Електри­чество за крави

Фотовол­та­ична система в кра­ве­ферма

Roman Rubanovich, NENCOM

Много сел­ско­сто­пан­ски обекти не са свър­зани с елек­три­че­ски мрежи. Затова фер­ме­рите използ­ват дизе­лови гене­ра­тори, за да оси­гу­рят енер­гия за необ­ход­мото обо­рудване.

Генера­то­рите, скъпи сами по себе си, посто­янно изис­кват допъл­ни­телни раз­ходи, свър­зани със заку­пу­ва­нето на гориво и редов­ната под­дръжка: смяна на масло, филтри, охла­ждаща теч­ност и така нататък. Всичко това не е евтино, но свър­зва­нето към мре­жата е още по-скъпо.

Собстве­ни­ците на новия кра­вар­ник, раз­по­ло­жен близо до село Калчево в Ямболска област, купиха три­фа­зен дизе­лов гене­ра­тор с мощ­ност 22 kW. Фермерите го пус­каха два пъти на ден, за да доят кра­вите.

Дизелов гене­ра­тор

По време на работа гене­ра­торът вди­гаше много шум и смрад, а в оста­на­лото време кра­ве­фер­мата беше без елек­три­че­ство. Простран­ството около гене­ра­тора се покри със сажди само за няколко месеца. Разбира се, фер­ме­рите не искаха да се при­ми­рят с това поло­же­ние и се обър­наха към нас.

Място за монтаж на елект­ро­цен­трала

Важно! Изгоре­лите газове на дизе­лови дви­га­тели са офи­ци­ално при­знати като кан­це­ро­ген от първа група, пре­диз­ви­кващ рак на белия дроб. Дизело­вите отра­бо­тени газове нега­тивно влияят върху еко­си­сте­мата и ефек­тив­но­стта на сел­ското сто­пан­ство.

Diesel exhaust carcinogenic

Diesel exhaust & Honeybees

Анализ на ситу­а­ци­ята

Млечно живот­но­въд­ство има спе­ци­фи­чен график на потреб­ле­ние на енер­гия, с два пика през деня. Първото доене се извър­шва рано сут­ринта, а вто­рото — вечерта. Това озна­чава, че през лятото кра­вите дават мляко по време на изгрева и залеза на слън­цето, когато по-голя­мата част от слън­че­вата енер­гия се абсор­бира от атмо­сфе­рата, а през зимата — преди изгрева и след залеза.

Типичен ден през сеп­тем­ври

В такава ситу­а­ция пря­кото използване на слън­че­вата енер­гия по време на доене е въз­можно само частично. Необхо­дими са бате­рии, които да натруп­ват «излиш­ната» енер­гия от слън­че­вите панели през деня и да я отда­ват по време на доене.

Млекопро­из­вод­ството изис­ква стриктно спазване на сани­тар­ните норми, вклю­чи­телно неза­бавно охла­ждане на мля­кото след доене. Затова, заедно с доил­ния агре­гат работи ком­пре­сорът на охла­ди­тел­ната система и дру­гото обо­рудване.

Вана за охла­ждане на мляко

Фермата има 60 крави, дое­нето се извър­шва на групи и отнема повече от пет часа всеки ден. Средната кон­су­ми­рана мощ­ност по време на доене е около 5 kW. Важно е да се има пред­вид, че това е така наре­чена «активна» (полезна) мощ­ност, а по време на работа на асин­хронни елек­тро­дви­га­тели (помпи, ком­пре­сори), поради фазо­вото изме­стване между ток и напре­же­ние, се обра­зува и «реак­тивна» мощ­ност, която не върши полезна работа.

«Пълната» мощ­ност в про­мен­ли­во­то­кови вериги се измерва във «волт-ампери» и се състои от «активна» и «реак­тивна» съставна част. В зави­си­мост от кое­фи­ци­ента на мощ­ност на елек­тро­дви­га­те­лите, актив­ната мощ­ност от 5 kW може да озна­чава около 6 kV·A пълна мощ­ност. В посто­ян­но­то­кови мрежи (бате­рии, слън­чеви модули) реак­тивна мощ­ност не въз­ни­ква: цялата мощ­ност е активна.

Следова­телно, за да може инвер­торът да про­из­веде необ­хо­ди­мите за работа на доил­ното обо­рудване 5 kW активна мощ­ност, той трябва да вземе около 6 kW от бате­ри­ите, а имайки в пред­вид загу­бите и кон­су­ма­ци­ята на самия инвер­тор — повече от 6.5 kW. Капаци­тетът на бате­ри­ите в такива ситу­а­ции трябва да се изчис­лява с резерв.

Ако при­е­мем, че бате­ри­ите отда­ват мощ­ност от 6.5 kW в продъ­же­ние на 2.5 часа, кон­су­ми­ра­ната енер­гия ще съставя повече от 16 kW·h. Батери­ите са най-скъ­пата част от авто­номна слън­чева елект­ро­цен­трала, така че беше взето реше­ние пър­во­на­чално да се направи малка система. Това ще поз­воли да съкра­тим вре­мето за работа на дизело­вия гене­ра­тор и да събе­рем подробна ста­ти­стика.

Слънчева елект­ро­цен­трала

Инстали­рахме 32 броя фото­вол­та­ични модули Risen по 330 вата. По този начин пико­вата мощ­ност на слън­че­вите панели е 10.56 kWp. Монтирахме два­на­де­сет модула на юго­източ­ния склон на покрива, два­де­сет — на юго­за­пад­ния.

