مرحبا يا هبر! اسمي ياروسلاف ميدوكس ، في سبرتخ أنا منخرط في تقنيات الأعمال الاستثمارية للشركات. في هذه المذكرة ، سنتحدث عن منزل ضواحي عادي للغاية بالقرب من موسكو ، والذي أصبح ، على هوا مالكه ، ساحة اختبار لاختبار الطاقة الشمسية.
في عام 2008 ، كنت محظوظًا بما يكفي لشراء منزل في SNT في منطقة موسكو القريبة. في عملية التسوية ، اتضح أنه تم إيقاف الكهرباء بانتظام لفترات زمنية مختلفة ، معظمها صغيرة. تسبب هذا في إزعاج كبير ، حيث أن المنزل بالكامل كهربائي ، ولا يوجد غاز. وعندما يكون كل شيء كهربائيًا ، على سبيل المثال ، التدفئة أو الطهي ، فأنت بحاجة إلى طاقة ذروة كبيرة إلى حد ما لحياة كاملة. حسنًا ، دعنا نقول 6 كيلووات على الأقل. يتبادر إلى الذهن على الفور مولد الطاقة كمصدر طاقة احتياطي. ومع ذلك ، فإن مولد مثل هذه الطاقة هو هيكل ضخم وصاخب وبرائحة كريهة ، لذلك تم اعتباره كمصدر بديل فقط في حالة انقطاع التيار لفترة طويلة. في غضون ذلك ، لضمان إقامة مريحة في منزل ريفي ، تقرر استخدام العاكس والبطاريات. على سبيل المثال جعل نوع من UPS ، ولكن للمنزل بأكمله. للوهلة الأولى ، المهمة بسيطة للغاية.
ومع ذلك ، كلما اقتربت من الغابة ، كلما زاد الحطب ، كما يقولون. نظرًا لأن إمدادات الطاقة غير المنقطعة في مثل هذه الذروة ليست متعة رخيصة ، كان عليّ دراسة الموضوع بعناية حتى لا أخطئ. على سبيل المثال ، حدد نوع البطارية ، حدد السعة الدنيا ، حدد نوع العاكس. وإذا كان كل شيء أكثر أو أقل وضوحًا مع البطاريات ، فهناك العديد من العاكسون ، بما في ذلك الروسية. هنا سأقوم باستطراد صغير. بالإضافة إلى انقطاع التيار الكهربائي المنتظم ، كان كل منزل في القرية محدودًا جدًا في الطاقة القصوى التي يمكن الحصول عليها من الشبكة. ثم ظهرت الفكرة: أثناء الأحمال القصوى ، قم بالتبديل إلى العاكس ولا تعتمد على شبكة 220 فولت غير مستقرة.
لذلك ، بالإضافة إلى الطاقة ، شكل جيبي لجهد الخرج ، إعادة التشغيل التلقائي ، كان هناك طلب على التحويل التلقائي إلى العاكس عندما يتم تجاوز قيمة عتبة استهلاك الطاقة. ضاقت مجموعة الأجهزة بشكل حاد. اتضح أنه في سوقنا يوجد النموذج الوحيد تقريبًا (2010) الذي لا يتحول فقط إلى جيل ، ولكن أيضًا يعرف كيفية دعم الشبكة ، أي إضافة الطاقة المتلقاة من الشبكة مع عكسها. هذا هو نموذج Xantrex XW. هذا ليس عاكسًا ، ولكنه عمل فني: يحتوي على مدخلين 220 فولت - شبكة ومولد بإدخال مولد تلقائي ، ولديه الكثير من الإعدادات للبطاريات ، وقيم عتبة مختلفة. هناك وظيفة حلاقة الحمل ، وبيع الطاقة مرة أخرى إلى الشبكة والعديد من الميزات المفيدة الأخرى. ولكن الأهم من ذلك ، يعتبر هذا العاكس في البداية مركزًا لنظام تزويد الطاقة للمنزل ، ويمكن لهذا المركز أن يأخذ الطاقة ليس فقط من الشبكة والمولد ، ولكن أيضًا من مصادر بديلة - من الشمس والرياح ومحطة الطاقة الكهرمائية الصغيرة ، إلخ.
للقيام بذلك ، يتم إضافة محولات الطاقة ووحدات التحكم المناسبة إلى النظام ، مجتمعة في شبكة Xanbus المملوكة والعمل معًا.
