-
То что можно и нужно знать об автономном электроснабжении!
Все матералы данной статьи основаны на нашем личном опыте и опыте наших друзей!
КАК ВСЕ ЭТО РАБОТАЕТ!
1. Мы получаем электрическую энергию:от солнечных батарей
(в светлое время суток)
- от ветрогенератора
(при наличии достаточного ветра)
- от панелей и ветряка
одновременно
2. Мы собираем полученную энергию в аккумуляторы
+
3. Мы расходуем накопленную энергию аккумуляторов напрямую или через инвертор (преобразователь постоянного тока аккумуляторов в обычный переменный ток напряжением 220 Вольт)
Все это происходит автоматически и одновременно.
И это замечательно!
Но начнем мы, как обычно, с конца.
В первую очередь нам нужно разобраться с нашими потребностями в электричестве.
Существует 2 наиболее распространенных варианта:
1. Мы тратим электроэнергию ежедневно.
2. Мы тратим её несколько дней, например в выходные дни, в остальное же время наша система неторопливо подзаряжается до полной готовности.
Соответственно в первом случае, нам достаточно рассчитать наши среднесуточные электрозатраты, а во втором нам нужно сложить всю потребляемую энергию, которую мы тратим за уикенд.
Как мы будем считать:
К нашему счастью на всех электрических приборах указана потребляемая ими мощность в Ваттах.
Т.е. если на вашей кофемолке указано, что ее потребляемая мощность 60Вт, то включив ее, к примеру, 3 раза на 5 минут (15 минут = 0,25 ч), вы практически можете быть уверены, что вы потратили 60Вт * 0,25 ч = 15Втч Энергии.
Теперь пример!
У нас небольшой домик в котором установлено:
- 3 современных светодиодных лампы основного освещения, мощностью 9 Вт, которые работают в среднем по 5 часов в сутки
- 2 светодиодных лампы неосновного освещения, мощностью 7 Вт, которые работают в среднем по 1 часу в сутки (туалет и чулан).
- современный эко-компьютер с монитором, общей мощностью 40 Вт и работающие приблизительно 5 часов в сутки
- насос типа «малыш» для подачи воды в расширительный бак в доме, потребляемая мощность его составляет 300Вт, и работает он в среднем 15 минут в сутки (0,25 часа)
- различные зарядные устройства для телефонов, фотоаппаратов и т.п., общей мощностью 20 Вт и использующиеся в среднем 0,5 часа в день.
СЧИТАЕМ!
3 лампы * 9 Вт * 5 часов + 2 лампы * 7 Вт * 1 час + эко-компьютер * 40 Вт * 5 часов + насос * 300 Вт * 0,25 + набор зарядок * 20 Вт * 0,5 часа = 434 Втч
Теперь для данного примера нам нужно рассчитать еще один важный параметр, для того чтобы подобрать инвертор (преобразователь постоянного напряжения аккумуляторов в обыкновенные 220 Вольт, на которых работают электрические приборы).
Инвертер имеет 2 основных параметра – номинальная мощность и кратковременная максимальная мощность, которую он может выдерживать несколько секунд.
Чтобы понять какой мощности нам нужен инвертер, нам необходимо посчитать какую максимальную мощность могут потреблять все наши приборы, если мы включим все их одновременно,
в нашем примере – это вполне логично, поэтому считаем:
3 лампы * по 9 Вт + 2 лампы * по 7 + компьютер 40 Вт + Насос 300 Вт + зарядки 20 Вт = 401 Вт.
Казалось бы, нам хватит инвертера номинальной мощностью 500 Вт, и это с небольшим запасом.
Но не тут-то было!
Все электрические приборы, имеющие внутри электродвигатель, а это и кофемолка, и, конечно же, любой электроинструмент, и насос, и даже холодильник в момент запуска потребляют несколько секунд энергии приблизительно в 3 раза больше своей номинальной мощности, так называемая реактивная мощность.
Именно для этого и существует второй параметр Инвертера – его кратковременная максимальная мощность, обычно она в 2 раза больше номинальной!
Рассчитаем для нашего примера максимальную мощность в момент включения всех наших приборов.
Изменению подвержен будет только насос, ибо только он таит в себе электродвигатель.
В итоге мы имеем:
3 лампы * по 9 Вт + 2 лампы * по 7 + компьютер 40 Вт + Насос 300 Вт * 3 + зарядки 20 Вт = 1001 Вт.
Теперь мы видим, что инвертер номинальной мощностью 500Вт и максимальной 1000Вт будет работать на пределе своих технических возможностей, в момент пуска мотора, что, конечно же крайне не желательно, поэтому для нашего случая нам прекрасно подойдет инвертор номинальной мощностью 600Вт с кратковременной мощьностью соответственно 1200 Вт.
У нас получается двухсот ваттный запас и по регулярной и по кратковременной мощности.
Конечно, чуть сложнее, чем хотелось бы, но вполне доступно!
Но, важно знать, что некоторые современные электроприборы с электродвигателями, например большинство холодильников, и некоторые насосные станции обладают встроенной опцией "плавный старт", которая сглаживает момент пуска электродвигателя, что приводит к увеличению пусковой мощности не в 3 раза, а в среднем на 50%.
Поэтому всегда внимательно читайте инструкцию электроприборов, которые вы покупаете.
Тогда вы сможете существенно сэкономить, например на инверторе, который чем мощнее, тем сильно дороже стоит.
Простой пример!
У вас стоит современная мощная насосная станция мощностью 1100 Вт, в момент пуска она потребляет ток эквивалентный по мощности 3500 Вт, учитывая так же другие, даже незначительные потребители энергии, вам нужен инвертер мощностью не мене 2,5 кВт.
Если же вы используете ту же насосную станцию, того же известного подмосковного завода, но наделенную опцией «плавный старт», которая ограничивает стартовую мощность значением 1500 Вт, то вы можете обойтись инвертером мощностью 1,5 кВт со вполне серьезным запасом.
Разница же в цене между инвертором мощностью 1,5 кВт и инвертером в 2,5кВт может составлять и стоимость всей насосной станции.
Так же для измерения потребляемой мощности устройств мы рекомендуем использовать простое устройство Ваттметр, которое в реальном времени показывает и текущую мощность и напряжение в сети и даже считает, сколько вы потратили за сутки или за сеанс и даже сколько вам это будет стоить. :)
Это зачастую бывает очень актуально, ибо не всегда заявленные характеристики устройств совпадают с их реальным потреблением.
Но вернемся к пункту 2.
Теперь мы можем достаточно точно рассчитать, сколько мы тратим в сутки или за выходные, и нам нужно подобрать аккумуляторы способные столько энергии нам отдать.
В первом случае, когда мы каждый день тратим и каждый день пополняем, мы можем использовать самые бюджетные кислотные автомобильные аккумуляторы. Почему?
У них есть 2 основные особенности помимо минимальной цены:
1. Их допустимо разряжать не более чем на 15-30% от их мощности.
2. Их не рекомендуется держать недозаряженными более суток.
Если мощности наших панелей достаточно, чтобы покрывать наши суточные энергетические потребности, то они будут самым экономичным решением.
И можно не бояться, что они погибнут через 1,5 – 2 года, потому как даже в жестких условиях эксплуатации в автотранспорте, при постоянной тряске и экстремальных перепадах температуры, современные аккумуляторы функционируют по 3 года.
В нашем же случае они могут проработать 5 и даже более лет.
Возьмем наш Пример «чудо-домика», который в сутки потребляет 434 Втч электрической энергии.
Умножим эту цифру на так называемый запас прочности аккумулятора в днях, обычно это цифра 2, т.е. наши аккумуляторы смогут без серьезного для себя вреда обеспечить нас электричеством в течении 2-х дней.
Итого нам нужен такой аккумулятор 30% от мощности которого составляли бы 434 Втч * 2 дня = 868 Втч энергии.
868 Втч / 0,3 (30%) = 2893 Втч.
Нам нужны батареи способные хранить электрическую энергию 2893 Втч.
Но емкость аккумуляторов измеряется в Амперах*часах, чтобы рассчитать какой нам нужен аккумулятор нам надо нужную 2893 Втч разделить на напряжение аккумулятора (обычно это 12 В)
В нашем случаем получаем 2893 Втч / 12 В = 241 Ач.
Т.е. нас практически устроит аккумуляторная батарея емкостью 230 Ач, но лучше взять 2 аккумулятора емкостью по 120 Ач.
Теперь возьмем пример, конечно же, с нашим домиком, но мы приезжаем в него на выходные, и разряжаем аккумуляторы 2 дня, запас прочности мы возьмем еще 1 день, на случай, если мы останемся, например на понедельник, или приедем раньше на сутки в пятницу.
Итого мы с учетом запасаного дня можем потратить 434 Втч * 3 дня = 1302Втч.
Для данного случая нам необходимо использовать так называемые аккумуляторы глубокого разряда, которые могут без существенного вреда себе терпеть разряд до 60%, имеют гораздо меньший саморазряд, и не так трепетно относятся к недозаряду в течении нескольких дней.
Они конечно стоят существенно дороже, но для работы в выходные дни будут более выгодны из-за того, что мы сможем существенно сэкономить на мощности солнечных панелей, которым надо будет полностью зарядить аккумуляторы не за сутки, а за период с понедельника по пятницу.
Мы не будем вдаваться в крайности и возьмем 50% разряд, нашей батареи в результате получаем: 1302 Втч / 0,5 (50 %) = 2604 Втч
Вычисляем ёмкость батареи!
2604 Втч / 12 В = 217 Ач
Нас вполне устроит одна батарея емкость 220 Ач или 2 батареи по 110 Ач.
Теперь мы знаем, какие нам нужны аккумуляторные батареи!
Осталось последнее, рассчитать необходимую мощность солнечных панелей.
Опять берем наш пример и рассматриваем случай, когда мы живем в домике каждый день и тратим ежедневно 434 Вт.
Солнечные панели должны полностью перекрывать эту потребность, иначе аккумуляторы останутся недозаряженными и нам придется экстренно экономить электричество или подзаряжать аккумуляторы генератором, иначе наши батареи нам не прослужат долго и счастливо.
Солнечный/фотоэлектрический модуль/панель/батарея имеет один основной параметр!
Это мощность при стандартных условиях.
Далее мы попробуем разобраться, какой мощности панель нам нужна, чтобы обеспечить наши суточные потребности.
Здесь важно знать, что световой день для стационарно закрепленной панели длиться не более 10 часов.
Утром и вечером солнце падает на солнечную панель под очень острым углом, тем самым значительно уменьшая её мощность.При пасмурной погоде мощность панели так же падает приблизительно в 6 раз.
И чтобы хоть как-то учесть все эти нюансы мы, основываясь на нашем опыте и опыте наших друзей рассчитали формулу по которой можно приблизительно оценить среднесуточную выработку электроэнергии для московского региона.
Для расчета средней суточной выработки панели, нужно ее мощность разделить на 10, умножить на количество светлых часов в сутках, но не более 10, затем умножить на коэффициент ясности (от 1 до 3).
Возьмем для простоты расчета панель мощностью 100Вт и посмотрим в разные периоды времени, сколько энергии она будет выдавать в сутки.
Годовую солнечную активность мы поделили на 3 периода.
1-й период с 1 мая по 20 августа (летнее время)
В это время световой день длится больше 10 часов и преобладают солнечные дни, поэтому коэффициент ясности будет равен 3.
100 Вт /10 *10 часов * 3 = 300Втч
Нужно понимать, что в ясный день в двадцатых числах июня наша панель может выдать и 600Втч в сутки, но это частный случай, а нам нужно усредненное значение, чтобы не погубить наши аккумуляторы.
Итак, если мы живем в нашем домике только летом, то чтобы ежедневно заряжать аккумуляторы, которые мы разряжаем ежедневно на 434Вт нам нужна панель мощность приблизительно 434/300*100 = 144 Вт.
С небольшим запасом нас устроит панель мощностью 160 Вт или две небольшие панели по 80Вт.
2-й период с 1 февраля по 30 апреля, а также с 1 августа по 12 ноября,
светлых часов в этот промежуток времени в среднем 8 в сутки и коэффициент ясности равен 2.
Соответственно наша 100Вт панель будет выдавать нам:
100 Вт / 10 * 8 часов * 2 = 160 Втч в сутки и для обеспечения нашего домика электричеством нам необходима панель мощностью:
434/160*100 = 271 Втч
т.е. нас устроят две панели по 140Вт.
Ну и третий, самый сложный период времени, с 13 ноября по 30 января, когда светлых часов всего 6 и коэффициент ясности равен 1, мы получим от нашей экспериментальной 100 Вт панели в среднем: 100 Вт /10 * 7 * 1 = 60 Вт в сутки
Для обеспечения нашего домика электричеством нам потребуется:
434/60*100 = 725 Вт
Три панели по 250Вт или 4 по 200Вт.
В условиях поздней осени и ранней весны очень актуальным дополнением в системе автономного энергоснабжения становится ветрогенератор небольшой мощности (300-400 Вт).
Ветра в это период достаточно сильные и он может избавить вас от потребности покупать такие мощные панели, но в этом случае нужно внимательно следить за состоянием аккумуляторов и если ветер стих, а электричества не хватает, использовать генератор во время включения ощутимой нагрузки, попутно подзаряжая аккумулятор зарядным устройством.
Напоследок рассмотрим бюджетный случай, когда мы приезжаем в наш "чудо-дом" только на выходные, в которые расходуем всего 1302 Втч, которые нам надо с запасом вернуть за 4 дня, с понедельника по четверг или со вторника по пятницу.
Период мы возьмем летний с 1 мая по 30 августа, это самый распространенный случай, когда панель мощностью 100 Вт вырабатывала нам 300Втч энергии в сутки и соответственно 1200 втч за 4 дня. 1302/1200*100 = 108Вт.
Т.е. нас вполне устроит одна небольшая панель мощностью 120 Вт.
На этом все, друзья!
И помните!
Грамотный предварительный расчет поможет сэкономить немало средств и благостно отражается на нервной системе.