Соединенные с сетью системы

Поделиться ссылкой на статью

Обновлено 14 января, 2023

Фотоэлектрические системы электроснабжения, соединенные с сетью

Каргиев В.М.
Компания «Ваш Солнечный Дом»

Мы были первой компанией на российском рынке, которая широко продвигала применение сетевых солнечных фотоэлектрических инверторов в автономных, резервных и соединённых с сетью системах. Ни одна из других компаний, даже продающая аналогичное или то же самое оборудование, не имеет такого богатого и успешного опыта, как у нас, в области создания гибридных систем с аккумуляторами и солнечными сетевыми инверторами.

Пока еще немного людей готовы жить без подключения к сетям. Если вы только собираетесь покупать землю и дом или строить новый дом, то нужно учитывать, что цена на такие участки и дома, не присоединённые к сетям централизованного электроснабжения, гораздо ниже. Достоинства автономных энергосистем подробно описаны на странице С сетью или без?.

Если вы уже имеете подключение к электрическим сетям, то не имеет смысла от них отключаться. Основной причиной, по которой люди хотят иметь автономную систему и отключиться от существующих сетей централизованного электроснабжения, является желание получить энергетическую независимость и не зависеть от аварий на электросетях, повышения тарифов на электроэнергию и т.п. Однако всего этого можно добиться и не отключаясь от сети.

Если у вас есть перерывы в электроснабжении, можно выделить в отдельную группу ответственных потребителей — например, насосы и электроника системы отопления, холодильник, дежурное освещение, радио, телевизор и т.п. — и обеспечить их бесперебойное электропитание за счет аккумуляторных батарей. Если перерывы в электроснабжении не превышают нескольких часов, то обычно этого достаточно, чтобы решить эту проблему. Солнечные батареи будут использоваться для уменьшения потребления энергии от сетей, и помогут уменьшить ваши счета за электроэнергию. Ну а если вы счастливый обладатель старого индукционного счетчика с колесиком, которое может вращаться в обратную сторону если излишки солнечной электроэнергии передаются в сеть, то сети будут являться вашим бесплатным аккумулятором бесконечной емкости.

В случае частых аварий и отключений в сетях, а также если отключения длительные (более суток), вам нужно поставить соединённую с сетью батарейную фотоэлектрическую систему электроснабжения. Большинство загородных домов нуждается именно в батарейной фотоэлектрической системе, так как вероятность перерывов в электроснабжении велика — по разным причинам, начиная от перегрузки и изношенности оборудования электросетей, до падения деревьев на ЛЭП, ледяных дождей, ураганов и т.п.

фотоэлектрические системы электроснабжения
Пример системы электроснабжения с возобновляемыми источниками энергии и аккумуляторами, соединённой с сетью

Введение в систему аккумуляторов делает возможным работу системы и при отсутствии сети. Есть специально разработанные батарейные инверторы, которые могут регулировать потребление энергии от сети в зависимости от состояния и степени заряженности аккумуляторов. Тем самым можно обеспечить приоритетное использование энергии от солнечных батарей и/или ветрогенератора не отключаясь от сети.  Такие инверторы также не перенаправляют энергию в сеть, если пропало напряжение в сети, тем самым обеспечивая безопасность при проведении ремонтных работ на линии электропередачи. При использовании такого оборудования аккумуляторы не разряжаются и работают практически в буферном режиме, что практически исключает их износ и значительно повышает срок их службы.

Для того, чтобы не тратить лишние деньги на неоправданно мощную систему, вам необходимо тщательно посчитать, какая именно нагрузка и в течение какого времени должна будет работать в случае аварии на ЛЭП. Очень часто нужно бывает обеспечить примерно 1/10 часть от общей мощности потребителей во время перерывов в электроснабжении. Остальная нагрузка может быть выключена или ее работа сведена к минимуму до восстановления работы сетей. Это позволит существенно снизить стоимость вашей резервной системы электроснабжения. Также, как уже упоминалось на других страницах нашего сайта, все меры по улучшению энергоэффективности и уменьшению потребления должны быть сделаны до того, как мы с вами начнем рассчитывать систему резервного электроснабжения. Обычно это делается в несколько этапов — мы предлагаем вам систему, вы оцениваете ее бюджет, уменьшаете в случае необходимости ваши запросы, и мы корректируем состав (и стоимость) системы.