بشكل عام ، كما يليق بأخصائي تكنولوجيا المعلومات الذي يهتم بالنظام ، فقد تم الاختيار لصالح عاكس Xantrex XW6048 "الأكثر تطوراً" وأربع بطاريات 200 أمبير متصلة بالسلسلة من بطاريات AGM. هذا هو الحل للمشكلة في الوقت الراهن ولمس المستقبل ، ولكن لهذا المال ليس شفقة. وفي هذه اللحظة بالتحديد ، أصبح ظهور الألواح الشمسية على السطح مسألة وقت فقط ، وليس مسألة "هل هو ضروري أم لا؟". وقد سهل ذلك أيضًا التكوين الناجح للسقف: منحدر يبلغ حوالي 45 درجة واتجاه الجنوب. ومع ذلك ، ظهر مولد البنزين في وقت سابق :)
وتجدر الإشارة إلى أنه في غضون بضع سنوات بدأ المولد بضع مرات فقط ، تم تجميد معظم حالات انقطاع التيار الكهربائي بواسطة العاكس مع البطاريات. وللحصول على أقصى قدر من الراحة ، تم عمل وحدة تحكم بدء تشغيل أوتوماتيكية تعتمد على Arduino وأتمتة ترحيل بسيطة لفصل الأحمال غير المحجوزة (على سبيل المثال ، العرش على الموقع أو سكة مناشف ساخنة). تم تثبيت كل هذا في عام 2010.
ولكن ، كما سبق ذكره ، تم تحديد مظهر الألواح الشمسية مسبقًا. وفي عام 2014 ، ظهرت ألواح FSM-320M أحادية الكريستال 6،320 واط.
من السهل العثور عليها على الإنترنت. مجموع الطاقة المركبة بهذه الطريقة 1920 واط. كما تتذكر ، يمكن أن يضيف العاكس الهجين طاقة من الشبكة ومن البطاريات ، لذلك لا يجب أن يتطابق الحد الأقصى لاستهلاك الطاقة مع الطاقة القصوى للألواح. بالإضافة إلى اللوحات ذات الأسلاك والموصلات والمصاهر ، بالطبع ، كنت بحاجة أيضًا إلى وحدة تحكم MPPT * ، من نفس خط المعدات ، ولكن بالفعل تحت جناح Schneider Electric. وهو ، بدوره ، متصل عبر Xanbus مع عاكس ويضمن التشغيل المشترك للأجهزة ، مما يقلل تلقائيًا من الاستهلاك من الشبكة في وجود الشمس.
الشكل 1 مقارنة الطاقة المتلقاة من الشمس ومن شبكة 220 فولت. الفترة هي فبراير-ديسمبر 2016.إليك بعض الأرقام. يبدأ إنتاج الطاقة الملحوظ في فبراير ويستمر حتى أكتوبر. يعرض الرسم البياني الشريطي إحصاءات لعام 2016 (باستثناء يناير). يوضح اللون البرتقالي مقدار الطاقة (Wh) التي يتم تلقيها من الشمس والأزرق - كم يتم تلقيه من الشبكة. من الواضح أن الانتقال إلى الشمس مستحيل حتى في الصيف. ومع ذلك ، إذا كان هناك غاز في المنزل ، فعندئذ يمكن استبعاد العمليات الأكثر استهلاكًا للطاقة: التدفئة والماء الساخن المحلي والطبخ من التوازن العام. ثم في الصيف يمكنك العيش بالكامل على الكهرباء الشمسية.
المزيد من الأرقام. عند القمم ، يمكن أن تصل الطاقة المستقبلة من الشمس إلى 2200 واط ، وهذا يحدث ، كقاعدة عامة ، في الطقس البارد ولكن المشمس ، على سبيل المثال ، في أبريل أو في مطلع الصيف والخريف. خلال النهار ، من الممكن جمع ما يصل إلى 12 كيلو واط ساعة من الكهرباء القصوى ، بينما نادراً ما تتجاوز طاقة الذروة 1600 واط. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه إذا تم شحن البطاريات وكان الحمل في المنزل صغيرًا ، فلن يتم استغلال إمكانات الشمس بشكل كامل. في الخارج ، يسمحون ببيع الطاقة الفائضة للشبكة ، وبالتالي استخدام الألواح الشمسية بنسبة 100 ٪. ومن المؤمل أن يتم تقنين ممارسة مماثلة في بلدنا أيضًا ، ثم سيعطي هذا دفعة جيدة لتطوير الطاقة الشمسية.
