Запад России. Дом с солнечными панелями

Однажды в FB под интересной статье Александра Чачавы про его опыт работы с Теслой я упомянул про солнечную электростанцию. Оказалось, что многим интересно и меня просили поделиться опытом. Делюсь
Мне казалось, что писать особенно будет не о чем и статья получится короткой. Но получилась много букв, картинок и ссылок.




Идея жить на солнечной энергии

Решил я сделать у себя в доме солнечную электростанцию и научиться полностью обеспечивать себя электричеством. Плана сэкономить или заработать, как делают это немцы, я себе не ставил. Мне просто понравилась идея жить на солнечной энергии ну и проект показался мне интересным.

Дом у меня находится в городе. Перебоев с электричеством не случается, ну или крайне редко. Необходимости в резервном генераторе нет. Но ведь интересно попробовать, может ли дом жить полностью автономно на солнечной энергии в нашей полосе.

Начал собирать информацию. В тот момент, мне кажется, моя супруга еще не до конца поверила, что я это все серьезно затеваю . Да и я еще не знал, что из этого может получиться толк.

Первый поиск информации много ответов не дал. Живых проектов в России очень мало. Кто-то что-то делает, но только как дополнительные источники питания и на нескольких панелях. В основном солнечные электростанции создают компании или госструктуры, частных проектов очень мало в стране. Много проектов нашел в Украине. Но это сильно южнее и солнечнее.

В поездках по Германии я много видел домов, на крышах которых стояли солнечные панели. Сестра моей жены, Юлия, замужем за немцем и живет в Берлине. Ее муж, Кристоф, предприниматель и занимается альтернативной энергетикой. У Кристофа я подробно узнал, как это все устроено в Германии. Немцы чаще всего делают солнечные электростанции для выгоды. Они просто зарабатывают на государстве, которое платит особый высокий тариф за выработку солнечного электричества. Даже кредитные линии в банках под такие проекты были. Но самый главный вывод я для себя сделал. На широте Калининграда можно обеспечивать себя солнечной энергией. Я начал подбирать оборудование.

Выбор оборудования

Для реализации проекта в Калининграде я выбрал компанию АЭС-Центр http://aes-center.ru/ . Их сайт оказался на Битриксе. Я давно уже заметил, что это хороший индикатор адекватности руководства Кстати, совершенно не ошибся. Ребята оказались профессиональными и честными. А еще, когда курс евро полез в гору в конце прошлого года, они сами предложили фиксировать низкий курс для завершения проекта. Спасибо Фетисову Виктору, директору компании АЭС-Центр за терпение со мной .

Обычная схема подключения солнечной электростанции выглядит так.

Пластина + инвертор = электричество



Но эта схема не обеспечивает полной автономии. В ночное время электричество потребляется из городской сети. В дневное время избыток электричества скидывается в городскую сеть. Нет аккумуляторов для бесперебойной работы только на солнечной энергии. Но в своем рассказе я еще вернусь к этой схеме, как к одной из самый выгодных и простых в реализации.

Так как я хотел перевести дом полностью на солнечную энергию, к схеме добавились аккумуляторы и контроллер.





В процессе проектирования обсуждалось много разных схем включения электростанции в домашнюю сеть. Некоторых из них мне показались совсем неудобными для урбанизированного человека. В общем, я выбирал вариант подключения, который был бы совершенно незаметен для семьи, чтобы они вообще не должны были задумываться, откуда в розетке электричество и есть ли сейчас солнце .

Солнечные батареи подключаются к Инвертору, который из постоянного напряжения делает переменные 220В. Инвертор подключается к Контроллеру. Контроллер выполняет ключевую распределительную роль. К нему подключается Инвертор от Солнечных батарей, к нему подключаются аккумуляторные батареи и к нему подключается городской электрический кабель. И именно Контроллер выдает в дом 220В для использования.

В общем, все запчасти подключаем к Контроллеру и пусть уже он думает, где брать электричество.

Логика работы такая. Если есть достаточное солнце, Контроллер использует солнце, если солнца нет или недостаточно, он добирает электричество из аккумуляторов, если они пусты, подключает городской источник электричества. Если солнца больше чем нужно дому, Контроллер направляет электричество на зарядку аккумуляторов. Если они заряжены, он направляет излишки электричества в город. В город? Ладно, этот вопрос я на тогда отложил. Фетисов сказал мне, что «Это нереально подключиться к городу, так что будем выкидывать излишки, не парься».

Так получилась схема подключения. Следующим шагом нужно было определиться с мощностью солнечной электростанции и числом солнечных батареи. Сколько брать пластин?

Дом в среднем потребляет 8-10 кВт/час в день. Вычислено делением счета за несколько месяцев на 30 не очень точный метод, но достаточно, чтобы прикинуть, что солнечная батарея должна бы выдать столько энергии за светлое время суток.

Фетисов предложил мне ограничиться 10 пластинами из расчета, что мы будем выдавать 2.5 кВт/час в солнечный день и заряжаться 4-5 часов. Но тут я засомневался. Очевидно, что выработка солнечной энергии напрямую зависит от погоды, от угла наклона пластин к солнцу и он КПД самих батарей. Поворачивать пластины я не смогу, а просто прикреплю их к крыше на южном склоне. Солнце в течение года тоже гуляет по высоте и наклону, погода частенько пасмурная… В общем, я ничего не придумал лучше, как увеличил число пластин до 20 с запасом в два раза от расчетного. И это было правильное решение, как показал потом опыт.

Итак, я выбрал 20 пластин. Разместить получилось 8 на южный склон, 2 на юго-восток и 10 на восточный склон. Можно было на западный, но я выбрал восток - решил, что утром больше солнца и если аккумуляторы разряжены за ночь, то зарядка начнется быстрее.



Потом начал выбирать производителя солнечных батарей. Солнечные батареи бывают двух типов: монокристаллы и поликристаллы. Они так же отличаются качеством произодства. Лучший Grade A. Монокристаллы получше работают в пасмурную погоду. Лидером на рынке является китайская компания Yingli. Они производят больше всего пластин в мире.

Я честно пытался найти российские пластины. Я же видел, что на космических станциях стоят наши Делает НПО Квант Москва. Но сайт их на тот момент был ужасным, информацию я получить не смог, найти поставщиков тоже не смог. Так же я отверг все польские и немецкие варианты. По факту они оказались из китайского кремния или недостаточно эффективными. А кроме кремния в пластинах ничего умного нет.

После изучения кучи обзоров я выбрал Yingli YL270C-30b монокристалы Grade A с КПД 17.2%

Увеличение числа пластин привело к увеличению инвертора странно, да. С инвертором я долго не выбирал. По совету Кристофа и Фетисова я выбрал лидира немецкого рынка компанию SMA и устройство Sunny Boy 5000TL.



Следующий шаг - Контроллер. Штука большая и сложная. По сути все программирование логики работы дома на солнце находится в ней. С фирмой я уже определился, это компания SMA. Первый вариант, который мне предложили, был модель SUNNY ISLAND 6.0H. 6.0 – это пиковая нагрузка кВт, которую устройство может держать минут 30, кажется. А нормальная нагрузка для нее порядка 4 кВт. Как понять, достаточно этого для дома или нет?



Я принялся считать пиковое потребление в доме. Весь дом я давно перевел на диодные ламы. Т.е. освещение берет очень мало, Если вообще все все включить в доме, то максимум 500 Вт будет. Далее большие потребители: электический чайник 2 кВт, электроплита 2Квт, стиралка, Сушилка по киловату. Я хотел, чтобы семья не задумывалась о потреблении и жила как на городоском электичестве. Как я не крутил, получалось, что утром мы можем поставить новую стиралку, ночную закинуть в сушилку, делать завтрак и кипятить воду для кофе. Это не очень частый сценарий, но вполне возможный. Будет не очень хорошо, если дом отключится в этот момент аварийно. Я опять подстраховался и взял модель SUNNY ISLAND 8.0H на 8 кВт в пике и 6 в рабочем режиме. Пока дом ни разу не выключился аварийно из-за пикового потребления.

Аккумуляторы. С ними была еще так головоломка. Опять несколько обзоров, графики живучести и списки производителей. Помогли мои консультанты. Я выбрал гелевые аккумуляторы фирмы MHB модель MNG200-12.

Мое потребление 8-10 кВт/час в день. Я решил взять аккумуляторы из расчета на два дня без выработки солнца. Признаться, я тогда упустил один очень важный показатель. Долговечность аккумулятора напрямую зависит от глубины разрядки. Т.е. если разряжать его не более чем на 30%, то проживут они 1800 циклов, это примерно на 5 лет. Но если разряжать на 100%, то проживут они всего 350 циклов, считай год. Год это совсем немного.

Подключил восемь аккумуляторов и они накапливают примерно 20 кВт/час. Уже после запуска всего проекта у меня перегорал предохранитель перед домом и мы узнали об этом только через два дня. Так что расчет на автономное питание на два дня оправдался. А вот накопление при 30% зарядке обеспечивает всего 5-6Квт/час, что явно окажется потом недостаточным для эффективной работы в полностью автономном режиме.





Нужно отметить, что вообще проблема накопления солнечной энергии является сегодня самой сложной и дорогой в решении. Многие услышали про проект Элона Маска с аккумуляторами. Если его аккумуляторы реально будут жить 10 лет при 100% перезарядке, это будет прекрасно. Мне бы хватило трех таких. Но я пока не нашел никакой информации про число циклов.

В августе схема подключения была готова и оборудование выбрано. К сборке станции АЕС-Центр приступили в октябре. Приехали ребята с альпинистским оборудованием, забрались на крышу и начали монтаж. Собирали и монтировали почти месяц.

Внутри дома я выделил место на чердаке. Там установили Контроллер, Инвертор, шкаф для аккумуляторов (противопожарный). Я запросил поставить автоматическую систему пожаротушения и систему принудительной вентиляции с датчиком.

Так же у меня есть рубильник, которым я могу одним махом переключить весь дом на городскую линию и полностью обесточить солнечную электростанцию. Подстраховался .




Когда все было смонтировано, в один день мы переключили рубильник, и дом отключился от городской электросети и подключился к солнечной электрической станции!

Первый опыт

Итак. Большую часть года я обеспечиваю себя солнечной энергией с большим запасом.
Вот май 2015 года. За месяц я выработал 745 кВт/час, потребил 300 кВт/час. Больше 0.5 Мегавата в плюс.



Вы видите, что в солнечный день станция выдает примерно 30-35 кВт/час, а потребляю я не больше 10 кВт/час. Т.е. летом я вырабатываю 300% необходимой мне энергии.
Вот так выглядит график солнечного дня 6 июня 2015 года. Станция начинает давать энергию уже 7 утра. Пиковая выработка 4+ кВт/час и до 19 часов вечера работает генерация.



Я пишу эту статью 29 ноября. Сегодня был пасмурный день, низкие облака. Выработка составила всего 4 кВт/час примерно 50% от необходимой мне энергии.



А вот весь ноябрь этого года. Я смог себя обеспечить себя солнечной энергией всего на 40%



Весь год выглядит вот так. В августе ошибка в данных. У меня барахлил интернет пока мы были в отпуске и данные не засчитались. Но выработка была лучше июля.



Как вы видите, я обеспечиваю себя на 100% во все месяцы кроме 4 месяцев с ноября февраль. В эти месяцы обеспечение составляет 30-70%.

Подключение к городской электросети

В течении дня основная выработка солнечной энергии приходится на середину дня. А основное потребление на утро и вечер. В течение года максимум генерации приходится на лето, а зимой генерация минимальная.

Накапливать солнечную энергию сложно и дорого. Даже в течение дня излишек энергии некуда накапливать. Не говорю уже о том, чтобы накопить на зиму.

Первоначально мы запрограммировали Контроллер таким образом, чтобы он для дома брал энергию или от солнца или от аккумуляторов при разрядке не больше 40%. В зимний период такой режим работы оказался крайне неэффективным. Да и в летний период такой режим использования аккумуляторов оказался не самым оптимальным. Я терял электроэнергию днем, гонял батареи лишними циклами.

И в этот момент я как-то физически осознал, на сколько это большая проблема с накоплением энергии. Но пока эта проблема не решена, я решил, что нужно попробовать подключиться к городской сети и научиться крутить счетчик в обе стороны.

Подключение к городской сети позволяет использовать город как неограниченный аккумулятор. Любой излишек скидывать в него в любое время и при необходимости забирать обратно.

Я написал в FB просьбу познакомить меня с кем-то из Электросвязи. И о чудо, мне дали контакты одного из директоров Янтарьэнерго Михайлова Леонида Александровича. И я пошел к нему с просьбой подключить мою солнечную Электростанцию к городской электросети и разрешить крутить счетчик в обратном направлении, когда я отдаю энергию городу.

Михайлов Леонид Александрович, директор филиала “Янтарьэнерго”- прекрасный человек и профессионал. Внимательно выслушал меня, удивился всему проекту, понял с чем я пришел. И он захотел мне помогать! Причем сразу объяснил, что будет сложно, структура большая, задача новая, но стоит попробовать. Я написал заявление на подключение и стал ждать. Леонид Александрович неоднократно звонил мне, объяснял где сейчас находится вопрос. Вообще, такого внимательного отношения не встретишь со стороны коммерческих структур, а для большой госкорпорации это вообще удивительно. Когда дело дошло до Энергосбыта, я познакомился еще с одним прекрасным человеком, Алексеем Капыловым. Он тоже приложил все усилия, чтобы подключить меня к городской сети.

Всего пять месяцев ушло на выработку тех. условий по подключению. И вот в августе на пороге моего дома появилась целая бригада Янтарьэнерго. Они сняли старый счетчик и подключили новый, сертифицированный крутиться в обе стороны.

Как выяснилось, переток в городскую сеть выполняется очень просто. В городской сети напряжение 220 В. Мой Контроллер излишки энергии отдает в сеть с напряжением больше 220В (237 В кажется) и электрончики перетекают из моей сети в городскую, как вода в сообщающихся сосудах. Оказалось, что не нужно менять оборудование на подстанциях или вообще в городской сети. (город может принимать энергию!) Просто поставили новый счетчик и размыкатель (защита на случай авариных отключений).

Представьте себе сцену. Восемь мужиков громко радуются и шумят перед домом, когда после подключения к городу счетчик закрутился в обратную сторону .

Мне сказали, что у меня первый дом в России, который официально скидывает электроэнергию в городские сети. Странно, конечно, если это так. Но и радостно, если это так. Надеюсь, что мои тех. условия пригодятся и позволят других подключать значительно проще.

Пока нет еще утвержденных тарифов на покупку энергии у таких как я. А так как это все монополии, то утверждать тарифы сложно. Но я и не жду, что мне кто-то заплатит. Самое главное для меня случилось. Счетчик крутится в обе стороны и город стал моим вторым аккумулятором.

Еще раз хочу сказать спасибо Михайлову Леониду Александровичу. Прямо вот очень круто, что вы есть.

Из текущих проблем с подключеним к городской сети пока остался только курьезный момент . Я не могу занести в учетную системы энергосбыта актуальные значение счетчика. В акте на подключение в конце августа у меня было указано число 14011. Через пару месяцев уже было 13350, что говорит о том, что я генерировал энергии больше, чем потреблял. Но учетный софт не понимает уменьшение и мне приходится вводить пока первоначальное значение счетчика, чтобы получать нулевые счета за электричество. Ну и счета еще не приходят с нулем, какая-то автоматика выставляет про запас. Тут есть еще над чем работать.



Оптимальная конфигурация

Возможность подключения к городской сети принципиально меняет стратегию проектирования солнечной электростанции.

После подключения к городской сети мы перепрограммировали Контроллер. Теперь я не использую аккумуляторы для накопления солнечной энергии. Избыток солнца сразу скидывается в городскую сеть. Когда солнца не хватает, энергия берется из городской сети. Аккумуляторы используются только на случай аварийных отключений электроэнергии. В таком режим ожидания они спокойно проработают 20 лет и не потребуют замены.

Оптимальная конфигурация при наличии технических условий подключения к городской сети будет включать в себя всего два компонента: солнечные панели и инвертор. Всего этого по идее достаточно, чтобы сделать солнечную электростанцию и жить на солнечной энергии. Инвертор сам умеет устраивать переток в городскую сеть. Стоимость всего проекта получится на 50-60% дешевле. Соответственно окупаемость проекта значительно ускорится. У такого подключения будет только один недостаток, он не будет обеспечивать дом бесперебойным и резервным энергоснабжением. Но в городской сети это не так важно, возможно.

Экономическая рентабельность

Меня неоднократно спрашивали, окупится ли когда-то мой проект или нет. Я думаю, что именно мой проект полностью не окупится никогда . Он сделан не для экономии. Ну и я местами сильно перезаложился от нехватки опыта. Хотя, по старому курсу покупки и в условиях подключения к городу, у него есть шанс окупиться за 10 лет.

Солнечные батареи рассчитаны на десятилетия. Потеря эффективности с возрастом незначительная. Надо только не забывать их протирать я делаю это раз в год. На все оборудование гарантия так же лет десять. Аккумуляторы я научился экономно использовать благодаря подключению к городу.

Я уверен, что можно сделать экономически рентабельное подключение, особенно если скидывать энергию в город. Панели и инвертор, вот и все что нужно. 5-7 лет будет вполне достижимый цикл окупаемости.

Возможно в будущем появятся более эффективные солнечные пластины или более надежные аккумуляторы. Я так же уверен, что появятся готовые наборы для перевода дома на солнечную энергетику и можно будет осуществить такой проект и значительно дешевле и значительно быстрее.

В завершении

У меня теперь есть новая привычка. В командировках я открываю мобильное приложение, чтобы узнать был ли солнечным день в Калининграде или нет. И по выработке солнечной энергии и графику я уже представляю, было ли небо безоблачным, с редкими облаками или шел дождь.

В момент публикации этой статьи на улице солнечно и дом работает в плюс на 1.8 кВт. Минус, в данном случае означает плюс



Спасибо моей любимой жене за терпение я испытывал его неоднократно. Особенно круто было зимой после подключения, я был в командировке, перегорел предохранитель на улице и дом, проработав два дня на аккумуляторах, выключился в 2 часа ночи при -20 градусах мороза.

Мне нравится, что мой дом работает на солнце и я больше отдаю энергии, чем потребляю. Возможно, это вообще главный принцип, которым нужно руководствоваться по жизни.

Источник