Хочу рассказать сегодня о хитром нюансе автономной энергетики, а именно — о вольтаже автономной системы. Тем более, что есть, что рассказать на основе собственных ошибок. Вряд ли вы прочтете об этом где-то еще. Мне пришлось узнать это на собственном опыте и исправлять дорогостоящие ошибки.
Думаю, многие понимают, что перед нами стоит великое децентрализованное энергетическое будущее или погружение в темноту — кто на что горазд. Система резервного питания или полностью автономная система энергообеспечения на солнечных батареях становится необходимостью (для тех, кто хочет остаться со светом и энергией для основных потребностей). А перспектива ближайшего будущего — это микросети (о которых уже писалось), объединяющие потребителей и генерацию, независимые от сторонних поставщиков.
Остатки советской централизованной энергетики были успешно «декоммунизированы» и «деколонизированы» Россией. Остатки атомной энергетики еще работают, но это не продлится долго, учитывая что срок этого «наследия совка» уже подошел к концу. Бесконечно продлевать срок эксплуатации и закрывать глаза на безопасность реакторов не получится из-за их физического износа.
И это скорее хорошо, чем плохо — потому что дает стимул для трансформации. Простому народу — свободу от олигархических монополий и кормушек, в которые превратилось советское энергетическое наследие. А системе — устойчивость и развитие. Чарльз Дарвин говорил, что выживают не самые сильные или умные, а наиболее адаптивные к изменениям. Кризис – это момент изменений. Те, кто смогут быстро адаптироваться, смогут его пройти и в будущем справляться с вызовами. Но что надо делать сейчас?
Власть уже открыто говорит нам: «МЫ — ВСЁ. Выдоили все, что могли, и теперь вы сами по себе». Это признание того, что государство больше не несет ответственности за граждан. Выживание теперь зависит от нас самих.
Я это понял лет на 10-15 раньше и уже тогда начал восстанавливать забытые навыки и осваивать новые знания.
Моя история электромонтера-любителя начинается в далеком 88-м году. С 9-10 класса в школе вводилась отдельная дисциплина. Уроки профориентации и профподготовки в советских школах 80-х годов были важной частью образовательного процесса. Тогда нас уже со школы готовили не прикладывать руку к сердцу при исполнении государственного гимна, или цитировать строки Маркса или Шевченко, а делать реальные вещи. На это отводилось полдня или даже целый день 2 раза в месяц. Нам нужно было ехать на профкомбинат, который обычно располагался на территориях различных предприятий.
Уже не помню, чему там учили девочек. Но когда нам выдали список профессий, все парни резко захотели записаться на водителей — для 16-летних это было очень круто учиться водить ЗИЛ, знать правила дорожного движения. Но я упусти момент, и так как количество мест было ограничено, пришлось выбирать из того, что осталось.
Не то, чтобы я сильно любил электричество. Просто папа постоянно что-то паял, и я вырос в окружении паяльников, радиодеталей и запаха канифоля. Основы я знал, и пошел на электромонтажника, который успешно закончил, получив свидетельство «слесарь-электромонтажник 2-го разряда». Потом жизнь повела меня совсем другими профессиями, и если бы кто-то сказал мне тогда, в 17 лет: «Чувак, отнесись серьезно — это пригодится тебе в 50!», я бы рассмеялся ему в лицо.
Это я к тому, что в ближайшем будущем (да и уже настоящем) человек должен уметь делать множество вещей своими руками, а не полагаться на «специально обученных людей». Спаять провод, вырастить еду, починить кран, поштукатурить стену, смастерить что-то из дерева, сварить металл, положить кирпич. Потому что, во-первых, профессионалов сейчас непросто найти. А во-вторых, криворуких больше, чем настоящих специалистов. И в-третьих, попробуй дозвониться до них, когда нужно что-то доделать или исправить. Эти принципы, как военный устав, «написаны кровью», а не какая-то теория.
Так что, учиться надо постоянно. Всю жизнь.
Основные компоненты системы резервного питания
Начиная свой опыт с возобновляемой энергетикой, я думал, что просто могу обратиться к профессионалам. Надо заплатить, и все сделают для тебя в лучшем виде. Но не тут-то было. Как говорил классик: «Если хочешь, чтобы дело было сделано, надо делать его самому».
Вернемся к главной теме статьи — как выбрать вольтаж
Не обязательно быть суперпрофессионалом, чтобы сделать правильный выбор и базовые расчеты. Для этого нам понадобится:
- Закон Ома
- Таблица сечения кабеля по току и мощности
Основные компоненты системы резервного питания на солнечных батареях:
- Солнечные панели (фотоэлементы): Самый ключевой компонент. Солнечные панели преобразуют солнечную энергию в электрический ток. Они состоят из ячеек кристаллического кремния и имеют номинальную мощность, например, 550 Вт.
- Контроллер заряда: Управляет зарядом аккумуляторов, обеспечивая оптимальное питание от солнечных панелей.
- Аккумуляторы: Хранят электрическую энергию, полученную от солнечных панелей. Аккумуляторы обеспечивают непрерывное питание в темное время суток или при облачной погоде.
