Повний посібник з встановлення та розрахунку сонячних батарей для інверторів для дому

Маємо бажання поділитися з Вами нашим останнім кейсом з встановлення сонячних панелей для забезпечення енергонезалежності офісу, що однаково успішно можна організувати в приватному будинку, на земельній ділянці, власне скрізь, де дозволяє територія, причому досить невелика, щоб встановити сонячні перетворювачі. І повірте, це зовсім не гектари.
По самому монтажу розповідати особливо нічого, тим більше, що ми зняли невелике відео, де все добре видно.

Сьогоднішню нашу розповідь ми більше присвятимо цифрам та відповідям на поширені питання – про все, що пов'язано з підключенням сонячних батарей, а також як і про весь комплект автономного енергозабезпечення будинку, офісу, куди входять ще як мінімум інвертор і акумуляторна батарея 5 квт (дуже рекомендується разом !).
Але спочатку ми повинні сказати кілька слів про сам монтаж.

Посібник із сонячних панелей

Наявність необхідної площі

Одна панель має розмір 1×2 метри. Звичайно панелі повинні бути не як оселедець у банку, а мати між собою невелику відстань.

1. Мінімальну, щоб монтажники могли пройти.
2. Ну і щоб панелі самі себе не затіняли, коли сонце вже заходить увечері за обрій.
3. І взагалі, щоб можна було приходити оглядати періодично панелі.

Відразу виникає перше запитання – а чи можна встановити панелі самостійно? Ми зараз все розпишемо, а Ви самі вирішите після – можна чи ні.

Правильність кута нахилу

Цей параметр має важливе значення, щоб протягом світлового дня ви отримали від нашого світила максимум променистої енергії. Хоча ні, треба уточнити. Абсолютний максимум Ви отримаєте, якщо панелі будуть оснащені системою стеження за рухом сонця по небосхилу (як капелюшки соняшника повертаються за сонцем) і виконавчими пристроями - двигунами для повороту. Тоді на панелі потраплятиме дійсно максимальна кількість світла. Але така конструкція буде надмірно складною. Це по-перше. Не надійна! Це по-друге. Будь-який рушійний елемент це потенційне джерело несправності. І звичайно ж такі сонячні панелі коштуватимуть значно дорожче.
Цей якраз той випадок, коли ускладення конструкції себе не виправдає.
Тому потрібний розумний компроміс. Панелі встановлюються у статичному положенні. Яке дає усереднено-максимальну кількість енергії. Це що таке ? Ми встрачаємо кілька відсотків світла (а отже і вироблену з них електроенергію) через те, що панелі не повертаються слідом за сонцем (десь трошки недоберемо вранці або вже надвечір), але за день отримуємо середнє арифметичне – максимум із статичного становища. За умови простоти монтажу та грамотного розміщення.

Тим більше, що, як ми далі побачимо, ці кілька втрачених відсотків і не відіграють визначальної ролі. Хоча б тому, що діапазон вихідної напруги від сонячних панелей коливається від 150 до 450 і буде там 155 або 445, не грає ніякої різниці. Ця напруга “плаває" відчутно протягом дня і без того, повертаються батареї чи ні. Має місце елемент випадковості. Грозова хмара підійшла – ось вам і падіння напруги. Тому слід оперувати усередненими даними.
Крім того, плаваюча напруга протягом дня ніяк не позначається на функціях інших елементів системи.

1. По-перше, батарея заряджається набагато меншою напругою. Це 24 або 48 В (залежно від моделі).
2. По-друге, "звик" сприймати плаваючу напругу і імпульсний перетворювач, який перетворює постійну напругу від фотоелементів (що змінюється в рази) на вході в змінну синусоїду 220 В на виході.

