(3) Продумане безперебійне живлення для автономного способу життя
У цій статті ми хочемо поділитися досвідом і розповісти, як створити автономне електропостачання для заміського будинку за допомогою сонячного інвертора, сонячних панелей, літій-фосфатно-залізних акумуляторів, бензинового або дизельного генератора і системи автоматичного резервування. Мова йде не про технічні характеристики, а про досвід створення автономної системи, її конфігурації та трансформації, а також враження від використання.
Розглянемо конкретний приклад:
Заміський будинок площею 300 квадратних метрів, трифазний ввід, триполюсний автомат С40, контрактна потужність 20 кВт у трьох фазах. Опалення - газовий котел. Водопостачання - свердловина.
Потреба в незалежному електропостачанні виникла з початком російських атак на нашу енергосистему восени 2022 року. Ми вирішили встановити систему на гібридному сонячному інверторі, який має розширені можливості конфігурації і дозволяє підключати сонячні панелі, щоб не сидіти весь час на генераторі і економити електроенергію від ДТЕК.
Щоб зменшити витрати, в системі використовується однофазний інвертор замість трьох, а також набір контакторів, які в разі втрати однієї з фаз об'єднують всі три фази в будинку в одну і підключають будинок до виходу інвертора. Таким чином, одна і та ж фаза, згенерована інвертором, розподіляється по всьому будинку. Також важливо не забути забезпечити автоматичне відключення трифазних споживачів, якщо такі є, за допомогою трифазних реле контролю напруги. При наявності всіх 3 фаз зовнішньої електромережі інвертор працює на одній фазі (фаза Б), до якої підключені всі основні електроприлади в будинку, споживання яких компенсується сонячними панелями протягом дня. Ми не виділили пріоритетну мережу для автономного живлення електроприладів у будинку; за відсутності мережевого живлення інвертор живить весь будинок, а його мешканці вже розуміють, що в такому режимі не варто користуватися зайвими приладами, щоб не розряджати акумулятори швидко.
Обладнання що використовувалося
Сонячний інвертор Provolt GI-8000-48 2MPPT Parallel однофазний, робоча потужність 8 кВт, краткочасна пускова потужність 16 кВт. Інвертор може бути налаштований для різних режимів використання, розглянемо варіант, в якому він працює у нас: пріоритет використання енергії - спочатку сонце - потім мережа - потім АКБ. Логіка наступна: Спочатку будинок використовує всю сонячну енергію, якщо вона є. Якщо її недостатньо, інвертор додає енергію з зовнішньої електромережі, а якщо її також немає, використовує енергію, накопичену в акумуляторних батареях. Енергія в батареях накопичується переважно вдень, коли є сонячна енергія. Якщо вночі не було мережі, і на ранок батареї розряджені, і на ранок день не сонячний, АКБ заряджаються від зовнішньої електромережі. Якщо ж немає і електромережі, сухі контакти інвертора, при падінні напруги на АКБ, надають команду на автоматику генератора, і генератор запускається. При цьому інвертор відстежує накопичений від генератора заряд, за рівнем напруги на батареї, цей параметр налаштовується певними пунктами в інверторі, і при досягненні, наприклад, 80% заряду, генератор вимикається, щоб не витрачати багато бензину. Будинок продовжує живитися від АКБ, в очікуванні або сонця або зовнішньої електромережі, при отриманні яких навантаження в будинку перемикається на це джерело, і паралельно, батарея починає заряджатися. І так по колу: інвертор живить будинок то від сонця, то від мережі, то від АКБ, а в екстремальних випадках запускає генератор, щоб живити навантаження в будинку і паралельно поповнити запас енергії в батареї.
Для виконання всіх цих функцій гібридний інвертор має безліч налаштувань, які дозволять точно регулювати його роботу за часом, напругами на джерелах живлення, рівнем заряду. Для моніторингу роботи інвертора є Wi-Fi модуль та застосунок, який встановлюється на мобільний пристрій як для iOS, так і для Android. Нам знадобилось немало часу на налаштування взаємодії всієї системи: інвертора, батарей, автоматики генератора та самого генератора.
