Автономные солнечные электростанции

АВТОНОМНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
2015
Компания «Вердес»
Компания «Вердес» является поставщиком оборудования в сфере
солнечной энергетики. Наши специализация - реализация
комплектующих, монтаж и обслуживание солнечных электростанций.
Автономные солнечные электростанции
СОДЕРЖАНИЕ БРОШЮРЫ
Фотоэлектрические элементы (солнечные батареи)
3
Солнечная энергия и архитекура
6
Контроллеры заряда
7
Аккумуляторы, массивы аккумуляторов
9
Инверторы
13
Сборка (монтаж) солнечных электростанций
16
www.energia-verde.ru
1
Солнечного света, ежедневно «падающего с неба» на нашу территорию, вполне
достаточно, чтобы обеспечить электроэнергией все наши потребности. Однажды
воспользовавшись этим чистым, возобновляемым и легко доступным ресурсом, вы
сможете сами управлять своими потребностями в электрической энергии. В то время
как отключения электричества по различным причинам – будь то низкая
температура, отсутствие топлива, обледенение проводов, ураган, буран и прочие
чрезвычайные обстоятельства – будут продолжать наносить вред, менять ваш
привычный образ жизни и опустошать ваших соседей, вы сможете избежать этих
неприятностей благодаря солнечной энергии.
СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
- инженерное сооружение, служащее для
преобразования солнечной радиации в электрическую энергию.
Принцип работы солнечной электростанции:
1. Получение солнечной энергии за счѐт установленных солнечных батарей
(солнечных модулей).
2. Подзарядка аккумуляторов, которые обеспечивают бесперебойную подачу
электроэнергии к потребителю.
3. Подача электроэнергии в сеть потребления.
4. Вывод излишков электроэнергии в магистральные сети электроснабжения
(при желании и возможности).
Рассмотрим по порядку работу каждого из пунктов.
www.energia-verde.ru
2
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ (СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ)
Фотоэлектрические элементы являются устройствами из полупроводниковых материалов и
служат для выработки электричества, бывают различных размеров, объемов, форм и,
главное - технологий.
Компания «Вердес», в устанавливаемых ею электростанциях, предпочитает использовать
солнечные модули, произведенные по микроморфной (тандемной) технологи.
НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ ФЭ МОДУЛЕЙ, пришедшее на смену моно- и поликристаллических
панелей, и использующее тонкую пленку вместо кремниевых клеток, прекрасно
преобразовывает солнечную энергию в электричество в плохую погоду, при недостаточной
освещенности, при рассеянном свете или в жарком климате. Поэтому, для регионов со
слабой солнечной активностью, для территорий с небольшим количеством солнечных дней
в году, теневых и северных сторон, а также, для строительства солнечных станций в
отсутствии ограничений по размещению модулей, мы рекомендуем использовать
однослойные ФЭ модули из кремниевой пленки (аморфные модули), или двухслойные
тандемные фотоэлектрические модули (микроморфные модули). При производстве ФЭ
модулей по новой тандемной технологии используется два слоя пленок – тонкая пленка из
аморфного кремния и микро прозрачная кремниевая пленка, которые наносятся на
стеклянное основание. Тонкая пленка нового поколения из аморфного кремния (a-Si)
скомбинирована с микро прозрачной кремниевой тонкой пленкой (μc-Si) в единый
тандемный модуль (a-Si / μc-Si). Слой аморфного кремния преобразует в электрическую
энергию видимую часть спектра солнца, а микро прозрачная пленка преобразует энергию
солнца невидимого инфракрасного спектра.
