Слънчева цен­трала в пла­нината

Къща в пла­ни­ната — меч­тата на много хора. Приятно е да се живее далеч от циви­ли­за­ци­ята, насла­жда­вайки се на зву­ците на при­ро­дата и чистия въздух. В същото време не всеки е готов да се откаже от удоб­ства като хла­дил­ник, интернет или освет­ле­ние.

Обикно­вено за авто­номно захран­ване се използва бен­зи­нов или дизе­лов гене­ра­тор, но тогава самата идея за отдих на открито се нару­шава. Електри­че­ството трябва да се про­из­вежда без шум и миризма, а най-доб­рото реше­ние на този про­блем е соб­ствена слън­чева елект­ро­цен­трала.

През лятото на 2019 година към нас се обърна соб­стве­ни­кът на малка пла­нин­ска къща, раз­по­ло­жена в бли­зост до село Бачево (община Разлог, област Благоев­град). Задача — да се напра­вят две мини-системи: слън­чев колек­тор за топла вода и три фото­вол­та­ични модула за елек­три­че­ство.

Предвид бога­тия опит в инста­ли­ра­нето и мони­то­ринга на слън­чеви колек­тори, пред­ло­жихме на кли­ента вместо две малки системи да напра­вим една пъл­но­ценна елект­ро­цен­трала. За пре­дим­ствата на това реше­ние можете да про­че­тете повече в нашата статия за фото­е­лек­три­че­ско загря­ване на вода.

Мощността на фото­вол­та­ич­ните модули е про­пор­цио­нална на осве­тя­ва­нето, но при нагря­ване тях­ното КПД нама­лява. В много случаи пла­нин­ските райони имат пови­шен потен­циал за фото­вол­та­ици, това се дължи на по-про­зрачна атмо­сфера и по-хладен климат.

Предвид огра­ни­че­ни­ето на бюд­жета и необ­хо­ди­мо­стта от загря­ване на вода в бой­лера, ние опре­де­лихме опти­мал­ната кон­фи­гу­ра­ция за цялата система. Дванаде­сет соларни модула Trina Solar по 280 вата заедно дават мощ­ност от 3.36 kW при иде­ални усло­вия. На прак­тика това озна­чава 2-3 kW в типично слън­чев ден.

Повечето 80-лит­рови бой­лери се пред­ла­гат с 3-кило­ва­тов нагре­ва­те­лен еле­мент, което е много за нашата система. Затова пред­ло­жихме на кли­ента хори­зон­та­лен бойлер ELDOM Green Line с нагре­ва­тел 2 kW, с цел мини­мално използване на бате­ри­ите при загря­ване на вода.

Бойлерите от сери­ята Green Line имат вгра­ден топло­об­мен­ник: това поз­во­лява през зимата да се загрява водата от печ­ката на дърва, която вече е в къщата. Електро­цен­тра­лата в този случай трябва да оси­гу­рява само рабо­тата на пом­пата за цир­ку­ли­ра­нето на топло­но­си­теля през бой­лера и ради­а­то­рите.

В слън­чеви дни фото­вол­та­ич­ните модули ще оси­гу­рят достатъчно енер­гия за загря­ване на водата в бой­лера. В облачни дни, когато мощ­но­стта на моду­лите е около 1.5 kW, допъл­ни­телни 500 вата ще бъдат взети от аку­му­ла­то­рите.

При най-мрачно време, напри­мер по време на дъжд, слън­че­вите цен­трали обик­но­вено дават от 5 до 15% от номи­нал­ната мощ­ност. В нашия случай това е 170-500 вата, което е достатъчно за рабо­тата на хла­дил­ника, теле­ви­зора и рутера. При такова време е по-добре да не се вклю­чва бой­лера, за да не се нато­вар­ват бате­ри­ите.

Събрахме цялата елек­тро­ника и пред­па­зи­тели във фир­мено табло NENCOM. За пре­об­ра­зу­ване на посто­ян­ното напре­же­ние от фото­вол­та­ич­ните модули и бате­ри­ите в про­мен­ливо напре­же­ние 230 волта се използва инвер­тор Victron Energy MultiPlus-II с мощ­ност 2.4 kW.

Инверторът има вгра­дено зарядно устрой­ство, което поз­во­лява да се заре­ждат бате­ри­ите от външна мрежа или гене­ра­тор. Като резерв свър­за­хме към инвер­тора бен­зи­нов гене­ра­тор с мощ­ност 5.5 kW, предо­ста­вен от кли­ента.

През деня излиш­ната слън­чева енер­гия се натрупва в бате­ри­ите, за да може да се използва в тъм­ната част от дено­но­щи­ето. Свърза­хме четири 12-вол­тови оловно-кисе­линни бате­рии Victron Energy AGM Super Cycle с капа­ци­тет 230 A·h всяка. Батери­ите са свър­зани после­до­ва­телно, така че номи­нал­ното напре­же­ние на блока е 48 волта.