Другий елемент обладнання - це генератор. У ситуації, коли електрику постійно відключали, а іноді її не було цілий день, і навіть місцеві трансформатори почали виходити з ладу від постійних відключень, без генератора було дуже важко обійтися, і я вважаю, що його обов'язково потрібно включити в автономну систему електропостачання будинку. Влітку, коли дні переважно сонячні і панелі виробляють достатньо енергії протягом дня, щоб задовольнити потреби будинку і повністю зарядити акумулятор, можна обійтися без бензинового генератора. Однак навіть влітку, якщо у вас, наприклад, система поливу працює вночі і насос споживає багато енергії, заряду батареї може не вистачити до ранку (якщо ви використовуєте її без економії, пральну машину, чайник і все інше), і в цьому вам теж допоможе генератор. А як ми знаємо, наш монтаж відбувався восени, тому наявність генератора була обов'язковою, весь район безперервно гудів генераторами. У той час купити генератор було складно, а купити генератор Matari MX11000E ATS з підтримкою автоматики було нелегко. Генератор встановили в гаражі, а вихлоп організували виводити на вулицю через гофровану трубу з нержавіючої сталі діаметром 40 мм і довжиною 1,5 метра. І тут ми зіткнулися з першою проблемою, яка полягала в тому, що генератор не був інверторним. Під час роботи генератора, коли вмикалося і вимикалося будь-яке навантаження в будинку, змінювалися обороти генератора, змінювалася частота струму на генераторі, і сонячний інвертор відмовлявся перетравлювати вироблену генератором енергію в достатній мірі для того, щоб використовувати її для зарядки акумулятора. Іншими словами, інвертор брав енергію з генератора, передавав її в будинок, в будинку все працювало, але інвертор відмовлявся використовувати її для зарядки акумулятора, були короткі моменти, коли він починав заряджати акумулятор, але як тільки в будинку вмикалося або вимикалося будь-яке навантаження, обороти бензинового генератора зашкалювали, частота струму на генераторі знову підскакувала, і інвертор переставав брати енергію для зарядки. В принципі, працювати в такому режимі можна, але доводиться постійно живитися від генератора, оскільки він не заряджає акумулятор, а це не дуже зручно. Тобто генератор працює, споживає паливо, генератор потужний, 7-8 кВт, а навантаження в будинку середнє, скажімо 1-2 кВт, ми могли б взяти з нього ще 3 кВт для зарядки акумулятора, але не можемо! Тому, коли жорсткі відключення електроенергії закінчилися, і ситуація з наявністю генераторів поліпшилася, генератор Matari був замінений на дизельний генератор, який, в принципі, був набагато стабільніший у обертах, і інвертор нормально брав з нього енергію для заряду. Пройшло небагато часу , і в кінцевому підсумку виявилось, що дизель був занадто гучним, звук його роботи та вібрація подразнювали. Ближче до літа дизель замінили на набагато тихіший бензиновий, але вже інверторний генератор Konner&Sohnen KS 8100i Е ATSR. Всі проміжно використовувані генератори були направлені на інші об'єкти замовника. На цьому генераторі ми в кінцевому рахунку і залишились, в нього достатня потужність - до 7 кВт, роз'єм автоматики повністю сумісний з роз'ємом Матарі, не потребувало жодної адаптації. Генератор має економічний режим роботи на низьких обертах для економії бензину, що може бути дуже актуально. Але в нашій автоматичній системі цей режим не вдалося використати, оскільки при відсутності електроенергії та переключенні навантаження на генератор, всі приладу в будинку одночасно включаються, навантаження відразу велике, і генератор не встигає підняти оберти з мінімальних, щоб вийти з економічного режиму і автоматика видає помилку, тому використовуємо його в стандартному режимі - повної потужності. Довелося трішки доробити вихлопну систему генератора, замовити у зварника фланець для переходу на вихлопну гофру діаметром 40 мм, яка вже була зроблена для генератора Матарі. До речі, для герметизації з'єднання фланця та гофри рекомендуємо використовувати цемент для вихлопних систем, у тюбику, який ви знайдете на будь-якому авторинку.
