Каталог

  • 0
  • 0 0

    Немає товарів у кошику.

Сонячні батареї і тепловий насос – енергетична незалежність

Передмова:

Тарифи ростуть на всі види енергії газ і електроенергію. Дуже часто домовласники переходять на альтернативні джерела енергії, в тому числі встановлюючи теплові насоси. Але ж тепловий насос все ж споживає електроенергію. Тому отримання електроенергії від сонця дозволить ще більше підвищити енергоефективність всієї системи і економити ще більше.

Далі ми розглянемо реальний приклад реалізації проекту повної енергетично незалежною системи елетро- і теплопостачання будинку і офісного приміщення. Об’єкт розташований в Київській області, м.Біла Церква.

Завдання:

Реалізація харчування офісного та житлового об’єктів від гібридної сонячної установки (сонячні батареї) в якості джерела основного і резервного живлення при взаємодії зі стаціонарною мережею і дизельним генератором.

Економічне обгрунтування:

Встановлення доцільності потенційно можливого переходу на “зелений тариф” при істотній різниці між вартістю енергії, отриманої від стаціонарної мережі та від альтернативних джерел енергії.

Об’єкт реалізації:

Офіс і примикає до нього житловий будинок з підключенням до умовної мережі 1 і окремо стоїть житловий будинок з підключенням до мережі 2.

Тепловий насос:

Для отримання теплової енергії використовується геотермальний тепловий насос, який працює з теплообмінником, зануреним в річку (вода-вода).

Монтаж і пуско-налагоджувальні роботи:

В ході пусконалагоджувальних робіт проводиться моделювання ситуацій з тимчасовим відключенням стаціонарної електромережі і перевантаженням, викликаної одночасним підключенням великої кількості електроприладів в офісі і житловому будинку.

Проектування і технічне рішення по монтажу сонячних батарей:

Проектні обмеження пов’язані з розмірами і площею покрівлі, призначеної для монтажу фотоелектричної системи, що працює від сонячного світла. При використанні всієї площі був встановлений практичний максимум генерації в 20 кВт. Для розміщення модулів фотоелектричної системи використовувалися чотири ската покрівлі. Було враховано, що при рівному нахилі трьох основних скатів потрібно установка двох інверторів потужністю відповідно 15 і 5 кВт. Для оптимізації роботи і створення завантаженості інвертора типу Unom-600V кожне приймальне Гелиополе було обладнано 20-23 елементами генерації.

Схема размещения солнечных панелей для дома 1

На етапі монтажу елементів виникли труднощі з кріпленням їх до черепиці нестандартної форми, які вдалося подолати шляхом розробки нестандартних кронштейнів, що дозволяють максимально надійно встановити конструкцію:

Етапи проектування системи безперебійного живлення з використанням гібридної установки на сонячних батареях

1. Для початку були проведені розрахунки основних параметрів роботи системи.

Навантаження на інвертори в максимальному і середньогодинні значення. У розрахунок включені всі споживачі, що створюють навантаження при використанні енергії акумуляторів, показники можливих змін навантаження, кількості споживачів, кількості задіяних для покриття потреби акумуляторів. Враховано співвідношення вартості і параметрів акумуляторів.

2. Розрахунок тривалості використання акумуляторної батареї.

У формулі враховується період резервного живлення і залежність від нього кількості джерел живлення. В результаті розрахунків і консультацій було прийнято рішення про застосування інверторів VictronEnergyQuattro 48/10000/140 (3 шт), акумуляторів літій-іонного типу Victron Energy LiFePO4 – 160 Ач (12 шт.). При розрахунках врахована необхідність резервування харчування вдома 2, для чого було встановлено силовий щит АВР, розрахований на автоматичне підключення акумуляторів при відмові харчування від стаціонарної мережі. Для розрахунку споживання узятий часовий період роботи з повним навантаженням при використанні акумуляторів. Таким чином були змодельовані найбільш складні умови – відсутність генерації сонячною батареєю при навантаженні споживачів 27 кВт / год. В реальності досягнення такого навантаження малоймовірно, що видно з досвіду спостережень за піковими значеннями споживання, як правило не перевищують 8 кВт / год. Під час денного споживання вся енергія постачається сонячною батареєю, що дає можливість в реальній ситуації протягом приблизно 24 годин використовувати автономну резервну систему навесні і восени з урахуванням середньої тривалості світлового дня та інтенсивності опромінення геліополя.

