Корисна інформація
Вибір обладнання для системи безперебійного живлення залежить від різних факторів, включно з потребами об’єкту, а також особливостями електромережі.
Важливо розуміти, що вартість обладнання варіюється в широкому діапазоні, від чого часто залежать якість та функціональні можливості, життєвий цикл обладнання Наприклад, від ємності АКБ залежить як те, скільки витримує сонячний інвертор, сонячні панелі визначають можливості по генерації власної енергії, що напряму впливає на повну вартість системи безперебійного живлення.
Сонячні панелі
Сонячні панелі – фотоелементи, які вловлюють сонячні промені та одразу перетворюють їх на постійний струм. Найчастіше для цього використовують кремній. Під впливом світла та тепла від інфрачервоних проме-нів на фотоелементах виникає різниця потенціалів. Сонячні панелі бувають монокристалічні, полікристалічні та тонкоплівкові. Розміри сонячних панелей коливаються в межах 99,5–140 см у ширину та 168,5–250 см у довжину. При однаковому розмірі потужність сонячних панелей різних видів може суттєво відрізнятися.
Монокристалічні панелі – кожна чарунка таких панелей складається з монокристала кремнію. Вони мають найвищий рівень ККД та термін служби до 20 років. Монокристалічні сонячні панелі є найдорожчими та вод-ночас найбільш ефективними в перерахунку на кількість кВт, які можна отримати з одиниці площі.
Полікристалічні панелі – панелі виготовляють з кремнію з домішками. ККД таких панелей дещо нижчий ніж у монокристалічних. Вони потребують значно більших площ, ніж монокристалічні панелі. Водночас технологія їхнього виробництва більш проста та дешева, тож вартість таких панелей нижча у порівнянні з монокристалічними.
Тонкоплівкові (аморфні) панелі – панелі з найнижчим ККД і строк служби суттєво поступається іншим двом видам Вага сонячної панелі цього виду є найнижчою, бо її виготовляють з тонких шарів кремнію, які наносять на основу з фольги чи скла. Низька продуктивність зумовлює потребу у великих площах і підвищених витра-тах на допоміжні матеріали, як-от системи кріплень.
Вибір типу сонячних панелей вимагає враховувати низку чинників:
- наявність потрібної площі для встановлення панелей;
- потужність сонячної панелі та станції;
- фінансові можливості власника об’єкту де встановлюється СЕС;
- температурний режим;
- бажаний строк служби.
Статистика свідчить, що для домашнього використання здебільшого встановлюють монокристалічні чи тонко-плівкові сонячні панелі. Перший варіант вибирають, коли критичним є розмір сонячних панелей, а другий – за умови обмеженого бюджету. Натомість для промислових СЕС найчастіше віддають перевагу полікристаліч-ним модулям.
Які бувають варіанти підключення сонячних панелей між собою
Для станцій безперебійного живлення (СБЖ), що працюють на основі сонячної генерації на об’єктах де при-датні площі для розміщення сонячних панелей обмежені – доводиться застосовувати розміщення на площи-нах з різною орієнтацією стосовно південної сторони.
Необхідно базове розуміння потужності, сили струму та напруги, що описується формулою: P [Вт] = U [В] · I [А] Це основа для проектування фотоелектричних установок – використовується для розрахунку масиву соняч-них панелей.
Існує 3 варіанти підключення сонячних панелей між собою в єдиний масив (поле):
- Послідовне підключення
- Паралельне підключення
- Послідовно-паралельне підключення
При послідовному з’єднанні сонячних панелей напруга в електричному колі додається (сума напруги окремих панелей), а сила струму такого електричного кола буде відповідати силі струму однієї панелі із са-мим низьким значенням.
Дуже важливо, що б всі панелі були однакові, одного виробника, однієї моделі і однієї партії – сила струму поля панелей буде визначатись найменшим значенням.
При паралельному підключенні сонячних панелей – напруга поля сонячних панелей на виході кожної панелі буде однакова і не збільшуватиметься. А сила струму всіх панелей при паралельному підключенні – буде додаватись.
