Зимнее расположение солнечных батарей

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

В следующем году предстоит смонтировать СБ-аккумуляторную систему + бензогенератор с управляемым автозапуском для моего домика в подмосковье. Очень хочется сделать автономную систему электроснабжения.
Общая потребность около 150 квт*часов в месяц зимой (тепло добываю из газгольдера), а с марта по октябрь надеюсь максимально потреблять электричество от СБ (электроплита, электрочайник, может даже тепловой насос воздух-вода для тепла). На этапе стройки использовал 2 панели по 235Вт + аккумулятор + инвертор 3кВт, общее впечатление просто великолепное.
В связи с этим пытаюсь спрогнозировать выработку от СБ и понять правильное расположение солнечных батарей для зимнего сбора солнца. Если кто-нибудь уже занимался, или размышлял над этой задачей - поделитесь опытом/идеями, пожалуйста.
На текущий момент у меня есть мысли:
1. расположение батарей вертикально на фасаде (батареи будут чистые + отражение света от снега).
2. расположение батарей 50% на юг, по 25% на восток/запад. На старте планирую 16 батарей по 235Вт номинальной. По 4 батареи последовательно (в т. м. м. 116В на нитку * 8А), 4 нитки в параллель (две южные + восток + запад). Все на один TS-MPPT-60. Колличество солнечных батарей могу удвоить, но сомневаюсь, что это хоть на один час в месяц сократит время работы генератора, судя по отчетам выработки реальных СБ форумчан. Размышляю про схему по 8 батарей на 3 стороны. Главное минимальное использование аккумуляторов летом и максимальная среднесуточная выработка в ноябре-январе.
3. Аккумуляторы планирую 4шт Delta gx12-100 (GEL, 12в, 100Ah) + 4шт gx12-200 (200Ah). Т. е. две нитки (100 и 200Аh) на 48в. Закладываюсь на максимальный ток заряда 60А.
4. Когда (заряд аккумуляторов менее 60% и потребление более 200Вт) или (заряд менее 40%), запускается генератор 3Квт, к которому подключен зарядник 45А (сварочник инвертор 63В с большим кондером и дросселем) на аккумуляторы. Генератор остановится после расчетного времени работы для зарадки до 95%, или превышения 60В напряжения на аккумуляторах.

Прошу совета/конструктивной критики, особенно по 2-му пункту.

Огромная просьба не обсуждать тему про выброшеные на СБ деньги и "в МОЭСКе все по 99 копеек и быстро", таких тем уже хватает, все аргументы читал.

 

Ориентация солнечных панелей
https://www.solarhome.ru/ru/basics/pv/techorient.htm

 

Про зимне-вертикальную установку.
https://www.forumhouse.ru/threads/177619/page-45#post-5065177

 

Здравия, fav2010!
"Критика" такая.
1. Вертикальное расположение сол. панелей конечно проще и их не заносит снегом.
Если выставить зимний угол 69 град. отдача зимой в сравнении с вертик. установкой будет больше процентов на 7. Весной-осенью на 19 % и летом на 38%. Дальше решать Вам. Если есть возможность (а потребность в этом Вы обозначили) рекомендую сделать крепление сол. панелей с изменяемым углом, тогда летом можно получать на 59 % больше энергии.
2. Поскольку у Вас один MPPT контроллер располагать сол. панели необходимо в одной плоскости - на юг, иначе MPPT-шник начнёт чуток сходить с ума. Да и просто солнца с юга больше.
Время работы генератора можно уменьшить, но для этого свинцовые АКБ не годятся, нужен быстрозаряжаемый лифер ... переходим в п. 3.
3. ...у вас планируется свинец. Не рекомендуется использовать АКБ разной ёмкости, тем более в соединении в две параллельных ветки по 48В. Параллелить можно LiFePO4, но не ветками а отдельными ячейками, для свинца это плохо. Ток зарядки в 60А это много. Не смотрите, что там заявляют производители. Свинец любит ток в 1/10С (т.е. у Вас это 30А). Гель вообще не очень любит большие токи. Т. е. заряжать бОльшим током означает сокращение времени жизни АКБ. Судя по Вашему энергопотреблению зимой Вы будете разряжать батареи до уровня 50 SOC (50 DOD), поскольку КПД свинца в самом лучшем случае 0,8-0,85, а обычно 0,7-0,75. Соответственно, с учётом каждодневной работы (и всякого бла-бла) в циклическом режиме максимум через два года эти АКБ нужно будет менять.
4. До 95% так заряжать свинцовые АКБ как предлагаете Вы не есть хорошо. Опять-таки, лифер можно, но не свинец. Скорее всего с какого-то момента (около 90%) АКБ-шки не смогут воспринять весь ток. Как будет работать в этот момент связка "сварочный инвертор" - АКБ предсказать не берусь, однако в инете ходят нехорошие истории про такой способ зарядки. Поэтому, будьте осторожны. Ещё один момент - категорически не рекомендую превышать напругу заряда более 14,4 В на 12В АКБ, это однозначное ускорение деградации свинцовой АКБ.