www.energia-verde.ru
3
НАГРЕВ МОДУЛЯ НА СОЛНЦЕ.
Низкий температурный коэффициент мощности фотоэлектрических модулей - один из
важнейших параметров, используемых в оценке различных солнечных технологий.
Температурный коэффициент фотоэлектрических модулей, изготавливаемых с
использованием тонкой пленки, равен -0,25%/°C, в то время как для кремниевых
фотоэлектрических модулей -0,5%/°C. Это означает, что при повышении температуры от
25°C до 55°C, аморфные и микроморфные модули потеряют только 7% мощности, а потери
кремниевых кристаллических модулей составят приблизительно 15%.
В жаркий солнечный день, когда фотоэлектрический элемент
нагревается до 70–80°С, потери могут составить до 40% мощности
относительно нулевой температуры у моно- и поликристаллических и
до 20% у аморфных и микроморфных. Это надо учитывать при
монтаже солнечных модулей – они должны охлаждаться
естественным образом (продуваться).
Также, из вольт-амперной характеристики можно сделать вывод, что максимальная (иногда
даже чрезмерная) мощность солнечных батарей достигается в морозный солнечный день.
www.energia-verde.ru
4
Учитывая большую светочувствительность и низкий
температурный коэффициент современные
солнечные модули вырабатывают больше
электроэнергии, чем моно- и поликристаллические
солнечные батареи прошедших поколений.
Внешний вид.
Моно- и поликристаллические
солнечные батареи состоят из
спаянных между собой
фотоэлектрических элементов.
Аморфные и микроморфные
солнечные батареи выглядят как
тонированное стекло.
Гарантированная мощностью через 25 лет - 85%.
www.energia-verde.ru
5
АРХИТЕКТУРА.
Ещѐ одной особенностью солнечных модулей нового поколения является внешний вид,
который позволяет использовать тонкопленочные панели для отделки фасадов зданий, как
отдельные элементы, архитектурные композиции и решения.
Аморфные и микроморфные солнечные модули похожи на тонированное стекло.
Такие солнечные батареи хорошо улавливают рассеянный свет, поэтому их необязательно
устанавливать на крыше. К тому же, на стенах не скапливается снег.
Одно из архитектурных решений - архитектурный объект e-QBO - это гигантский
монолитный куб, который использует солнечную энергию для питания интегрированного
узла связи.
www.energia-verde.ru
6
КОНТРОЛЛЕРЫ ЗАРЯДА.
После того, как солнечный свет попал на солнечные батареи и перешѐл в «состояние
электроэнергии», надо этот ресурс сохранить в аккумуляторах для дальнейшего
использования в тѐмное время суток. За это отвечает контроллер заряда.
Контроллеры в солнечных энергосистемах предназначены для управления процессами
заряда и разряда аккумуляторных батарей. Плюс к этому, более мощные контроллеры
имеют дополнительные функции.
Сейчас используется 2 основных технологии контроллеров – PWM и MPPT.
PWM-контроллеры, как правило,
устанавливаются в небольших солнечных
энергосистемах и не предназначены для
работы с высоковольтными солнечными
модулями.
PWM-КОНТРОЛЛЕРЫ используются в небольших системах и стоят относительно недорого.
Кроме основного их предназначения – заряда аккумулятора, могут реагировать на заход
солнца, автоматически включая свет, либо дополнительные датчики. Кроме того, такие
контроллеры могут изготавливаться во влагозащищенном исполнении для установки на
яхтах, катерах и открытом воздухе.
MPPT-КОНТРОЛЛЕР , в отличие от PWM-контроллера, позволяет увеличить эффективность
энергосистемы до 30%, за счет алгоритма слежения за точкой
максимальной мощности солнечной батареи. MPPT-контроллеры,
в зависимости от марки и модификации могут иметь следующие
возможности:

Наиболее эффективная технология заряда аккумуляторов.

Возможность работы с высокими входными напряжениями
и, соответственно, уменьшение потерь в проводах.
www.energia-verde.ru
7

Выбор и заряд различных типов аккумуляторов: GEL, AGM, закрытые, открытые,
щелочные, LiFePO4.

Программируемые реле управления внешними устройствами.

Возможность работы в паре с гибридными инверторами (энергия может идти
транзитом, АКБ не расходуются, а значит, дольше служат).

Система автоматического пуска генератора.

Возможность запараллеливания нескольких солнечных контроллеров (для заряда
одного массива АКБ).

Возможность контроля токов от сторонних устройств (инвертор, ветрогенератор).

Удаленный мониторинг работы солнечной электростанции.

Сбор статистики.
Контроллер ECO Энергия российского производителя «Микро Арт»
способен заряжать аккумуляторы типа LiFePO4 (литий-железофосфатные). Поскольку такой тип аккумуляторов наиболее
перспективен, вам не придѐтся менять контроллер с наступающим
внедрением новых технологий.
Контроллеры являются одним из основных компонентов солнечной электростанции.
Если Вы планируете постепенно увеличивать мощность своей электростанции, то
контроллер желательно выбирать так, чтобы в будущем не пришлось бы его менять на
более мощный.
www.energia-verde.ru
8
АККУМУЛЯТОРЫ
Аккумуляторы (массивы аккумуляторов) в солнечных электростанциях служат для того,
чтобы сохранить выработанную за световой день электроэнергию.
На данный момент в автономной энергетике широко используются два типа
аккумуляторных батарей:
AGM АККУМУЛЯТОРЫ - герметичные, необслуживаемые, не требуют
вентилируемого помещения для установки. Батареи AGM
отлично работают в режиме подзарядки (буферном режиме)
со сроком службы до 10 лет. Если же их использовать в
циклическом режиме (т.е. постоянно заряжать-разряжать хотя
бы на 30% от емкости), то срок их службы сокращается в 3-4
раза. Такие АКБ используются в системах аварийного и
резервного питания (например для аварийного завершения работ, а не для питания нагрузки
в постоянном режиме). К достоинствам данного типа аккумуляторов можно отнести низкую
стоимость по сравнению с аккумуляторами других типов.
GEL ТЕХНОЛОГИЯ. Гелевые аккумуляторы имеют
примерно на 10-30% больший срок службы, чем AGM
аккумуляторы. Также, они менее болезненно переносят глубокий
разряд. Количество циклов обычной гелевой батареи в среднем
на 50% выше. Типичная модель технологии GEL способна
выдерживать до 350 циклов разряда с глубиной 100%, до 550 — с
глубиной 50% и до 1200 — с глубиной 30%.
www.energia-verde.ru
9
Поскольку аккумуляторы являются дорогостоящим расходным материалом, к организации
массива батарей надо подходить с умом.
Посмотрим на график зависимости ѐмкости аккумулятора от интенсивности его
использования (GEL аккумулятор Delta GX 12-200):
Мы видим, что чем сильнее разряд аккумулятора, тем меньше срок его службы.
Аккумулятор, разряженный на 30%, может «прожить» в шесть раз дольше, чем при 100%
разряде. Увеличение количества аккумуляторов (чтобы не допустить полного разряда),
позволит вам сэкономить средства на их регулярной замене.
Ещѐ одним аспектом, влияющим на срок службы аккумулятора, является температура. Во
время работы аккумуляторы нагреваются, желательно не допускать превышения их
температуры выше 25°C.
www.energia-verde.ru
10
Если ваша электростанция предполагает наличия большого количества аккумуляторов, то
необходимо позаботиться о специальном помещении, где будет соблюдаться необходимый
температурный режим и вентиляция.
ИННОВАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Настоящим прорывом в области сбережения электроэнергии могут стать литий-железофосфатные аккумуляторы (LiFePO4).
Будущее LiFePO4 поистине многообещающее. Литий-железо фосфатные батареи с
длительным сроком эксплуатации и высоким уровнем безопасности - это самый
перспективный вид аккумуляторов, обладающий хорошими, стабильными
электрохимическими свойствами. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы на сегодняшний
день являются самым мощным типом батарей с наиболее долгим сроком службы.
Аккумуляторы отличаются не только большой емкостью, но и быстротой зарядки. Всего
за 15 минут можно полностью зарядить аккумулятор.
ДОСТОИНСТВА LIFEPO4 АККУМУЛЯТОРОВ:

Ресурс (заряд/разряд при глубине разрядки до 80%) - 3000 циклов.

Безопасны в процессе эксплуатации, практически невоспламеняемы, невзрывоопасны в
случае неправильного обращения, не содержат ядовитых веществ.

Сверхбыстрый заряд.

Защита против чрезмерного заряда/разряда.

Отсутствие эффекта памяти.

Высокая нагрузочная способность (большой ток отдачи).

Довольно широкий диапазон рабочих температур.

Постоянное напряжение разряда.

