Полное руководство по установке и расчету солнечных батарей для инверторов для дома

Хотим поделиться с Вами нашим последним кейсом по установке солнечных панелей для обеспечения энергонезависимости офиса, что в равной степени можно организовать в частном доме, на земельном участке, в общем везде, где позволяет территория, причем достаточно небольшая, чтобы установить солнечные преобразователи. И поверьте, это совсем не гектары.
Собственно по самому монтажу рассказывать особенно нечего, тем более, что мы сняли небольшое видео, где все хорошо видно.

Сегодняшний наш рассказ мы больше посвятим цифрам и ответам на распространенные вопросы – про все, что связано с подключением солнечных батарей, а равно как и обо всем комплекте автономного энергообеспечения дома, офиса, куда кроме солнечной батареи, входят еще как минимум инвертор + аккумулятор (очень рекомендуется !) .
Но сначала все-таки мы обязаны сказать несколько слов о самом монтаже.

Наличие необходимой площади

Одна панель имеет размер 1×2 метра. Конечно панели должны быть не как селедка в банке, а иметь между собой небольшое расстояние.

1. Минимальное, чтобы монтажники могли пройти.
2. Ну и чтобы панели сами себя не затеняли, когда солнце уже заходит вечером за горизонт.
3. И вообще, чтобы можно было приходить осматривать периодически панели.

Сразу возникает первый вопрос – а можно ли установить панели самостоятельно ? Мы сейчас все распишем, а Вы сами решите после - можно или нет.

Правильность угла

Этот параметр играет важное значение, чтобы в течение светового дня вы получили от нашего светила максимум лучистой энергии. Хотя, нет, надо уточнить. Абсолютный максимум Вы получите, если панели будут оснащены системой слежения за движением солнца по небосводу (как шляпки подсолнечника поворачиваются вслед за солнцем) и исполнительными устройствами - двигателями для поворота. Тогда на панели будет попадать действительно максимальное количество света. Но такая конструкция будет чрезмерно сложна. Это раз. Не надежна ! Это два. Любой движущий элемент это потенциальный источник неисправности. И конечно же такие солнечные панели будут стоить гораздно дороже.
Этот как раз тот случай, когда как говорится, овчинка выделки не стоит.
Поэтому нужен разумный компромисс. Панели устанавливаются в статическом положении. Которое дает усредненно–максимальное количество энергии. Это что такое ? Мы жертвуем несколькими процентами света (а следовательно и выработанной электроэнергией) из-за того, что панели не поворачиваются вслед за солнцем (где-то немножко недоберем утром или уже под вечер), но зато в за день получаем среднее арифметическое – выжимаем максимум из статического положения. При условии простоты монтажа и грамотного размещения.

Тем более, что как мы дальше увидим, эти несколько потерянных процентов и не играют определяющей роли. Хотя бы потому, что диапазон выходного напряжения от солнечных панелей колеблется от 150 до 450 В и будет там 160 или 430 В, не играет никакой разницы. Это напряжение “плавает" ощутимо в течение дня и без того, поворачиваются батареи или нет. Имеет место элемент случайности. Грозовая туча подошла – вот вам и падение напряжения. Поэтому нужно оперировать усредненными данными.
Кроме того, "плавающее" напряжение в течение дня никак не сказывается на функции остальных элементов системы.

1. Во-первых батарея заряжается гораздо меньшим напряжением. Это 24 или 48 В (в зависимости от модели).
2. Во-вторых, "привык" воспринимать плавающее напряжение и импульсный преобразователь, который преобразует постоянное напряжение от фотоэлементов (меняющее в разы) на входе в переменную синусоиду 220 В на выходе.