 

Большое спасибо, vvaleryvv, за конкретику, можно немного уточнений?
1. Угол наклона, как я понимаю, Вы привели для южной стороны... для востока/запада все иначе, солнце значительно ниже (особенно зимой). Вы не проводили эксперименты с ориентацией по разным сторонам света? Летом выработка большая не нужна, нужен просто 1 кВт максимальное время часов в сутки. Большую мощность девать некуда. А для юга 7% можно пожертвовать... крепление дороже обойдется.
2. Я не заметил значительного смещения ТММ у тех панелей, которые я использовал. 29-30в на батарею в пределах освещения от 50 до 1000 Вт/м2. Т. ч. МППТ скорее для эффективного преобразования до уровня напряжения АКБ. Я размышлял про 2 контроллера (один на юг, другой на восток + запад), пока не посмотрел данные с панелей. Даже если будет две разных ТММ у разных ниток (с отличием аж в 1В, т. е. 3%), контроллер будет работать по наибольшей.
3. Лифер чуть не купил (4 банки 90Ah), но потом понял, что смысла не имеет. При 80% глубине заряда у лифера кол-во циклов такое-же, как и у свинца при 20%. И цена как раз в 4 раза отличается. Если приводить к деньгам, особенно систему в целом (с балансирами, низковольтными зарядками/инверторами), то свинец по всем параметрам, кроме веса, лучше. При глубине разряда в 60% емкость батарей можно сократить в 2 раза, хотя срок жизни АКБ тоже уменьшется в 2 раза. цена квт*часа из АКБ та же, только риски по браку/повреждению больше. А года через 3-4 будут уже другие СБ, АКБ и источники. Когда мои АКБ сдохнут, будет хороший повод для апгрейда системы. Про разную емкость АКБ сам размышлял, решил включить с амперметрами и посмотреть в реальной системе как токи распределяться. Если увижу непропорциональное соотношение токов в нитках, да, придется разносить по отдельным зарядкам/контроллерам.
4. у вас есть числовая зависимость числа циклов от токов заряда? Производитель дает в даташите графики числа циклов от глубины разряда (1500 при 30%, 300 циклов при 100% врежиме заряд 0.25C, разряд 1С), есть график время жизни в буферном режиме от температуры... но зависимость числа циклов от тока заряда не дает, все данные для rated тока 0.25C.

Еще у меня мысль была сварочник подключать к входу СБ у контроллера, для АКБ такой режим будет менее рисковонным, но найти сварочник с большим запасом напряги не просто. Все производители пишут ХХ 80В, но это враньше. Промерил два сварочника: fubag 120 и мастер 160, вместо паспортных 80В увидел 40 и 63в. Зато они держат напрягу на токах до 60А и регулировать ток можно. Кстати, заряд АКБ планирую на часы максимального потребления, т. ч. кроме заряда АКБ еще и инвертор с потребителями будет амперы отъедать.

 

1-2. Для полной автономки лето нас совсем не интересует - ясно, что Солнца будет много. Зимой же Солнце светит с юга (с юго-востока, юга, юго-запада). Не вижу смысла ставить панели на восток и запад (этим Вы снизите выработку панелей раз в пять). С разноориентированных массивов будет приходить разное напряжение, особенно по утрам и вечерам, как будет "суммироваться" мощность одному Богу известно. Впрочем, это только моё мнение, основанное частично на расчётах.
О расчётах (вот простые прикидки) ...
7% - это для зимы, летом изменение угла панелей может дать до 60% прибавки. Крепления не настолько дорогие, чтобы ими пренебрегать. Прикинем сколько стоит увеличение мощности массива солпанелей.
Предположим панелька стоит (15 тыров + 10% установка) * 16 шт и делим на 0,93 и 0,81 и вычитаем 15*1,1*16 = 19,9 тыр и 61,9 тыр. - на столько нужно добавить солпанелей чтобы скомпенсировать потери массива ориентированного на юг, но висящего вертикально.
3. По лиферу ... простите, но Вы как-то не так считаете.