При паралельно-послідовному підключенні сонячних панелей необхідно впевнитись, що напруги панелей, які об’єднуються в одне поле, не відрізняються одна від одної на більше ніж 5%. Кількість сонячних панелей в різних масивах, що об’єднуються в одне поле – повинна бути однаковою. Не коректно об’єднувати масив з 7 та масив із 8 панелей в одне поле.
Для більш складних об’єктів із різнонаправленими площинами на котрі встановлюються поля сонячних пане-лей, застосовують різносторонній монтаж – це вимагає наявності інвертора з двома незалежними МРРТ входами. Це дозволяє оптимізувати потужність кожного поля, коли вони незалежні одне від одного за раху-нок підключення до двох різних МРРТ входів.
Проте в цьому правилі можна робити одне виключення – якщо не вистачає МРРТ входів, а поля сонячних панелей будуть складатись із однакової кількості панелей, орієнтованих на схід-захід.
Можна відключити два поля сонячних панелей, орієнтованих під різними кутами чи азимутами, до одного з вхідних МРРТ портів інвертора, за умови, що вони з’єднані паралельно та складаються із однакової кількості панелей.
Така можливість існує завдяки тому, що паралельне з’єднання різних електричних кіл від сонячних панелей, що розташовані під різними кутами (чи азимутами), призводить до невідповідності сили струму, але при па-ралельному підключенні сила струму додається. При цьому по різному освітлені панелі не створюють великої різниці в напрузі.
Не значне неузгодження напруг при паралельному з’єднанні не дає суттєвих втрат в генерації електроенер-гії, особливо, якщо інвертор має гібридну функцію загального пошуку МРРТ.
Таке підключення можна вважати прийнятним, якщо рівень втрат від полів, розташованих під різним кутами (чи азимутами), не перевищує 1% у порівнянні із підключенням на окремі МРРТ.
Типи інверторів для сонячних панелей та їх особливості
Існує три різновиди інверторів, кожен з яких має свої функціональні можливості та призначення. Найпрості-шим з погляду конструкції є мережева модель. Також в сонячних електростанціях (СЕС) використовуються пристрої автономного типу, які потрібні як для генерації електроенергії, так і її накопичення в акумуляторних батареях. Є також гібридні інвертори, що поєднують особливості двох інших типів.
Сонячний мережевий інвертор
Мережевий інвертор застосовується у сонячних електростанціях — мережевих. Є два варіанти того, як пра-цює мережевий інвертор:
- Передача згенерованої енергії в загальну електромережу.
- Використання енергії для власного споживання. Якщо споживання перевищує виробіток сонячної електростанції, вся згенерована енергія спрямовуватиметься на живлення споживачів. Додаткова електроенергія береться із загальної мережі в кількості, яка потрібна для роботи споживачів.
Автономний інвертор
Інвертор автономного типу відрізняється від мережевого тим, що може працювати навіть під час відключення електропостачання (якщо немає напруги в спільній мережі). Для цього СЕС комплектується додатковими елементами — акумуляторними батареями (АКБ) і контролером заряду.
Автономний інвертор напруги — це обладнання, яке має кілька варіантів роботи:
- Якщо електропостачання в мережі відсутнє, інвертор одночасно використовуватиме згенеровану сонячними панелями енергію як для живлення споживачів, так і накопичення заряду в АКБ.
- За недостатньої генерації інвертор забезпечує споживачів живленням, а дефіцит електроенергії береться з АКБ.
- Коли СЕС генерує достатньо електроенергії, вона використовуватиметься для живлення споживачів і заряджання АКБ. Однак при зниженні генерації інвертор бере енергію з мережі лише для споживання (АКБ в цей час не заряджаються).
- За повної відсутності як генерації, так і електропостачання, живлення споживачів може виконуватися за допомогою АКБ. Тривалість роботи в такому режимі залежить від ємності АКБ і ступеня їхнього заряду. Автономний інвертор: не дозволяє віддавати надлишки в мережу. Тобто СЕС цього типу не можна використовувати для “зеленого” тарифу, Net Billing і Net Metering.