Об этом вообще не нужно думать. Этим всем делом рулит электроника. А именно соответственно контроллер заряда батареи.
Итак, возвращаемся к правильности угла наклона. Если брать глобально, то этот угол зависит от страны (ее расположения на земном шаре). Не все страны одинаково щедро обласканы солнечными лучами. Но поскольку у нас страна одна – это Украина, и говорим мы о наших реалиях, то нам нужно поставить панели под таким углом, чтобы от восхода до заката, они были освещены. Понятно, что если взять крайний случай – поставить из вертикально, то толку от них никакого не будет. Большая часть лучей будет лишь скользить вниз. Горизонтально ? То есть положить. Тоже вариант. Это гораздо лучше чем вертикально. А может под углом ? Только под каким ? 30,45 градусов ?
Поэтому наше мнение – доверить установку нужно профессионалам. Они знают, как солнце движется по небосклону и как в связи с этим движением правильно установить батареи. У них есть специальные измерительные приборы и самое главное - опыт и навыки. Если ты сделал это 100 раз, ты не допустишь ошибок, которые были в первый раз.
Это ключевое. Поскольку сам монтаж технически достаточно прост. Уголки, кронштейны, болтики. Обычные монтажные работы.
Кроме того, при самостоятельной установке Вы и ответственность несете сами, если, например, разобьете панель.

Одинаковый наклон !

Это не менее важный момент.
Помимо правильности выбора угла, этот самый угол должен быть одинаковым для всех панелей.
Как в самолете, если двигатели вращаются с разным числом оборотов, это потенциально аварийная ситуация. И пилоту (или автопилоту) приходится постоянно управлять рулями, чтобы уравнять подъемную силу, иначе самолет просто перевернется.
Практически тоже самое произойдет, только с токи зрения электричества, если панели поставить под разным углом. Возникнут проблемы, сведя на нет все наши титанические усилия по эксплуатации светила, даже если куплен самый распиаренный в отзывах и по действительной надежности инвертор для дома.

И аккумулятор к нему. Самый популярный на 5 КВТ/час. Поскольку все они подключаются параллельно (о чем можно судить всего по двум проводам, которые подводят “солнечное напряжение”), то при разных углах наклонах будут возникать нежелательные токи перетекания (от панели с большим напряжением до панели с меньшим напряжением). Это паразитные токи, которые нам совершенно ни к чему, поскольку приводят к лишнему нагреву и в целом снижают общее напряжение и эффективность от внедрения солнечных панелей.

Отсутствие посторонних объектов

Опять же только профессионалы смогут рассчитать, проанализировать, измерить, оценить и предсказать, что может негативно влиять на поток лучистой световой энергии. Например уровень освещенности в разное время дня и в разных точках. Именно по этой причине установка может занять не один день, а как минимум  два. Не только сама техническая процедура монтажа, а чтобы иметь четкое представление о том, не перекроет ли например после 15:00 дом, стоящий как казалось бы на первый взгляд далеко, солнечные лучи. Или при неграмотной установке, тень от большого дерева, с раскидистой кроной, сведет выработку электричества до минимума.
Это тоже все нужно учитывать.

А много ли надо панелей ?

Расчеты не сложные. И мы сами проверили их на практике.
Одна пластина-фотоэлемент выдает выдает до 450 мощности. Почему “до”, а не “равно” ?
Частично мы этой темы уже коснулись выше. Может быть где-то повторимся, но это нужно, чтобы не потерять нить рассуждения.
Если ознакомиться с характеристиками контроллера МРРТ (это электронная схема, которая преобразует напряжение солнечных батарей, точнее приводит его к нужному вольтажу для питания потребителей, подзарядки аккумулятора), то можно обратить внимание на широкий размах входного напряжения, в среднем от 150 до 450 В.
Это связано с разной освещенностью, т.е. количеством световой энергии на единицу площади. Площадь солнечных панелей неизменна, а вот яркость лучей солнца меняется. Основные причины:

• Колебания в течения дня – утром и к вечеру энергия минимальна.
• Тучка закрыла солнце.

Впрочем не стабильный поток энергии касается не только солнца, а и других возобнавляемых источников энергии.
Например ветра. Не дуют ветра годами с точностью до метра в секунду. Ветер это продукт перепадов давления воздуха. А это давление зависит как от природных явлений, так и деятельности человека (глобальное потепление, парниковый эффект). И эти перепады могут меняться.
Как и солнце не светит 24 часа в сутки.
А ночью что делать ?