Про це взагалі не треба думати. Цією усією справою рулить електроніка. А саме відповідно контролер заряду батареї.
Отже, повертаємось до правильності кута нахилу. Якщо брати глобально, цей кут залежить від країни (її розташування на земній кулі). Не на всі країни однаково розподілені сонячні промені. Але оскільки у нас країна одна – це Україна, і говоримо ми про наші реалії, то нам потрібно поставити панелі під таким кутом, щоб від сходу до заходу сонця, вони були освітлені. Зрозуміло, якщо взяти крайній випадок – поставити їх вертикально, то користі від них ніякої не буде. Більшість променів будуть нагрівати землю. Горизонтально? Тобто покласти. Також варіант. Це набагато краще, ніж вертикально. А може під кутом? Тільки під яким? 30,45 градусів?
Тому наша думка – довірити установку потрібно професіоналам. Вони знають, як сонце рухається небосхилом і як у зв'язку з цим рухом правильно встановити батареї. У них є спеціальні вимірювальні прилади і найголовніше - досвід та навички. Якщо ти зробив це 100 разів, ти не припустишся помилок, які були вперше.
Це є ключовим. Оскільки сам монтаж технічно досить простий. Куточки, кронштейни, болтики. Прості монтажні роботи.
Крім того, при самостійному встановленні Ви і відповідальність несете самі, якщо наприклад розіб'єте панель.

Одночасний кут нахилу

Це не менш важливий момент.
Крім правильності вибору кута, цей кут має бути однаковим для всіх панелей.
Як у літаку, якщо двигуни обертаються з різною кількістю обертів, це потенційно аварійна ситуація. І пілоту (або автопілоту) доводиться постійно керувати кермами, щоб зрівняти підйомну силу, інакше літак просто перекинеться.
Практично те саме станеться, тільки з точки зору електрики, якщо панелі поставити під різним кутом.

Оскільки всі вони підключаються паралельно (про що можна судити всього по двох проводах, які підводять “сонячну напругу”, яку приймає інвертор для будинку), то при різних кутах нахилу, виникатимуть небажані струми перетікання (від панелі з більшою напругою до панелі з меншою напругою). Це паразитні струми, які нам абсолютно ні до чого, оскільки призводять до зайвого нагрівання та загалом знижують загальну напругу та ефективність від впровадження сонячних панелей.

Відсутність сторонніх об'єктів

Знову ж таки лише професіонали зможуть розрахувати, проаналізувати, виміряти, оцінити та передбачити, що може негативно впливати на потік променистої світлової енергії. Наприклад рівень освітленості в різний час дня та в різних точках. Саме з цієї причини установка може зайняти не один день, а як мінімум два. Не тільки сама технічна процедура монтажу, а щоб мати чітке уявлення про те, чи не перекриє наприклад після 15:00 будинок, що здавалося б на перший погляд, розташований далеко, сонячні промені. Або при тінь від великого дерева, з розлогою кроною, зведе вироблення електрики до мінімуму.
Це також все потрібно враховувати.

А чи багато треба панелей ?

Розрахунки не складні. І ми самі перевірили їх на практиці.
Одна пластина-фотоелемент видає до 450 потужності. Чому “до”, а не “рівно” ?
Частково ми цієї теми вже торкнулися вище. Може десь повторимося, але це потрібно.
Якщо ознайомитися з характеристиками контролера МРРТ (це електронна схема, яка перетворює напругу сонячних батарей, точніше призводить до потрібного вольтажу для живлення споживачів, підзарядки акумулятора), то можна звернути увагу на широкий розмах вхідної напруги, в середньому від 150 до 450 Ст.
Це пов'язано з різною освітленістю, тобто кількістю світлової енергії на одиницю площі. Площа сонячних панелей незмінна, тоді як яскравість променів сонця змінюється. Основні причини:

• Коливання протягом дня – вранці і надвечір енергія мінімальна.
• Хмара закрила сонце.

Втім, не стабільний потік енергії стосується не тільки сонця, а й інших відновлюваних джерел енергії.
Наприклад, вітру. Не дмуть вітру роками з точністю до метра в секунду. Вітер це продукт перепадів тиску повітря. А цей тиск залежить як від природних явищ, так і від діяльності людини (глобальне потепління, парниковий ефект). І ці перепади можуть змінюватись.
Як і сонце не світить 24 години на добу.
А вночі що робити ?

1. По-перше, якщо у вас не відключають світло, ви можете отримувати електрику зі звичайної розетки 220 В.
2. По-друге, вночі електроспоживання мінімальне. Якщо звичайно ви не програміст-фріласер, не пишете програми вночі і спите вдень. Але це виняток із правил. Але навіть і в цьому випадку ноутбук споживає менше ніж 100 Вт. Освітлення також уночі відключено. Нічник з його кількома ватами не береться до уваги. Та й холодильник працює і споживає мінімум.
3. По-третє, мінімальний комплект автономного електроживлення складається з інвертора та сонячних батарей. І вдень цього достатньо. Якщо ви правильно розрахували своє енергоспоживання та поставили потрібну кількість панелей. І навіть уночі немає проблеми, якщо в розетці є електрика, коли немає сонця. Але якщо говорить про повну, завершену енергетичну конструкцію, то крім інвертора та сонячних елементів, Вам потрібна батарея.

