Bonjour, Habr! Je m'appelle Yaroslav Medoks, à Sbertekh, je suis engagé dans les technologies d'investissement des entreprises. Dans cette note, nous parlerons d'une maison de banlieue très ordinaire près de Moscou, qui, au gré de son propriétaire, est devenue un terrain d'essai pour tester l'énergie solaire.
En 2008, j'ai eu la chance d'acheter une maison à SNT dans la région proche de Moscou. Au cours du processus de décantation, il s'est avéré que l'électricité était régulièrement coupée à des intervalles de temps différents, pour la plupart petits. Cela a causé des inconvénients considérables, car la maison est entièrement électrique, il n'y a pas de gaz. Et lorsque tout est électrique, par exemple le chauffage ou la cuisson, alors pour une vie complète, vous avez besoin d'une puissance de crête assez importante. Eh bien, disons au moins 6 kW. Un générateur vient immédiatement à l'esprit comme source d'alimentation de secours. Cependant, un générateur d'une telle puissance est une structure volumineuse, bruyante et à l'odeur désagréable, donc elle n'a été considérée comme une source alternative qu'en cas de pannes prolongées. En attendant, pour assurer un séjour confortable dans une maison de campagne, il a été décidé d'utiliser un onduleur et des batteries. C'est-à-dire faire une sorte d'UPS, mais pour toute la maison. À première vue, la tâche est assez simple.
Cependant, plus loin dans la forêt, plus il y a de bois de chauffage, comme on dit. Comme une alimentation sans coupure à une telle puissance de crête n'est pas un plaisir bon marché, j'ai dû étudier attentivement le sujet afin de ne pas me tromper. Par exemple, sélectionnez le type de batterie, déterminez la capacité minimale, sélectionnez le type d'onduleur. Et si tout est plus ou moins clair avec des batteries, alors il y a beaucoup d'onduleurs, y compris russes. Ici, je vais faire une petite digression. En plus des coupures de courant régulières, chaque maison du village était très limitée dans la puissance maximale pouvant être obtenue du réseau. Et puis l'idée est venue: pendant les pics de charge, passez à l'onduleur et ne dépendez pas d'un réseau 220V instable.
Ainsi, en plus de la puissance, une forme sinusoïdale de la tension de sortie, un redémarrage automatique, il y avait une demande de commutation automatique vers l'onduleur lorsque la valeur seuil de la consommation d'énergie est dépassée. La gamme d'appareils s'est fortement réduite. Il s'est avéré que sur notre marché, il existe presque le seul modèle (2010) qui non seulement passe à la génération, mais sait également comment prendre en charge le réseau, c'est-à-dire ajouter la puissance reçue du réseau avec inversible. Il s'agit d'un modèle Xantrex XW. Ce n'est pas un onduleur, mais une œuvre d'art: il a deux entrées 220V - un réseau et un générateur avec entrée de générateur automatique, il a beaucoup de réglages pour les batteries, différentes valeurs de seuil. Il y a une fonction de rasage de charge, revendant l'énergie au réseau et de nombreuses autres fonctionnalités utiles. Mais, plus important encore, cet onduleur est initialement considéré comme le centre du système d'alimentation électrique de la maison, et ce centre peut prendre de l'énergie non seulement du réseau et du générateur, mais aussi de sources alternatives - du soleil, du vent, de la mini-centrale hydroélectrique, etc.
Pour ce faire, des convertisseurs et contrôleurs d'énergie appropriés sont ajoutés au système, combinés dans un réseau propriétaire Xanbus et travaillant ensemble.
En général, comme il sied à un spécialiste informatique soucieux du système, le choix a été fait en faveur de l'onduleur Xantrex XW6048 le plus «sophistiqué» et de quatre batteries AGM de 200 Ah connectées en série. C'est la solution au problème dans le moment et a touché l'avenir, mais pour cet argent n'est pas dommage. Et c'est précisément à ce moment que l'apparition de panneaux solaires sur le toit n'est devenue qu'une question de temps, et non une question de «nécessaire ou non?» Cela a également été facilité par la configuration réussie du toit: une pente d'environ 45 degrés et une orientation au sud. Cependant, le générateur d'essence est apparu plus tôt :)
Il convient de noter qu'en quelques années, le générateur a démarré à quelques reprises, la plupart des pannes de courant ont été paralysées par un onduleur avec batteries. Et pour un confort maximal, un contrôleur de démarrage automatique basé sur l'Arduino a été réalisé et une simple automatisation de relais pour déconnecter les charges non réservées (par exemple, les tonnelles sur un site ou un sèche-serviettes chauffant). Tout cela a été installé en 2010.
