Увеличение эффективности работы Off-grid photovoltaic system и максимизация использования энергии солнца с помощью контроля электрооборудования в автономной управляемой среде.
Солнечные системы возобновляемой энергии все больше входят в повседневную жизнь.
Развитие различных технологий позволило создавать достаточно мощные и надежные системы производства электроэнергии для обеспечения потребностей индивидуального дома или коттеджа, без подключения к общей электросети.
Off-grid photovoltaic Stand Alone electric system предназначены для независимого энергоснабжения отдельных обьектов. Такие системы создают свою отдельную сеть подачи электроэнергии обычного стандарта 230 V АС 50 Hz и могут обычно обеспечивать потребителей мощностью от 10 до 10 000 W. Off-grid photovoltaic system преобразуют солнечный свет в электроэнергию и накапливают ее в аккумуляторах для последующего использования.
Практические аспекты работы Off-grid photovoltaic system определены обьективными причинами следующего характера:
- солнце светит определенную часть дня и не равномерно,
- солнечные панели могут выработать ограниченное количество энергии,
- время использования электроэнергии не всегда совпадает со временем его производства солнечными панелями.
- заряд аккумуляторов конечен и имеет определенную величину.
Эти же пункты показывают и недостатки такого энергоснабжения.
Идеальным случаем использования энергии, вырабатываемой солнечными панелями, является максимальное использование ее сразу по мере выработки и равномерный заряд аккумуляторов с последующим минимальным их использованием. Ситуация, когда производимая в дневное время энергия идет на зарядку батарей и в основном испольуется в вечернее и ночное время является не только большой нагрузкой на батареи, но и неэффективным способом ее утилизации.
Дело в том что не вся произведенная энергия может быть помещена в батареи, а также сам процесс заряда – разряда батарей сопровождается значительными потерями энергии. Мы считаем что эффективность такого стандартного процесса не превышает 70% от генерации солнечных панелей.
Кроме того если батареи полностью заряжены, а солнце еще светит, то энергия панелей больше не утилизируется и просто пропадает.
В ситуации, к примеру, когда днем дома никого нет и своевременное использование энергии выдаваемой панелями не происходит, эти потери происходят систематически. Дело в том, что при приближении заряда батарей к максимальному чарджеры начинают ограничивать поступление энергии от панелей в аккумуляторы.
Современные чарджеры становятся все лучше и эффективнее. Новые и самые лучшие модели уже активно взаимодействуют с солнечными понелями по технологии Maximum Power Point trackers. Такие как например The Steca MPPT solar charge controller Tarom MPPT 6000. Вопрос как не потерять эту энергию и использовать максимально все возможности такого оборудования решают инженеры Rosstek.
Фирма Rosstek Ltd. разработала первую в мире систему по дистрибуции электроэнергии для индивидуального отдельно стоящего жилого дома оснащенного Off-grid photovoltaic system.
Фирма Rosstek Ltd. специализируется на разработке и инсталляции проектов возобновляемых источников энергии, имеет большой опыт в эксплуатации Off-grid photovoltaic system, и понимает этот вопрос. Инженеры Rosstek Ltd. задумались, как использовать полностью энергию солнца без участия человека и повысить эффективность работы Off-grid photovoltaic system до максимального уровня, близкого к 95-97%.
В результате многолетней работы был разработан проект системы дистрибуции электроэнергии от Off-grid photovoltaic system в индивидуальном жилом доме по схеме «Умный дом».
Совместно с инженерами фирмы Rockwell Automation было подобрано необходимое оборудование на базе контроллеров Allen-Bradley и построена управляющая система для по дистрибуции электроэнергии для индивидуального отдельно стоящего жилого дома оснащенного Off-grid photovoltaic system.
Принцип работы системы контроля основан на расчете потоков энергии и потребности в заряде батарей.
Обеспечивая полноценный заряд батарей, контроллер направляет имеющуюся свободную энергию на утилизацию домашними потребителями.
При этом максимально используется энергия производимая от солнца панелями и не используются аккумуляторы на разряд.
Сократить нагрузку на аккумуляторы значит увеличить срок их службы и надежность. Долгая жизнь и здоровье аккумуляторов очень важны при эксплуатации Off-grid photovoltaic system.