Оскільки батарея це: компенсатор + накопичувач. Яка згладжує коливання напруги від сонячних батарей від максимуму опівдні до нуля вночі.

Коли всі елементи системи автономного енергопостачання підключені та налаштовані, то інвертор у цьому випадку виступає як диригент енергетичного оркестру, за помахом умовної палички якого, і за вашою командою до речі теж (оскільки можна налаштовувати пріоритетні режими живлення – спочатку від фотоелементів або від інвертора або від мережі), аналізує споживання, рівень вхідної потужності від сонячних батарей та перерозподіляє потоки енергії.
Це все безперечно цікаво спостерігати.

Ось вона, електроенергетична діджіталізація. Наприклад в нашому відео інформацію через Bluetooth передає гібридна система автономного електроживлення будинку Realcurrent, до інвертора якої ми під'єднали вихід з соняшних панелей.
А звідки береться інформація?
Сучасні літій ферум-фосфатні-батареї– це давно вже не банки з електролітом. Це інтелектуальні системи – безпечні, захищені та з функціями інформування.
В залежності від моделі інвертора інформація доступна на екрані смартфона або на LED або на сенсорному дисплеї.

Розрахунок потужності та культура споживання електрики

Відразу скажемо, що ідеальний варіант автономності з використанням сонячних панелей це приватний сектор, у місті чи селі. Чому? Потрібне місце для встановлення сонячних панелей. На балконі таки це зробити не вийде. Хоча ми показали у відеоролику, що за бажання навіть в умовах міської забудови можна знайти варіанти розміщення – наприклад, на гаражі. Ну або якщо є доступ до даху багатоповерхової будівлі – це також варіант.
Так ось найбільшими споживачами енергії в будинку є: бойлер, чайник, пилосос, пральна машина. Список можна продовжити – мікрохвильова піч, посудомийка. Це вже не так важливо. А важливо те, що кожен із зазначених апаратів споживає 1,5-2,5 кВт.
Але знову ж таки, все залежить від специфіки конкретного житла.
Влітку воду гріти бойлером не має сенсу.

1. Достатньо поставити бак на 100-200 літрів (пластмасовий або металевий), який у сонячний день найчастіше нагрівається так, що захочеться розбавити воду і зробити холодніше.
2. Це просте рішення, але є і сонячні колектори, які “збирають” промені, щоб гріти воду точково.

Але у будь-якому випадку, бойлер як мінімум на 3 літні місяці може взяти відпустку. І тут сонце нам послужить – щоб давати теплову енергію, а не тільки для перетворення світла на електрику.
Електрочайник – це великий споживач. І то лише в тому випадку, якщо у будинку немає газу. Якщо ж є газ, і ця проблема знімається.
А навіть якщо немає газу, то й інвертори різні. Наприклад на 3, 5,5 та 8 кВт. Вибирайте в залежності від ваших енергетичних потреб.

Звичайно, теоретично можна уявити, що одночасно включиться чайник і пилосос. Але по-перше, можна почекати 5-7 хвилин, поки чайник закипить (це не критично), а по-друге, навіть якщо у звичайному будинку стоять автомати ” на 16 ампер (а якщо житло невелике, то автомат може взагалі бути єдиним), то вони теж можуть запросто "вибити", якщо перевищено відбір потужності від мережі. Незалежно від того, є у вас сонячні панелі та інвертор чи ні. І господарі знають про це і просто не включають одночасно відразу кілька великих споживачів.
Зрозуміло що у вихідні справ накопичилося багато - хочеться і випрати і погладити і попилососити, та ще й приготувати каву, але що заважає це зробити послідовно ?