بطريقة أو بأخرى ، ولكن مع ظهور الألواح الشمسية ، لم يعد انقطاع التيار الكهربائي المتقطع قصيرًا مخيفًا. بشكل عام ، إذا كان هناك نظام مشابه بمصدر وبطاريات بديلة ، يكفي أن يكون لديك مولد احتياطي إضافي منخفض الطاقة ، على سبيل المثال 1.5 كيلو واط ، والذي يوفر إعادة شحن البطارية وأقل استهلاك في المنزل. ويمكن تغطية القمم بواسطة العاكس من البطاريات.
ومع ذلك ، فإن الكهرباء الشمسية ليست الطريقة الوحيدة للحصول على الطاقة من الشمس. هناك واحدة أكثر كفاءة ، وهي جمع الحرارة الشمسية باستخدام مجمعات خاصة. وهي شائعة جدًا في دول جنوب أوروبا. تصبح هذه الطريقة جذابة بشكل خاص إذا لم يكن هناك غاز للتدفئة والماء الساخن. بمساعدة جامعي ، يمكن الحصول على الحرارة مباشرة ، دون تحويلات إضافية. الأنواع الرئيسية لهواة الجمع هي الفراغ والمسطحة. يحافظ الفراغ على قدرته على العمل في الشتاء ومسطحة - أرخص ويعمل بشكل أفضل في الصيف. يبقى أن تقرر ما تختار وتقرر بشكل عام على التثبيت. بعد قراءة المراجعات حول عمل مختلف مجمعات وأنظمة الطاقة الشمسية المعتمدة عليها ، قررت تثبيت نظام مماثل. نظرًا لأن الطاقة الشمسية ليست مسألة بقاء في الشتاء بالنسبة لي ، فقد اخترت جامعي مسطح للإنتاج الروسي Solar. يوجد جامعين على السطح بجوار الألواح الشمسية في عام 2015. وفقًا للشركة المصنعة ، تبلغ قوة هذه المجمعات حوالي 1.5 كيلو واط ، أي كانت الطاقة المركبة حوالي 3 كيلو واط. اتضح أنه أقوى من الألواح الشمسية الكهربائية المركبة.
يعد تركيب مجمّع للطاقة الشمسية مهمة أكثر صعوبة مقارنة باللوحة الشمسية ، نظرًا لوجود العديد من الخيارات الأخرى لدمجها في نظام الإمداد الحراري للمنزل. على سبيل المثال ، يمكن استخدامه فقط للمياه الساخنة المنزلية ، أو كمصدر حرارة إضافي في نظام التدفئة. خيارات وسيطة مختلفة ممكنة. وفي الوقت نفسه ، من الضروري استبعاد تجميد النظام في فصل الشتاء ، بالإضافة إلى ارتفاع درجة حرارة النظام مع سخونة الشمس في الصيف. ولا تزال بحاجة إلى الحماية من الحروق بالماء الساخن. حسنًا ، وبالطبع ، من الضروري وضع أنابيب معزولة ، وتركيب محطة ضخ وخزان تمدد ، والاتصال بمبادل حراري ، وتركيب إلكترونيات تحكم. أوكلت كل هذا العمل لشركة متخصصة. وحدد مخطط العمل الأساسي بالتشاور مع المهنيين. الهدف (بالإضافة إلى المروحة الهندسية) بسيط: توفير الطاقة على إعداد الماء الساخن والتدفئة. اسمحوا لي أن أذكركم أنه لم يتم جلب الغاز إلى المنزل.