Типичная безаккумуляторная фотоэлектрическая система стоит 2-4 доллара за пиковый ватт (более подробно про стоимость солнечной электростанции для дома см. Цена средней солнечной электростанции. Это пока единственный вид фотоэлектрической системы, вырабатывающей в большинстве случаев энергию дешевле, чем можно купить в электросетях (цена «солнечной» электроэнергии составляет примерно 2-3,5 руб/кВт*ч).

Аккумуляторные системы стоят от 8 долларов за ватт установленной мощности и выше, потому что нужно добавить аккумуляторы и дополнительное оборудование для их заряда. Дополнительная информация также находится на страничке АС системы электроснабжения.

Безаккумуляторные фотоэлектрические системы

Сетевая фотоэлектрическая система электроснабжения

Сетевая фотоэлектрическая система электроснабжения

Большинство соединенных c сетью фотоэлектрических систем, установленных в мире, являются безаккумуляторными и требуют наличия напряжения в сети для своей работы. Сеть дает опорное напряжение для сетевых инверторов, которые синхронизируются с ним и выдают идентичное сетевому напряжение. Если такого сигнала нет, или он начинает сильно отличаться от нормального (по величине напряжения, частоте и т.п.), сетевой инвертор перестает работать.

Преимуществом такой системы является максимально эффективное использование солнечных батарей, которые всегда работают в точке максимальной мощности. Сетевые инверторы начинают выдавать энергию от солнечных батарей в сеть начиная с минимального значения.

Прекращение генерации сетевых инверторов при пропадании напряжения в сети также связано с обеспечением безопасности при ремонтных работах в сетях. Необходимо обеспечить отсутствие напряжения на линии, если подача напряжения отключена электриком на подстанции.

При работе параллельно с сетью солнечная батарея использует сеть как аккумулятор и источник энергии, который обеспечивает недостатки энергии. Например, если ваш холодильник потребляет 5 ампер, и солнечная батарея вырабатывает 5 ампер, то практически это значит, что ваш холодильник питается от солнечных батарей. Однако не все так просто. Если при старте компрессора мотор потребляет 10 ампер, то только от солнечной батареи он не запустится. Также, он может не работать при облачной или пасмурной погоде. В этом случае все, что не хватает для нормальной работы холодильника, будет браться из сети.

Также, в сеть будут направляться все излишки генерируемой солнечными батареями энергии. В России это не всегда допустимо, т.к. подавляющее большинство счетчиков электроэнергии, установленных в российских домах и квартирах, считают отданную электроэнергию как потребленную. Сказывается несовершенство нашего законодательства и нормативной базы, при которой все потребители электроэнергии считаются потенциальными расхитителями.

Для того, чтобы исключить передачу электроэнергии в сеть и не увеличивать показания счетчика отданной электроэнергией, нужно использовать или специальные сетевые фотоэлектрические инверторы, снижающим свою мощность при появлении излишков энергии, или установить специальный контроллер излишков энергии WattRouter. Подробно об этом расписано на сайте www.wattrouter.ru

Аккумуляторные фотоэлектрические системы резервного электроснабжения

Проектирование системы с аккумуляторами является более сложным и более ответственным, чем проектирование безбатарейной системы. Если вы ошибётесь при выборе мощности соединённой с сетью безбатарейной системы, недостающая энергию будет взята из сети. Однако, если вы рассчитаете неправильно систему с аккумуляторами, то во время перерывов в электроснабжении вы можете оказаться без электроэнергии, несмотря на то, что вы имеете комплект «бесперебойного электроснабжения». Или заплатите за аккумуляторы больше, чем нужно, если установите лишнюю ёмкость аккумуляторов. В конечном итоге, ошибки в проектировании системы приводят либо к излишней стоимости системы, либо к неспособности системы обеспечить вас бесперебойным электроснабжением. В любом случае, модификации системы — это дополнительные затраты. Это означает потерю ваших денег, поэтому мы рекомендуем для профессионального расчёта обратиться к нам — заполните специальную форму заявки на подбор оборудования, и наши инженеры сделают вам необходимые расчёты совершенно бесплатно.

