 150W стоимостью 490 р.
Итоговая цена варианта 1 составит 12740 р.
Есть моменты, которые мне не нравятся в выбранной конфигурации. Она будет хорошо работать с марта по октябрь, но четыре месяца в году солнечной энергии скорее всего будет не хватать для полного заряда аккумуляторов. Мало того, что энергии просто не хватит для нормальной работы, так и хронический недозаряд быстро приведёт к деградации ёмкости аккумулятора.
Что можно изменить?
Самое простое решение - добавить второй источник электроэнергии. Ветрогенератор, по-моему мнению, неудачный выбор. Причины я уже описал выше. При этом цена доступных в продаже генераторов примерно в три раза превышает стоимость всей описанной системы.
Второй вариант - бензогенератор. Для подзарядки аккумулятора хорошо подойдёт инверторный бензогенератор небольшой мощности, скажем такой: Калибр БЭГ-900И . Такой генератор умеет регулировать обороты двигателя в зависимости от нагрузки, что резко снижает расход топлива при малой потребляемой мощности. Что конечно же не отменяет общие недостатки всех бензогенераторов. Газовых генераторов такой мощности не существует, а покупка генератора большей мощности нецелесообразна - дорого.
Основная проблема при зарядке аккумуляторов от бензогенератора - большое время, требуемое для полной зарядки. Для свинцово-кислотных это порядка 8-10 часов. Т.е. генератор должен работать всё это время, что конечно же невыгодно и неудобно. Частично проблему можно решить увеличением ёмкости аккумулятора до такого значения, чтобы одной подзарядки от генератора хватало на 3-4 дня. Однако нужно понимать, что это потребует больше мощности от солнечной батареи, чтобы обеспечить полный заряд аккумулятора в сезон, когда солнечной энергии много.
Есть ещё один вариант избежать длительной работы бензогенератора - использовать аккумуляторы LiFePO4. Они могут заряжаться за короткое время - час-два и даже быстрее, но у них есть существенные недостатки: высокая цена и необходимость использования специального зарядного устройства, что дополнительно увеличивает стоимость системы. К примеру Winston Battery WB-LP12V60AH ёмкостью 60 А?час стоит 18500р. . Для его заряда потребуется специальный контроллер. Такой к примеру: . Его цена с доставкой из США обойдётся в 18684 р.
Учитывая всё это, можно предложить такую конфигурацию:
Вариант 1.5.
1. Солнечная панель на 120 Вт, например 12
Прикладная альтернативная энергетика, как я её понимаю на данный момент или Мои мысли об автономных системах электроснабжения.
Сразу скажу, что стоимость автономной системы очень сильно зависит от того, какие параметры от неё требуются. Поэтому я рассмотрю три варианта:
1. Минимальная - ноутбук или нетбук с небольшой потребляемой мощностью, зарядка для мобильного и пара светодиодных ламп общей мощность 10-15 Вт.
2. Разумная - всё что необходимо для нормальной жизни: ноутбук, хорошее освещение, небольшой холодильник, насос. Плюс возможность периодически пользоваться стиральной машиной, электроинструментом, феном, утюгом. При этом следим, чтобы мощные потребители не включались одновременно. Нагрузку с большим суточным потреблением равномерно распределяем по дням. Т.е., если сегодня стираем, то утюг и электроинструмент в этот день не используем.
3. Максимальная - пользуемся всем, чем привыкли, включая фен, утюг, электрические чайник и плитку без ограничений.
Для всех трёх вариантов я подберу комплектующие и посчитаю цену в доступных интернет-магазинах.
В целом система электроснабжения состоит из четырёх основных элементов: источников электроэнергии, которых может быть более одного и разных типов, контроллеров заряда, которые согласуют источники с аккумуляторами энергии, аккумуляторы, которые запасают энергию для работы системы во время отключения источников энергии, преобразователя напряжения, который согласует напржения потребителей и аккумуляторов.
Из этого списка действительно необходимо иметь только один источник электроэнергии. Все остальные элементы могут не использоваться. Дальше я более подробно рассмотрю этот вопрос.
Основные параметры системы автономного электроснабжения.
Прежде всего расскажу по каким параметрам буду судить об эффективности систем автономного электроснабжения. Вот они:
1. Мощность системы - какую нагрузку можно подключить. Мощность бывает максимальной (пиковой) и номинальной. На максимальной мощности система может работать только ограниченное время, а на номинальной сколь угодно долго, конечно если будет поступление энергии.
2. Длительность автономной работы - сколько времени система сможет непрерывно обеспечивать нагрузку электричеством на номинальной или меньшей мощности.
3. Стоимость покупки - первоначальные затраты.
4. Стоимость владения - сколько денег будет потрачено за время службы системы на поддержание её работоспособности.
5. Срок службы - время, которое система прослужит до значительного ухудшения характеристик.
Думаю, что не требует обоснования, что повышение таких параметров, как мощность и длительность автономной работы, увеличит стоимость системы при покупке. В то время, как именно цену хочется минимизировать. Впрочем, как и стоимость владения. Поэтому будем считать…
Расчёт мощности системы.
Мощность системы определяет, как много и каких потребителей можно будет подключить одновременно. Здесь каждый должен для себя решить, что именно он хочет получить. Понятно, что удобно не задумываться о том, отключится ли система, если в дополнение к насосу и холодильнику ещё включить фен или утюг. Однако нужно помнить, что цена компонентов практически пропорциональна их мощности. И также пропорционально уменьшает время автономной работы при той же ёмкости аккумуляторов. На самом деле для свинцово-кислотных аккумуляторов всё ещё хуже - при больших разрядных токах их ёмкость значительно снижается.
Таким образом, нужно понимать, что можно хорошо сэкономить, если взять на себя контроль за нагрузкой на электросеть и не допускать одновременного включения потребителей электроэнергии с большой мощностью. И вообще, очень полезно для бюджета умерить аппетиты, осознанно и ответственно подойти к выбору того, какая техника нужна вам для обеспечения своей жизнедеятельности и сколько вы готовы заплатить за свой комфорт.
Теперь составлю таблицу, в которой перечислю всех возможных потребителей электроэнергии с их характеристиками. После названия каждого прибора идут: максимальная потребляемая мощность, количество используемого за сутки времени, потребляемая за сутки мощность. Далее три колонки показывают сколько и каких приборов будет в каждом варианте.
См. Таблицу 1 в прикреплённых изображениях.
Как видно из таблицы, суммарная мощность всех электроприборов составляет почти 9000 Вт !!! Ошеломительная цифра! Однако очевидно, что из всего списка только холодильник, компьютеры и лампы будут включены более-менее постоянно. Все остальные приборы вполне реально использовать отдельно друг от друга. И получается, что максимальная мощность потребляемая от системы составляет 220 Вт + 2200 Вт = 2420 Вт. Это конечно при осмысленном подходе к эксплуатации системы.
Нужно заметить, что некоторые потребители, которые имеют в составе электродвигатели, потребляют в момент включения мощность выше номинальной в 3-5 раз. Например центробежный насос мощностью 600 Вт в первые 2-3 секунды потребляет около 2000 Вт. В электроинструментах кстати часто с этим борются с помощью блока плавного запуска, но не во всех такой блок есть. К счастью в моём списке
Получается, что для потребностей нашей семьи, при разумном подходе достаточно мощности около 3000 - 4000 Вт.
Расчёт длительности автономной работы.
Под автономной работой понимается работа в условиях отсутствия или недостаточности поступления электроэнергии от источников. То есть, это тёмное время суток для солнечных батарей, безветрие для ветряных генераторов и т.п. А также ситуация, когда мощность источника электроэнергии недостаточна для работы нагрузки, тоже требует притока электроэнергии от аккумуляторов.
Здесь хочу заметить, что накопление большого запаса электроэнергии обходится достаточно дорого. Требуются аккумуляторы большой ёмкости, что увеличивает цену системы и грозит большими затратами на их замену после окончания ресурса.
Возникает мысль, сделать систему так, чтобы обойтись совсем без аккумуляторов или небольшой их ёмкостью. Это возможно, если мощность источника будет достаточно высокой. Однако это влечёт за собой повышение затрат на собственно генерирующую часть и снижает степень автономности и удобства использования. Скажем в случае солнечных батарей работа системы на полной мощности будет возможна только в светлое время и в ясные солнечные дни. А если для питания мощных потребителей использовать бензиновый, дизельный или газовый генератор, то потребуется сперва его включать и только затем пользоваться нужным электроприбором. И не забыть выключить генератор после окончания работ, чтобы исключить нерациональный расход дорогого топлива. Да и про небольшой ресурс двигателей бензогенераторов тоже нужно помнить.
Так что имеет смысл поискать баланс между мощностью источников и ёмкостью аккумуляторов.
А теперь попробую рассчитать ёмкость аккумуляторных батарей исходя из приведённых выше данных.
Для варианта 1 нужен суточный запас энергии 0,5 кВт?час. Что обеспечит аккумулятор ёмкостью 42 А?час. Учтём 30% запас на недопущение глубокого разряда и получим 55 А?час.
В варианте 2 мы ежедневно используем освещение, компьютеры, насос, холодильник. Остальные потребители вряд ли будут использоваться в один день. Так что к ежедневному расходу добавим электроинструмент, как средний по показаниям.
Получается 0,5 + 0,6 + 0,063 + 0,65 + 1,5 = 3,4 кВт?часа. Если перевести это в стандартные единицы для 12 Вольт аккумуляторов, получается 3400 / 12 = 283 А?часа. Учитывая, что от аккумуляторов нельзя забирать более 70-80 % их ёмкости, требуется 368 А?ч.
По варианту 3 получаем 583 и 758 А?час.
Это обеспечит сутки автономной работы системы с нормальным использованием. Само собой, что увеличение ёмкости обеспечит больший запас автономности. Однако, стоит принять во внимание, что при работе потребителей во время работы источников электроэнергии, запасённая энергия аккумуляторов не расходуется. А значит можно ожидать увеличения времени автономности системы или уменьшить ёмкость используемых аккумуляторов.
Состав системы и стоимость компонентов.
Состав.
Если брать по максимуму, то система может состоять из таких частей:
1. Солнечные батареи - преобразуют в электрический ток энергию солнечного света.
2. Ветряной генератор - преобразует в электрический ток энергию ветра.
3. Бензиновый (дизельный, газовый) генератор - преобразует в электрический ток энергию, заключённую а углеводородах.
4. Контроллеры заряда аккумуляторов - обеспечивают нормальный режим работы аккумуляторов. Это исключает проблемы с перезарядом и переразрядом аккумуляторов, чтобы обеспечить длительный срок их службы.
5. Аккумуляторные батареи - хранят электроэнергию и обеспечивают работу потребителей в отсутствие поступления её от источников. В целом существует много типов аккумуляторов, но реально имеет смысл рассматривать только кислотно-свинцовые и литиево-железные. Первые весьма распространены и в целом обладают приемлимыми характеристиками. Однако вторые, появившиеся сравнительно недавно, существенно их превосходят во всём, исключая цену.
6. Инвертор - преобразует постоянное напряжение, отдаваемое аккумуляторами в переменное напряжение, требуемое потребителям электроэнергии. Нужно иметь в виду, что инверторы бывают разных типов. Наиболее простые вместо синусоидального напряжения частотой 50 Гц формируют, так называемую “модифицированную синусоиду”, что приводит к большим потерям и нагреву нагрузки, имеющей в составе электродвигатели или трансформаторами. Модели с “чистой” синусоидой на выходе стоят дороже при той же мощности. Потребители с импульсными блоками питания, а это практически вся современная электроника, как и светодиодные лампы прочти нечувствительны к форме напряжения.
Необходимость.
Насколько нужны все эти устройства? Всё зависит от конкретных потребностей и условий.
Солнечные батареи можно считать практически обязательным компонентом. Солнечный свет в более-менее достаточном количестве есть практически в любом месте, исключая приполярные и полярные области в зимнее время. Зато в летнее время т Солнце там светит в избытке. Так что, учитывая вполне приемлемую стоимость таких батарей, отказываться от их использования неразумно.
Намного сложнее с ветроэлектрогенераторами. В условиях Нечерноземья преобладающие скорости ветра возле поверхности Земли редко превышают 3-6 м/с. Что недостаточно для эффективной работы доступных ветрогенераторов. Учитывая их немалую стоимость, приобретение таких источников кажется мне неразумным.
Бензиновые и прочие генераторы с ДВС достаточно эффективны, почти не подвержены влиянию погодных условий и других внешних факторов, однако очень дороги в эксплуатации, имеют низкий ресурс, создают сильный шум и загрязняют окружающую среду. К тому же требуют постоянного обслуживания и присмотра. Да и не слишком дёшевы.
Контроллер заряда весьма полезное устройство. При его отсутствии почти неизбежны ситуации, когда аккумуляторы будут перезаряжены (кипение электролита) или переразряжены. Обе ситуации катастрофически уменьшают срок службы аккумуляторов, а для литиевых перезаряд ещё и чреват возможностью взрыва. А срок службы аккумуляторов во многом определяет стоимость эксплуатации всей системы. Так что экономить на данном приборе не стоит.
Для работы от солнечных батарей весьма полезно использовать МРРТ контроллеры, которые на на 10-20 % увеличивают эффективность использования солнечной энергии в сравнении с ШИМ-контроллерами. Также они позволяют заряжать аккумуляторы даже в условиях слабой освещённости, когда напряжение на выходе солнечных батарей ниже напряжения заряда аккумуляторов. Однако стоимость ШИМ-контроллеров ниже MPPT в несколько раз. При небольшой мощности системы достоинства MPPT-контроллеров не настолько велики, чтобы оправдать разницу в стоимости.
Аккумуляторы позволяют использовать потребителей электроэнергии в те моменты времени, когда её источники не действуют или дают недостаточно энергии. Без них система становится крайне неустойчивой к внешним условиям - наличию солнечного света, ветра, топлива.
Инвертор требуется в том случае, когда требуется запитать от аккумуляторов или солнечных батарей электороприборы, расчитанные на работу от обычной сети переменного тока напряжением 220 В. Бензогенераторы, как правило изначально выдают именно такое напряжение и инвертор им не требуется. В самом простом случае можно представить себе систему электроснабжения без инвертора, состоящую только из солнечных батарей, аккумуляторов и потребителей, расчитанных на напряжение 12 В постоянного тока. Таким напряжением питаются электроприборы, предназначенные для работы в автомобилях: светодиодные и галогеновые светильники, блоки питания ноутбуков, пылесосы, холодильники и прочие.
Конкретные комплектации.
Теперь попробую скомплектовать три варианта системы, с описанными ранее характеристиками..
Вариант 1.
Вариант 1 можно упростить, отказавшись от инвертора. Впрочем цена инвертора мощностью 100-150 Вт не окажет существенного влияния на общую стоимость системы, тем более, что при такой мощности вполне можно обойтись простейшей моделью с модифицированным синусом.
Итак, нам понадобятся:
1. Солнечная панель на 60 Вт, например Mоно-60-12В стоимостью 4500 р.
2. ШИМ-контроллер заряда, например CMP12 10А 12/24V стоимостью 850 р.
3. Аккумулятор напряжением 12 В и ёмкостью 55 А?час или больше, например Prosolar-R RA12-65D стоимостью 6900 р.
4. Инвертор мощностью 100-150 Вт, например Jet.A Minertor 12/220V, 150W стоимостью 490 р.
Итоговая цена варианта 1 составит 12740 р.
Есть моменты, которые мне не нравятся в выбранной конфигурации. Она будет хорошо работать с марта по октябрь, но четыре месяца в году солнечной энергии скорее всего будет не хватать для полного заряда аккумуляторов. Мало того, что энергии просто не хватит для нормальной работы, так и хронический недозаряд быстро приведёт к деградации ёмкости аккумулятора.
Что можно изменить?
Самое простое решение - добавить второй источник электроэнергии. Ветрогенератор, по-моему мнению, неудачный выбор. Причины я уже описал выше. При этом цена доступных в продаже генераторов примерно в три раза превышает стоимость всей описанной системы.
Второй вариант - бензогенератор. Для подзарядки аккумулятора хорошо подойдёт инверторный бензогенератор небольшой мощности, скажем такой: Калибр БЭГ-900И . Такой генератор умеет регулировать обороты двигателя в зависимости от нагрузки, что резко снижает расход топлива при малой потребляемой мощности. Что конечно же не отменяет общие недостатки всех бензогенераторов. Газовых генераторов такой мощности не существует, а покупка генератора большей мощности нецелесообразна - дорого.
Основная проблема при зарядке аккумуляторов от бензогенератора - большое время, требуемое для полной зарядки. Для свинцово-кислотных это порядка 8-10 часов. Т.е. генератор должен работать всё это время, что конечно же невыгодно и неудобно. Частично проблему можно решить увеличением ёмкости аккумулятора до такого значения, чтобы одной подзарядки от генератора хватало на 3-4 дня. Однако нужно понимать, что это потребует больше мощности от солнечной батареи, чтобы обеспечить полный заряд аккумулятора в сезон, когда солнечной энергии много.
Есть ещё один вариант избежать длительной работы бензогенератора - использовать аккумуляторы LiFePO4. Они могут заряжаться за короткое время - час-два и даже быстрее, но у них есть существенные недостатки: высокая цена и необходимость использования специального зарядного устройства, что дополнительно увеличивает стоимость системы. К примеру Winston Battery WB-LP12V60AH ёмкостью 60 А?час стоит 18500р. . Для его заряда потребуется специальный контроллер. Такой к примеру: . Его цена с доставкой из США обойдётся в 18684 р.
Учитывая всё это, можно предложить такую конфигурацию:
Вариант 1.5.
1. Солнечная панель на 120 Вт, например 12
Константин из Майского, 6 июня 2014 г.,
Материал из родового поместья
Дата материала: 09 ноября 2015
Разместил(а): Вячеслав Богданов, 09 ноября 2015, 15:59
0
0
Оставьте свой комментарий