الشكل 2 الشكل 2 مخطط متناسق لتركيب الطاقة الشمسية.العنصر المركزي للنظام بأكمله هو غلاية ماء ساخن سعة 300 لتر مع ملفين مبادل حراري. يتم توصيل مجمعات الطاقة الشمسية المتصلة بشكل تسلسلي بالمبادل الحراري السفلي. وهذه هي "نقطة الدخول" الوحيدة للحرارة الشمسية في نظام التدفئة والمياه الساخنة المنزلية. تقوم الشمس بتسخين الماء في الغلاية ، وترتفع المياه الساخنة وتطلق الحرارة للمبادل الثاني للحرارة اللولبية ، المرتبط على التوالي بنظام التدفئة المنزلية بدائرة واحدة. وهكذا ، في نظام التدفئة ، حصلنا على دائرتين منعزلتين تمامًا - الطاقة الشمسية والرئيسية ، مع غلاية كهربائية. إنها مليئة بالتجمد ، وفي الشمس - خاصة مع مجموعة واسعة من درجات حرارة التشغيل. ويتم تبادل الحرارة عبر ماء نظام DHW. نتيجة لذلك ، في يوم مشمس نحصل على الماء الساخن والحرارة للتدفئة. والتدفئة مطلوبة حتى في الصيف ، على سبيل المثال ، للحمام. على طول الطريق ، بسبب اختيار الحرارة في نظام التدفئة ، يتم حل مهمة حماية المرجل من الحرارة الزائدة. على الرغم من ذلك ، في حالة فقط ، من المتوخى إجبار إعادة تدوير الماء الساخن لتصريف الحرارة الزائدة. بالنظر إلى المستقبل ، سأقول أنه خلال مراقبة النظام ، لم ترتفع درجة حرارة الماء الساخن فوق 60 درجة مئوية. يحتوي النظام الناتج على الخصائص التالية:
- يتم دمج مصادر الحرارة المستقلة في نظام واحد: جامع شمسي ، غلاية كهربائية ، سخان سخان.
- في يوم مشمس ، يتم تقليل استهلاك الكهرباء لتسخين المياه والتدفئة .-
- تم توفير تخزين الحرارة في المرجل لتسهيل تشغيل نظام التدفئة ولتوفير الحرارة للمنزل أثناء انقطاع التيار الكهربائي على المدى القصير. علاوة على ذلك ، تكون هذه الخاصية ذات صلة أيضًا في فصل الشتاء (عندما لا توجد شمس) ، حيث يتم تسخين المياه بواسطة أنبوب العودة لنظام التسخين من خلال المبادل الحراري العلوي للغلاية. عندما يتم إيقاف تشغيل الغلاية ، ينقل الماء الحرارة إلى نظام التسخين.
- تم تقليل وقت تدفئة المنزل في غير موسمه. علاوة على ذلك ، يرتفع متوسط درجة الحرارة في المنزل خلال فترة غياب السكان وإيقاف التدفئة.
- زادت حصة الشمس الإجمالية في ميزان الطاقة في المنزل من 6-7٪ إلى حوالي 15-20٪.
كما ترون ، النظام فعال للغاية ، يتم تحقيق الأهداف. ومع ذلك ، حتى الآن جميع البيانات النوعية. أو استنادًا إلى القياسات ، لكن القياسات نفسها غير متاحة للتجميع والتحليل والاستخدام في خوارزميات التحكم. على سبيل المثال ، يمكن قراءة درجات حرارة سائل التبريد في نقاط مختلفة في الدائرة الشمسية على وحدة التحكم التي تتحكم في مضخة الدوران. ولكن ، هناك فقط المتاحة. أو ، السعة الحالية و "العائد اليومي" للكهرباء الشمسية متوفرة أيضًا فقط داخل شبكة Xanbus (انظر أعلاه) ، ولا يتم استخدامها للتحكم المتكامل المرتبط بمعلمات نظام التدفئة. تدفع هذه الظروف للبحث عن طرق لمواصلة تطوير النظم الهندسية في المنزل. لجعل الحياة فيها أكثر راحة وازدهارًا فيما يتعلق بالطبيعة. وفي نفس الوقت تعلم شيئًا جديدًا.
حسنًا ، من أين تبدأ ، مع تحديد الأهداف ، واضح بالفعل. تحتاج أولاً إلى معرفة كيفية قياس درجات الحرارة في نقاط مختلفة في نظام التدفئة / DHW ، بما في ذلك الدائرة الشمسية. وحتى قبل البحث عن الحل النهائي ، هناك فهم بأن الأمر لن يقتصر على بُعد واحد. ولكن ، المزيد عن ذلك في المقالة التالية. بينما أظهر
لقطة شاشة لتطبيق جوّال تُظهر الرسوم البيانية لدرجات حرارة مختلفة ، بما في ذلك رسم بياني لدرجة حرارة سائل التبريد في الدائرة الشمسية.