120 кВт резервной энергии или Как запитать усадьбу от энергии солнца

Начну с того, что расскажу немного об истории создания этой СЭС. Территориально объект находится в Краснодарском крае, где сама природа располагает пользоваться энергией солнца. Кроме того, в Краснодарском крае существует проблема с электропитанием в летние месяцы: из-за жары все начинают усиленно пользоваться кондиционерами и холодильными установками, тем самым повышая нагрузку на электросети. А сами электростанции тоже находятся в тяжелых условиях: повышенная нагрузка, да плюс высокие температуры - вот и случаются аварии и временные отключения.
Итак, собственник решил обезопасить свой дом и приусадебное хозяйство от таких перебоев с электроэнергией. Была поставлена задача обеспечить автономное электроснабжение на период до 3 часов. Практика показывала, что энергетики, как правило, за такой срок успевали провести все работы и восстановить подачу напряжения.

Шаг 1. Резервируем питание
Таким образом, было решено установить автономные инверторы с аккумуляторами. Расчет велся на полноценное резервирование всей усадьбы в полном объеме на период 3 часа. Так как этот период мог быть больше, было решено добавить к автономным инверторам дизель-генератор.

Шаг 2. Пользуемся энергией солнца
Вполне логично, что после установки автономных инверторов, следующим шагом было добавление солнечных панелей. Таким образом, можно было, без оглядки на отсутствие внешней сети, пользоваться электроэнергией. Наверное, пришло время технической информации.

Технические характеристики
Солнечные модули: Микроморфные, Pramac (Швейцария) 125Вт х 360шт.
Установленная мощность солнечных модулей: 45кВт
Солнечные контроллеры: КЭС DOMINATOR MPPT 200/100 200В 100А х 9шт.
Инверторы: MAP DOMINATOR 20кВт х 6шт (3-х фазная система по 2 МАП на фазу)
Суммарная мощность инверторов: 120кВт
Аккумуляторы: Панцирная сборка 8PzS960 960Ач 48В с пробками рекомбинации водорода х 6шт
Общая емкость АКБ: 5760Ач, 276кВт*ч
Дизель-генератор: JCB G115QS 90кВт с автоматическим управлением.

Как это работает?
Микроморфные Солнечные батареи имеют одну особенность: КПД у них чуть больше 9%, но при этом они захватывают инфракрасную часть спектра, а значит, способны давать большее энергии на восходе, закате и во время облачности. Кроме того, каждая солнечная батарея выдает до 100В напряжения и обладает мощностью 125 Вт. Благодаря этому была решена задача отказоустойчивости: все панели соединены параллельно и разделены на 18 сегментов. Соответственно, в каждом сегменте получилось 20 панелей, отдающих 2,5 кВт мощности. Так как панели расположены в два ряда, то получились приличные по длине магистрали. Здесь пригодился СИП провод, который обладает достаточным сечением при доступной цене. и при выходе из строя одной панели, остальные 19 продолжают работать. А если произойдет перебой магистрали, то из работы выпадет только один из 20 сегментов, так что потери будут несущественны.

Каждые два сегмента панелей, то есть суммарно 5 кВт, обрабатываются одним солнечным контроллером КЭС DOMINATOR MPPT 200/100, последняя цифра 100 обозначает максимальный ток. При напряжении аккумуляторной сборки 48В, такие контроллеры работают на пределе, но хорошее оребрение и дополнительные кулеры позволили решить проблему нагрева.

Далее энергия от солнечных контроллеров поступает на аккумуляторную сборку напряжением 48В. Использованы панцирные аккумуляторы емкостью 960А*ч по 2В с пробками рекуперации водорода. Общая емкость сборки составляет 5760 А*ч, а если перевести в энергию, то это порядка 276 кВт*ч, если разрядить аккумуляторы полностью. Все аккумуляторы подключены к мощным токоведущим шинам и это хорошо видно на фото.

К аккумуляторам подключены инверторы МАП DOMINATOR 48В 20кВт. Их подключено 6 штук в трехфазном исполнении, то есть с каждой фазы можно снимать мощность до 40 кВт. Так как в хозяйстве есть немало трехфазных потребителей, то было поставлено условие обеспечить именно трехфазную сеть : тут и насосы, электроинструмент и даже бытовая мощная электроника. Инверторы работают в режиме подкачки энергии от солнца и соединены по шине I2C с солнечными контроллерами. В результате, хозяйство в полной мере использует энергию солнца, а недостающую мощность добирает от сети.

Есть отдельный распределительный щит, в котором коммутируются все входящие и исходящие линии. Имеется собственная подстанция мощностью 100КВА, дизельный генератор на 90 кВт с системой автозапуска и система коммутации.

На данный момент система работает следующим образом:
1. Используется максимум энергии солнца, а недостающая мощность добирается от внешней сети
2. Если внешняя сеть отключается, незаметно для хозяев, система переходит в автономный режим. Используется энергия солнца и недостаток компенсируется от аккумуляторов.
3. Если внешнее питание не появилось, солнца нет (ночь или пасмурно), а заряд аккумуляторов подходит к заданному пределу, автоматически запускается дизель генератор, который транзитом подает энергию на все хозяйство, а инверторы в это время заряжают аккумуляторы.
4. Как только возвращается внешняя сеть, дизель-генератор отключается и система переходит в стандартный режим работы.
Так как солнца в Краснодарском крае много, генератор запускается крайне редко - хватает мощности солнечных панелей и заряда аккумуляторов.

Удаленное управление
Так как система довольно мощная, могут возникать коллизии, да и мониторить состояние такой системы будет нелишним. В состав инверторов МАП DOMINATOR входит программно-аппаратный комплекс "Малина", который позволяет удаленно мониторить каждый из инверторов и даже вносить изменения в настройки. За время, пока я писал эту статью, был запущен облачный сервис Малина, который позволяет всем владельцам таких инверторов получать актуальную информацию о своей энергосистеме, даже если дом не имеет белого IP - инвертор сам подключается к серверу и отправляет туда данные.

Особенности эксплуатации
Команда проектировщиков применила несколько интересных решений, которые сходу не кажутся очевидными, но которые позволили неплохо сэкономить. Например, вся система собрана в небольшом утепленном вагончике, который летом все-таки неплохо нагревается. Что удивительно, но оказалось экономически выгоднее организовать приточно-вытяжную вентиляцию, которая работает по принципу аэротрубы, нежели ставить систему кондиционирования.

Заключение
Данная солнечная гибридная электростанция спроектирована с хорошим запасом мощности. На данный момент выработка от солнечных панелей может составлять до 300 кВт*ч в день, а усадьба потребляет всего 200 кВт*ч в день. То есть имеется запас в целую треть - это позволяет, как добавить потребителей без внесения каких-либо изменений, так и на довольно продолжительный период отказаться от внешней электросети - энергии от солнечных панелей хватит для того, чтобы компенсировать постоянное потребление и зарядить подсевшие за ночь аккумуляторы. К сожалению, стоимость энергии из аккумуляторов выше сетевой, так как количество их циклов ограничено, поэтому пока выгоднее ночью питаться от внешней электросети (да и ночной тариф выгоднее дневного). И приятно, что большинство составляющих этой энергосистемы произведено в России: значит, не все пропало, если даже такие системы строятся на наших комплектующих.
Если интересна тематика солнечных электростанций, то я также могу рассказать про менее мощные "дачные" решения. Рад любым комментариям и до встречи!