Полезният запас на енер­гия при допу­стима за «Super Cycle» дъл­бо­чина на раз­ре­ждане 80% пред­став­лява 230×48×0.8≈8.8 kW·h. На прак­тика, като се вземат пред­вид загу­бите, това озна­чава, че напълно заре­де­ните бате­рии през нощта ще могат да отда­ват в продъ­л­же­ние на 8 часа мощ­ност от 1 kW или в тече­ние на 16 часа — мощ­ност от 500 W.

За да се загрее 80 литра вода в бойлер от 10 до 60 °C е необ­хо­дима около 5 kW·h енер­гия, като се вземат пред­вид топ­лин­ните загуби (с мощ­ност на нагре­ва­тел­ния еле­мент 2 kW това ще отнеме 2.5 часа). Така че е напълно въз­можно да се загрява бой­лера дори през нощта, като се използва само поло­ви­ната от капа­ци­тета на бате­ри­ите, но е по-добре да се избя­гва тази про­це­дура, тъй като броят и дъл­бо­чи­ната на цик­лите «заряд-разряд» влияят на продъ­л­жи­тел­но­стта на живота на бате­ри­ите.

По същата при­чина соб­стве­ни­ците на авто­номни елект­ро­цен­трали трябва, когато е въз­можно, да пла­ни­рат основ­ната кон­су­ма­ция на енер­гия за свет­лата част от деня, за да използ­ват слън­че­вата енер­гия директно, а не чрез бате­рии.

В слън­чеви дни е пре­поръ­чи­телно да се включи перал­нята, да използ­ват елек­три­че­ски инстру­менти и да се загрее водата в бой­лера до мак­си­мално въз­мож­ната тем­пе­ра­тура. Този подход не само удъ­л­жава живота на бате­ри­ите и нама­лява загу­бите на енер­гия, но също така поз­во­лява на фото­вол­та­ич­ната система да достигне пълния си потен­циал.

Точното место­по­ло­же­ние на всички ком­по­ненти на елект­ро­цен­тра­лата беше пред­ва­ри­телно моде­ли­рано, така че инста­ли­ра­нето на обекта не отне много време.

Металното табло надеждно защи­тава елек­тро­ни­ката от слу­чайни повреди и подоб­рява външ­ния вид на систе­мата. Всички кабели са скрити в гофри и кабелни канали.

Оборудвахме цен­тра­лата с модул за дистан­ци­онно наблю­де­ние, който показва теку­щото състо­я­ние и подробна ста­ти­стика, а също така поз­во­лява дистан­ци­онно да се про­ме­нят систем­ните настройки. Благода­ре­ние на посто­ян­ния мони­то­ринг на голям брой елект­ро­цен­трали, ние знаем как рабо­тят те при раз­лични метео­ро­ло­гични усло­вия.

Например на 7 декем­ври 2019 година в село Бачево беше облачно, а слън­че­вите модули бяха покрити с 3-сан­ти­мет­ров слой сняг. Въпреки това елект­ро­цен­тра­лата гене­ри­раше 140 вата (4% от номи­нал­ната мощ­ност на моду­лите), което гаран­тира рабо­тата на осем камери за наблю­де­ние, освет­ле­ние и заре­ждане на бате­ри­ята.

Разбира се, при голяма дебе­лина на снега про­из­вод­ството спира. Ето защо в снежни райони е жела­телно да се инста­ли­рат слън­чеви панели под голям ъгъл: снегът ще се плъзга по повърх­но­стта на моду­лите по-бързо под соб­стве­ното си тегло. Най-добре е да се пред­види това в етапа на изграж­дане на обекта. В същото време голям ъгъл на наклона леко ще намали гене­ри­ра­нето през лет­ните месеци, когато слън­цето се движи високо над хори­зонта.

Важно е да се вземат пред­вид кон­крет­ните задачи на кли­ента, нато­вар­ване от вятъра, есте­ти­чен външен вид и много други. Отчитайки всички тези фак­тори, вклю­чи­телно лесен достъп до покрива за почистване на пане­лите от сняг, ние, заедно със соб­стве­ника на къщата, решихме да ги мон­ти­раме под малък ъгъл, успо­ре­ден на южния склон на покрива.

В допъл­не­ние към систе­мата за мони­то­ринг, ние инста­ли­рахме сензор за тем­пе­ра­ту­рата на водата в бой­лера и кон­так­тор за дистан­ци­онно акти­ви­ране на нагре­ва­тел­ния еле­мент. По всяко време е въз­можно да се види теку­щата тем­пе­ра­тура на водата в бой­лера или ста­ти­сти­стика за про­ме­ните ѝ раз­гра­фена по минути. Може да се включи или изключи бой­лера директно от теле­фона, както и да се зада­дат опре­де­лени усло­вия, при които бой­лерът да прави това сам.

Реалната цена на този проект през юли 2019 година въз­лиза на 17 270 лв (8 830 €) с доставка, монтаж и ДДС. Цените за обо­рудване за соларни цен­трали посте­пенно нама­ля­ват, така че в бъдеще подобна система може да струва по-малко или да се получи повече енергия за същите пари.