Зачем мне нужны батареи, чтобы использовать солнечную энергию, когда сеть не работает?

Это проблема XY на отраслевом уровне. Представьте, что какой-то парень говорит: «Разработайте мне диммер», а вы разрабатываете для него отличный симисторный диммер, не большой. А потом он говорит: «Круто, а можно просто прикрутить к этой штуке частотно-регулируемый привод?» Facepalm, но не элегантным и не экономичным способом.

Так и с солнечными панелями. Все и их собаки продают технологию 2007 года, исключительно связанную с сетью систему , потому что она установлена, построена в масштабе, а финансовые модели хорошо зарекомендовали себя для разделения прибыли с финансовой компанией и т. д. и т. д. Они могут создавать, продавать и финансировать все это. день всю ночь. Это самый дешевый способ войти в дверь и поговорить о солнечной энергии . Но они продают систему X.

Теперь, после «Сэнди», есть шумиха и крики о «прикреплении» автономных возможностей способом, совместимым с тупыми потребителями. Они сделали это, но это неэлегантно и дорого, как прикрутить частотно-регулируемый привод к симистору. Блокировка для лайнменов требует дополнительных ресурсов. Я бы назвал это Системой XX.

Для того, что вы хотите, вам нужна система Y.

И поскольку вы, по-видимому, не хотите проектировать каждый дюйм его с нуля, мы должны взять из традиционного мусорного ведра «автономные солнечные» детали. Это означает несколько незначительных уступок.

Инверторы просто слишком разные

Сетевой инвертор должен следовать частотам сети, принимать всю свою входную мощность и направлять ее всю в сеть , увеличивая напряжение настолько сильно, насколько это необходимо.

Автономный инвертор должен генерировать собственную частоту переменного тока, потреблять ровно столько входной мощности, сколько необходимо для выполнения работы, и обеспечивать ровно столько энергии, сколько потребляет нагрузка.

Это совершенно разные роли, и один инвертор, выполняющий обе функции, будет дорогостоящей инженерной задачей. Они существуют; на рынке есть «гибридные инверторы», способные и на то, и на другое. Конечно, они дорогие и имеют свои собственные требования к конструкции системы, не в последнюю очередь батареи. Вам, вероятно, лучше приобретать дешевые серийные инверторы COTS для каждого приложения.

Тем не менее , ваш план «Никаких батареек» ошибочен. Будут случаи, когда у вас слишком большие нагрузки, чтобы сами панели могли их нести, например, запуск двигателей.

Автономная система "плюс"

Здесь я хочу совершить набег на склады автономных солнечных электростанций. Единственное, что не выходит из их рулевой рубки, — это сетевой инвертор, но он невелик.

Их системы сильно ориентированы на батареи по очевидным причинам. Из-за этого нет реального способа избежать этого, но никто не говорит, что ваша батарея не может быть крошечной . Последний раз, когда я проверял, они продают бывшие в употреблении автомобильные аккумуляторы за 20 долларов, вот и все.

Теперь в доме у нас есть главный щит с главным выключателем. В нем есть 2 выключателя: выключатель на сетевом инверторе и выключатель на подпанели.

Подпанель — это место, где происходит волшебство. Он имеет «блокировку генератора» в стиле Siemens или Square D за 23 доллара, которая питает два выключателя (по одному за раз). Одна сторона подключена к сети, другая к «генератору» (читай: автономный инвертор). Каждая нагрузка, которую вы когда-либо предполагали использовать от солнечной энергии, идет на эту панель. Если вы поместите каждую нагрузку в вашем доме в эту подпанель, я не скажу :)

«Нормальная» работа включает в себя блокировку подпанели в режиме «Утилиты», автономный инвертор отключается (отключается), контроллер заряда мгновенно заряжает крошечную батарею и отводит всю солнечную энергию на «сброс» . Затем дамп поступает в сетевой инвертор и продается обратно энергетической компании.

Операция «отключение питания», вы переключаете блокировку на «Gen», включаете автономный инвертор. Поскольку автономный инвертор потребляет энергию для бытовых нагрузок, контроллер заряда отводит на него мощность по мере необходимости, блокируя остальную часть доступного тока от панелей (поскольку «свалка» - это тупик). Если двигатель запускается и тянет больше, чем могут обеспечить панели, то мы видим, насколько хороша или велика ваша батарея.

И, если опыт покажет вам, что иметь настоящую батарею выгодно, вы можете ее приобрести.

Обратите внимание, что во всех случаях поток энергии идет только в одном направлении , и ничто никогда не меняет направление потока. Это огромное преимущество по сравнению с установками типа «Система XX», в которых мощность передается во всех направлениях, и для предотвращения обратной подачи необходимо «прикручивать» сложные, дорогие системы блокировки. Здесь защита от обратного тока представляет собой простую блокировку, за исключением сетевого инвертора, который соответствует стандарту UL 1741; вы не можете найти сетевой инвертор, которого нет.