Меньший объем и вес по сравнению со свинцовыми АКБ.
www.energia-verde.ru
11
В последнее время эти типы аккумуляторов начали пользоваться огромным спросом в
области электротранспортных технологий. Уже сейчас литий-железо-фосфатные
аккумуляторы используются в электромобилях, автобусах, электровелосипедах, гольфмобилях, электропогрузчиках, электроинструменте и игрушках.
Если сравнивать стоимость «свинца» и «лития», что называется «в лоб», то LiFePO4
аккумуляторы обойдутся покупателю дороже.
Однако при установке больших аккумуляторных массивов учитываются такие факторы, как:

Разрядные характеристики батарей.

Системы охлаждения.

Строительство аккумуляторных помещений (влечет за собой необходимость организации
сложной инженерной инфраструктуры).

Величина удельной запасаемой энергии (количество запасаемой энергии, соотнесенное к
весу установки или площади, которую она занимает).

Балансировка различных цепочек АКБ.
На стоимость могут влиять и другие факторы.
Компания «Вердес» осуществляет поставки LiFePO4 аккумуляторов и источников
бесперебойного питания (ИБП) на их основе. Для получения консультаций свяжитесь с
нашими специалистами.
Отметим, также, что в солнечных электростанциях небольшой и
средней мощности аккумуляторы собираются в массивы
напряжением 12/24/48 вольт.
www.energia-verde.ru
12
ИНВЕРТОРЫ
После того, как солнечные модули преобразовали солнечный свет в электричество,
контроллер запас эту энергию в аккумуляторах, в работу вступает инвертор.
Основное предназначение инвертора – преобразовать напряжение аккумуляторов (12, 24
или 48 вольт) в напряжение 220 вольт, на котором работают все бытовые приборы.
Инверторы различаются:

по мощности (выходной и пиковой) – от сотен Ватт до десятков кВатт,

напряжением (12, 24, 48 вольт),

типом выходного переменного тока (чистая или модифицированная синусоида),

наличием/отсутствием встроенного зарядного устройства,

наличием/отсутствием реле переключения нагрузок,

типом выходного соединения (розетки на корпусе самого инвертора или клеммные
соединения для проводов),

наличием дополнительных функций, таких, как, например, возможность программирования
параметров работы, наличие дистанционного управления или различных реле управления.
При выборе инвертора (преобразователя напряжения) нужно знать о некоторых его
особенностях и принципах работы.
МОДИФИЦИРОВАННАЯ СИНУСОИДА (КВАЗИ-СИНУС) — это приближение к правильному
синусоидальному сигналу с помощью сигналов «прямоугольной» формы. Самое
элементарное приближение, сигнал прямоугольной формы переменной полярности —
меандр. В большинстве случаев, такой сигнал не используют, «набирая» форму сигнала с
использованием прямоугольных ступенек. Чем дороже инвертор, тем из большего
количества ступенек состоит сигнал на выходе.
www.energia-verde.ru
13
ИНВЕРТОРЫ С ЧИСТОЙ СИНУСОИДОЙ следует использовать для питания приборов,
имеющих в своем составе электродвигатели, таких как насосы, горелки, вентиляторы,
кондиционеры, холодильники и т.д., а также, чувствительное и дорогостоящее
оборудование.
Выходная мощность и пиковая мощность.
Обычно все, что содержит в себе
электродвигатель (например холодильник
или насос отопления), имеют так
называемую «пусковую» мощность, которая
может быть значительно выше, чем
номинальная мощность инвертора. Пусковая
мощность - это та мощность, которая
потребуется для запуска прибора. Обычно
такая мощность требуется на короткое время
до нескольких секунд, после чего прибор
переходит в режим обычного потребления
(выходная мощность).
Преимущества инверторов с чистой синусоидой выходного тока 220 вольт:
1. Форма волны переменного тока на выходе инвертора имеет крайне малые величины
гармонических искажений, и практически не отличается от стандартного напряжения бытовой сети.
2. Индуктивные двигатели бытовых приборов, работают быстрее, меньше нагреваясь.
3. Меньше шума в таких приборах, как, фены, аудио-усилители, факсы, игровые приставки и т. д.
4. Меньшая вероятность зависания компьютера, ошибок печати принтера, перебоев и шума
монитора.
5. Надежная работа следующих приборов, которые не будут функционировать с током
модифицированной синусоиды:
• Лазерный принтер, копир, магнито-оптический дисковод
• Некоторые портативные компьютеры
• Некоторые лампы дневного света
• Электроинструменты с транзисторами и переменной скоростью вращения
• Некоторые зарядные устройства для беспроводных электроинструментов
• Приборы, контролируемые микропроцессорами
• Швейные машинки с переменной скоростью двигателя и с микропроцессорным контролем
• Некоторые медицинские приборы, например, кислородные концентраторы
www.energia-verde.ru
14
ПРАВИЛЬНЫЙ СИНУС ИЛИ МОДИФИЦИРОВАННЫЙ?
Некоторая аппаратура критично относится к форме сигнала. Это техника, которая,
чувствительна к разного рода помехам, либо аппаратура с трансформаторными
источниками питания, компрессоры, электродвигатели, насосы и пр. Приборы, которые
совсем не чувствительны к форме сигнала — это нагревательные приборы, лампы
накаливания, приборы, которые имеют импульсные источники питания (компьютеры,
ноутбуки, цифровые телевизоры). Когда работает инвертор с модифицированной
синусоидой, в электросеть попадает больше количество помех, поэтому медицинская
техника и системы связи могут работать нестабильно. Появляется неблагоприятное
явление, влияющее на трансформаторы и электродвигатели: устройство начинает греться,
снижается КПД.
Инверторы с модифицированной синусоидой будут работать с большинством
электроприборов. Если Ваша задача - обеспечить бесперебойное питание для домашнего
освещения, телевизора, холодильника, то инвертор с модифицированной синусоидой будет
наиболее экономичным решением, но без гарантии совместимости со всеми приборами.
Инверторы чистого синуса выдают более чистый ток и, соответственно, имеют более
высокую цену.
Обычный тестер может давать погрешность 20-40% при замере
напряжения квази-синусного инвертора. Для корректного замера
используйте тестер «эффективного значения», называемый также
тестером «среднеквадратичного значения» или «TRUE RMS». Такой
прибор значительно дороже обычных дешевых мультиметров, но
только он может показать корректное напряжение инвертора с
модифицированной синусоидой.
В некоторых системах бесперебойного питания коттеджей инверторные системы питания
могут быть дополнены генератором для подзарядки аккумуляторных батарей и достижения
более длительной автономной работы. Некоторые высокотехнологичные инверторы имеют
встроенные реле управления запуском генератора, которые позволяют включать или
выключать генератор по требованию заряда АКБ.
www.energia-verde.ru
15
СБОРКА (МОНТАЖ) СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Компания «Вердес» производит установку и гарантийное обслуживание.
Профессиональный монтаж - необходимое условие для бесперебойной и эффективной
работы солнечной электростанции.
Монтаж, как правило, осуществляется в течение нескольких дней после заказа и длится от
нескольких часов до нескольких дней, в зависимости от объѐма работ
При монтаже солнечных панелей необходимо учитывать многие факторы для того, чтобы
выработка электроэнергии была наиболее эффективной и безопасной:

Электро- и пожаробезопасность.

Выбор места, максимально освещаемого солнцем

Монтаж панелей под нужным углом.

Надежность крепления.

Использование качественных материалов.

Защита от вандализма.
Любое дорогостоящее оборудование требует правильной установки, бережного ухода и
аккуратной эксплуатации.
Расчѐт стоимости и полную информацию об установке солнечных батарей вы можете
получить у наших специалистов.
www.energia-verde.ru
16
Мы надеемся, что информация, представленная в этой брошюре, оказалась Вам полезной.
Чтобы узнать больше, или получить детальный расчѐт - свяжитесь с нашими специалистами
по телефонам
+7(905) 222-7463 и +7(911) 926-5161
по электронной почте:.
mail@energia-verde.ru
Более подробные статьи, ассортимент продукции и цены Вы найдѐте на нашем сайте:
www.energia-verde.ru
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
www.energia-verde.ru
17