🐠 🌐 🙋 Estação de energia solar DIY 200 m2 🐝 💅🏻 🤙🏿

Muitas vezes, na rede, deslizam mensagens sobre a luta pelo meio ambiente, o desenvolvimento de fontes alternativas de energia. Às vezes, eles até relatam como uma usina de energia solar foi construída em uma vila abandonada, para que os moradores locais possam desfrutar dos benefícios da civilização não de duas a duas horas por dia enquanto o gerador estiver trabalhando, mas constantemente. Mas, de alguma forma, está longe de nossa vida, então decidi mostrar e contar pelo meu exemplo como a usina de energia solar funciona e como funciona para uma casa particular. Vou falar sobre todos os estágios: da ideia à inclusão de todos os dispositivos, além de compartilhar minha experiência operacional. O artigo será bastante grande, portanto, quem não gosta de muitas letras pode assistir a um vídeo. Lá, tentei dizer a mesma coisa, mas será visto como eu coleciono tudo isso sozinho.

Dados iniciais: uma casa particular com uma área de cerca de 200 m2 está conectada à eletricidade. Entrada trifásica, com potência total de 15 kW. A casa possui um conjunto padrão de eletrodomésticos: geladeira, TVs, computadores, máquinas de lavar e lava-louças e assim por diante. A estabilidade da rede elétrica não é diferente: o registro que gravei - desligue por 6 dias consecutivos por um período de 2 a 8 horas.

O que eu quero obter: esquecer as quedas de energia e usar eletricidade, não importa o quê.

Quais bônus podem ser: Maximizar o uso de energia solar, para que a prioridade da casa seja alimentada por energia solar e a desvantagem seja tirada da rede. Como bônus, após a adoção da lei sobre a venda de energia elétrica à rede por particulares, comece a compensar parte de seus custos com a venda da geração excedente para a rede elétrica em geral.

Por onde começar?

Sempre há pelo menos duas maneiras de resolver qualquer problema: aprender por si mesmo ou confiar a alguém para resolver o problema. A primeira opção envolve o estudo de materiais teóricos, a leitura de fóruns, a conversa com os proprietários de usinas de energia solar, o combate ao sapo interno e, finalmente, a compra de equipamentos e a instalação. A segunda opção: ligue para uma empresa especializada, onde eles farão muitas perguntas, selecionam e vendem o equipamento necessário ou podem instalá-lo por algum dinheiro. Eu decidi combinar esses dois métodos. Em parte porque é interessante para mim, e em parte para não encontrar vendedores que só precisam ganhar dinheiro, vender não é exatamente o que eu preciso. Agora chegou a hora da teoria entender como eu fiz a escolha.

A foto mostra um exemplo do "desenvolvimento" de dinheiro para a construção de uma estação de energia solar. Observe que os painéis solares estão instalados ALÉM da árvore - para que a luz não acenda e simplesmente não funcionem.

Tipos de usinas de energia solar

Devo dizer imediatamente que não falarei sobre soluções industriais e não sobre sistemas superpoderosos, mas sobre uma estação de energia solar regular para consumidores de uma casa pequena. Não sou um oligarca para espalhar dinheiro, mas aderi ao princípio da razoabilidade suficiente. Ou seja, não quero aquecer a piscina com eletricidade "solar" ou carregar um carro elétrico que não possuo, mas quero que todos os dispositivos da minha casa funcionem constantemente, sem levar em consideração a rede elétrica.

Agora vou falar sobre os tipos de usinas de energia solar para uma casa particular. De um modo geral, existem apenas três deles, mas há variações. Vou providenciar o crescimento do custo de cada sistema.

Estação de energia solar em rede - esse tipo de estação de energia combina baixo custo e máxima facilidade de uso. Consiste em apenas dois elementos: painéis solares e um inversor de rede. A eletricidade dos painéis solares é convertida diretamente em 220V / 380V na casa e consumida pelos sistemas de energia domésticos. Mas há uma desvantagem significativa: para o SSE funcionar, é necessária uma rede principal. No caso de um blecaute, os painéis solares se transformarão em “abóboras” e deixarão de produzir eletricidade, pois o funcionamento de um inversor de rede requer uma rede de referência, ou seja, a própria presença de eletricidade. Além disso, com a infraestrutura de rede elétrica existente, a operação de um inversor de rede não é muito lucrativa. Exemplo: você tem uma usina de energia solar de 3 kW e sua casa consome 1 kW. O excedente "fluirá" para a rede, e os medidores convencionais contam a energia "módulo", ou seja, o medidor calculará a energia transferida para a rede como consumida e você ainda terá que pagar por isso. Aqui a pergunta se encaixa logicamente: onde colocar energia extra e como evitar isso? Passamos para o segundo tipo de usinas de energia solar.