Але повернемось до цифр. У встановленій нами системі 8 сонячних панелей. І підключені вони до інвертора з максимальною вихідною потужністю 5,5 кВт.
Одна сонячна панель видає 450 Вт. Отже 8 панелей видають 450*8=3,5 кВт. Можливо, поставили б і більше, та тільки дах гаража не нескінченний.
Впадає у вічі різниця: 5,5 КВт-3,5 КВт. Що це за 2 КВТ? Куди вони подіються? І взагалі як узгоджуються цифри, якщо потужність сонячних панелей менша, ніж максимальна потужність інвертора?
Давайте дамо можливість поставити аналогічне запитання споживачеві та відповімо на нього розрахунками та обґрунтуванням.

Дуже просто узгоджуються.
Головна теза. Якщо у Вас повний комплект – інвертор + сонячні панелі + батарея, то остання заряджатиметься, навіть якщо у вас буде одна панель, тобто 450 Вт. Для цілей заряду батареї вхідна потужність (а отже і кількість встановлених батарей) впливає тільки на час заряду.
Тобто 2 панелі зарядять батарею в середньому в 2 рази швидше ніж одна. Але в 2 рази повільніше, ніж 4 панелі. Тож за заряд переживати не варто. Так, це буде довше, але батарея зарядиться.
Більш важливим є інше питання. Якщо у вас дві панелі на 450 Вт, то в сумі це 900 Вт, інвертор у вас на 5,5 Квт, а Ви споживаєте наприклад 2,5 Квт, то різницю 2,5-0,9 = 1,6 Квт треба десь брати. Щоб живити ваших споживачів (освітлення, побутова техніка тощо). Звідки ж взяти потужність ?

1. Мережа 220 В (розетка).
2. Заряджена батарея.

Перший чи другий варіант визначається налаштуваннями інвертора (що виставлено у налаштуваннях пріоритетом), а також поточною ситуацією. Наприклад, якщо відключили світло, то варіантів немає - нестачу потужності в 1,6 КВт компенсуватиме батарея. Коли світло увімкнуть, то 1,6 кВт буде добиратися з розетки.
Тобто ніякої технічної проблеми в тому, що у вас стоїть лише 2 панелі із сумарною потужністю 900 Ват, немає.
Але й сенсу в цьому теж немає! Ви отримуєте обмежену автономність. Це все одно, що постійно їздити на автомобілі на другій швидкості при 4-х швидкісній коробці передач. Двигун рветься вперед, а ви йому не даєте.
Ми вже написали, що якщо Ваше споживання вище 900 Вт (наприклад 2-3 Квт), вам доведеться десь постійно добирати енергію.
Це ваш енергетичний дефіцит. Термін, який знайомий кожному мешканцю України з масових відключень світла у листопаді 2022-лютому 2023 року.
А якщо добирати дефіцит від батареї?
Логічно та правильно. Якщо не врахувати одну деталь. Ми вже сказали, що ваша батарея буде дуже довго заряджатися від двох панелей. І з великою ймовірністю, коли сонце піде на ніч, ваша батарея буде недозаряджена і не зможе протягом ночі живити енергосистему будинку.

Що це означає ?

1. Є інвертор з максимальною потужністю 3,5 КВт.
2. Підбирайте до нього батарею, яка також видає 3,5 КВтч.
3. І набирайте комплект сонячних панелей загальною потужністю 3,5 КВт.

Навіть у нашому випадку, при встановленні батарей на гаражі, ми не дотримуємося цього балансу. Тобто потужність панелей, як ми писали вище, становить 3,5 кВт, а інвертор у нас на 5,5 кВт. Щоправда, і причину ми описали – немає місця для додаткових сонячних панелей. Але якщо офіс не споживає більше 3,5 кВт, то по суті це не має значення. Якщо більше – вже докладно розібрали вище: доведеться добирати нестачу потужності (мережа 220 В або батарея).
До речі, якщо для фотоелементів місця дійсно може і не вистачити, то для батарей та інверторів завжди місце знайдеться завдяки цікавому модульному конструктивному рішенню від компанії E-Able, коли батареї ставляться одна на одну, а зверху інвертор.

Ми пропонуємо готові комплекти. Кожен з них, звичайно, може підключатися до сонячних панелей.

Але ми не розібрали ще один випадок.