Принципы проектирования соединённой с сетью системы электроснабжения с солнечными батареями

Мощность инвертора определяется по суммарной мощности нагрузки, которую нужно питать во время аварий на сети. Длительность отсутствия подачи энергии от ЛЭП определяет емкость АБ, мощность солнечной батареи, ветроустановки, резервного генератора и т.д.

Для максимально эффективной работы аккумуляторная фотоэлектрическая система, соединенная с сетью, требует использования специализированного инвертора. Возможны 3 варианта работы системы:

  1. Солнечные батареи заряжают АБ через контроллер заряда, а затем энергию через инвертор передаётся в нагрузку или сеть
  2. Солнечные батареи работают на сетевой фотоэлектрический инвертор, от него питается нагрузка, излишки энергии идут на заряд аккумуляторов, а если АБ заряжены, то направляются в сеть.
  3. Гибридная система, включающая элементы обоих вышеперечисленных типов.

1. Сетевая фотоэлектрическая система электроснабжения с контроллером заряда постоянного тока.

Фотоэлектрическая система электроснабжения с контроллером заряда постоянного тока
Рис.1. Сетевая фотоэлектрическая система электроснабжения с контроллером заряда постоянного тока

Самым простым и распространенным вариантом является заряд аккумуляторов от солнечных батарей через контроллер заряда постоянного тока. Если использовать обычный ББП, то при наличии сети заряд происходит от сети, и солнечные батареи практически не используются. Для того, чтобы максимально использовать энергию, вырабатываемую солнечными батареями, нужно применять контроллер MPPT и специальный ББП с функцией передачи электроэнергии в нагрузку или сеть при напряжения на АБ выше заданного. В этом случае, даже если АБ заряжены полностью от сети, энергию от СБ направляется в нагрузку, тем самым уменьшая потребление от сети. Если нагрузка потребляет меньше энергии, чем вырабатывают солнечные батареи, такой ББП может или направлять излишки в сеть, или уменьшать выработку солнечных батарей за счет повышения напряжения на аккумуляторах.

В такой схеме могут работать ББП Xtender XTH/XTM, SMA Sunny Island, Conext XW, RichElectric CombiPlus, Outback GFX/GVFX. В последние годы и некоторые российские инверторы способны принимать энергию с выхода, — например, МАП Гибрид/Доминатор.

При авариях на сетях централизованного электроснабжения инвертор начинает генерировать энергию от аккумуляторов. Если солнечные батареи подключены через контроллер заряда к аккумуляторам, то инвертор использует солнечное электричество, и, если его не хватает, то и энергию из аккумуляторов. Если солнечной энергии больше, чем нужно для потребителей, она идет на заряд аккумуляторов.

Достоинства

  1. Возможность использования энергии солнца как при наличии сети, так и во время отключений
  2. При длительных перерывах в электроснабжении — возможность восстановления работы при глубоком разряде аккумуляторов путем заряда АБ от СБ

Недостатки

  1. Потери на двойное преобразование солнечного электричества — потери в контроллере, в инверторе, частично в аккумуляторах
  2. Циклирование аккумуляторов приводит к их износу, однако такой режим имеет место только при перерывах в централизованном электроснабжении, в обычном режиме аккумуляторы работают в буферном режиме со сроком службы близком к сервисному.

2.Фотоэлектрическая система электроснабжения с сетевым инвертором на входе ББП.

Фотоэлектрическая система электроснабжения с сетевым инвертором на входе ББП
Рис.2. Фотоэлектрическая система электроснабжения с сетевым инвертором на входе ББП

В этой схеме применен высокоэффективный сетевой инвертор. Если основное потребление солнечного электричества имеет место днем, и отключения централизованного электроснабжения редкие и недолгие, то такая схема является наиболее дешевой и эффективной. В такой схеме может использоваться любой бесперебойник, даже самый простой. Когда светит солнце, сетевой инвертор снабжает энергией нагрузку во всем доме, в том числе и резервируемую. Излишки энергии направляются в общую сеть только если потребление в доме меньше, чем генерируют солнечные батареи. Энергия солнца используется и на заряд аккумуляторов. Эффективность сетевого инвертора более 90%. Единственным недостатком является прекращение использования энергии солнца при авариях в сетях.