Відсутність резерву для роботи теплового насоса

Модель спочатку не передбачала автономне використання системи взимку і при необхідності резервувати і живити тепловий насос. Для створення реальних умов встановлено дизель-генератор, який був після установки синхронізований з іншими джерелами і споживачами в різних поєднаннях.

Робота системи в нормальних умовах (нормальний режим)

Умови. Об’єкти 1 і 2 отримують живлення від зовнішньої стаціонарної мережі, при цьому кожен з об’єктів підключений за індивідуальною, постійно використовуваної схемою. Харчування теплового насоса забезпечує мережу об’єкта 2.

Покриття навантаження від споживачів об’єкта 1 забезпечується за рахунок сонячної батареї з напрямком надлишків в мережу при зарядженої акумуляторної батареї і роботі автономного інвертора. Функції автономного живлення при цьому явно не проглядаються, однак, вони виконуються. Картина така: раніше при одночасному включенні духової шафи, сауни, кавоварки і СВЧ-печі відбувалося спрацьовування АВ через явну перевантаження. При використанні системи PowerAssist перевищення потужності споживачів не призводить до відключення живлення на об’єкті 1, оскільки недолік покривається акумуляторами. Говорити про просте системи в даному випадку було б некоректно.

Разом, при запасі потужності 20 кВт і 27 кВт з інверторів і високої інтенсивності опромінення геліополя додається ще 20 кВт, що в сумі дає 60 кВт. Не використовується запас потужності, яку автономні інвертори здатні видавати при піковому навантаженні, а це 27 кВт, короткочасне дворазове перевищення номіналу.

Досвід показує, що при розвитку “зеленої енергетики” з’явиться можливість покривати потребу в енергії під час пікових навантажень за рахунок автономної системи, а не шляхом збільшення споживання з мережі. Економічний ефект в даному випадку виражається в тому, що при досягненні “зеленим тарифом” значень вартості нижче, ніж вартість мережевий енергії використання альтернативного джерела стає вигідним. У більшості стан Європи така картина вже спостерігається. Цілком реальним стає використання в якості основного джерела живлення автономної системи і залучення мережевий енергії тільки в періоди пікових навантажень.

У нічний час система переходить на живлення від акумуляторів через інвертор, а при інтенсивній сонячної генерації з’являється можливість перенаправити енергію від сонячних батарей в мережу для продажу надлишку потужності, підключаючись до зовнішнього джерела для покриття власних потреб або пікового навантаження. Баланс дотримується за умови, що власні сонячні батареї заряджені:

График потребления электроэнергии: красный – сеть, зеленый – дизель-генератор, синий – аккумуляторы солнечной системы, желтый-солнце

Автономні інвертори мають досить корисним властивістю контролю параметрів мережі. При відхиленні від заданих нормальних значень, вони виробляють перемикання системи на автономне живлення до тих пір, поки зовнішні параметри не відновляться в нормальних межах. Це хороша можливість захистити прилади від перепадів напруги в сторонньої мережі.

Робота системи в нормальних умовах (резервний режим)

Умови: відсутність харчування від зовнішніх мереж на об’єктах 1 і 2, освітленість сонцем нормальна, хмарність мінімальна.

При таких умовах спостерігається користування об’єктами 1 і 2 енергії від сонячної батареї і періодично, при відсутності навантаження, зарядка акумуляторів. При відсутності освітлення харчування перекладається на акумулятори до повного розряду.