1. Во-первых, если у вас не отключают свет, то вы можете получать электричество из обычной розетки 220 В.
2. Во-вторых, ночью электропотребление минимальное. Если конечно вы не программист-фриласер, не пишете программы ночью и на спите днем. Но это исключение из правил. Но даже и в этом случае ноутбук потребляет меньше 100 Вт. Освещение тоже ночью отключено. Ночник с его несколькими ваттами не в счет. Ну и холодильник работает.
3. В-третьих, минимальный комплект автономного электропитания состоит из инвертора и солнечных батарей. И днем этого достаточно. Если вы правильно рассчитали свое энергопотребление и поставили нужное количество панелей. И даже ночью нет проблемы, если в розетке есть электричество, когда нет солнца. Но если говорит о полной, завершенной энергетической конструкции, то Вам нужна еще и батарея.

Поскольку батарея это: компенсатор + накопитель. Которая сглаживает колебания напряжения от солнечных батарей от максимума в полдень до нуля ночью.

Когда все элементы системы автономного энергоснабжения подключены и настроены, то инвертор в этом случае выступает как дирижер энергетического оркестра, по взмаху условной палочки которого, и по вашей команде кстати тоже (поскольку можно настраивать приоритетные режимы питания – сначала от фотоэлементов или от сети), анализирует потребление, уровень входной мощности от солнечных батарей и перераспределяет потоки энергии.
Это все безусловно любопытно наблюдать.

Вот она, электроэнергетическая диджитализация. К примеру в нашем видео информацию через Bluetooth передает гибридная система автономного электропитания дома Realcurrent, ко входу которой мы подключили выход от солнечных панелей.
А откуда берется информация ?
Современные литий феррум-фосфатные-батареи– это давно уже не банки с электролитом. Это интеллектуальные системы – безопасные, защищенные и с функциями информирования.
В зависимости от модели, информация доступна на экране смартфона или на LED или на сенсорном дисплее.

Расчет мощности и культура потребления электричества

Сразу скажем, что идеальный вариант автономности с использованием солнечных панелей это частный сектор – в городе или селе. Почему ? Нужно место для установки солнечных панелей. На балконе все-таки это сделать не получится. Хотя мы показали в видеоролике, что при желании даже в условиях городской застройки можно найти варианты размещения - например на гараже. Ну или если есть доступ к крыше многоэтажного здания - это тоже вариант.
Так вот, наибольшими потребителями энергии в доме являются: бойлер, чайник, пылесос, стиральная машина. Список можно продолжить – микроволновая печь, посудомойка. Это уже не так важно. А важно то, что каждый из указанных аппаратов потребляет 1,5-2,5 КВт.
Но опять же, все зависит от специфики конкретного жилья.
В летнее время воду греть бойлером не имеет смысла.

1. Достаточно поставить бак на 100-200 литров (пластмассовый или металлический), который в солнечный день зачастую нагревается так, что захочется разбавить водичку и сделать похолоднее.
2. Это простое решение, но есть и солнечные коллекторы, которые “собирают” лучи, чтобы греть воду точечно.

Но в любом случае, бойлер как минимум на 3 летних месяца может взять отпуск. И здесь солнце нам послужит – чтобы давать тепловую энергию, а не только для преобразования света в электричество.
Электрочайник это большой потребитель. И то только в том случае, если в доме нет газа. Если же газ есть, и эта проблема снимается.
А даже если нет газа, то и инверторы есть разные. Например на 3, 5,5 и 8 КВт. Выбирайте в зависимости от ваших энергетических потребностей.

Конечно теоретически можно представить, что одновременно включится чайник и пылесос. Но во-первых, можно подождать 5-7 минут, пока чайник закипит (это не критично), а во-вторых, даже если в обычном доме стоят “автоматы” на 16 ампер (а если жилье небольшое, то автомат может вообще быть единственным), то они тоже могут запросто “выбить”, если превышен отбор мощности от сети. Не зависимо от того, автономная у вас система или стандартная. И хозяева знают об этом и просто не включают одновременно сразу несколько крупных потребителей – “киловатчиков”.
Понятно что в выходные дел накопилось много - хочется и постирать и погладить и попылесосить, да еще и чайку приготовить, но что мешает это сделать последовательно ?

Но вернемся к цифрам. В установленной нами системе 8 солнечных панелей. И подключены они к инвертору с максимальной выходной мощностью 5,5 КВТ.
Одна солнечная панель выдает 450 Вт. Следовательно 8 панелей выдают 450*8=3,5 КВт. Может быть поставили бы и больше, да только крыша гаража не бесконечна.
Бросается в глаза разница: 5,5 КВт-3,5 КВт. Что это за 2 КВТ ? Куда они деваются ? И вообще как согласуются цифры, если мощность солнечных панелей меньше, чем максимальная мощность на выходе 220 В ?
Давайте дадим возможность задать аналогичный вопрос потребителю и ответим на него расчетами и обоснованием.

Очень просто согласуются.
Главный тезис. Если у Вас полный комплект – преобразователь + солнечные панели + аккумулятор, то последняя будет заряжаться, даже если у вас будет одна панель, т.е. 450 Вт. Для целей заряда батареи входная мощность (а следовательно и количество установленных батарей) влияет только на время заряда.
То есть 2 панели зарядят батарею в среднем в 2 раза быстрее, чем одна. Но в 2 раза медленне, чем 4 панели. Так что за заряд переживать не стоит. Да, это будет дольше, но батарея зарядится.
Более важным является следующим вопрос. Если у вас 2 панели на 450 Вт, то в сумме это 900 Вт, инвертор у вас на 5,5 Квт, а Вы потребляете например 2,5 Квт, то разницу 2,5-0,9=1,6 Квт надо откуда то брать. Чтобы питать ваших потребителей (освещение, бытовая техника и т.д.). Откуда же взять недостающую мощность ?

1. Сеть 220 В (розетка).
2. Заряженная батарея.

Первый или второй вариант определяется настройками (что выставлено приоритетом), а также текущей ситуацией. Например если отключили свет, то вариантов нет - недостаток мощности в 1,6 КВт будет компенсировать батарея. Когда свет включат, то 1,6 КВт будет добираться из розетки.
То есть никакой технической проблемы в том, что у вас стоит только 2 панели с суммарной мощностью 900 Ват, нет.
Но и смысла в этом тоже нет ! Вы получаете урезанную, ограниченную автономность. Это все равно, что постоянно ездить на автомобиле на второй скорости при 4-х скоростной коробке передач. Движок рвется вперед, а вы ему не даете.
Мы уже написали, что если Ваше потребление выше 900 Вт (например 2-3 Квт), вам придется где-то постоянно добирать недостаток.
Это ваш энергетический дефицит. Термин, который знаком каждому жителю Украины по массовым отключениям света в ноябре 2022-феврале 2023 года.
А если добирать недостаток от батареи ?
Логично и правильно. Если не учесть одну деталь. Мы уже сказали, что ваша батарея будет очень долго заряжаться от двух панелей. И с большой вероятностью, когда солнце уйдет на ночь, ваша батарея будет недозаряжена и не сможет в течение ночи питать энергосистему дома.

Что это значит ?

1. Есть инвертор с максимальной отдавамой мощностью 3,5 КВт.
2. Подбирайте к нему батарею которая выдает тоже 3,5 КВтч.
3. И набирайте комплект солнечных панелей общей мощностью 3,5 Квт.

Даже в нашем случае, при установке батарей на гараже, мы не соблюдаем этот баланс. То есть мощность панелей, как мы писали выше, составляет 3,5 КВт, а инвертор у нас на 5,5 Квт. Правда и причину мы описали – нет места для дополнительных солнечных панелей. Но если офис не потребляет больше 3,5 КВт, то по сути это не имеет значения. Если больше - уже подробно разобрали выше: придется добирать недостаток мощности (сеть 220 В или батарея).
Кстати, если для фотоэлементов места действительно может и не хватить, то для батарей и инверторов всегда место найдется благодаря интересному модульному конструктивному решению от компании E-Able, когда одно ставится на другое.

Мы предлагаем уже готовые комплекты. Каждый из них конечно может подключаться к солнечным панелям.

Но мы не разобрали еще один случай.

Конечно вариант маловероятный. Это уже перебор. Бессмысленный. Возвратимся к нашему примеру с автомобилем. Он у нас ездил на второй скорости, когда образно говоря система была недогружена по мощности. А вот если мощность солнечных панелей выше, чем предельная мощность инвертора, то это все равно что вместо родной 4-х скоростной коробки, поставили гоночную 6-ти скоростную. Но ведь выжать из двигателя все равно не удастся больше лошадиных сил, чем на сколько он спроектирован ! Какую бы коробку передач мы не поставили.
Так и с инвертором. Если он рассчитан на 3,5 КВт, а 10 панелей выдают 450*10=4,5 Квт, излишек (4,5-3,5 КВт=1 КВт) уйдет в никуда. Потому что инвертор не может дать на выходе больше 3,5 Квт. Не пропустит. Почему ?! Хотя бы потому, что его радиодетали (прежде всего мощные силовые транзисторы) не рассчитаны на рассеивание мощности больше 3,5 Квт. Радиаторы перегреются, а вентиляторы для охлаждения не смогут нагнетать достаточный поток воздуха. Справедливости ради отметим, что скорее всего у большинства DC-AC преобразователей до этого дело просто не дойдет. Сработают схемы защиты и просто не пропустят излишнюю мощность для преобразования в 220 В.
Именно поэтому, повторимся - все элементы системы бесперебойного питания должны быть увязаны между собой по мощности.
Но не только по мощности.

Про напряжение и совместимость батарей

Солнечные панели подходят практически ко всем инверторам. Независимо от производителя. С этим проблем нет. И это большой плюс. А как же достигается такая универсальность ? Так ведь солнечная панель это по сути фотоэлектрический преобразователь в виде этих красивых блестящих гладких синеватых плиточек с двумя клеммами – плюс и минус.
Подключай к разъемам два провода ! Конечно если у того есть соответствующие разъемы, которые как правило называются PV (+ и -).

А в названии инвертор как правило содержит уточняющие слова (солнечный, гибридный). Ну а чтобы на 100 % убедиться, что выбранный вами инвертор имеет соотвесттвующие разъемы, уточните у менеджера по продажам.
В частности все наши инверторы, представленные в ассортименте компании БРОМ, подключаются к солнечным панелям.
И аккумуляторные батареи тоже совместимы с инверторами, даже других производителей. И тот же вопрос. А как достигается такая универсальность ? Батареи это не просто электрохимические накопители, они выдают важную диагностическую информацию, чтобы преобразователь “знал”, что происходит у них внутри. Специальные платы BMS контролируют заряд/разряд, упреждают перенапряжение, измеряют температуру и даже могут отслеживать степень износа отдельных аккумуляторных ячеек. И эта информация передается по специальным коммуникационным интерфейсным проводам, как правило это разъем RS845. А поскольку стандарт этот единый, то инверторы и батареи даже разных производителей “видят” и “понимают” друг друга.
Но есть важный нюанс ! Уточняйте при покупке !

Если мы говорим о мощных инверторных системах для дома на 3-8 КВТ, то к ним подходят батареи 24 или 48 Вольт.
Поэтому при выборе обязательно уточняйте, чтобы эти напряжения совпадали у инвертора и батареи. И там и там должно быть 24 В или 48 В соответственно.
А почему не 12 В ? Ну почему же. Существуют батареи и на 12 В. Ответ кроется в мощности и таком показателе как энергоемкость (отдаваемая мощность на единицу массы). А она определяется перемножением напряжения на ток.
Представим себе 12-ти вольтовую батарею. Пусть она способна выдавать ток 100 А. Значит ее максимальная мощность составит 12В*100А=1,2 Квт. Это очень мало !
Именно поэтому для инверторов, где много техники, нужны батареи с высокой энергемкостью, и у них будет увеличенное напряжение 24 В или 48 Вт. А это при выходном токе 100 А выходит уже соответственно 2,4 или 4,8 Квт, что уже отвечает энергопотреблению современной семьи.

Кстати а чего мы говорим только про 100 А ? Да это большая цифра. Но существуют батареи и на 200 А !

Ну вот и постарались дать для Вас базовые сведения об установке и рассчете солнечных батарей. И не только поговорили об всех компонентах системы. О энергетическом балансе и дефиците. Что, когда, почему возникает. И как решать проблемы. Точнее не допускать их на этапе выбора, расчета и консультаций со специалистами.
И тогда можно себе обеспечить энергетическую автономность на годы вперед.