Достоинства

  1. В такой схеме могут работать любой ББП и любой сетевой фотоэлектрический инвертор
  2. Мощность ББП выбирается по мощности резервируемой нагрузки и не зависит от мощности солнечных батарей. Мощность сетевого инвертора может быть как больше мощности ББП, так и меньше.
  3. Возможность восстановления при глубоком разряде аккумуляторов при использовании небольшой СБ, подключенной к АБ через контроллер заряда (показаны пунктиром). Это необязательный элемент, если отключения кратковременные.
  4. Аккумуляторы все время находятся в заряженном состоянии и практически работают в буферном режиме и используются только при отключениях сетевого электричества

Недостатки

  1. Прекращение использования энергии солнца при авариях в сетях

3.Фотоэлектрическая система электроснабжения с сетевым инвертором на выходе ББП.

Фотоэлектрическая система электроснабжения с сетевым инвертором на выходе ББП
Рис.3. Фотоэлектрическая система электроснабжения с сетевым инвертором на выходе ББП

В этой схеме также применен высокоэффективный сетевой инвертор. Отличие от предыдущей схемы состоит в том, что при пропадании напряжения при отключения сети, солнечные батареи продолжают питать резервируемую нагрузку и заряжать аккумуляторы. В нормальном режиме, при наличии напряжения в сети, сетевой инвертор снабжает энергией резервируемую нагрузку, при этом КПД преобразования инвертора очень высокий — более 90-95%. Если нагрузка потребляет меньше, чем вырабатывают солнечные батареи, излишки энергии идут на заряд аккумуляторов. Если нагрузка потребляет больше — то недостающая энергия берется из сети. После полного заряда аккумуляторов излишки энергии направляются в общую сеть и питают остальную нагрузку в доме (до ББП).

При аварии в сети ББП переключается на работу от аккумуляторов, и обеспечивает одновременно опорное напряжение для сетевого инвертора. Поэтому энергия солнца продолжает использоваться и при авариях в сетях. Как и при наличии сети, излишки солнечного электричества сначала направляются на заряд аккумуляторов. После того, как аккумуляторы полностью зарядятся, возможны 2 варианта:
1) ББП дает сигнал для выключения сетевого инвертора, и он остается выключенным до тех пор, пока напряжение на АКБ не снизится до заданного уровня.
2) При использовании сетевых инверторов SMA Sunny Boy совместно с ББП Xtender или SMA возможно постепенное снижение мощности сетевого инвертора в зависимости от напряжения на АКБ.

При авариях в сети батарейный инвертор обеспечивает для сетевого инвертора опорное напряжение, что позволяет продолжать питать нагрузку переменного тока напрямую от солнечного сетевого инвертора. Естественно, вся нагрузка, подключенная до батарейного инвертора, не получает энергию — ни от аккумуляторов, ни от солнечных батарей.

Если напряжение в сети не пропало, но вышло за пределы допустимого, то инвертор отключается от такой сети и продолжает питать ответственную нагрузку качественным током — от СБ и от АБ. Нагрузка, подключенная до инвертора, питается тем напряжением, которое есть в сети.