Звичайно, варіант малоймовірний. Це вже перебір. Безглуздий. Повернемося до нашого прикладу з автомобілем. Він у нас їздив на другій швидкості, коли образно кажучи, інвертор був недовантажений за потужністю. А от якщо потужність сонячних панелей вища, ніж гранична потужність інвертора, то це все одно що замість рідної 4-х швидкісної коробки, поставили гоночну 6-швидкісну. Але ж вичавити з двигуна все одно не вдасться більше кінських сил, ніж на скільки він спроектований! Яку б коробку ми не поставили.
Так і з інвертором. Якщо він розрахований на 3,5 кВт, а 10 панелей видають 450 * 10 = 4,5 кВт, надлишок (4,5-3,5 кВт = 1 кВт) піде в нікуди. Тому що інвертор не може дати на виході більше ніж 3,5 КВт. Не пропустить. Чому?! Хоча б тому, що його радіодеталі (передусім потужні силові транзистори) не розраховані на розсіювання потужності більше 3,5 кВт. Радіатори перегріються, а вентилятори для охолодження не можуть нагнітати достатній потік повітря. Заради справедливості зазначимо, що, швидше за все, у більшості інверторів до цього справа просто не дійде. Спрацюють схеми захисту та просто не пропустять зайву потужність для перетворення на 220 В.
Саме тому, повторимося - всі елементи системи безперебійного живлення повинні бути пов'язані між собою за потужністю.
Але не лише за потужністю.

Про напругу та сумісність батарей

Сонячні панелі підходять практично до всіх інверторів. Незалежно від виробника. Із цим проблем немає. І це величезний плюс. А як же досягається така універсальність? Так сонячна панель це по суті фотоелектричний перетворювач у вигляді цих красивих блискучих гладких синюватих плиточок з двома клемами – плюс і мінус.
Підключай до роз'ємів будь-якого інвертора два дроти! Звичайно якщо у того є відповідні роз'єми, які зазвичай називаються PV (+ и -).

А в назві інвертор, як правило, містить уточнюючі слова (сонячний, гібридний). Ну а щоб на 100% переконатися, що вибраний вами інвертор має відповідні роз'єми, уточніть у менеджера з продажу.
Зокрема, всі наші інвертори, представлені в асортименті компанії БРОМ, підключаються до сонячних панелей.
Акумуляторні батареї також сумісні з інверторами, навіть інших виробників. І те саме питання. А як досягається така універсальність? Батареї це не просто електрохімічні накопичувачі, вони видають важливу діагностичну інформацію, щоб інвертор "знав", що відбувається у них всередині. Спеціальні плати BMS контролюють заряд/розряд, перенапругу, вимірюють температуру і навіть можуть відстежувати ступінь зношування окремих акумуляторних комірок. І ця інформація передається за спеціальними комунікаційними інтерфейсними проводами, як правило це роз'єм RS845. А оскільки стандарт цей єдиний, то інвертори та батареї навіть різних виробників “бачать” та “розуміють” один одного.
Але є важливий нюанс! Уточнюйте при покупці !

Якщо ми говоримо про потужні інверторні системи для дому на 3-8 КВТ, то до них підходять батареї 24 або 48 Вольт.
Тому при виборі обов'язково уточнюйте, щоб ця напруга збігалася у інвертора та батареї. І там і там має бути 24 або 48 В відповідно.
А чому не 12 В? Ну чому ж. Існують батареї і на 12 В. Відповідь у потужності і такому показнику як енергоємність (потужність, що віддається на одиницю маси). А вона визначається перемноженням напруги на струм.
Уявімо собі 12-вольтову батарею. Нехай вона здатна видавати струм 100 А. Значить, її максимальна потужність складе 12В*100А=1,2 Квт. Це дуже мало !
Саме тому для інверторів для дому та квартири, де багато техніки, потрібні батареї з високою енергоємністю, і вони мають збільшену напругу 24 В або 48 Вт. А це при вихідному струмі 100 А виходить вже відповідно 2,4 або 4,8 КВт, що відповідає енергоспоживанню сучасної сім'ї.

До речі, а чого ми говоримо тільки про 100 А? Так, це велика цифра. Але існують батареї і на 200 А!

Ну ось і постаралися дати для Вас базові відомості про встановлення та розрахуноку сонячних батарей. І не лише поговорили про всі компоненти системи. І про інвертори та батареї. Про енергетичний баланс і дефіцит. Що коли, чому виникає. І як вирішувати проблеми. Точніше не допускати їх на етапі вибору, розрахунку та консультацій із фахівцями.
І тоді можна собі забезпечити енергетичну автономність на роки наперед.