Автономная реальность, часть первая, подбор АКБ

photo-1

Для начала давайте вспомним основные компоненты автономной солнечной электростанции: солнечные панели, инвертор, контроллер заряда, аккумуляторные батареи (далее АКБ) – это главные составляющие; крепления фотомодулей, кабель трасса, блок защиты (автоматы, предохранители, УЗО), коннекторы – это дополнительные материалы, но как правило на практике без них автономную СЭС тоже не собрать. Зачастую азиатские производители автономных инверторов, добавляют в стандартную комплектацию контроллер заряда, но как правило при этом урезается часть функционала инвертора.

Итак, на что надо обращать внимание при подборе оборудования для станции с автономным режимом работы?

Во-первых, это суточная нагрузка на систему и общая мощность электрооборудования. Для этого необходимо составить список всех электроприборов (потребителей), которые эксплуатируются на объекте. Для примера мы предлагаем следующую таблицу:

Табл. № 1

Потребители
Холодильник
Телевизор
Стиральная машина
Ноутбук
Освещение, лампы
Скважинный насос



Затем, на против каждого прибора мы указываем его номинальную мощность, плюс не забудьте учесть количество вышеупомянутого оборудования, так как в доме часто используются не один телевизор, а порой и два и три. Тоже самое может касаться ноутбуков и планшетов, лампочек освещения и подавно может быть и 10, 20. Соответственно, наша таблица начинает расширяться, и по факту с помощью такого расчёта мы получим общую мощность всех электроприборов на нашем предполагаемом объекте:

Табл. № 2

Потребители Мощность, Вт Кол-во Общ. мощность, Вт
Холодильник 35 1 35
Телевизор 105 2 210
Стиральная машина 800 1 800
Ноутбук 90 2 180
Освещение, лампы 10 10 100
Скважинный насос 700 1 700



Далее, мы указываем количество времени для каждого аппарата, которое он обычно работает в течении суток. Зная, общую мощность приборов в отдельности и рабочее время за сутки, мы рассчитываем общее количество электроэнергии, которое потребляет каждый потребитель. Пример: потребитель «Холодильник» = Общ. мощность, Вт*Кол-во часов работы за сутки = 24*35=840 Вт, делим на 1000 и получаем 0,84 кВт*час за сутки.

Табл. № 3

Потребители Мощность, Вт Кол-во Общ. мощность, Вт Кол-во часов работы за сутки Потребление энергии за сутки, кВт*час
Холодильник 35 1 35 24 0,84
Телевизор 105 2 210 6 1,26
Стиральная машина 800 1 800 2 1,6
Ноутбук 90 2 180 3 0,54
Освещение, лампы 10 10 100 6 0,6
Скважинный насос 700 1 700 1 0,7
Общее количество потреблённой электроэнергии за сутки, кВт*час 5,54
Общая мощность всего оборудования, кВт 2,03



Сделав расчёты для каждого потребителя и записав всё в таблицу мы видим, что общее количество потреблённой электроэнергии за сутки составит 5, 54 кВт*час, именно столько наша автономная электростанция должна отдать энергии в случае необходимости.  Общая мощность оборудования 2,03 кВт, показывает нам пропускную способность нашего инвертора, а также мы эту величину должны учитывать при подборе АКБ, чтобы эффективно и долгосрочно их эксплуатировать.

Во-вторых, зная суточную нагрузку на солнечную автономную станцию и общую мощность всех электроприборов, необходимо правильно подобрать аккумуляторные батареи. Для этого необходимо учесть дополнительные коэффициенты, такие как КПД инвертора, глубину разряда аккумуляторных батарей, температурный коэффициент эксплуатации, а также время автономной работы солнечной станции.

КПД инвертора – это единица, которая помогает нам понять сколько надо взять постоянной энергии из аккумулятора, чтобы получить переменный ток для определённого потребителя. Если КПД автономного инвертора составляет 93% - это значит, что ему для производства 1-го кВт энергии потребуется извлечь из аккумуляторов 1,07 кВт.

Глубина разряда АКБ, это величина напрямую отвечает за количество рабочих циклов аккумулятора, проще говоря, чем точнее мы придерживаемся рекомендаций производителя по глубине разряда, тем дольше наши аккумулирующие ёмкости нам прослужат. Стандартная глубина разряда для АКБ технологий AGM и GEL 50%, при этом количество циклов у разных производителей может составить от 400 до 700.

Температурный коэффициент эксплуатации влияет на ёмкость АКБ, к примеру, полностью заряженное аккумулирующие устройство мы поместим в помещение с температурой 0 градусов Цельсия, на выходе мы получим чуть больше 70 % от начальной ёмкости, которую мы можем получить при температуре + 25 °С. Ниже приведена таблица температурных коэффициентов для АКБ технологии AGM:

Табл. № 4

Температура помещения, °С Коэффициент температурного изменения ёмкости АКБ
25 1
20 1,04
10 1,14
0 1,28
-10 1,47
-20 1,79
-30 2,27



Время автономной эксплуатации – это время при котором станция не будет иметь возможности подзарядить АКБ ни от солнечных панелей, ни от центральной сети. Такое может произойти, после урагана, когда линии электропередач повреждены и несколько дней идёт дождь или снег и солнечной энергии не достаточно для выработки электричества солнечными преобразователями.

После разбора поправочных коэффициентов переходим к расчётам, как мы помним у нас есть объект, который за сутки потребляет 5,54 кВт*час, предположим, что мы используем инвертор с КПД 95 %, АКБ разряжаем на 50% вся система расположена в отапливаемом помещении с температурой 25 °С, мы хотим, чтобы наша станция могла нас обеспечивать автономной энергией 2-е суток. Получаем формулу:

Табл. № 5

Потребление энергии за сутки, кВт*час
(для точности расчётов необходимо перевести в Ватты)
КПД инвертора Коэффициент температурного уменьшения ёмкости Кол-во дней автономной работы Глубина разряда, DOD АКБ И в конце полученное значение делим на напряжение системы (12/24/48 В) Напряжение системы
5,54 ÷ 0,93 × 1 × 2 ÷ 0,5 ÷ 48 В



(5,54*1000)/0,93*1*2/0,5/48 = 496 Ампер часов – Эта цифра определяет ёмкость аккумуляторных батарей для нашего дома. Для того, чтобы получить такую ёмкость нам потребуется 8 аккумуляторов по 250 ампер часов, два ряда по 4 штуки мы соединим последовательно, а далее эти ряды подключим параллельно. Ниже приведена схема подключения.
photo-2

И в-третьих, мы должны проверить соответствует ли ёмкость аккумуляторных батарей, которую мы рассчитали (напомню это 496 А*час, мы округлили до 500 А*час) максимальной величине тока разряда, для АКБ технологии AGM эта величина составляет 20% от номинальной ёмкости, то есть в нашем случае максимальный ток разряда, который мы можем допустить для наших аккумулирующих устройств составит 100 А*час (500 А*час * 20%). Вспоминаем таблицу № 3, в которой мы вывели общую мощность всего оборудования, она составила 2,03 кВт. Так как система у нас на 48 В, для получения максимального тока мы делим 2030 Вт на 48 В и получаем = 42,3 А*час. Теперь мы можем быть спокойны, что побранная ёмкость для нашей системы подобрана правильно так как она не превышает допустимые 20%.