Estação de energia solar híbrida - Esse tipo de estação de energia combina as vantagens de uma grade e uma estação de energia autônoma. É composto por 4 elementos: painéis solares, um controlador solar, baterias e um inversor híbrido. A base de tudo é um inversor híbrido, capaz de misturar a energia gerada pelos painéis solares na energia consumida em uma rede externa. Além disso, bons inversores têm a capacidade de configurar a priorização do consumo de energia. Idealmente, a casa deve primeiro consumir energia de painéis solares e, somente com a falta, obter de uma rede externa. Em caso de desaparecimento da rede externa, o inversor entra em operação autônoma e utiliza a energia dos painéis solares e a energia armazenada nas baterias. Assim, mesmo se a eletricidade for desligada por um longo período de tempo e houver um dia nublado (ou a eletricidade for desligada à noite), tudo funcionará em casa. Mas e se não houver eletricidade, mas de alguma forma você precisar viver? Então eu volto para o terceiro tipo de usina.

Estação de energia solar autônoma - esse tipo de estação de energia permite que você viva completamente independentemente das redes de energia externas. Pode incluir mais de 4 elementos padrão: painéis solares, controlador solar, bateria, inversor.

Além disso, e às vezes em vez de painéis solares, uma usina hidrelétrica de baixa potência, uma usina eólica e um gerador (diesel, gás ou gasolina) podem ser instalados. Como regra, existe um gerador nesses objetos, pois pode não haver sol e vento, e a reserva de energia nas baterias não é infinita - nesse caso, o gerador é iniciado e fornece energia para todo o objeto, carregando simultaneamente a bateria. Uma usina desse tipo pode ser facilmente transformada em híbrida, ao conectar uma fonte de alimentação externa, se o inversor tiver essas funções. A principal diferença entre um inversor independente e um inversor híbrido é que ele não sabe como misturar energia de painéis solares com energia de uma rede externa. Ao mesmo tempo, o inversor híbrido, ao contrário, pode funcionar como autônomo se a rede externa estiver desconectada. Como regra, os inversores híbridos têm um preço proporcional ao totalmente autônomo e, se diferirem, não é significativo.

O que é um controlador solar?

Em todos os tipos de usinas de energia solar, existe um controlador solar. Mesmo na estação de energia solar da rede, ela é simplesmente parte do inversor da rede. Sim, e muitos inversores híbridos estão disponíveis com controladores solares a bordo. O que é e para que serve? Vou falar sobre uma usina solar híbrida e autônoma, já que esse é apenas o meu caso, e posso familiarizá-lo com o dispositivo de um inversor de rede com mais detalhes nos comentários, se houver solicitações nos comentários.

O controlador solar é um dispositivo que converte a energia recebida dos painéis solares em energia digerida pelo inversor. Por exemplo, os painéis solares são fabricados com uma tensão de um múltiplo de 12V. E as baterias são fabricadas em múltiplos de 12V, assim aconteceu. Sistemas simples com 1-2 kW de potência operam a partir de 12V. Sistemas produtivos de 2-3 kW já operam em 24V e sistemas potentes de 4-5 kW ou mais operam em 48V. Agora vou considerar apenas os sistemas "domésticos", porque sei que existem inversores operando a tensões de várias centenas de volts, mas isso já é perigoso para a casa.

Então, digamos que temos um sistema de 48V e painéis solares de 36V (o painel é montado em múltiplos de 3x12V). Como obter os 48V desejados para o inversor funcionar? Obviamente, uma bateria de 48V está conectada ao inversor, e um controlador solar de um lado e painéis solares do outro estão conectados a essas baterias. Os painéis solares se reúnem em uma tensão mais alta conhecida para poder carregar a bateria. O controlador solar, recebendo uma tensão mais alta conhecida dos painéis solares, transforma essa tensão no valor desejado e a transfere para a bateria. Isso é simplista. Existem controladores que podem reduzir a voltagem da bateria para 12 V de 150-200 V a partir de painéis solares, mas correntes muito altas fluem aqui e o controlador funciona com pior eficiência. O caso ideal quando a tensão dos painéis solares é o dobro da tensão da bateria.