Во-первых, лучше всего ограничить разряд лифера 70%, кол-во циклов поднимется минимум в 1,5 раза. Во-вторых, техданные для свинцовых АКБ даны для БУФЕРНОГО режима, а у Вас будет ежедневное циклирование! Посмотрите в даташите delta_gx12_200.pdf. Меня там два момента напрягли.
Первое. Да, красивый график "Срок службы в циклическом режиме", НО! Есть ещё и график "Срок службы в буферном режиме" – смотрим и видим снижение ёмкости до 80% в среднем за три года. Т. е. за ~ 1100 дней, и, соответственно, за ~ 1100 циклов (т.е. 2000 не получаем никак). Может быть эти АКБ тестили заряжая и разряжая по несколько раз в сутки, но нам-то это зачем? А теперь мысленно "умножьте" эти два графика … вот и выйдет, что максимум через два года капец котёнку.
Второе. Нельзя гелевый свинец заряжать токами 0,3С, НИЗЗЗЯ! А написано … а не верю. И не советую проверять – можете АКБ угробить (как-раз таки летом за один раз).
Поэтому цена 1 кВтч не равна а уже почти в три раза хуже чем у лифера. А теперь вспомним про КПД свинца, возьмём его в 0,75. Итог – свинец по стоимости 1 кВтч хуже лифера в 4 раза.
4. " у вас есть числовая зависимость числа циклов от токов заряда?" Да передо мной открытый файл delta_gx12_200.pdf (других не нашёл)

Не вижу такого. Есть график "Заряд постоянным напряжением (0,3CA, 25градC)". Во всех остальных графиках я не вижу указания на разрядные и зарядные токи – они могут быть какие угодно, и, скорее всего, это 0,1-0,2С. Зато из графика "Разрядные характеристики" вижу, что при токе 1С ёмкость этой АКБ падает в 2 раза!
И это очень большая засада. Потому что, заряд стандартными зарядниками бОльшим (чем номинал в 0,1С) током обязательно сильно сократит ресурс АКБ.
Насчёт графика " "Заряд постоянным напряжением (0,3CA, 25градC)". На самом деле название некорректное – сначала там идёт заряд постоянным током где-то 2,5 часа (а это с учётом КПД заряда 0,85 даст 64% ёмкости, потом где-то час ток падает (что говорит о неспособности АКБ далее принимать ток в полном объёме) и только через 3,5 часа выход на заряд постоянным напряжением.
5. Не подключайте сварочник ко входу MPPT– спалите контроллер!
Есть желание - пишите в личку, подъезжайте к нам - покажем лифер в работе.

 

Нет такой необходимости.
Будет лишь:
1. небольшое снижение максимальной мощности,
2. значительное увеличение времени заряда АКБ.
Первое при большой мощности СБ и свинцово-кислотных АКБ не существенно и помогает уйти от ограничения мощности СБ, вызванного ограничением зарядного тока АКБ.
Второе позволяет растянуть потребление электроэнергии по времени от восхода до заката, что при использовании свинцово-кислотных АКБ только на пользу. Этакий неуклюжий вариант неподвижного трекера.
Летом 2010 года ставил СБ по 3 шт на юго-восток и юго-запад. Угол между СБ 90 градусов.
СБ подключены к одному МРРТ контроллеру. Это была вынужденная мера из-за необходимости выполнения сварочных работ с утра пораньше.
Тут обсуждалось подобное подключение и его последствия:
https://www.forumhouse.ru/threads/144892/page-26#post-4337115

 

Weis, зимой установка солпанелей на запад и восток ничего не даст.

- а это совершенно другое дело! Именно на юго-восток и юго-запад но не на восток и запад. Тогда будет больше время для заряда свинца в межсезонье, зимой же эффект будет малозаметным, поскольку зимой Солнце на юго-востоке только начинает всходить, а садится как раз на юго-западе. Любые даже небольшие препятствия (кусты-деревья-домики-построечки) "сужают" дневное время ещё на пару часов.
Кстати, не всегда самым лучшим углом будет угол на юг. В Москве зимой, насколько я знаю, лучшим углом будет юго-юго-восток с отклонением от чисто южного направления градусов на 7-9 (впрочем за точность цифры не ручаюсь).
P. S. Сколько же геморроя со свинцовыми АКБ, сколько же нужно лишних денег в солпанели вложить? Может всё-таки лифер купить, а солпанели спокойно на юг сориентировать?
P. P. S. В любом случае Спасибо за ценную инфу о проблемах и методах их решений, будет о чём рассказывать людям.

 

Если я правильно понял, их там на юг особо много не поставишь.
В идеале надо:
1. трекер,
2. мощные СБ,
3. АКБ, способные воспринимать большой заряд за короткое время.
При достаточно мощных СБ пункт №1 можно пропустить.

