Нужны ли аккумуляторы в системе электроснабжения?

Если вы планируете систему электроснабжения с солнечными батареями, у вас есть выбор — сделать ее без аккумуляторов, или с аккумуляторами. Для правильного выбора необходимо ответить на следующие 3 вопроса:

1. Как часто у меня бывают перерывы в электроснабжении?
2. Как долго бывают типичные аварии в электросетях?
3. Насколько аварии в сетях влияют на мою жизнь?

В большинстве мест, где сети новые, перерывы в электроснабжении бывают редко и ненадолго. Исключение составляют изношенные сети, сельские сети, а также удаленные районы с протяжёнными сетями. В этих случаях вероятность повреждения линий электропередач (ЛЭП) и аварий на линиях резко возрастает. Причинами могут быть как перегрузка оборудования, так и природные явления — бури, ураганы, ледяные дожди, мокрый снег и т.п. В удалённых местах сетям требуется больше времени, чтобы устранить неполадки. Более того, электросети обычно в первую очередь чинят неполадки на участках, которые питают много потребителей, а если ваш участок ЛЭП питает только несколько домов и они расположены достаточно далеко — вы можете ждать ремонта довольно долго.

Более важно учитывать длительность перерывов в электроснабжении, чем их частоту. При перерывах, скажем, менее 15 минут, обычно ничего страшного не происходит — вам только нужно иметь бесперебойник для своего компьютера, чтобы не потерять данные. Если же перерывы в электроснабжении растягиваются на полдня-день и более, то вам необходимо установить аккумуляторную систему бесперебойного электроснабжения, которая обеспечит вам энергию для системы отопления, насосов, освещение и других важных потребителей. Желательно иметь в составе такой системы и солнечные батареи или ветроустановку. Если же перерывы в электроснабжении превышают несколько дней, то вам обязательно нужен дополнительный источник энергии — солнечные батареи и/или ветрогенератор,- а также резервный жидкотопливный генератор.

Конечно, очень важно, как сильно влияют перерывы в электроснабжении на ваш стиль жизни. Если сеть пропадает несколько раз в год на несколько минут и переустановить часы не является для вас большой проблемой — то безаккумуляторная система солнечного электроснабжения — как раз то, что вам нужно. Более того, некоторые люди рассматривают нечастые перерывы в электроснабжении как развлечение — можно устроить раз-два в году ужин при свечах вместо того, чтобы в течение всего года заботиться о состоянии аккумуляторной батареи.

С точки зрения производительности, безаккумуляторная система производит больше электроэнергии, чем аккумуляторная. Во-первых, часть энергии будет теряться на заряд-разряд аккумулятора (до 20%), часть энергии теряется в менее эффективных батарейных инверторах и контроллерах заряда. См. более подробно здесь. Однако, вследствие того, что в солнечных аккумуляторных соединенных с сетью системах аккумуляторы редко сильно разряжаются, то выигрыш по сравнению с аккумуляторными системами может быть не более, чем 5-10%. А вот ветряные соединенные с сетью системы могут значительно превосходить в выработке батарейные системы — см. ниже.

Если безаккумуляторная система — это то, что вам нужно, то следующий вопрос — какой источник энергии использовать — солнце, ветер или текущую воду?

По сравнению с батарейными соединенными с сетью системами, безаккумуляторная система может быть дешевле на 40-50% за счет отсутствия аккумуляторов и связанных с ними частей системы. Кроме существенных капитальных вложений при установке батарейной системы, нужно менять аккумуляторы примерно каждые 7-8 лет. Это еще более снижает привлекательность соединенных с сетью батарейных систем. Более того, очень трудно предсказать стоимость АКБ через 7-8 лет, т.к. стоимость свинца за последние несколько лет возросла в 3 раза (после ее падения во время кризиса 2008 года цена постоянно растет и сейчас она превысила предкризисный уровень).

Типичная схема соединенной с сетью фотоэлектрической системы электроснабжения

Безаккумуляторные сетевые системы обычно рассчитаны на высокое напряжение. Это существенно снижает требования к сечению проводов и, соответственно, уменьшает их цену. Можно повысить эффективность батарейных систем за счет применения MPPT контроллеров, а также запрета на подзаряд аккумуляторов в ночное время (без этой функции АБ будут заряжаться ночью от сети). Другой вариант — использовать сетевые инверторы вместо контроллеров заряда совместно со специальными батарейными инверторами, которые могут заряжать АБ с выхода (Xtender, SMA Sunny Island, Rich Electric, МАП Энергия Гибрид — см. раздел Инверторы для более подробной информации об этих инверторах).

Существуют 2 основных способа построения резервно-сетевой фотоэлектрической системы.

1. С использованием контроллеров заряда постоянного тока и батарейных инверторов, которые могут направлять излишки солнечного электричества в сеть, если аккумуляторы полностью заряжены. К таким инверторам относятся последние модели инверторов Outback (с буквой G в названии — grid-interactive), инверторы Xantrex XW, SMA, Steca Xtender.
2. С использованием сетевых фотоэлектрических инверторов и специальных батарейных инверторов, которые могут не только направлять излишки энергии от АБ в сеть, но и заряжать АБ с выхода инвертора. Т.е. сетевой инвертор присоединяется к выходу (а не ко входу) батарейного инвертора. Это позволяет существенно снизить потери в системе и повысить выработку энергии. Более подробно — см. на страничке Автономные и резервные системы электроснабжения с соединением на стороне переменного тока

Во втором случае резервная система может быть преобразована из сетевой безаккумуляторной системы. Т.е. есть возможность сначала установить сетевые инверторы и солнечные батареи, а затем, в случае необходимости обеспечивать резервное электропитание, добавить батарейный инвертор с аккумуляторами. При этом не понадобится менять проводку и перекоммутировать солнечные батареи.

Более подробно по схемотехнике систем электроснабжения с солнечными батареями можно почитать в статье «Методы построения систем«

Соединенные с сетью ветроэлектрические установки — это наиболее быстро развивающийся сегмент рынка малых ветроустановок. Теперь ветроустановки могут использоваться не только в автономных системах, но и в обычных, соединенных с сетью, домах.

Те же самые аргументы по необходимости использования аккумуляторов в системе, которые были приведены для солнечных систем, можно отнести и к ветроэлектрическим системам. Большинство ветротурбин, рассчитанных на работу параллельно с сетью, имеют выходное напряжение гораздо выше, чем у ветротурбин, рассчитанных на работу с аккумуляторами — это обычно более 200В против 12-48В. Такое высокое напряжение также позволяет уменьшить сечение соединительных проводов и уменьшить их стоимость.

Вследствие большей неравномерности выработки энергии у ветрогенераторов по сравнению с фотоэлектрическими модулями, соединенных с сетью ветрогенераторы могут выработать гораздо больше энергии, чем соединенные с аккумуляторами. Также, большинство соединенных с сетью ветрогенераторов используют инверторы со слежением за точкой максимальной мощности, что может повысить выработку ветроустановки на 20-50%!

Есть несколько типов инверторов для соединенных с сетью ветроустановок. Наиболее известные — SMA Windy Boy, которые являются модификацией успешного фотоэлектрического инвертора Sunny Boy. Эти модификации позволили успевать отслеживать резкие колебания в выработке энергии, присущие ветроустановкам.

Windy Boy требует применения дополнительного устройства между ветротурбиной и инвертором, которое защищает его от перенапряжений. Обычно это устройство с выпрямителем и контроллером балластной нагрузки, которые направляет излишки энергии на нагреватель. Вероятность перенапряжения может возникнуть если ветер сильный, а сеть пропала и не может принять излишки энергии. Также, контроллер необходим для запуска ветрогенератора, когда инвертор еще не включен на генерацию в сеть и до достижения устойчивой выработки используется ШИМ для поддержания напряжения в пределах допустимого. Некоторые турбины используют механические регуляторы для поддержания напряжения в пределах допустимого.

Типичная схема соединенной с сетью ветроэлектрической системы электроснабжения

Решение о типе вашей системе электроснабжения должно приниматься исходя из ваших конкретных потребностей. Конечно, безаккумуляторная система электроснабжения с солнечными батареями и/или ветроустановкой будет существенно дешевле и надежнее, и потребует гораздо меньших затрат на техническое обслуживание и поддержание системы в работоспособном состоянии. Однако реалии централизованного электроснабжения в России таковы, что резервное электроснабжение необходимо в большинстве случаев. Исключением может быть дом в городской черте, но обычно солнечные батареи устанавливают за городом.

Поэтому, даже если вы устанавливаете систему соединенную с сетью, резервное электроснабжение все равно вам будет необходимо. Наши специалисты помогут рассчитать вам оптимальную систему и подобрать оборудование, которое за минимальные деньги обеспечит вам как экономию электроэнергии, так и электроснабжение во время аварий в электрических сетях. Заполните форму заявки «Подберите мне оборудование» и получите квалицифированное коммерческое предложение в кратчайшие сроки.