Existem dois tipos de controladores solares: PWM (PWM - Modulação por Largura de Pulso) e MPPT (Rastreamento de Ponto de Potência Máximo - rastreando o ponto de potência máximo). A diferença fundamental entre eles é que o controlador PWM só pode funcionar com conjuntos de painéis que não excedam a tensão da bateria. MPPT - o controlador pode funcionar com um excesso de tensão visível em relação à bateria. Além disso, os controladores MPPT têm uma eficiência significativamente maior, mas também custam mais.

Como escolher painéis solares?

À primeira vista, todos os painéis solares são os mesmos: as células das células solares são interconectadas por barramentos e, no verso, existem dois fios: mais e menos. Mas há muitas nuances nesse assunto. Os painéis solares provêm de diferentes elementos: amorfo, policristalino, monocristalino. Não vou fazer campanha por um tipo específico de elemento. Vou simplesmente dizer que prefiro painéis solares monocristalinos. Mas isso não é tudo. Cada bateria solar é um bolo de quatro camadas: vidro, um filme EVA transparente, uma célula solar, um filme de vedação. E aqui, cada estágio é extremamente importante. O vidro não é adequado para ninguém, mas com uma textura especial que reduz a reflexão da luz e refrata o incidente da luz em um ângulo, para que os elementos sejam iluminados o máximo possível, porque a quantidade de energia gerada depende da quantidade de luz. A transparência do filme EVA determina quanta energia chega ao elemento e quanta energia o painel irá gerar. Se o filme apresentar defeito e ficar nublado ao longo do tempo, o rendimento cairá visivelmente.

Em seguida, vêm os próprios elementos, e eles são divididos em tipos, dependendo da qualidade: Grau A, B, C, D e além. Obviamente, é melhor ter elementos de qualidade A e boa solda, porque, com pouco contato, o elemento aquece e falha mais rapidamente. Bem, o filme final também deve ser de alta qualidade e proporcionar boa vedação. No caso de despressurização dos painéis, a umidade entrará rapidamente nos elementos, a corrosão começará e o painel também falhará.

Como escolher um painel solar? O principal produtor do nosso país é a China, embora os fabricantes russos também estejam no mercado. Existem muitos OEMs que colam qualquer placa de identificação encomendada e enviam os painéis ao cliente. E existem fábricas que fornecem um ciclo de produção completo e são capazes de controlar a qualidade dos produtos em todas as etapas da produção. Como descobrir sobre essas fábricas e marcas? Existem alguns laboratórios respeitáveis que realizam testes independentes de painéis solares e publicam abertamente os resultados desses testes. Antes de comprar, você pode dirigir o nome e o modelo do painel solar e descobrir como o painel solar atende às características declaradas. O primeiro laboratório é a California Energy Commission , e o segundo laboratório europeu é o TUV . Se o fabricante do painel não estiver nessas listas, pense na qualidade. Isso não significa que o painel esteja com defeito. É possível que a marca seja OEM e o fabricante também produz outros painéis. De qualquer forma, a presença nas listas desses laboratórios já indica que você não está comprando painéis solares de um fabricante de um dia.

Minha escolha de uma estação de energia solar

Antes de comprar, você deve descrever o conjunto de tarefas definidas antes da usina de energia solar para não pagar pelo desnecessário e não pagar demais pelo não utilizado. Então, voltarei à prática, assim como o que eu próprio fiz. Para começar, a meta e a linha de base: na vila, a eletricidade é periodicamente desligada por um período de meia hora a 8 horas. As paralisações são possíveis apenas uma vez por mês ou seguidas por vários dias. Objetivo: fornecer à casa eletricidade o tempo todo com alguma restrição de consumo durante o período de desconexão da rede externa. Ao mesmo tempo, os sistemas básicos de segurança e suporte à vida devem funcionar, ou seja: uma estação de bombeamento, um sistema de vigilância por vídeo e alarme, um roteador, um servidor e toda a infraestrutura de rede, iluminação e computadores, um refrigerador deve funcionar. Secundariamente: TVs, sistemas de entretenimento, ferramentas elétricas (cortador de grama, aparador, bomba para regar o jardim). Você pode desligar: uma caldeira, uma chaleira elétrica, um ferro e outros dispositivos de aquecimento e consumo, cuja operação não é momentâneamente importante. A chaleira pode ser fervida em um fogão a gás e passada mais tarde.