Слід враховувати, що в ході цієї частини досвіду не підключається тепловий насос, який перекриває своєю потребою потужність інверторів і розряджає акумулятори приблизно за півгодини. Для роботи теплового насоса використовується ДГ. При короткочасному відключенні від мережі (до декількох годин), тепловий насос може простоювати, поки не з’явиться реальна небезпека розморожування опалення або просто охолодження будинку до некомфортною температури.

При необхідності можна переналаштувати інвертори так, щоб вони забезпечили роботу теплового насоса протягом певного періоду часу. Можна створити схему, яка забезпечить автоматичний переклад теплового насоса на харчування від ДГ при певному розряді акумуляторів або після заданого періоду часу.

Робота системи в нормальних умовах (резервний режим)

Умови – відсутнє зовнішнє харчування на об’єктах 1 і 2, акумулятори розряджені, харчування забезпечує генератор. Погода сонячна.

У цій ситуації обидва об’єкти отримують енергію від генератора, а сонячна система частково розвантажує його за рахунок покриття надлишку навантажень на об’єктах.

Для забезпечення такого режиму встановлюється алгоритм управління, що передбачає автоматичний запуск генератора і перемикання на нього навантаження після досягнення певного рівня розряду акумуляторів. При цьому генератор може бути налаштований на відключення після зарядки акумуляторів або появи зовнішнього живлення. При роботі теплового насоса бажано встановити режим роботи від ДГ до появи зовнішнього живлення, так як насос дуже швидко розрядить акумулятори. Цей режим характерний для зимового періоду, так як в цей час складніше відключити тепловий насос і користуватися сонячною енергією через коротке світлового дня.

Моніторинг та управління системою

Отримання інформації від генератора здійснюється через інформаційний інтерфейс modbus для “розумного будинку” і Ethernet для контролю роботи ДГ на видаленні. При падінні рівня палива до критичних значень подається світловий сигнал.

Загальний моніторинг системи здійснюється зак рахунок світлових індикаторів на щитах АВР, які повідомляють про низку параметрів:

  • харчування об’єктів 1 і 2 від сторонньої мережі з контролем фаз для кожної мережі;
  • відображення режиму переходу об’єкта 2 на резервну систему об’єкта 1 при відключенні зовнішньої мережі – автоматичне або ручне перемикання;
  • режим харчування – мережа, акумулятори, генератор.

Подібна система індикації гранично проста і побудована на контакторной схемою з автоматичним замиканням. Більш інтелектуальне рішення полягає у використанні світлодіодів, які повідомляють про режим роботи інверторів при використанні панелі керування ColorControlGX. На ній можна налаштувати безліч параметрів для відображення, в тому числі стан системи в цілому і пристроїв окремо в реальному часі, індикацію зміни режимів роботи пристроїв. При цьому можливе використання віддаленого моніторингу та управління системою.

Джерелами інформації в даному випадку можуть служити: генератор, мережеві інвертори, панель ColorControl GX.

Для моніторингу системи під час досвіду використовувалася панель, яка відображає інформацію про стан двох інших джерел і виводить її на віддалений портал. Там можна спостерігати:

  • розподіл і споживання енергії в загальній системі;
  • режим генерації / споживання від мережі / в мережу.

Інформаційна ланцюжок організовується за рахунок проходження навантажень через інвертори, які передають дані на панель управління для аналізу і подальшого спрямування на портал VRM, що відображає:

  • сигнали про аварії і попереджувальні повідомлення;
  • потужність і стан PV інвертора;
  • потужність генерації або споживання;
  • стан AC генератора у вигляді показників споживаної і вихідної потужності, напруги та струму (вхідних і вихідних), частоти (вхід і вихід).

Для перегляду інформації на порталі досить підключеного до мережі інтернет консольного пристрою – мобільного телефону, планшета, ПК. При виникненні аварій в системі власник (оператор) отримує повідомлення на електронну пошту або мобільний телефон. Одночасно повідомляється і компанія-оператор для прийняття оперативних заходів реагування.

Портал VRM веде історію роботи і станів системи, запис історії можна налаштувати на певні параметри з фіксацією дати, часу і характеру змін.