Конечно свинцовые АКБ далеко не идеальное решение, но в ряде случаев (например эксплуатация весна-лето-осень, да еще и только по выходным) вполне приемлемое решение. Надо только правильно посчитать емкость АКБ и мощность СБ.

 

Weis, спасибо, что присоединились к моей теме. Изначально вопросы как раз и появились после изучения вашей таблички с выработкой. Очень полезная информация.
У меня домик с края деревни и почти со всех сторон (кроме северо-запада) открытое пространство, теней нет (пока нет, все что не будет нужно для СБ - засажу деревьями). Этим летом часто замечал ситуацию, что весь день пасмурно, а утро (или вечер) выглядывает солнышко. Но угол падения света на батареи уже просто никакой, выработка мала. Зимой такое тоже часто, а судя по вашей табличке, зимой выработка не планируемая, а "как повезет". Вот я и заинтересовался вопросом увеличения светового дня и, соответственно, вероятности уловить хоть какие-то лучи зимой.
При текущих ценах на СБ и их тенденции (за последний год в 2 раза подешевели? в штатах уже по 0.7$/Вт), трекеры смысла не имеют, не говоря уже про выделение места под них и эстетику).

Кстати, вчера поставил эксперимент с зарядкой сварочником через MPPT Epsolar 2215. Сварочник выдавал 40-105В постоянки, ограничил на 10А, Epsolar видил его как киловатную солнечную батарею и выдавал до 20А на аккумуляторы (24в, 2*гелевых по 100А). Нагрузкой на АКБ повесил инвертор с обогревателем на 220В. Очень понравилось, как система балансируется сама... переходные процессы занимают 5-10 секунд. Включаю обогреватель 1кВт, просаживается напряга на АКБ до 26В, контроллер сразу добавляет ток до 20А (плавно), а сварочник плавно увеличивает потребление от сети с 70Вт до 600Вт. Замечательно все работает, ничего не сгорело... разве что провода нагрелись под 20А (тонкие слишком). Как бы не хотели продавцы продать супер-зарядки и лифер, аргументируя "все сгорит и работать не будет, а хороший свинец через 3 года сдохнет, так лучше купи сейчас в 3-4 раза дороже лифер, который проживет аж 5-7 лет, если не украдут и не замерзнет и еще с ним чего не случится", а оно все таки работает и я не вижу причин, почему должно что-то взорваться (пульсации минимальны, хорощий гальванически изолированный источник тока).
Недавно изучал на работе задачу мгновенного принятия генератором большой мощности (SDMO 200J, нагруженный UPS-ом через АВР), очень порадовался плавности переходных процессов той лабы, которую собрал дома... жалко, что на 160кВА сварочников нет.

 

Как раз зимой они и нужны!

 

1. А мне трекеры нравятся. Стоит себе этакий подсолнух, Солнце ловит. Красота! Конечно если с выбором площади (на земле) под установку сложности, да еще имеется кровля, пригодная для установки СБ нужной мощности и деньги на их приобретение то вопрос необходимости трекера снимается.
2. Тут есть один момент, который мне не понятен: как при таком использовании работает алгоритм МРРТ контроллера заряда?
Есть несколько алгоритмов, которые используются в МРРТ контроллерах для поиска точки максимальной мощности. В любом случае в этих алгоритмах присутствует изменение напряжения на входе СБ с отслеживанием изменения входного тока, вызванное колебаниями напряжения.
Понятно что неполадки в работе контроллера заряда при такой эксплуатации не будут признаны гарантийным случаем (надеюсь до такого не дойдет).

А лифер штука хорошая Вот добью свои свинцово-кислотные и (возможно) на него перейду. На мой взгляд решающим здесь является возможность принимать большой зарядный ток, что особенно важно в редкие моменты хорошей выработки СБ в осенне-зимний период. Да и генератором заряжать их попроще будет.
А может еще что поинтереснее появится.
Поживем - увидим.

Но прибавка за счет использования трекера максимальна в период коротких ночей
Я вот смотрю по этой зиме, хоть 15 трекеров поставлю, а толку не будет
В декабре среднесуточная выработка СБ (1290 Вт) всего 0.22 кВт*ч, в ноябре 0.71.
Короткий световой день и пасмурная погода сделали свое дело. Хоть крути СБ, хоть полируй, а ощутимого роста выработки в абсолютных величинах не будет

 

Аэростат для поднятия над облачностью. И крутить по азимуту легче.

 

Тогда уж проще поднять туда ветряк...

 

Нее, провода слишком длинные будут, потери большие.