Como regra, uma estação de energia solar pode ser comprada em um só lugar. Os vendedores de painéis solares também vendem todos os equipamentos relacionados, então comecei minha pesquisa com base em painéis solares. Uma das marcas respeitáveis é a TopRay Solar. Eles têm boas críticas e experiência operacional real na Rússia, em particular no Território de Krasnodar, onde sabem muito sobre o sol. Na Federação Russa, há um distribuidor e revendedores oficiais nas regiões, nos locais acima com laboratórios para teste de painéis solares, esta marca está presente e não nos últimos lugares, ou seja, você pode aceitá-la. Além disso, a empresa de vendas de painéis solares TopRay também fabrica seus próprios controladores e eletrônicos para infraestrutura rodoviária: sistemas de controle de tráfego, semáforos LED, sinais piscantes, controladores solares e muito mais. Por uma questão de curiosidade, eu até pedi a produção deles - é bastante tecnológica e há até meninas que sabem como abordar o ferro de soldar. Isso acontece!

Com minha lista de lista de desejos, virei-me para eles e pedi que eu colecionasse alguns conjuntos completos: mais caros e mais baratos para minha casa. Fizeram-me várias perguntas esclarecedoras sobre a energia reservada, a disponibilidade dos consumidores, o consumo máximo e constante de energia. O último geralmente me pareceu inesperado: a casa está no modo de economia de energia, quando apenas videovigilância, sistemas de segurança, conexão à Internet e infraestrutura de rede estão funcionando, consome de 300 a 350 watts. Ou seja, mesmo que ninguém use eletricidade em casa, são necessários 215 kWh por mês para as necessidades domésticas. É aqui que você pensa em realizar uma auditoria energética. E você começará a desligar os carregadores, TVs e decodificadores dos soquetes, que no modo de espera consomem um pouco, mas eles funcionam decentemente.
Não vou atormentar, optei por um sistema mais barato, pois muitas vezes até a metade do valor de uma usina pode suportar o custo das baterias. A lista de equipamentos é a seguinte:

Bateria solar TopRay Solar 280 W Mono - 9 pçs.
Inversor Híbrido InfiniSolar V-5K-48 Monofásico de 5 kW - 1 pç.
Bateria AGM Sail HML-12-100 - 4 unid.

Além disso, me ofereceram a compra de um sistema profissional para fixar painéis solares no telhado, mas, depois de olhar as fotos, decidi conviver com montagens feitas em casa e economizar também. Mas eu decidi construir o sistema pessoalmente e não economizei tempo e energia, e os instaladores trabalham com esses sistemas constantemente e garantem um resultado rápido e de alta qualidade. Portanto, decida por si mesmo: é muito mais agradável e fácil trabalhar com montagens de fábrica, e minha solução é simplesmente mais barata.

O que dá uma usina de energia solar?

Este kit pode produzir até 5 kW de energia no modo autônomo - eu escolhi esse tipo de energia com um inversor monofásico. Se você comprar o mesmo inversor e o módulo de interface, poderá aumentar a potência para 5kW + 5kW = 10 kW por fase. Ou você pode criar um sistema trifásico, mas por enquanto estou contente com isso. O inversor é de alta frequência e, portanto, bastante leve (cerca de 15 kg) e ocupa pouco espaço - é facilmente montado na parede. 2 controladores MPPT com uma potência de 2,5 kW cada um já estão integrados, ou seja, eu posso adicionar tantos painéis sem comprar equipamentos adicionais.

Eu tenho 2520 watts de painéis solares na placa de identificação, mas devido ao ângulo de instalação não ideal, eles produzem menos - vi um máximo de 2400 watts. O ângulo ideal é perpendicular ao sol, que em nossas latitudes é de aproximadamente 45 graus em relação ao horizonte. Meus painéis estão definidos para 30 graus.

A montagem da bateria é de 100A * h 48V, ou seja, 4,8 kWh são armazenados, mas é completamente indesejável consumir energia completamente, pois seu recurso é visivelmente reduzido. É aconselhável descarregar essas baterias no máximo 50%. Esse fosfato de ferro-lítio ou titanato de lítio pode ser carregado e descarregado com correntes profundas e altas e ácido-chumbo, seja líquido, gel ou AGM, melhor não forçar. Então, eu tenho metade da capacidade, e isso é 2,4 kWh, ou seja, cerca de 8 horas em um modo totalmente autônomo, sem sol. Isso é suficiente para a noite de todos os sistemas e ainda haverá metade da capacidade da bateria para operações de emergência. De manhã, o sol nasce e começa a carregar a bateria, fornecendo energia à casa. Ou seja, a casa pode funcionar autonomamente nesse modo se o consumo de energia for reduzido e o clima estiver bom. . .