Резервное электропитание без батарей

«Можно ли использовать электроэнергию от системы на солнечных батареях, связанной с внешней электросетью (grid-tied), когда электросеть отключена?» Типичный ответ: нет — если у вас нет аккумуляторной системы резервного хранения, которая является более дорогой, чем безбатарейные системы, и требующей регулярного технического обслуживания. Во время нарушения внешнего электроснабжения, большинство инверторов, спроектированных для работы с аккумуляторами, делают недоступной энергию от солнечных батарей.

Новый инвертор от «SMA America» может обеспечить работу нагрузки без батарей.

Рассмотрим элетросистему на солнечных батареях типовой американской семьи Джеффа и Кэти Болл. Их элеткросистема не испытывает частые перебои с внешней электросетью и не имеет критически важных электроприборов, но проектировалась таким образом, чтобы максимально использовать поступающую энергию солнца. Суммарная стоимость солнечной энергосистемы с батареями составила бы около $ 24 475, из них около $5000 пришлось бы на аккумуляторы, которые необходимо было бы менять через несколько лет. Безбатарейная система, связанная с внешней электросетью обошлась в $ 19000.

Также ещё одним сдерживающим фактором использования аккумуляторов является понижение КПД системы. При использовании прямого преобразования инвертора КПД достигает 94-97%, в то время как преобразование от батарей 91-93%. Стандартный контроллер заряда аккумуляторных батарей теряет еще 1-2%, что делает фотовольтаическую систему с аккумуляторами менее выгодной. В год система мощностью до 5 кВт, может терять до 340кВт*ч за счет дополнительных потерь.

В семью Джеффа и Кэти Болл для бета-тестирования был предоставлен новый инвертер SMA America’s Sunny Boy TL-US. Во время отключения внешней электросети этот инвертер может обеспечить домашнюю электросеть мощность около 1500 Вт (при 120В переменного тока) без подключения к аккумуляторным батареям.

Инвертерные инновации

Время от времени, происходят небольшие технологические достижения, которые имеют большое влияние на солнечную энергетику. Новый инвертор TL-US является как раз одним из тех небольших, но значительных успехов.

Этот инвертор имеет все новейшие функции — широкий входной диапазон напряжений постоянного тока, бестрансформаторное устройство, что приводит к повышению эффективности преобразования по сравнению с трансформаторными инверторами, наряду с уменьшением общего веса, что делает положительно сказывается на более простой и безопасной установке. Два входа MPPT инвертора позволяют разделить массивы солнечных панелей, которые должны быть разделены, уменьшая последствия возможного затенения части панелей, рассогласования, и повышая гибкость размещения массивов панелей. Но самое главное отличие, что этот преобразователь (модели серии : 3 , 3,8 , 4 и 5 кВт) имеет функцию «безопасного питания» (SPS — Secure Power Supply) . Учитывая явные преимущества функции SPS, не будет сюрпризом, что и другие производители инверторов введут схожий функционал в своих будущих моделях.

Модель инвертора TL-US  похожа на японские модели, которые были разработаны после катастрофы АЭС в Фукусиме, чтобы обеспечить небольшое резервное электропитание в случае выхода основной электросети из строя. Инвертор SPS был разработан специально для зарядки небольших электронных устройств, таких как сотовые телефоны и ноутбуки. Модели TL-US и TL- JP  дебютировали в течение нескольких месяцев, в японской версии будучи первыми на рынке.

Несмотря на то, что технология все функции SPS интегрированы в инвертер, требуются дополнительные цепи, смонтированные около инвертора. Это включает в себя настенный приемник, переключатель и увязывающую проводку. Дополнительные затраты на монтаж и материалы на систему SPS в значительной степени зависят от места желаемого выхода SPS от расположения инвертора. Ограничений относительно того, как далеко от инвертора установлен на выход SPS нет, хотя падение напряжения нужно все-же учитывать. Если цепь SPS находится на значительном расстоянии от инвертора, сечение провода, возможно, потребуется увеличить для устранения падения напряжения.

В доме Джеффа и Кэти Болл выход SPS был расположен в технической комнате, расположенной в доме, но около 15 метров от инвертора. Дополнительные расходы для прокладки проводки SPS составила $ 400 , включая все работы и материалы.

Американская семья Джефф и Кэти Болл

Американская семья Джефф и Кэти Болл

Как это работает

Системы на солнечных батареях с аккумуляторами, связанные с внешней электросетью, автоматически переключается на резервную нагрузку во время отключения внешней электросети. В отличии от нее, схема SPS должна управляться вручную. После того, как инвертор получает сигнал от коммутатора SPS , он инициирует 45 -секундный процесс запуска SPS, который включает в себя самопроверки устройства AFCI (защитный противопожарный прерыватель, срабатывает при наличие дуги от коротких замыканий). После того как процесс запуска произведен, инвертор отображает , что он находится в автономном режиме , что означает, что он изолирован от сети и схема SPS находится под напряжением. Далее инвертор SPS отображает количество потребляемой нагрузкой энергии.