Вся система дешевая, компактная, простая, технология нижнего уровня. Это не значит, что «не используйте хорошие вещи» — да , конечно, используйте контроллеры заряда Morningstar или Midnight Solar. Но мы используем их стандартное снаряжение, а не экзотику специального назначения.

Конечно, если вы хотите позвонить одному из финансовых... я имею в виду компании по установке солнечных батарей, они не будут разбираться в такой простой системе, как эта. Они не захотят строить то, что я здесь описываю; у них есть стандартный пакет, который они продают снова и снова и который они знают, как построить.

Что касается панелей

Многие панели, продаваемые сегодня, имеют встроенные сетевые «микроинверторы», поэтому их выход составляет 120/240 В переменного тока, и они отключаются, если сеть выходит из строя. Дешевый способ соответствовать стандарту NEC 690.12 Rapid Shutdown , но совершенно бесполезный в автономном режиме . Есть и другие панели со смартами на борту. Вам нужны обычные выходные панели постоянного тока от Jane, опять же, самая дешевая вещь на рынке.

Есть также закон, с которым нужно бороться. У крыш очень важная работа, и я не сторонник компрометировать ее кучей дыр. Многие другие места на вашей территории выиграют от тени / укрытия от снега, поэтому я говорю: «Постройте отдельно стоящие стеллажи над местом для парковки и т. Д.». Но если вы делаете крепление на крышу, вы должны соответствовать 690.12:

• Если ваши панели менее 30В (т.е. обычные поплавковые панели "12В"/19В), вам не нужно ничего делать.
• Если вы добавите пожарный переключатель и реле, вы можете объединить их последовательно до 80 В на сегмент и последовательно объединить эти сегменты с чем угодно, но намного больше 80 В начинает выводить вас за пределы для дешевых, обычных автономных контроллеров заряда. . Обратите внимание, что реле могут питаться от солнечной панели <30 В :)

Все или все

Панели больше не просто панели. Многие имеют встроенную электронику (например, микроинверторы), чтобы «помочь» установщику. Таким образом, половинчатого пути больше нет. Вы не можете просто позволить этим людям устанавливать то, что им нравится, и ожидать, что они взломают это позже: вы могли бы, но вы полагаетесь на удачу. Итак, вы действительно находитесь на мужественном распутье; вы должны прыгать ва-банк, так или иначе.

• Примите именно то, что они установили, как готовую систему, которую вы никогда не будете модифицировать, и оплатите счет.
• Возьмите под свой контроль процесс, проведите исследование и определите все сами, от супа до орехов. Вы несете ответственность за результат, но у вас также есть возможность сделать это по-своему, и вы получаете лучшие цены на сегодняшний день. И никакого финансирования.

Батареи являются «буфером».

Мощность солнечной панели по своей природе зависит от множества факторов, даже когда солнце отсутствует: температура, затенение от препятствий, угол падения и многое другое. В результате любая солнечная энергетическая система, которая не может рассчитывать на то, что сеть сможет поглотить колебания выходной мощности, требует каких-то других средств, чтобы сделать то же самое, особенно в условиях низкой мощности, и это практически означает, что вам нужен блок батарей для делать свою работу, так как другие маломасштабные технологии систем хранения энергии просто еще не успели созреть.

Инверторы тоже не одинаковы

Еще одна сложность в ваших планах заключается в том, что инверторы не взаимозаменяемы на 100%. В частности, существует три различных инверторных технологии, а именно трансформаторного типа , бестрансформаторный и микропроцессор , каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Начнем с исторического начала, то есть инвертора трансформаторного типа. Первыми солнечными инверторами, работающими вне сети, были инверторы, предназначенные для транспортных средств (рекреационных/морских), предназначенные для работы от свинцово-кислотных аккумуляторов глубокого цикла при напряжении аккумуляторной шины 12 или 24 В постоянного тока. Это потребовало от них использования повышающего трансформатора, чтобы изолировать стороны переменного и постоянного тока друг от друга, а также преобразовать коммутируемое (PWMed или MSWed) напряжение батареи в правильное сетевое напряжение. Благодаря этому данные инверторы могут использоваться как с заземленными (заземленными) системами постоянного тока, так и с плавающими системами постоянного тока, а также не требуют дорогостоящих высоковольтных коммутационных компонентов, но компенсируют это стоимостью и весом инвертора. магнетизм. Это также означало, что первые сетевые инверторы также были основаны на трансформаторах. поскольку они были аккумуляторными инверторами с «привинченными болтами» средствами защиты от изолирования, соответствующими UL 1741 (и, возможно, также с отслеживанием точки максимальной мощности). Со временем к ним были добавлены такие функции, как переключение питания, зарядка аккумулятора и многорежимный режим работы, что привело к сегодняшнемугибридные инверторы , которые являются основой современной автономной работы.