Соларни модули Risen

За съхра­ня­ване на слън­чева енер­гия, използ­вахме осем 12-вол­тови AGM бате­рии Victron Energy от серия Super Cycle с капа­ци­тет 230 A·h всяка. При допу­стима за тези бате­рии дъл­бо­чина на раз­ре­ждане от 80%, полез­ният енер­гиен запас съставя 17.6 kW·h.

Зарежда­нето на бате­ри­ите се осъще­ствява с помо­щта на два слън­чеви MPPT кон­тро­лера Victron Energy с обща мощ­ност 9.24 kW.

По-голя­мата част от обо­рудва­нето във фер­мата е три­фазна. За пре­об­ра­зу­ване на посто­ян­ния ток от кон­тро­лери и бате­рии в про­мен­лив, инста­ли­рахме три инвер­тора Victron Energy MultiPlus-II, по един за всяка фаза. Общата мощ­ност на инвер­то­рите е 12 kW или 15 kV·A.

Инвертори Victron Energy

Свърза­хме дизело­вия гене­ра­тор със слън­чева елект­ро­цен­трала и го настро­ихме така, че да се вклю­чва авто­ма­тично, когато бате­ри­ите са изто­щени.

Автома­тично стар­ти­ране на гене­ра­тора

По време на работа гене­ра­торът не само подава енер­гия към обо­рудва­нето на кра­вар­ника, но и заре­жда бате­ри­ите, след което се изклю­чва авто­ма­тично. Контро­лир­нето на рабо­тата на гене­ра­тора и про­мяна в настрой­ките за него­вото стар­ти­ране се прави дистан­ци­онно от теле­фон или ком­пютър.

Сега кра­вар­ни­кът и къщата на фер­ме­рите са снаб­дени с елек­три­че­ство дено­нощно. По-голя­мата част от вре­мето — в пълна тишина. Разходът на гориво е спад­нал зна­чи­телно. Автома­тично се събира детай­ли­зи­рана ста­ти­стика на про­из­вод­ството и кон­су­ма­ци­ята на енер­гия, както и на всички тех­ни­че­ски пара­метри на слън­че­вата цен­трала.

Update 21.12.2020

Системата беше въве­дена в екс­пло­ата­ция на 31 юли 2020 година. Сега, в деня на зим­ното слън­це­сто­ене, решихме да напра­вим рав­но­сметка на рабо­тата на цен­тра­лата в продъ­л­же­ние на четири пълни месеца: август, сеп­тем­ври, октом­ври и ноем­ври.

VRM-Portal поз­во­лява да се наблю­дава рабо­тата на елект­ро­цен­тра­лата в реално време, както и да се ана­ли­зира ста­ти­сти­ката на раз­лични пара­метри в детайли по минути, часове, дни, сед­мици или месеци. Например, в този график виждаме общата кон­су­ма­ция по месеци с раз­де­ле­ни­ето на енер­гий­ните източ­ници: гене­ра­тор, бате­рии и слън­чеви модули.

С жълт цвят на гра­фика е пока­зана директ­ната кон­су­ма­ция на слън­чева енер­гия през свет­лата част на деня. Зелен цвят — директно потреб­ле­ние на енер­гия от гене­ра­тора по време на него­вата работа. Син цвят — кон­су­ма­ция на енер­гия от бате­рии, които, от своя страна, се заре­ждат както от слън­цето, така и от гене­ра­тора.

За нас е важно да оценим цялост­ния принос на фото­вол­та­ич­ната система за рабо­тата на кра­вар­ника. Това може да стане чрез срав­ня­ване на раз­лични диа­грами на пор­тала, но за по-задъл­бо­чен анализ е по-добре да бъдат изтег­лени дан­ните във формат на елек­тронна таб­лица.

И така, общото про­из­вод­ство на елек­тро­е­нер­гия за този период е 6 637 kW·h. От тях 3 204 kW·h (48 %) са полу­чени от фото­вол­та­ична система, 3 433 kW·h (52 %) — от дизе­лов гене­ра­тор.

Потреб­ле­ни­ето на фер­мата през тези месеци съставя 4 979 kW·h, тоест 75 % от общата про­из­ве­дена енер­гия. Остана­лото — това са есте­ствени загуби в про­цеса на заре­ждане-раз­ре­ждане на бате­рии и реак­тивна енер­гия.

Очакваме, че тази слън­чева елект­ро­цен­трала ще оси­гури около поло­ви­ната от цялото потреб­ле­ние годишно. Системата може да бъде раз­ши­рена, но според нас, първо е необ­хо­димо да се опти­ми­зира кон­су­ма­ци­ята на енер­гия във фер­мата. Например, да се аку­му­лира студът през деня, полз­вайки излиш­ната слън­чева енер­гия, така че ком­пре­сорът на охла­ди­тел­ната система да не се вклю­чва по време на доене.

Ice bank for milk cooling

Понякога в живот­но­въд­ните ферми за про­из­веж­дане на елек­тро­е­нер­гия се използ­ват био­га­зови инста­ла­ции. Това са скъпи и сложни системи, които изис­кват спе­ци­ално вни­ма­ние при екс­пло­ата­ция. Ние не сме люби­тели на подобни реше­ния и не оби­чаме да горим как­вото и да е, за да гене­ри­раме елек­три­че­ство.

Следва­щата година, като събе­рем повече ста­ти­сти­че­ски данни, пла­ни­раме да опти­ми­зи­раме и раз­ши­рим систе­мата, за да сведем уча­сти­ето на дизело­вия гене­ра­тор до мини­мума. Ще уве­ли­ча­ваме мощ­но­стта на слън­че­вите панели и капа­ци­тета на аку­му­ла­тор­ните бате­рии. Може би, ще инста­ли­раме допъл­ни­телно малък вятъ­рен гене­ра­тор.