Mais, comme déjà mentionné, l'apparition des panneaux solaires était prédéterminée. Et en 2014, des panneaux FSM-320M monocristallins de 6 320 watts sont apparus.
Ils sont faciles à trouver sur Internet. La puissance totale installée de cette manière est de 1920 watts. Comme vous vous en souvenez, un onduleur hybride peut ajouter de l'énergie provenant du réseau et des batteries, de sorte que la consommation électrique maximale ne doit pas nécessairement coïncider avec la puissance maximale des panneaux. En plus des panneaux avec fils, connecteurs, fusibles, bien sûr, j'avais aussi besoin d'un contrôleur MPPT *, de la même ligne d'équipement, mais déjà sous l'aile de Schneider Electric. Celui-ci, à son tour, est connecté via un Xanbus avec un onduleur et assure le fonctionnement conjoint des appareils, réduisant automatiquement la consommation du réseau en présence du soleil.
Figure 1 Comparaison de l'énergie reçue du Soleil et d'un réseau 220V. La période s'étend de février à décembre 2016.Voici quelques chiffres. La production d'énergie notable commence en février et dure jusqu'en octobre. Le graphique à barres présente les statistiques de 2016 (sauf janvier). La couleur orange indique la quantité d'énergie (Wh) reçue du soleil, et le bleu - la quantité reçue du réseau. Évidemment, la transition vers le soleil est impossible même en été. Cependant, s'il y a du gaz dans la maison, les processus les plus énergivores: le chauffage, l'eau chaude sanitaire et la cuisine peuvent être exclus du bilan général. Puis en été, vous pouvez vivre complètement avec l'électricité solaire.
Quelques chiffres supplémentaires. Aux sommets, la puissance reçue du Soleil peut atteindre jusqu'à 2200 watts, ce qui se produit, en règle générale, par temps frais mais ensoleillé, par exemple en avril ou au début de l'été et de l'automne. Pendant la journée, il est possible de collecter jusqu'à 12 kWh d'électricité maximale, tandis que la puissance de crête dépasse rarement 1600 watts. Il convient également de noter que si les batteries sont chargées et que la charge dans la maison est faible, le potentiel du soleil sera sous-utilisé. À l'étranger, ils permettent de vendre le surplus d'énergie au réseau, utilisant ainsi des panneaux 100% solaires. On espère qu'une pratique similaire sera également légalisée dans notre pays, ce qui donnera une bonne impulsion au développement de l'énergie solaire.
D'une manière ou d'une autre, mais avec l'avènement des panneaux solaires, les courtes pannes intermittentes n'étaient plus effrayantes. En général, s'il existe un système similaire avec une source et des batteries alternatives, il suffit d'avoir un générateur de secours supplémentaire de faible puissance, par exemple 1,5 kW, qui permet de recharger les batteries et de minimiser la consommation dans la maison. Et les pics peuvent être couverts par l'onduleur à partir des batteries.
Cependant, l'électricité solaire n'est pas le seul moyen d'obtenir de l'énergie solaire. Il existe une méthode plus efficace, à savoir la collecte de chaleur solaire à l'aide de capteurs spéciaux. Ils sont très communs dans les pays du sud de l'Europe. Cette méthode devient particulièrement intéressante s'il n'y a pas de gaz pour le chauffage et l'eau chaude. Avec l'aide de capteurs, la chaleur peut être obtenue directement, sans transformations supplémentaires. Les principaux types de capteurs sont le vide et le plat. Le vide maintient la capacité de travail en hiver, plat - moins cher et fonctionne mieux en été. Il reste à décider quoi choisir et généralement décider de l'installation. Après avoir lu des critiques sur le travail de divers capteurs solaires et systèmes basés sur eux, j'ai décidé d'installer un système similaire. L'énergie solaire n'étant pas une question de survie hivernale pour moi, j'ai choisi des capteurs plats de production russe olarSolar. Deux capteurs sont situés sur le toit à côté des panneaux solaires en 2015. Selon le constructeur, la puissance de ces capteurs est d'environ 1,5 kW, soit la puissance installée était d'environ 3 kW. Il s'est avéré encore plus puissant que les panneaux solaires électriques installés.
L'installation d'un capteur solaire est une tâche plus difficile par rapport à un panneau solaire, car il existe de nombreuses autres options pour l'intégrer dans le système d'alimentation en chaleur d'une maison. Par exemple, il ne peut être utilisé que pour l'eau chaude sanitaire ou comme source de chaleur supplémentaire dans un système de chauffage. Diverses options intermédiaires sont possibles. Et en même temps, il faut exclure le gel du système en hiver, ainsi que la surchauffe du système avec un soleil trop chaud en été. Et encore besoin de protection contre les brûlures avec de l'eau chaude. Eh bien, et, bien sûr, il est nécessaire de poser des tuyaux isolés, d'installer une station de pompage et un vase d'expansion, de se connecter à un échangeur de chaleur, d'installer une électronique de contrôle. J'ai confié tout ce travail à une entreprise spécialisée. Et il a déterminé le plan de travail de base en consultation avec des professionnels. L'objectif (en plus du ventilateur technique) est simple: économiser de l'énergie sur la préparation de l'eau chaude et du chauffage. Permettez-moi de vous rappeler que le gaz n'a pas été apporté à la maison.