Однако по мере того, как системы, связанные с сетью, становились все более популярными, люди хотели большей эффективности, что требовало более высоких напряжений цепи, а высоковольтные силовые выключатели также становились дешевле, что компенсировало использование в системе больших и тяжелых трансформаторов. Введите бестрансформаторные струнные инверторы; они, которые в наши дни представляют собой основную часть чисто сетевых инверторов, берут постоянный ток высокого напряжения (~ 400 В) от цепочки солнечных панелей или каскада MPPT и переключают его непосредственно на выход для получения формы сигнала сетевого переменного тока. Это избавляет от трансформатора за счет использования высоковольтных переключающих полупроводников, а также за счет использования плавающей высоковольтной солнечной батареи, поскольку она больше не изолирована от сети переменного тока. Кроме того, для бестрансформаторных инверторов требуется специализированное оборудование системы накопления энергии вместо возможности интеграции с недорогими батареями COTS из-за проблем управления высоковольтными группами батарей и проблем с распределением постоянного тока, которые создает встроенная в полевых условиях шина 400 В постоянного тока.

Однако архитектура инвертора трансформаторного типа так и не была реализована. Некоторые яркие искры думали уменьшить его до коробки, которая могла бы управлять выходом одной или двух панелей и преобразовывать его в переменный ток при установке на крыше за панелью. Он стал известен как микроинвертор и стал популярным, поскольку сводит к минимуму потребность в специализированном оборудовании для распределения постоянного тока, позволяя всей проводке работать при эффективном напряжении (часто 240 В переменного тока), уменьшая размер провода и стоимость. Они также могут выполнять эффективный MPPT для каждой панели (есть и другие способы сделать это, используя электронику MPPT DC-DC, но они выходят за рамки этого обсуждения), но имеют стоимость, которую они, как и бестрансформаторные инверторы труднее использовать в автономных и многорежимных приложениях.

То, что вам нужно, это многорежимная солнечная система.

Функциональность, которая вам нужна (экспорт при наличии сети, запуск резервных нагрузок при выходе из строя сети) называется «многорежимной» солнечной системой в Кодексе (и в части торговли), и есть два основных способа добиться этого. (Кстати, подумайте об этом как о гибриде сетевой и автономной системы.)

Один из них называется связью по переменному току., где выход солнечной панели преобразуется в переменный ток, который затем выпрямляется обратно в постоянный и сохраняется многофункциональным инвертором/зарядным устройством, подключенным к аккумуляторной батарее (Outback Radian, Schneider Conext, Victron MultiPlus) или интегрированной системе накопления энергии (например, Powerwall). ), с однократным передаточным средством, встроенным в систему в подходящей точке, чтобы предотвратить обратное питание сетки. Это имеет то преимущество, что его легче интегрировать с существующим оборудованием для фотоэлектрических систем, привязанным к сети, а также позволяет использовать более широкий спектр архитектур инверторов, чтобы избежать некоторых трудностей, связанных с цепочками высоковольтных панелей постоянного тока, таких как защита от дугового замыкания фотоэлектрических модулей. и быстрое отключение массива NEC 2017 года. Недостатком, однако, является то, что вы получаете снижение эффективности солнечной батареи из-за нескольких преобразований,

Однако есть альтернатива, которая называется соединением постоянного тока с вашей системой. В этом случае солнечные панели питают контроллер заряда.который питает шину постоянного тока низкого напряжения (<60 В постоянного тока), с батареями, инверторами и преобразователями постоянного тока, подключенными к этой шине постоянного тока. Это больше соответствует тому, как спроектированы автономные системы, и имеет недостаток, заключающийся в том, что он несколько ограничивает вас в топологии вашей системы в отношении того, что находится на панелях, заставляя вас сталкиваться с такими проблемами, как быстрое отключение, распределение постоянного тока и PV. защита от дугового замыкания более или менее прямая. Однако в некоторых отношениях он предлагает гораздо большую гибкость и эффективность; у вас нет избыточных потерь при преобразовании постоянного тока в переменный и постоянный, и вы также можете с большей легкостью справиться с несоответствием между солнечными энергиями, связанными с сетью, и потребностями в отключении электроэнергии, при условии, что вы используете хорошее оборудование для контроля заряда. Он также лучше подходит для управления низковольтными нагрузками постоянного тока, такими как низковольтное освещение и электроника, которые, хотя и не являются фактором в многорежимной системе,

Не все установщики солнечных батарей справляются с этой задачей.

Учитывая то, что мы теперь знаем о нескольких типах инверторов и о том, какой тип системы вы рассматриваете, становится ясно, в чем ваша проблема сейчас. Ваши установщики являются «толкателями коробок» в отношении всего, что находится ниже по течению от солнечных панелей, они обучены продавать и устанавливать заданный набор коробок (инверторы SolarEdge + оптимизаторы и Powerwall). В результате у них нет возможностей системной интеграции и ноу-хау для работы с более сложными многорежимными (или автономными, если уж на то пошло!) системами. Учитывая вашу ситуацию, я рекомендую вам найти установщика, знакомого с автономной/многорежимной работой; кто-то, кто является дилером Outback или Victron, был бы хорошей отправной точкой, поскольку они являются основными производителями инверторов, используемых в этих типах систем.

Если бы я был скрягой, я бы выбрал автоматическую версию подхода Харпера.

Если бы я пытался сделать многорежимную солнечную систему недорого , то получилось бы что-то похожее на диаграмму Харпера, за исключением двух моментов:

1. Я бы не поставил весь дом на резервную инверторную систему. Это удерживает большую часть действительно колоссальных нагрузок от резервной системы и позволяет поддерживать ее разумный размер, особенно если вы можете управлять отоплением своего дома, не выбрасывая кучу электричества на работу. На самом деле, я бы ограничил резервный инвертор (возможно, подмножеством) выделенными цепями освещения, а также несколькими ключевыми фиксированными нагрузками, такими как скважинный насос, холодильник и (резервная/аварийная) система отопления. Горячая вода, возможно, также является вариантом, но вы захотите максимизировать свою эффективность, если сделаете это, а это означает, что дешевый электрический нагреватель бака не вариант , и без бака тоже нет.
2. Вместо ручной блокировки переключения, описанной Харпером, я бы использовал комбинацию АВР/подпанель для питания резервных нагрузок переменного тока, при этом резервный инвертор занял место входа «генератора» на переключателе резерва. (Для этого подходит Cummins RA112L1 при условии, что вы питаете его 12 В постоянного тока от блока постоянного тока от аккумуляторной батареи, чтобы можно было настроить управление переключением для правильной работы; Kohler также делает такие вещи, но в блоке NEMA 3R. , который работает на открытом воздухе, но его трудно использовать в помещении.) Как и подход Харпера, это позволяет использовать любой старый синусоидальный инвертор для резервного инвертора за счет, возможно, ограничения того, что вы можете использовать для сетевого инвертора на основе ваш выбор контроллера заряда, но он также обеспечивает функцию автоматического переключения с меньшими затратами, чем гибридный инвертор.

Конечно, если вы не стеснены в средствах, я бы вместо этого посмотрел на систему, основанную на гибридном/многорежимном инверторе, так как он объединяет все функции инверсии и передачи в одном блоке, давая вам чистый эффект Harper's System XX без неэлегантный дизайн «на болтах». В любом случае, это позволяет вам использовать менее дорогую аккумуляторную технологию (например, для морских аккумуляторов глубокого цикла, тележки для гольфа или свинцово-кислотных аккумуляторов AGM), что является еще одним экономическим преимуществом по сравнению с тем, что вам предлагается с Powerwall, в зависимости от того, насколько Факторы стоимости батареи в уравнении, конечно.

Потому что даже когда не темно, могут быть облака.

Количество энергии, которую вы можете получить от солнечных панелей, сильно зависит от количества падающего на них солнечного света. Мое грубое эмпирическое правило заключается в том, что легкие облака снижают выходную мощность до одной десятой от максимальной, а тяжелые облака уменьшают ее до сотой или меньше.

Если у вас есть панели, направленные только в одну сторону, существует также проблема, заключающаяся в том, что солнце может не светить на них в любой момент времени, и вы получаете питание только от окружающего дневного света. В таких случаях легкие облака могут даже увеличить генерацию.

Если бы вы попытались получить больше энергии, чем панели генерируют в любой момент, инвертор должен был бы отключиться. Это может быть очень неудобно, если вы что-то делаете.

Добавление батареи позволяет инвертору справиться с такими проблемами. Вы можете продолжать работать на полной мощности, пока батарея не разрядится.

Не будьте циником: любая система на солнечной энергии, которая требует батарей, не окупается (там, где доступно питание от сети).

При этом мне это кажется странным. Я всегда знал, что батареи питают инвертор. Аккумуляторы заряжаются от солнечных панелей (если они доступны) или от сети (когда солнечные батареи недоступны).

В генераторной установке (там, где доступно питание от сети) генератор питает только определенные «критические» цепи, такие как холодильник, печь, скважинный насос и т. Д. Это снизит ваши требования к мощности батареи.
0,02 доллара США