Гібридний інвертор
Пристрої цього типу дуже схожі на автономні моделі, однак вони мають важливу відмінність — можуть передавати згенеровану енергію в електромережу.
Із інверторами гібридного типу можна використовувати АКБ. Це дозволяє створювати різні системи, пов’язані з власним споживанням, накопиченням заряду акумуляторів, компенсацією нестачі генерації тощо.
АКБ для роботи з інверторами у системах безперебійного електропостачання
Герметичні свинцево-кислотні акумулятори не рекомендується використовувати для роботи з інверторами, оскільки у АКБ цього типу не достатньо високий показник кількості циклів розряду-заряду. Свинцево-кислотні АКБ – нові типи свинцево-кислотніої батареї використовують вуглець на негативному електроді для створення негативного електрода суперконденсатора. У цих батареях позитивний електрод не зазнає жод-них змін у своєму хімічному процесі, а хімічний процес не відбувається на негативному електроді. У резуль-таті пластина менше піддається корозії, що забезпечує довший термін служби та вищу ефективність, ніж у звичайних свинцево-кислотних акумуляторів. АКБ такого типу відпрацьовують 1200 до 2000 циклів при 80% розряді і подекуди досягають показників деяких недорогих Li акумуляторів.
Літієві АКБ – це тип акумуляторів із високою щільністю електроенергії (Вт·год/кг) і сьогодні дуже затребувані. Зараз на ринку присутні 2 типи літієвих батарей – літій-іонні (Lithium-ion) та літієві акумулятори на основі заліза-фосфату (LiFePO4).
Акумулятори в яких використовують літій-залізо-фосфатні батареї як матеріал катода, називаються літій-залізо-фосфатними (LiFePO4 або LFP). В них один елемент створює напругу від 3,2 В до 3,3 В. Тому три або чотири з цих елементів з’єднані послідовно, щоб створити одну LFP батарею.
Літій-іонні батареї мають одну з найвищих щільностей енергії серед усіх типів батарей – приблизно від 100 Вт·год/кг до 265 Вт·год/кг.
LiFePO4 Щільність енергії акумулятора LFP трохи нижча, ніж літій-іонного акумулятора – вона становить 90-165 Вт·год/кг.
Що стосується кількості циклів відпрацювання зяряд/розряд:
Літій-іонні – від 1000 до 3000 циклів.
Літій-залізо-фосфатні – від 1000 до 10 000 циклів (що значно більше ніж у Li-ion).
Є ще один тип АКБ – літій-тітанат (Li4Ti5O12, LTO). LTO – це літій-іонна батарея з титанатом літію як ано-дом. Він широко використовується через його високу безпеку, високу стабільність, чудову продуктивність, тривалий термін служби та екологічність. Він має низький саморозряд, високий рівень безпеки, тривалий термін служби, широкий діапазон робочих температур, швидку зарядку та швидкість розряду. Технологія титанату літію — це майбутнє акумуляторів. Витримують понад 20 000 циклів (DOD при 80%), є найкращим вибором.
Що робить генератор автономним/аварійним генератором
Не кожен генератор, який встановлено на об’єкті є автономним (аварійним) джерелом живлення. Але любий генератор, що обладнаний електростартером – можна перетворити на справжній аварійний генератор, що працює в автономному режимі за допомогою встановлення окремої автоматики, яка забезпечить:
- Постійну готовність до старту (буферна зарядка АКБ генератора, робота з датчиком масла, тощо);
- Відстеження вдалого старту та повторення спроб старту, після першої невдалої спроби старту генератора. Повідомлення про причину у випадку не запуску генератора;
- Відстеження генерації струму (частота, напруга);
- Забезпечення певної тривалості холостого пробігу генератора (важливо для довговічної роботи генератора) після зняття з подачі напруги;
- Відслідковування кількості мотогодин;
- При необхідності – реалізовується функція автоматичного вводу резерву (АВР) з механічним захистом від одночасної подачі напруги від мережі та від генератора;
- При потребі – встановлюється реле часу для затримки подачі струму по окремих фазах (для 3хфазних генераторів). Запобігає зупинці генератора при перевантаженні від одночасних високих стартових токів.