Схема безопасного источника питания SPS (Secure Power Supply)

Схема безопасного источника питания SPS (Secure Power Supply)

Инвертор использует встроенный конденсаторный массив для временного гашения напряжения от солнечных батарей, изменяя его внутреннее сопротивление и действуя как контролер тока, чтобы обеспечить стабильное напряжение. Изменения в инсоляции вызывает и изменения выходной мощности панелей, от которых будет зависеть, сколько энергии будет доступно для схемы SPS. Если нагрузка на цепи SPS превысит 1500 Вт или мощность поставляемую солнечными панелями, инвертор отключится от SPS, а затем попытаться восстановить подключение каждые 20 секунд, пока размер нагрузки не будет целесообразным.

На фото дисплей инвертера в режиме автономного питания, При этом система снабжает 42 Вт на нагрузку.

На фото дисплей инвертера в режиме автономного питания. При этом система выдает 42 Вт на нагрузку.

При ограниченном выходе 1500 Вт, нагрузкой могут быть устройства связи (сотовые телефоны , маршрутизаторы и т.д.) или освещение. Тем не менее, если солнечные батареи будут поставлять хорошее питание в течение всего дня , схема SPS потенциально может быть использована для больших нагрузок, при условии, что предел 1500 Вт не превышается. Это означает, что в светлое время суток, вы можете питатьь небольшой холодильник или запустить телевизор и развлекательную систему. Есть, конечно, много нагрузок, которые превышают 1500 Вт возможности инвертора: отопление помещений, электроинструменты и электрические водонагреватели. Очень важно, чтобы владельцы системы знали ограничения системы SPS и могли, например, составить список приборов, которые могут работать во время автономной работы и разместить его рядом с выходом SPS.

После того, как внешняя электросеть восстановится, переключатель SPS должен быть вручную  переключен с инвертора, чтобы перезапустить связь своей и внешней электросети. В противном случае, схема SPS будет удерживать инвертор в режиме «автономной сети», и, следовательно, препятствуя подачи солнечной энергии во внешнюю электросеть.

Является ли SPS подходящей Вам?

Несмотря на то, что технология SPS имеет ограниченное применение в сравнении с системами с аккумуляторными батареями, технология SPS имеет большое конкурентное преимущество.

Внешний вид SMA инвертера

Внешний вид SMA инвертера

Но сначала необходимо решить, подходит или нет SPS под ваши потребности в качестве резервного источника питания. Поскольку в доме Джеффа и Кэти Болл не имеется критических нагрузок, которые должны работать во время отключения электросети, и нет частых отключений внешней сети, схема SPS достаточна для удовлетворения своих потребностей. С другой стороны, схема SPS может слишком ограничивать тех, кто хочет систему питания, которая может работать в любое время суток и не ограничиваться мощностью солнечной радиации, доступной на момент сетевого отключения. Для тех, у кого уже есть система солнечного электроснабжения, связанной с электросетью, но кто всегда был недоволен невозможностью использования солнечной энергии во время отключения внешней электросети, это может быть возможным , чтобы обновить свою систему , заменив их инвертор на новую модель TL . Возможность такой модернизации будет зависеть от способности системы, конфигурации массива солнечных батарей, и, конечно же , из соображений стоимости .

Система SPS и ноутбук, который отображает совокупные данные солнечной системы.

Система SPS и ноутбук, который отображает совокупные данные солнечной системы.

Будь то 3 , 3,8 , 4 или 5 кВт модель , каждый инвертор TL может перенаправить в дом 1500 Вт солнечной энергии . Если владелец системы хочет большую резервную мощность, он может рассмотреть возможность деления своего массив панелей на подмассивы с использованием отдельных TL инверторов. 5 кВт система солнечных батарей в доме Джеффа и Кэти Болл подключена в две линейки по 10 фотоэлектрических модулей. Вместо установки одного 5 кВт TL инвертора, на каждый массив солнечных батарей был установлен отдельный инвертор 3 кВт TL, давая им две 1,5 кВт SPS схемы. Конечно , стоимость установки двух 3 кВт инверторы будет больше, чем стоимость одного 5 кВт инвертор , но , учитывая обстоятельства , это вариант стоит рассмотреть.

Источник: homepower.com

Добавить комментарий


Почитать ещё по теме:


Созданы солнечные батареи, превращающие инфракрасное излучение в электричество
solar battery tungsten dieselenide
Ультратонкие, прозрачные, гибкие солнечные батареи из диселенида вольфрама
Mineral-perovskit
Минерал перовскит делает солнечную энергию дешевле
Солнечные водяные насосы
ТОП-15 крупнейших производителей солнечных батарей по итогам 2012г.

Template design by Joule Watt © 2014 Домашняя энергетика