- Инвертор: Преобразует постоянный ток от аккумуляторов в переменный ток 220 В, который подается к электрическим приборам в доме.
Такая система (постоянного тока) может быть на 12, 24 или 48 вольт. Есть и другие варианты, но это самые популярные, отталкиваясь от производимого оборудования.
Выбирайте сразу 48. Я сделал ошибку, начав с 12 и пройдя весь путь до 24 и потом 48, искренне удивляясь, почему люди продают 12-ти вольтовое оборудование на OLX и апгрейдятся на 48.
А причины в следующем: 12-ти вольтовые системы имеют больше недостатков, чем преимуществ.
Первое преимущество — в широком ассортименте маломощного оборудования. Множество китайских устройств ориентированы именно на этот диапазон. Вроде всё просто — купил аккумулятор, инвертор — соединил провода и оно заработало. Для тех, кто поленился углубиться, начинают осознавать недостатки уже в процессе эксплуатации.
И второе — дешевизна аккумулятора. 12-ти вольтовый аккумулятор LiFePo4 (100ah) будет стоить около 10000 грн. Для сравнения такой же на 24v будет в 2 раза дороже. А на 48v — соответственно в 4.
Но и емкость, соответственно, растет. Так 48v 200ah (стоимостью в 60000 грн), обладает емкостью в 10 кВт, тогда как такой же на 12v (стоимостью 15000 — 20000 грн) — всего 2,5 кВт
Недостатки 12-ти вольтовых систем:
- Главный недостаток в огромных токах. Поэтому для таких систем не делают мощных инверторов. Чтобы запитать что-то существенное, например холодильник и насос (водоснабжение и хранение продуктов — задачи с главным приоритетом), нужно не менее 1200 Вт номинальной мощности (реальная будет где-то 80%). Вот и считайте (берем закон Ома): 2000Вт (пиковая мощность) / 12в = 166А. Отсюда следующий недостаток:
- Провода толщиной в палец. Берем таблицу и смотрим, что на такие токи нужны провода 50 мм2. Уже сами провода непросто купить, но их надо еще обжать медными клеммами (такую услугу сложно найти), отсюда плавно вытекает покупка специального обжимного инструмента и кусачек.
Инвертор 12-2000Вт потребует провода уже в 70 квадратов минимум, для подключения к батарее. И не факт, что батарея поддерживает разряд такими токами (я встречал BMS для LiFePo4 на максимум 200 ампер.
Вот вы и уперлись в потолок. Если хотите что-то более мощное (от 3000 Вт), вам потребуется оборудование на 24 вольта. А при таком раскладе все токи делятся, а стоимость аккумулятора умножается на 2 (А инвертор даже стоит дешевле!)
(Примечание: двойные пиковые нагрузки выдерживают только трансформаторные инверторы фирмы Victron. Никакие другие я не советую. Китайские типа т.н. высокочастотные Axioma, PowerMr и прочие поделки отдают только номинал. И имеют много других недостатков, которые не являются темой этой статьи).
- В целом, как для системы исключительно резервного питания, с зарядкой от сети, с 12-ти вольтовой системой мириться — она работает. Но есть один подлый и неожиданный нюанс, с которым я столкнулся чуть позднее, при использования в связке с солнечными панелями. Этого я никак не мог заранее предусмотреть.
Если не просчитать заранее мощность солнечных панелей и зарядный ток контроллера заряда в привязке к вольтажу батарей, большую часть самого продуктивного времени ваши панели будут попросту работать в холостую!
Большинство дешевых (и особенно китайских) контроллеров заряда рассчитано на токи до 60А. Что означает, что максимальная мощность панелей, которая может быть подключена к 12в системе составляет 720 ватт (т.е. чуть больше, чем такая панель в 650 w как на фото). У меня стоят две панели, поэтому в солнечный день мой 30А контроллер заряда способен принять энергию только от одной:
Вот это было обидно. Оказалось, проблема больших токов существует не только при разряде, но и при заряде. Хотите контроллер с большим зарядным током — платите в разы больше.
Вот примерные цены на контроллеры заряда от Victron (вторая цифра в названии — это максимальный ток заряда батарей):
Т.е. Victron 100 | 30 в системе 12 вольт будет использовать максимум 360w от панелей.
- Система на 12 вольт — 360w
- Система на 24 вольта — 720w
- Система на 48 вольт — 1440w
Таким образом, дешевый аккумулятор влечет за собой высокую стоимость контроллера заряда, низкую эффективность фотовольтаики и ограниченную мощность инвертора. Инверторы на 48 вольт надежнее и иногда даже дешевле в пересчете на единицу мощности, в сравнении с низковольтными (но высокотоковыми) системами.
Вот сравнительная таблица:
Так какой же вольтаж выбрать?
- Если планируете использовать солнечные панели, всегда выбирайте 48 вольт.
- Если просто резервное питание, можно и 12-24, но лучше все равно 48, т.к. потом сэкономите на апгрейде. 24 — это золотая середина для тех, кто ограничен бюджетом.
Вячеслав Горобец