Figure 2 Schéma harmonisé d'une installation d'énergie solaire.L'élément central de l'ensemble du système est une chaudière à eau chaude de 300 litres avec deux serpentins d'échangeur de chaleur. Les capteurs solaires connectés en série sont connectés à l'échangeur de chaleur inférieur. Et c'est le seul «point d'entrée» de la chaleur solaire dans le système de chauffage et l'eau chaude sanitaire. Le soleil réchauffe l'eau de la chaudière, l'eau chaude monte et dégage de la chaleur vers le deuxième échangeur de chaleur à serpentin supérieur, qui est connecté en série au système de chauffage domestique à circuit unique. Ainsi, dans le système de chauffage, nous avons obtenu deux circuits complètement isolés - solaire et principal, avec une chaudière électrique. Ils sont remplis d'antigel et au soleil - spécial avec une large gamme de températures de fonctionnement. Et la chaleur est échangée à travers l'eau du système ECS. Par conséquent, par une journée ensoleillée, nous obtenons à la fois de l'eau chaude et de la chaleur pour le chauffage. Et le chauffage est nécessaire même en été, par exemple pour une salle de bain. En cours de route, en raison de la sélection de la chaleur dans le système de chauffage, la tâche de protéger la chaudière contre la surchauffe est résolue. Bien que, juste au cas où, il est envisagé de forcer la recirculation de l'eau chaude pour évacuer l'excès de chaleur. Pour l’avenir, je dirai que lors de l’observation du système, la température de l’eau chaude n’a pas dépassé 60 degrés Celsius. Le système résultant a les propriétés suivantes:
- Des sources de chaleur indépendantes sont intégrées dans un seul système: un capteur solaire, une chaudière électrique, un radiateur.
- Par une journée ensoleillée, la consommation d'électricité pour le chauffage de l'eau et le chauffage est réduite .-
- Un stockage de chaleur a été prévu dans la chaudière pour faciliter le fonctionnement du système de chauffage et pour fournir de la chaleur à la maison lors d'une panne de courant à court terme. De plus, cette propriété est également pertinente en hiver (lorsqu'il n'y a pas de soleil), car l'eau est chauffée par le tuyau de retour du système de chauffage à travers l'échangeur de chaleur supérieur de la chaudière. Lorsque la chaudière est éteinte, l'eau dégage de la chaleur dans le système de chauffage.
- Le temps de réchauffement de la maison en basse saison a été réduit. De plus, la température moyenne dans la maison augmente pendant une période d'absence des habitants et coupe le chauffage.
- La part totale du Soleil dans le bilan énergétique de la maison est passée de 6-7% à environ 15-20%.
Comme vous pouvez le voir, le système est assez efficace, les objectifs sont atteints. Cependant, jusqu'à présent, toutes les déclarations sont qualitatives. Ou basé sur des mesures, mais les mesures elles-mêmes ne sont pas disponibles pour la collecte, l'analyse et l'utilisation dans les algorithmes de contrôle. Par exemple, les températures du liquide de refroidissement à différents points du circuit solaire sont lisibles sur le contrôleur qui contrôle la pompe de circulation. Mais, seuls ils sont disponibles. Ou bien, la capacité actuelle et le «rendement journalier» de l'électricité solaire ne sont également disponibles qu'au sein du réseau Xanbus (voir ci-dessus), et ne sont pas utilisés pour la régulation intégrée liée aux paramètres du système de chauffage. Ces circonstances poussent à la recherche de moyens de développer davantage les systèmes d'ingénierie à domicile. Pour y rendre la vie plus confortable, plus économe par rapport à la nature. Et, en même temps, apprenez quelque chose de nouveau.
Eh bien, par où commencer, en fixant des objectifs, c'est déjà clair. Vous devez d'abord apprendre à mesurer les températures à différents points du système de chauffage / ECS, y compris le circuit solaire. Et même avant la recherche de la solution finale, il est entendu que les affaires ne se limiteront pas à une seule dimension. Mais, plus à ce sujet dans le prochain article. Pendant que je montre
capture d'écran d'une application mobile qui montre des graphiques de différentes températures, y compris un graphique de la température du liquide de refroidissement dans le circuit solaire.