Третій пункт нашого обладнання - автоматика запуску генератора. Спочатку ми використовували ручний перемикач HAGER, але вже незабаром стало зрозуміло, що ходити та постійно включати це все вручну, тим більше, що часто діти залишалися вдома самі, не комфортно, від слова зовсім, було вирішено використовувати автоматику DATAKOM з можливістю дистанційного запуску через додаток для IOS та Android. Для цього автоматика використовує SIM-карту мобільного оператора. Модель автоматики в нашому каталозі: DATAKOM D-200 65A GSM з віддаленим керуванням. Після цього користуватися генератором стало дуже комфортно - ви можете запустити генератор в будь-який час, за допомогою додатка на мобільному телефоні, лежачи на дивані або перебуваючи на іншому кінці планети, якщо це буде потрібно. Ви можете встановити автоматичний режим, і тоді запуском генератора буде керувати інвертор, якщо батарея буде розряджатися, або ж, якщо не хочете, щоб вночі генератор когось турбував, встановіть генератор у режим STOP, і тоді він автоматично не буде запускатися. Все робите з телефону, не треба постійно бігати в гараж. Бонусом ви отримуєте SMS-інформування на телефон про всі події.
Четвертий пункт - сонячні панелі. Зважаючи на те, що взимку, у хмарну погоду, сонячні панелі видають лише 10-15% від їхньої повної потужності, з урахуванням вільного місця на даху та з естетичних міркувань, було встановлено 13 сонячних панелей потужністю 570 Вт кожна від виробника Jinco Solar. Ми враховували, що навіть взимку панелі будуть генерувати близько 0,5 - 1 кВт енергії, що достатньо для підтримки обладнання в будинку, щоб будинок міг бути довгий час автономним.
У перший mppt-стрінг інвертора було підключено 6 панелей, та 7 штук у другому mppt-стрінгу . Нагадаю, що інвертор має 2 стрінги по 4 кВт енергії панелей кожний. Частина панелей була більше звернута до південно-східного напрямку, щоб отримувати більше енергії вранці, і інша частина - на південний захід, щоб збирати більше енергії ввечері. Усі панелі, які об'єднані в один стрінг, підключаються спеціальним кабелем послідовно одна за одною, і кінці подаються на інвертор, спускаються з даху до гаража. Те саме відбувається з другим набором батарей, які підключені до другого mppt-стрінгу.
П'ятий пункт - дві збірки літій-фосфатних (LiFePO4) акумуляторів ємністю 48В 140Ач кожна, що в сумі становить приблизно 14 кВтг запасу енергії. Акумулятори дозволяють мати автономний запас енергії для живлення обладнання потужністю 1 кВт протягом до 14 годин або 500 Вт потужності протягом до 1 доби.
Як ми вже згадували, якщо акумулятори розряджаються до певного рівня напруги, який налаштовується в інверторі, сухі контакти інвертора замикаються, і відправляють сигнал автоматиці генератора для запуску. Зарядний струм в інверторі налаштований так, щоб від мінімального рівня заряду акумуляторів до 80% заряджати їх від генератора за 3-4 години, щоб він не працював довго, і не витрачав багато бензину, не турбував шумом та викидами газів (тут виводимо фрагмент відео з вихлопною трубою працюючого генератора, що виведена через стіну гаража). Така робота була неможливою з неінверторним генератором (інвертор постійно переривав заряд акумуляторів, коли частота струму коливалася через зміну обертів, викликану включенням та вимиканням техніки в будинку), саме тому Matari був замінений на Konner&Sohnen. Також ви можете використовувати дизельні генератори, вони стабільніші у обертах, і частота струму в них не так коливається, що дозволяє інвертору краще "перетравлювати" енергію від генератора. Однак у нашому випадку бензиновий інверторний генератор виявився зручнішим, оскільки його синусоїда та частота ідеальні, він тихіший, компактніший, легший, і вихлоп не так сильно смердить, як у дизельного.
Що стосується використаного обладнання, це, мабуть, все, якщо не враховувати ще кілька трьохфазних реле напруги та контакторів, які відключають потужні навантаження в будинку, які не є критично необхідними, але вимагають багато електроенергії. Також було організовано декілька обхідних перемикачів.
Звісно, було ще дуже багато доробок і переробок, бо одразу планувався просто генератор і ручне перемикання резерву, а вже після стало зрозуміло, що без автоматики вводу резерву не обійтися. А вже згодом прийшло розуміння, що сидіти постійно на генераторі, теж не варіант, і потрібен інвертор з сонячними батареями і накопиченням енергії. Плюс треба враховувати, що все це робилося у будинку, де вже готова вся мережа, і виникало багато нюансів.
Якщо взяти всю вартість робіт, які були виконані для монтажу інвертора, сонячних панелей, кабелів підключення панелей та акумуляторних батарей, вартість металоконструкцій, на яких змонтовані панелі, підняття всього на дах, установку, монтаж та настройку автоматики генератора, щита комутації фаз на виході інвертора, то все це вийшло близько 2500 доларів або 93 000 грн.
Прорахуємо все разом:
Інвертор: 53000 грн (приблизно 1400 доларів)
Генератор: 58299 грн (приблизно 1538 доларів)
Автоматика генератора: 38214 грн (приблизно 1000 доларів)
Сонячні панелі (13 штук): 102000 грн (приблизно 2690 доларів)
Акумуляторні батареї (2 штуки): 184000 грн (приблизно 4864 доларів)
Роботи: 93000 грн (приблизно 2500 доларів)
______________________
Всього: Приблизно 11500 доларів
Звучить дорого? Безсумнівно, так, дорого. Коли це окупиться? Важко сказати, ймовірно, навіть не окупиться зовсім. Системи з акумуляторними батареями - це не про вигоду, а про комфорт. Це про теплий душ зранку, гарячу каву, розігрітий сніданок та інші приємні дрібниці, до яких ви так звикли…
Звіт і висновки: Підбиваємо підсумки.
Якщо ви проживаєте у будинку з такою системою, і виникають тривалі перебої електропостачання, вам іноді треба буде долити бензин у бак генератора, і ви не відчуватимете дискомфорту через відключення електрики. Якщо відключення недовготривалі, то можливо, навіть не буде пускатися генератор, сонце та батареї впораються з завданням.
Якщо це заміський будинок, не для постійного проживання, то тоді, коли вас там немає і живлення відключать, вам не варто хвилюватися за холодильники, газове опалення, сигналізацію, відеоспостереження, нічне освітлення ділянки та інше обладнання в будинку. Велика ємність батареї забезпечить роботу всього цього обладнання вночі, а вдень сонячні панелі забезпечать достатню кількість енергії для живлення обладнання, а також відновлення енергії, яка була витрачена з акумуляторів вночі.. Генератор при цьому буде стояти напоготові, і в разі необхідності він буде запущений, відпрацює на зарядку батареї, а потім вимкнеться автоматично.
Це і є головна мета, якої ми хотіли досягти, побудувавши цю систему - комфортне проживання в будинку під час активних відключень електропостачання, з мінімальним використанням генератора та тривалим повністю автономним забезпеченням потреб будинку, коли в ньому немає нікого. Завдяки батареям LIFEPO4, які забезпечують до 7000 циклів заряду/розряду, система буде служити вам протягом багатьох років.
Коли загрози тривалих відключень не буде, сподіваюся, цей час настане незабаром, інвертор можна буде налаштувати на алгоритм споживання енергії "сонце - батарея-мережа", що дозволить мінімізувати покупку енергії від міських мереж завдяки більш активному використанню батарей.
Якщо вас зацікавила така чи подібна система, або окремі її елементи, ми будемо раді, якщо наша стаття допоможе Вам її зібрати. А якщо ви бажаєте, щоб ми зібрали цю систему для вас, будь ласка, звертайтеся. Ми проведемо огляд вашого об'єкта, підберемо необхідну конфігурацію, здійснимо монтаж, візьмемо обладнання під гарантію.
Також можете подивитися відео-огляд про цю систему:
