Автономная солнечная электростанция — 4 главных элемента

Базовый вариант солнечной электростанции выдает постоянный ток с низким напряжением (чаще всего 12 или 24 В). Такие установки подходят для питания осветительных приборов и маломощных устройств, работающих от постоянного тока: аудиотехники, телевизоров, ноутбуков и другой портативной электроники. Также можно подключать автомобильные приборы, включая компактные холодильники

Важно: для такой системы требуется отдельная проводка с розетками и вилками, предотвращающими переполюсовку. При монтаже светильников необходимо соблюдать правильную полярность, а при замене ламп — убедиться, что их подключение соответствует предыдущему. Нарушение этих правил может привести к поломке оборудования.

Схема и ограничение системы

На изображении справа показана стандартная схема подобной системы. Она эффективна, если:

1. Расстояние от аккумулятора до самой удаленной нагрузки не превышает 10–15 м.
2. Мощность нагрузки не более 100 Вт.
3. Падение напряжения в дальней точке не превышает 10% при работе всех потребителей.

Модернизация системы с инвертором

Если нагрузка превышает рекомендуемые значения или потребители расположены далеко от аккумуляторов, в систему добавляют инвертор. Это устройство преобразует постоянный ток низкого напряжения в переменный (220 В), что позволяет подключать практически любую бытовую технику в пределах мощности инвертора. В таком случае автономная солнечная электростанция включает те же компоненты, что и в базовом варианте, плюс инвертор. Этот вариант обеспечивает большую гибкость и расширяет возможности использования солнечной энергии в быту.

Из каких элементов состоит солнечная электростанция?

1. Солнечной панели, необходимой мощности  
2. Контроллера заряда  
3. Батареи аккумуляторов (АБ)
4. Инвертора, преобразующего постоянный ток в переменный
5. Энергоэффективной нагрузки переменного тока

Для обеспечения надежного электроснабжения необходим резервный источник электропитания (на рисунке не показан). В качестве такого источника может быть небольшой (2-6 кВт) бензо- или дизельэлектрогенератор. Введение такого резервного источника электроэнергии резко сокращает стоимость солнечной батареи из-за отсутствия необходимости рассчитывать ее на худшие возможные условия (несколько дней без солнца, эксплуатация зимой, и т.п.)

В этом случае в систему также вводится зарядное устройство для быстрого заряда (в течение нескольких часов) АБ от жидкотопливного электрогенератора. Возможно применение блока бесперебойного питания, в котором функция заряда АБ уже встроена.

Пример комплектации автономной солнечной электростанции

Ниже приведен вариант системы для электроснабжения удаленного жилого дома. Принимаются следующие исходные данные:

• Суточное потребление энергии 3 кВт*ч (среднестатистические данные по России)
• Приход солнечной радиации — 4 кВт*ч/м2 в день (средний приход солнечной радиации для европейской части России с весны по осень)
• Максимальная пиковая мощность нагрузки — 3 кВт (можно одновременно включить стиральную машину и холодильник)
• Для освещения используются только компактные люминесцентные или светодиодные лампы переменного тока
• В пиковые часы (максимальная нагрузка, например когда включены стиральная машина, электрокипятильник, утюг и т.п.) для предотвращения быстрого разряда АБ включается бензиновый или дизельный электрогенератор

Генератор также будет включаться при пасмурной погоде, если АБ разряжается до нижнего допустимого напряжения. Возможно включение генератора как в ручном режиме, так и полностью в автоматическом. В последнем случае система также должна включать модуль автоматического запуска и останова генератора, а сам генератор должен быть немного доработан для возможности подключения системы автоматики. Если необходимо минимизировать время работы жидкотопливного электрогенератора с целью сохранения топлива, солнечная фотоэлектрическая система электроснабжения будет состоять из элементов со следующими параметрами:

• пиковая мощность солнечной батареи равна 1000 Вт (выработка до 5 кВт*ч сутки)
• минимальная номинальная мощность инвертора — 3 кВт с возможностью кратковременной нагрузки до 6 кВт, входное напряжение 24 или 48 В
• аккумуляторная батарея общей емкостью 800 Ач (при напряжении 12 В), что позволяет запасать до 4,5 кВт*ч электроэнергии при 50% разряде АБ)
• контроллер заряда на ток до 40-50 А (при напряжении 24 В)
• дизель или бензогенератор мощностью 3-5 кВт
• зарядное устройство для заряда АБ от бензогенератора на ток до 150 А (может быть встроено в инвертор
• кабели и коммутационная аппаратура (выключатели, автоматы, разъемы, электрощиты и т.п.)

Если допустимо увеличение времени работы дизель-генератора, стоимость системы можно снизить за счет его более частого включения. В этом случае энергия от солнечной панели будет использоваться для электроснабжения минимальной нагрузки — освещение, радио, телевизор — а генератор будет включаться несколько раз в день (от 2 и более, в зависимости от выбранной емкости АБ). При этом начальная стоимость системы снижается как за счет уменьшения пиковой мощности солнечной батареи, так и за счет снижения емкости АБ. Такая оптимальная система для электроснабжения жилого дома может состоять из следующих компонентов:

• солнечной панели с пиковой мощностью 300-400 Вт
• инвертора мощностью 2-4 кВт, входное напряжение 24 или 48 В
• аккумуляторная батарея общей емкостью 400-600 А*ч (при напряжении 12 В)
• контроллер заряда на ток до 40-50 А (при напряжении 24 В)
• дизельгенератор мощностью 4-6 кВт
• зарядное устройство для заряда АБ от бензогенератора на ток до 150 А
• кабели и коммутационная аппаратура (выключатели, автоматы, разъемы, электрощиты и т.п.)

Необходимо учитывать, что одновременно со снижением общей стоимости системы возрастут эксплуатационные расходы за счет большего расхода топлива.