Достоинства

  1. Продолжение использования солнечной энергии при авариях на централизованной сети электроснабжения. т.е. возможность использования энергии солнца как при наличии сети, так и во время отключений.
  2. Высокий КПД использования энергии от солнечных батарей за счет применения высокоэффективных сетевых инверторов и снижения потерь на стороне постоянного тока за счет повышенного напряжения СБ
  3. Возможность восстановления при глубоком разряде аккумуляторов при использовании небольшой СБ, подключенной к АБ через контроллер заряда (показаны пунктиром). Это необязательный элемент, если отключения кратковременные.
  4. Аккумуляторы все время находятся в заряженном состоянии и практически работают в буферном режиме и используются только при отключениях сетевого электричества и отсутствии солнечной энергии

Недостатки

  1. Необходимость применения специальных ББП, которые могут заряжать АБ с выхода, а также направлять излишки солнечной энергии в сеть. Также, такой ББП должен или давать сигнал на отключение сетевого инвертора, или повышать частоту на выходе для управления сетевым инвертором (большинство сетевых инверторов прекращают работу при выходе параметров частоты за заданные пределы)
  2. Суммарная мощность сетевых инверторов, подключенных к такому ББП, должна быть меньше или равна мощности зарядного устройства ББП. Это необходимо для того, чтобы утилизировать энергию от СБ при отключениях сети и разряженных аккумуляторах.
  3. При длительных перерывах в электроснабжении и отсутствии солнечной энергии ББП может выключиться по низкому уровню заряда АБ. Восстановить их возможно только когда появится напряжение в сети, или путем установки дополнительного небольшого фотоэлектрического модуля с контроллером заряда. Такой случай возможен, но вероятность его очень небольшая.

В вариантах 1 и 3 в обычном режиме работы инвертор использует солнечную энергию для заряда аккумуляторов и для питания нагрузки в доме. Если есть излишки энергии, он направляет их в общую сеть (если разрешить ему это делать), или снижает выработку энергии солнечными батареями. При этом совсем необязательно направленная на вход инвертора энергия теряется — она может быть использована другими потребителями в доме, которые не резервируются этим инвертором. Т.е. например, вы зарезервировали холодильник, резервное освещение, систему отопления, телевизор и т.п. инвертором. Но в доме у вас есть еще другая нагрузка, которая может и не работать, когда пропадает сеть — например, стиральная машина, электроинструмент, электрочайник и еще много чего.

Когда есть сеть, солнечная энергия используется как для питания этой нагрузки, так и (если она полностью не потребляется резервируемой нагрузкой) для питания другой нагрузки в доме. Таким образом вы максимально используете свои солнечные батареи и полностью потребляете все, что они вырабатывают. В автономной системе такого нет — если АБ заряжены и нагрузки нет, то генерация солнечными батареями уменьшается или прекращается вовсе.

Применение сетевых инверторов и схем включения рис. 2 и 3 в большинстве случаев повышает эффективность системы. См. сравнение КПД контроллеров постоянного тока и сетевых инверторов.

Далеко не каждый инвертор может обеспечить работу системы в таких режимах. Такой специализированный инвертор выполняет 3 функции

  1. обеспечение резервного электроснабжения во время аварий в сети,
  2. заряд аккумуляторов от сети, а в некоторых случаях и от сетевого инвертора
  3. и передачу излишков энергии в сеть

В настоящее время мы предлагаем несколько моделей инверторов и ББП, которые могут работать в таких системах. Это инверторы Steca Xtender XTH/XTM, SMA Sunny Island, Xantrex XW, RichElectric CombiPlus. Все эти инверторы имеют функцию увеличения мощности сети, могут отдавать излишки солнечной энергии в сеть и т.п. Возможно также ограниченное применение инверторов Outback GFX/GVFX.

Несмотря на сложность батарейной фотоэлектрической системы, преимущества, которые она дает — неоспоримы. Ни один из наших клиентов, установивших такую систему, не пожалел об этом.

Выводы

Фотоэлектрическая батарейная система бесперебойного электроснабжения Фотоэлектрические системы очень надежны, и безаккумуляторные системы практически не требуют обслуживания. Также, такие системы обладают максимальной эффективностью использования энергии от солнечных батарей — от 90 до 98%. При этом сеть может использоваться как бесплатный аккумулятор практически бесконечной емкости. Обычные аккумуляторные батареи требуют регулярной замены и специальной утилизации, иначе будет нанесен вред окружающей среде. Потребитель несет ответственность за правильную утилизацию АБ. К счастью, сейчас очень много фирм, которые принимают отработанные аккумуляторы, и даже платят за них (небольшие) деньги.

