Гибридная солнечная установка. Работа в реальных условиях.

Начнем с того, что вся система установлена в жилом доме, часть которого занимает офисное помещение. На момент монтажа солнечной установки производилось строительство нового дома, который объединён с существующим. Дом №2 имеет свой почтовый адрес и отдельное подключение к электрическим сетям. В качестве источника тепла, был установлен тепловой насос, теплообменник которого помещён в реку Рось. Подробные фотографии объекта и характеристики оборудования по ссылке: 

http://utem.org.ua/gallery/show/gibridnaya_solnechnaya_ustanovka_moschnostyu_30_kvt_kievskaya_obl

Главная задача поставленая перед нами – обеспечить бесперебойное питание электроприборов для стабильной работы офиса, ну и конечно же комфортного проживания вне рабочего времени. Так же заказчик желал минимизировать потребление електроэнергии от внешней сети, а когда узнал про Зелёный тариф, принял решение установить солнечные панели.

Задача поставлена – делаем техническое решение! 

Фотоэлектрическая система.

Проектирование данного объекта было ограничено размерами крыши, максимум который получилось расположить - 20кВт. Разместили солнечные модули (улучшенная солнечная панель) на четырёх скатах, так как 3 ската имеют разный угол наклона – было необходимо установить 2 инвертора – мощностью 15 кВт и 5 кВт. Количество солнечных батарей в каждом гелиополе в основном в пределе 20-23 шт, что оптимально для эффективной работы инвертора (Unom-600V). 

Размещение солнечных панелей на кровле дома №1

Керамическая черепица нестандартного размера немного озадачила, пришлось индивидуально изготовить специальные кронштейны, которые позволили бы сделать конструкцию максимально прочной и надежной. 

Схематическое изображение изготовленного кронштейна.

Система бесперебойного питания.

При подборе оборудования мы учитывали главные параметры:

1) Максимальная и среднечасовая нагрузка на инверторы:

Для расчёта этого параметра мы учли все бытовые приборы находящиеся в доме + планируемое оборудование в новом доме, внесли индивидуальные режимы работы приборов и составили таблицу: 

В данной таблице указаны все нагрузки которые могут быть включены при работе от аккумуляторов. Есть возможность корректировать количество приборов, режимы работы, видеть количество необходимых аккумуляторов. Другая часть таблицы показывает зависимость стоимости аккумуляторов от заданых параметров.

2) Длительность работы от аккумуляторной батареи:

В таблице прописана формула, по которой можно было задать время резерва и получить необходимое количество аккумуляторов. После длительных переговоров с корректировками резервирующего оборудования, пришли к решению установки 3-х инверторов VictronEnergyQuattro 48/10000/140 и 12-ти литий-ионных аккумуляторов Victron Energy LiFePO4 - 160 Ач.

Для резервирования соседнего дома – было спроектировано силовой щит АВР, который будет подключать дом №2 к источнику энергии при пропадании электричества от сети. Расчёт автономной системы выполнен на час работы при полной нагрузке от аккумуляторов. Это время работы при самых плохих обстоятельствах (солнечные батареи не генерируют энергию, нагрузка 27 кВт*ч)

По факту такая нагрузка крайне редко бывает (по нашим наблюдениям – максимально до 8 кВт*ч), так же в дневное время часть или вся назрузка будет перекрыта солнечной энергией. В результате имеем систему, которая сможет работать автономно на протяжении суток в весенне-осенний период.

Осталось два незакрытых вопроса:

3) Длительное отключение зимой.

4) Отсутствие резервирования теплового насоса.

Для решения этой проблемы было принято решение – установка дизель-генераторного агрегата. Совместно с компанией НТТ Энергия рассчитали необходимую мощность ДГА, выполнили монтаж, пуско-наладку и синхронизировали работу генератора с основным оборудованием.

Общий вид структуры данного объекта. 

Немного про алгоритм работы и возможности системы: 

Нормальный режим работы.

Условия: Сеть 1, Сеть 2 – присутствует. Светит солнце.

• Питание дома №1 происходит от сети 1
• Питание дома №2 происходит от сети 2
• Тепловой насос запитан от сети 2
• Энергия солнца покрывает нагрузку потребителей дома №1, излишки направляються в сеть
• Акумуляторная батарея находиться в заряженном состоянии (за поддерживающий заряд отвечает автономный инвертор Victron Energy Quattro)

Какие функции выполняет автономное оборудование в этом случаее?

На первый взляд – система «простаивает». На самом деле, она выполняет несколько функций, которые не так заметны при нормальной работе. Но когда включался нагрев электротэнов в сауне, в офисе включали микровоновую печ, кофеварку, а в доме готовился ужин в духовом шкафу – раньше срабатывал вводной автоматический выключатель, и все гасло. Теперь, благодаря функции PowerAssist, превышение выделенной мощности – не проблема. Недостающая мощность берётся с аккумуляторов. Запас мощности 20 кВт от сети + 27 кВт от инверторов с АКБ, а если светит ярко солнце, ещё 20 кВт. В сумме 67 кВт, не считая возможности автономных инверторов выдавать пиковую мощность в два раза выше своей номинальной, то есть еще плюс 27 кВт.

Одним из самых больших преимуществ инверторов Victron Energy это то, что в будущем, при возростании стоимости сетевой электроэнергии до уровня выше стоимости Зеленого тарифа (на сегодняшний день во многих странах Европы) система позволит максимально использовать собственную солнечную электроэнергию, а недостающую брать из сети. В этом случае Quattro находится ночью в режиме инвертора и отключаеться от внешнего источника. Это гарантирует, что энергия не будет браться от сети. На следующий день, когда есть избыток солнечной энергии, инвертор будет переключатся к внешнему источнику, так как избыточная мощность PV может быть продана по зелёному тарифу. Батарея заряжется с помощью энергии солнца. При недостающей мощности для заряда или запуска тяжелых нагрузок, инвертор обращается за помощью к традиционным источникам энергии. Графически это будет выглядить так:

Ещё одно свойство автономных инверторов в системе – это контролировать параметры сети. При выходе за установленные параметры, инверторы отключаться от сети и переходят в автономный режим работы до момента нормализации параметров, что защитит оборудование от некачественного напряжения.

Резервный режим работы:

Условия: Сеть 1, Сеть 2 – отсутствует. Светит солнце.

• Питание дома №1 происходит от аккумуляторов
• Питание дома №2 происходит от дома №1, соответственно тоже от аккумуляторов
• Тепловой насос выключен
• Энергия солнца покрывает (частично или полностью) нагрузку потребителей дома №1 и №2 и заряжает аккумуляторы

В этом случае питание будет происходить от аккумуляторов до момента их разряда.

Тепловой насос в это время выключен, так как превышает мощность инверторов, да и смысла в этом нет, аккумуляторы он разрядит за 20-40 мин. Поэтому приняли решение, подключить его только к генератору. Соответственно при отключении сети он будет выключен до момента разряда АКБ, исходя из мыслей, что за несколько часов дом не должен остыть. Но если заказчику будет некомфортно, наша компания сделает перенастройку системы, чтобы было определённое время работы от аккумуляторов. Например – пропала сеть, система работает 3 часа от АКБ, затем дает команду на запуск генератора, независимо от уровня разряда батареи. Описание такого режима описано ниже. 

Автономный режим работы:

Условия: Сеть 1, Сеть 2 – отсутствует. Светит солнце. Аккумуляторы разряжены. Генератор в работе.

• Питание дома №1 происходит от генератора
• Питание дома №2 происходит от дома №1, соответственно тоже от генератора
• Тепловой насос работает
• Энергия солнца покрывает часть нагрузок потребителей дома №1 и №2 и «разгружает» генератор

Когда аккумуляторы разрядились, инвертор подаёт команду на запуск генератора. Генератор запускается, выходит на рабочий режим и подключает нагрузку на себя.  Во время питания от генератора, если он не максимально загружен, идет подзаряд аккумуляторов. После полного заряда, существуют следующие варианты остановки генератора: по уровню заряда или работа до появления сети. Установили параметр – работа до появления сети, так как батарея может зарядиться за час, чего недостаточно для теплового насоса. Но это также на контроле, потому как данная функция полезна в зимнее время. Летом предпочтительней работа в буферном режиме.

С генератора выведено два информационных интерфейса: modbus для подключения к Smart Home, а также выход к Ethernet, для удалённого контроля. Также выведена световая индикация о низком уровне топлива. 

Мониторинг системы. Световая и звуковая сигнализация.

На щитах АВР установлена световая сигнализация:

• наличия питания от сети 1, сети 2, по всем трём фазам индивидуально
• индикация выбранного режима работы переключения дома №2 на питание от дома №1 (автоматический или ручной режим)
• режим работы: от сети, АКБ или генератора

Эта сигнализация работает по принципу автоматического замыкания или размыкания контактов. Более интеллектуальной индикацией – являются светодиоды на инверторах, которые показывают режимы работы инвертора и панель управления ColorControlGX. На этой панели отображаются все процессы работы с кучей дополнительной информации о состоянии устройств. 

Кроме местной индикации, есть возможность удалённого мониторинга и настройки.

Существует несколько источников информации:

• от генератора
• от сетевых инверторов
• от панели ColorControl GX

Мы предпочли использовать основной источник мониторинга - ColorControl GX. Это обусловлено тем, что он владеет иформацией о состоянии аккумуляторов, генератора и сетевых инверторов. Вся необходимая информация отображается на портале Victron VRM и вот как это выглядит:

Все нагрузки проходят через автономные инверторы, а они в свою очередь, через панель управления, анализируют и передают информацию на портал VRM. В системе VRM можно увидеть следующие параметры:

• предупреждения и аварийные сигналы
• состояния PV инверторов
• выходная мощность PV инвертора
• потребляемая или генерируемая мощность
• работа AC генератора
• AC потребляемая мощность
• AC выходная мощность
• AC входное напряжение и ток
• AC выходное напряжение и ток
• AC входная частота
• AC выходная частота 

Вышеперечисленную информацию возможно просматривать с любого электронного устройства с выходом в интернет, будь то телефон, планшет или ноутбук. В случае возникновения каких либо неисправностей, собственнику приходит оповещение по электронной почте или сообщением на мобильный телефон. Параллельно информация приходит в офис компании UTEM SOLAR для оперативного выяснения и устранения ошибки. Более того, в историю эксплуатации системы, что сохраняется на портале VRM возможно включить для отображения любую интересующую информацию с привязкой к дате и времени.

ЕСЛИ ВЫ ЕЩЕ НЕ ЗАПОЛНИЛИ ФОРМУ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ, ТОГДА ЗАКАЖИТЕ ОБРАТНЫЙ ЗВОНОК И МЫ ОТВЕТИМ НА ВСЕ ВОПРОСЫ!