В настоящее время для работы с Off-grid photovoltaic system используются специально разработанные аккумуляторные батареи с гелевым твердым электролитом (dryfit technology), не требующие обслуживания. Это например Sonnenschein SOLAR batteries производства GNB Industrial Power – A division of Exide Technologies. Sonnenschein SOLAR batteries are specially designed for small to medium performance requirements in leisure and consumer applications.
Хорошие результаты были получены при использовании батарей HOPPECKE OPzV solar.power batteries.
Такие батареи достаточно дороги, поэтому их часть в общей стоимости энергосистемы достаточно велика. Тема повышения срока службы и устойчивости работы аккумуляторных батарей очень актуальна.
Способы использования имеющейся энергии могут быть различными, зависит от оборудования дома и климата. Так зимой энергия может направляться на нагрев горячей воды, работу системы отопления, такую как теплые полы и так далее. Летом энергия может направляться на работу кондиционеров, насосы фильтрации бассейнов и другое.
Возможности управлящей системы весьма широки. От простой возможности, например включать в определенной время наружное освещение дома, до запуска в определенное время запрограммированных приборов бытового назначения. После разработки проекта началась практическая реализация системы.
Экпериментальная установка была собрана фирмой Rosstek Ltd. в 2014 году и запущена в опытную эксплуатацию на отдельном коттедже, оборудованном Off-grid photovoltaic system и специально адаптированному к применению «умной системы управления» от Rosstek.
В системе применялось электронное оборудование, чарджеры и инверторы, немецкой фирмы Steca Elektronik GmbH, ведущего производителя компонентов для Off-grid photovoltaic system и зарядки батарей. Были использованы аккумуляторные батареи Sonnenschein SOLAR batteries изготовленные по dryfit Gel – VRLA technology.
Система управления построена на базе компонентов Rockwell Automation и контроллеров Allen-Bradley, использовано программное обеспечения фирмы Rockwell Automation и протоколы MODBUS.
Система позволяет производить оперативный контроль за энергопотреблением дома во всех цепях незаметно для пользователей и при этом выдает текущую информацию на встроенный монитор. Информация выдается как в виде цифровой, так и в виде графиков и графических картинок. Постоянно собираемая статистика энергопотоков и действий системы записывается в базы данных для хранения и анализа.
Система прозводит расчет поступающей от солнечных панелей энергии и расход в user-defined цепях.
Система обеспечивает приоритетный заряд батарей, питание всех user-defined цепей и приборов в доме, таких как свет, холодильники, телевизоры, компьютеры и кухонные applianses.
В автоматическом режиме находится управление домашним климатическим и вторичным оборудованием дома. При эксплуатации зимой были задействованы теплые полы, изготовленные на основе инфракрасных пленок Calorique™. Технология Calorique, разработанная глобально для альтернативных возобновляемых источников энергии и эффективного использования этой энергии, воплощена в гибкую пленку электрического лучистого отопления, которая максимизирует эффективные проводящие свойства элементов углерода.
Возникающий периодически избыток энергии направлялся дополнительно на нагрев горячей воды в баке 500 литров. Также контроллер управляет работой помпы фильтра бассейна.
Для пользователей имеется возможность всегда перейти на ручной режим управления любым обьектом и по необходимости включить его или отключить принудительно.
Разработан интерфейс передачи данных на домашний компьютер или мобильное устройство с возможностью получения любой информации о работе системы.
В результате опытной эксплуатации система показала очень высокую эффективность использования производимой солнечными панелями энергии и практически достигла требуемого показателя в 97%. При этом увеличилось количество поставляемой в дом электроэнергии без увеличения мощности и оборудования солнечной системы. Таким образом стоимость производимой энергии снизилась и отдача от финансовых вложений в установку Off-grid photovoltaic system выросла. Кроме улучшения технических показателей улучшились потребительские качества всего дома и повысился комфорт для проживающих в доме людей. С хозяев снята часть забот по контролю включения части домашних приборов и им не надо думать и постоянно следить за наличием энергии. Теперь хозяева могут спокойно уехать в отпуск или по делам и оставить дом под присмотром контроллера, который проследит за соблюдением условий нормального содержания дома и точного использования энергии.