Какие типы солнечных энергетических систем существуют?

Солнечные энергетические системы классифицируются по способу подключения к электросети и по способу использования электроэнергии. Существует четыре основных типа:сетевые системы, автономные системы, гибридные системы и системы чистого постоянного тока..

Все четыре используют по существу одни и те же солнечные панели. Разница заключается в том, есть ли подключение к сети, есть ли батарея и подается ли мощность в виде переменного или постоянного тока. Какой из них подойдет вам, зависит от того, доступна ли электросеть там, где вы находитесь, какова цена на электроэнергию и насколько сильно повредит отключение электроэнергии.
 

Сначала мы проведем параллельное сравнение, а затем более подробно рассмотрим каждый тип.
 

1. Солнечные системы, связанные с сетью: подача электроэнергии непосредственно в сеть.

Как это работает

В течение дня панели производят электричество постоянного тока. Сетевой инвертор преобразует его в переменный ток, соответствующий частоте и фазе сети. Электроэнергия сначала поставляет ваши собственные нагрузки, а излишки продаются в сеть. Ночью или в пасмурные дни, когда панели не могут покрыть ваши потребности, вы покупаете электроэнергию из сети. Никакая батарея не задействована.

Из чего состоит

Солнечные панели и монтажная конструкция:панели преобразуют солнечный свет в электричество, а монтажная конструкция задает угол наклона и ветроустойчивость.

Сетевой инвертор:сердце системы. Он выполняет отслеживание точки максимальной мощности (MPPT), преобразует постоянный ток в переменный и обеспечивает защиту сетевых соединений.

Защита со стороны постоянного тока:Кабели постоянного тока, переключатели постоянного тока и блок сумматора (в небольших системах струнного типа блок сумматора часто отсутствует).

Распределительная коробка переменного тока:содержит автоматические выключатели и устройство защиты от перенапряжения.

Метр:счетчик генерации или двунаправленный счетчик, используемый для расчета электроэнергии, экспортируемой в сеть.

Молниезащита, заземление и контроль:они обеспечивают безопасность системы и позволяют удаленно проверять данные генерации.

Где это подходит

Лучше всего он работает там, где потребление электроэнергии в дневное время велико, а сеть стабильна: самодельные дома и виллы с полезной площадью крыши, а также фабрики, склады, супермаркеты и школы, которые работают в течение дня. Он имеет наименьшие инвестиции и самую простую конструкцию, а также является типом с самой большой установленной мощностью в мире.

Примеры и рекомендации

Сельский дом, построенный своими руками:При площади крыши примерно от 60 до 80 квадратных метров вы можете установить мощность от 8 до 10 кВт. Выберите однофазный или трехфазный инвертор. Годовая выработка зависит от местного солнечного света, поэтому оцените ее, используя данные местного облучения.

Здание завода:Большая крыша и высокая дневная нагрузка подходят для системы мощностью от 300 кВт до 1 МВт, используемой в основном для собственного потребления, а излишки экспортируются в сеть. Окупаемость обычно короче, чем у жилых систем.

Одна вещь, которую следует иметь в виду

Сетевая система автоматически отключается при выходе из строя сети (защита от изолирования). Это означает, что дом с подключенной к сети системой по-прежнему не имеет электроэнергии во время отключения электроэнергии.
 

2. Автономные солнечные системы: полностью независимы от сети.

Как это работает

Питание от панелей сначала заряжает аккумулятор. Когда нагрузка потребляет электроэнергию, батарея подает ее через инвертор. Система автономна и не имеет подключения к электросети.

Из чего состоит

Солнечные панели и монтажная конструкция

Контроллер заряда солнечной батареи:заряжает аккумулятор и защищает его, обычно типа MPPT.

Банк батарей:Используются литий-железо-фосфатные, свинцово-углеродные и гелевые свинцово-кислотные батареи. Емкость аккумулятора определяет, как долго система может работать без солнца.

Автономный инвертор:преобразует мощность постоянного тока батареи в переменный ток. Многие продукты объединяют контроллер и инвертор в одном блоке.

Распределительное и защитное оборудование

Резервный генератор (опционально):дополнительный источник во время длительных периодов пасмурной или дождливой погоды.

Где это подходит

Места, где нет сети или где подключение к сети стоит слишком дорого: острова, пастбища, пограничные заставы, дома в горах, удаленные исследовательские станции и базовые станции связи.

Примеры и рекомендации

Дом Гердера:При ежедневном потреблении от 5 до 8 кВтч, установке панелей мощностью около 3 кВт, аккумуляторной батареи емкостью около 10 кВтч и автономном универсальном блоке мощностью 3 кВт можно управлять холодильником, телевизором и освещением. Откажитесь от использования мощных приборов.

Совет по размеру:Размер батареи зависит от количества пасмурных дней подряд, которые вы хотите охватить. Как правило, резервируйте 2–3 дня и более, если солнечный свет ненадежен.

Большая часть стоимости автономной системы уходит на батарею. Срок службы батареи сильно влияет на общую стоимость, поэтому не судите только по первоначальной цене.
 

3. Гибридные солнечные системы: сетевое плюс хранилище с питанием от сети и резервным копированием.

В промышленности этот тип чаще называютгибридная сетевая/автономная системаилигибридная система «солнечная энергия плюс накопитель». Он добавляет батарею в систему, подключенную к сети, поэтому она может взаимодействовать с сетью, а также самостоятельно подавать электроэнергию во время отключения электроэнергии.

Как это работает

Дневная генерация обслуживает нагрузку в первую очередь. Избыточная мощность заряжает батарею, и как только батарея полностью заряжена, остаток экспортируется в сеть. Ночью нагрузка питается от аккумулятора, а когда аккумулятор разряжается, от сети. Когда сеть выходит из строя, система переключается в автономный режим и продолжает подавать питание на критически важные нагрузки через свой резервный порт.

Из чего состоит

Солнечные панели и монтажная конструкция

Гибридный инвертор:сочетает в себе функции сетевого инвертора и аккумуляторного инвертора в одном устройстве. Это ключевой элемент оборудования, который отличает эту систему от двух предыдущих.

Аккумуляторная батарея:жилые системы в настоящее время полагаются в основном на литий-железо-фосфат.

Умный счетчик или трансформатор тока:измеряет потребление домохозяйством и мощность, поступающую в сеть и из нее, что система использует для принятия решения о том, когда заряжать и разряжать.

Система энергоменеджмента (EMS):устанавливает операционные стратегии, такие как зарядка и разрядка в соответствии с ценами на электроэнергию во время использования.

Панель резервной загрузки:критически важные нагрузки, такие как холодильник, освещение и сетевое оборудование, подключаются к резервному порту.

Где это подходит

Районы с частыми отключениями электроэнергии или нестабильной сетью

Места с большим разрывом между пиковыми и внепиковыми ценами на электроэнергию, где вы можете заряжать, когда энергия дешевая, и разряжать, когда она дорогая.

Пользователи, чувствительные к перебоям в подаче электроэнергии: домашние офисы, животноводческие фермы, холодильные склады и небольшие клиники.

Примеры и рекомендации

Дом на вилле:Панели мощностью от 8 до 10 кВт с аккумулятором емкостью от 10 до 20 кВтч. Подключите холодильник, освещение, роутер и некоторые розетки к резервному порту. Возможность включения тяжелых нагрузок, таких как кондиционеры, зависит от резервной выходной мощности инвертора.

Животноводческая ферма:установить сетевую систему с хранилищем, чтобы оборудование вентиляции, отопления и питьевого водоснабжения продолжало работать во время отключения электроэнергии.

Гибридная система стоит дороже, чем привязанная к сети. Дополнительные деньги покупают две возможности: резервное питание во время сбоев и ценовой арбитраж. Окупится ли это, зависит от того, как часто происходят отключения электроэнергии на местном уровне, а также от вашего тарифа на электроэнергию.
 

4. Чистые солнечные системы постоянного тока: мощность постоянного тока без инверсии

Как это работает

Электричество постоянного тока от панелей не преобразуется в переменное. Он идет прямо на нагрузки постоянного тока. Некоторые системы включают в себя батарею и контроллер, а некоторые вообще не имеют батареи: когда светит солнце, нагрузка работает, а когда нет — нагрузка останавливается.

Из чего состоит

Солнечные панели

контроллер постоянного тока(требуется только в системах с аккумулятором)

Батарея(необязательный)

Нагрузки постоянного тока:Светодиодные фонари, водяные насосы постоянного тока, вентиляторы постоянного тока, камеры и аналогичное оборудование.

Без инвертора структура является самой простой из четырех, и на один этап преобразования, на котором теряется энергия, меньше.

Где это подходит

Места, где нагрузка сама по себе является постоянным током, мощность небольшая, а оборудование рассредоточено: солнечные уличные фонари, садовые фонари, солнечные водяные насосы, системы орошения ферм, светофоры и оборудование наблюдения, а также небольшие устройства связи.

Примеры и рекомендации

Солнечный уличный фонарь:обычная конфигурация — панель мощностью в несколько десятков ватт, литиевая батарея и контроллер. Свет включается автоматически ночью, и никаких кабелей не требуется.

Солнечный водяной насос:панели напрямую управляют насосом постоянного тока. Чем сильнее солнечный свет в течение дня, тем больше воды закачивается в резервуар для хранения для дальнейшего использования. Вы можете отказаться от аккумулятора и существенно сэкономить.

Ее пределы ясны. Он не может напрямую питать обычные бытовые приборы переменного тока, а уровень мощности не может быть очень большим.

5. Как выбрать одну из четырех систем

Проработайте эти вопросы по порядку:

Есть ли сетка?Если нет, выберите автономный или чистый постоянный ток. Если да, переходите к следующему вопросу.

Насколько повредит отключение?Если много, выбирайте гибридную систему. Если не много, выбирайте с привязкой к сетке.

Являются ли ваши нагрузки приборами переменного или постоянного тока?Если вам нужно питать только нагрузки постоянного тока, такие как уличные фонари или насосы, чистого постоянного тока будет достаточно.

Каков ваш бюджет?При той же солнечной мощности сетевая энергия является самой дешевой. Гибридные и автономные системы увеличивают стоимость батарей.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Почему сетевая система не работает во время отключения электроэнергии?Потому что инвертор имеет защиту от секционирования. Если бы система продолжала подавать электроэнергию в обесточенную сеть, это поставило бы под угрозу ремонтных работников коммунальных предприятий, поэтому она должна отключиться автоматически. Если вам нужно питание во время перебоев, выберите гибридную систему.

Вопрос: Можно ли впоследствии преобразовать автономную систему в гибридную?Да, но это зависит от существующего оборудования. Если в исходной системе используется автономный инвертор, его обычно приходится заменять гибридным инвертором. Панели и монтажную конструкцию, как правило, можно использовать повторно.

Вопрос: Является ли система постоянного тока более энергоэффективной, чем система переменного тока?Он теряет меньше энергии, поскольку нет этапа инверсии, но только в том случае, если нагрузка уже является устройством постоянного тока. Покупка приборов постоянного тока только для того, чтобы сэкономить на потерях при преобразовании, обычно обходится дороже, чем экономия.

Вопрос: Какой тип дома является лучшим по цене?Если сеть стабильна и кто-то находится дома и использует электроэнергию в течение дня, лучшим вариантом будет привязка к сети. Если отключения электроэнергии часты или разница между пиковыми и непиковыми ценами велика, рассмотрите гибридную систему. Окупаемость зависит от местных цен на электроэнергию, политики стимулирования и фактического использования, поэтому обратитесь к квалифицированному местному установщику для оценки.