2. Если отключения сети частые, то необходимо добавить в систему аккумуляторы и блок бесперебойного питания. Добавление в систему аккумуляторов, с одной стороны, повышает надежность электроснабжения, но, с другой стороны, требует обслуживания аккумуляторов. Также, за счет использования аккумуляторов и батарейного инвертора снижается КПД системы. КПД батарейных инверторов примерно 85-92%, а КПД заряд-разряда свинцово-кислотных АБ — около 80% (20% теряется на нагрев АБ во время химических реакций). Можно немного повысить КПД заряда-разряда, если использовать АБ в режиме малых токов. Но как только АБ заряжены, вся энергия от солнечных батарей направляется в сеть или на питание нагрузок до батарейного инвертора — именно за счет этого повышается эффективность работы соединенной с сетью системы.

3. Применение сетевых инверторов повышает эффективность работы системы в целом, особенно если большая часть солнечной энергии потребляется в дневное время. Применение специальных ББП с возможностью заряда АБ с выхода позволяет использовать сетевые фотоэлектрические инверторы даже во время перерывов в электроснабжении от централизованной сети.

copyright3 фотоэлектрические системыУсловия частичного или полного копирования здесь

Эта статья прочитана 31046 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 73
    С аккумуляторами или без?Нужны ли аккумуляторы в системе электроснабжения? Если вы планируете систему электроснабжения с солнечными батареями, у вас есть выбор - сделать ее без аккумуляторов, или с аккумуляторами. Для правильного выбора необходимо ответить на следующие 3 вопроса: Как часто у меня бывают…
  • 70
    Цена солнечной электростанцииСколько стоит купить и установить солнечную электростанцию на обычный российский дом? Статья дополняет другую нашу статью Выгодны ли инвестиции в солнечные батареи?, в которой также затронуты вопросы стоимости и окупаемости солнечных батарей и электростанций на их основе. Нас часто спрашивают,…
  • 68
    Типы солнечных электростанцийКлассификация солнечных фотоэлектрических электростанций - Автономные, соединенные с сетью, резервные. Солнечные батареи в системах электроснабжения.
  • 68
    Нужны ли солнечные батареи?Преимущества использования солнечных батарей в автономных и резервных системах электроснабжения Очень часто приходится сталкиваться с мнением, что применять солнечные батареи нецелесообразно, что они дороги и не окупаются. Многие думают, что гораздо легче поставить бензогенератор, который будет обеспечивать энергией ваш дом.…
  • 68
    Сетевые инверторы в резервной системеПрименение сетевых фотоэлектрических инверторов в резервных системах электроснабжения Можно ли использовать сетевые микроинверторы в автономной системе электроснабжения? Или в резервной системе с аккумуляторами? С ростом популярности и количества установок сетевых солнечных инверторов - как обычных string-инверторов, так и микроинверторов, мы…
  • 64
    Автономная солнечная электростанция - 4 главных элементаИз чего состоит автономная солнечная электростанция Системы автономного электроснабжения и их состав мы рассматривали в статье "Автономное электроснабжение". Типы фотоэлектрических систем описаны на странице Фотоэлектрические системы. Рассмотрим более подробно один из видов - автономную фотоэлектрическую солнечную станцию. Наиболее простая солнечная…
Реклама

4 комментария “Соединенные с сетью системы

  1. Илья Ответ

    Добрый день
    Я все жду когда изменется отношение у сетевых компаний к сетевым инверторам и будет возможность подключать двунаправленные щечики.
    Есть по этой теме подвижки?

  2. Михаил Ответ

    Здравствуйте. Резервируемая и не резервируемая нагрузки имеют общую нейтраль? Существует внутренняя связь по нейтрали у гибридного грид-он\оф инвертора? Хорошо бы подтвердить ответ блок. схемой гибридного грид-он\оф инвертора.

    • solarh Автор записиОтвет

      Нейтраль общая. Наличие внутненней связи зависит от модели инвертора. Есть в перемычкой внутри, есть с выведенными терминалами входа и выхода нейтрали. Смотрите инструкции на конкретные модели инверторов, которые вас интересуют.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *