Малки соларни системи

Неслучайно преминаването към възобновяеми енергийни източници предизвиква нарастващ интерес към слънчевата енергия. Слънчевата енергия е не само екологична, но и способна да намали значително разходите за енергия, както за домакинствата, така и за бизнеса. Въпреки това инсталирането и поддръжката на слънчеви панели може да бъде сложно, особено за малки инсталации. Тук се намесва технологията на автоматизацията. Чрез интеграцията є в електрическите инсталации, малките соларни инсталации могат да бъдат по-ефективни, надеждни и рентабилни. В тази статия ще проучим особеностите в електроинсталациите и предимствата на автоматизацията за малки слънчеви инсталации и ще предоставим практически съвети за внедряване на тези технологии във вашата собствена слънчева енергийна система.

Текст: списание Енергия

За какво е удачно да ползваме произведе ната енергия? Слънчевата енергия, като нова и чиста енергия, е добър ресурс заизползване от хората. Все повече страни започват да развиват слънчевата енергия. Слънчевите инсталации започват да си проправят път и в домакинствата, които се възползват от генерираната от тях енергия по различни начини.

Директно използване без съхранение

Ако не предвиждате съхранение чрез батерии, не се притеснявайте! И това е вариант да използвате своите слънчеви панели за захранването на дома си. Всъщност по-голямата част от домашните слънчеви системи не са свързани със съхранение на батерии. Рано сутрин и вечер са части на деня с пониско слънчево енергийно производство, но по-високи енергийни нужди. Събуждате се и се подготвяте за деня или приготвяте вечеря и правите домашни с децата. Това е моментът, когато ще имате нужда от много енергия, но също и когато производството на слънчевите панели едва набира скорост или намалява.

През тези части на деня (и особено през нощта) собствениците на слънчеви панели без съхранение на батерии черпят енергия от мрежата, която действа като гигантска резервна система за енергия. Но през деня вашите слънчеви панели вероятно осигуряват повече от достатъчно енергия за захранване на вашия дом. Излишната енергия се изпраща в мрежата, за да захранва вашата местна общност. Просто казано, когато слънцето грее, вие използвате собствената си слънчева енергия и изпращате излишната енергия към мрежата, когато не - черпите от мрежата. Този вид настройка се нарича система, свързана с мрежа. По същество използвате местната комунална мрежа като батерия за „съхранение на енергия“, без да се нуждаете от слънчева батерия във вашия дом.

Съхранение чрез батерии

Понякога две е по-добре от едно. Свързването на слънчевата енергия и технологиите за съхранение е един такъв случай. Причината е, че слънчевата енергия не винаги се произвежда в момента, в който е най-необходима. Пиковото потребление на енергия често се случва през летните следобеди и вечери, когато производството на слънчева енергия намалява. Температурите могат да бъдат най-високи по това време и хората, които работят през деня, се прибират и започват да използват електричество, за да охлаждат домовете си, да готвят и да работят с уреди.

Ако имате собствено съхраняване чрез батерии, вероятно няма да е необходимо да обменяте много енергия с мрежата. Вие съхранявате собствената си енергия и черпите от нея, а мрежата служи като резервен източник. Ако се справяте добре с черпенето от мрежата и не се притеснявате особено от прекъсвания на електрозахранването, може да нямате нужда от батерия. Има обаче предимства от съхранението на батерия за вашите слънчеви панели. В допълнение към резервното захранване, съхранението на батерии става все по-полезно, тъй като политиките за нетно измерване се променят и повече комунални услуги приемат ставки за време на използване.

Това също е средство за постигане на енергийна независимост и пълно отказване от изкопаеми горива. Съхранението помага слънчевата енергия да допринася за доставките на електричество, дори когато слънцето не грее. Може също така да помогне за изглаждане на вариациите в начина, по който слънчевата енергия протича в мрежата. Тези вариации се дължат на промени в количеството слънчева светлина, която свети върху фотоволтаични (PV) панели. Производството на слънчева енергия може да бъде повлияно от сезона, времето от деня, облаците, праха, мъглата или препятствия като сенки, дъжд, сняг и мръсотия.

Технология на съхранение

„Съхранение“ се отнася до технологии, които могат да улавят електричество, да го съхраняват като друга форма на енергия (химическа, термична, механична) и след това да го освобождават за използване, когато е необходимо. Литиево-йонните батерии са една такава технология. Въпреки че използването на съхранение на енергия никога не е 100% ефективно - част от енергията винаги се губи при преобразуването на енергията и извличането й - съхранението позволява гъвкаво използване на енергия в различно време от момента, в който е била генерирана. Така че съхранението може да повиши ефективността и устойчивостта на системата и може да подобри качеството на електроенергията чрез съпоставяне на предлагането и търсенето.

Съоръженията за съхранение се различават както по енергиен капацитет, който е общото количество енергия, което може да се съхранява (обикновено в киловатчаса или мегаватчаса), така и по мощностен капацитет, което е количеството енергия, което може да бъде освободено в даден момент (обикновено в киловати или мегавати). Различни енергийни и мощностни капацитети за съхранение могат да се използват за управление на различни задачи. Краткосрочното съхранение, което трае само няколко минути, ще гарантира, че слънчевата система работи безпроблемно по време на колебания на мощността, дължащи се на преминаващи облаци, докато по-дългосрочното съхранение може да помогне за осигуряване на доставки за дни или седмици, когато производството на слънчева енергия е ниско или по време на голямо метеорологично събитие.

Често срещан тип съхранение на енергия в електрическата мрежа е помпено водно съхранение. Но технологиите за съхранение, които най-често се съчетават със слънчеви централи, са електрохимично съхранение (батерии) с PV инсталации и топлинно съхранение (флуиди) с термо-соларни инсталации. Независимостта от мрежата или пълното изключване от мрежата може да е осъществимо, ако живеете в отдалечен район, но за много собственици на жилища със системи за слънчева енергия все пак може да има смисъл да останат свързани към съществуващата комунална мрежа. Поддържането на връзка с електрическата мрежа ви позволява да генерирате собствена енергия, като продавате допълнителното си слънчево електричество обратно на местната компания за комунални услуги.
Ако искате да продавате слънчева енергия обратно в мрежата, имате няколко различни опции. Коя опция работи най-добре за вас ще зависи от вашата конкретна соларна настройка, както и от комуналната компания във вашия район.

Нетно измерване

Много комунални услуги предлагат начин за продажба на слънчева енергия обратно в мрежата, наречен нетно измерване. Ако имате слънчеви панели, генериращи електричество във вашия дом, може да генерирате допълнително електричество през пиковите часове на светлата част на деня. С нетното измерване всяка излишна мощност, която генерирате, се продава обратно на електрическата мрежа. Вие се таксувате само за разликата между енергията, която използвате от мрежата, и мощността, която продавате на мрежата. Това може да направи слънчевата енергия рентабилен начин за намаляване на месечните ви сметки за комунални услуги.

Нетни покупки и продажби

При нетната покупка и продажба, понякога наричани нетно таксуване, ситуацията е подобна на нетното измерване, тъй като можете както да продавате, така и да купувате енергия от мрежата. Това, което е различно при нетното таксуване, е че процентите за продажна и покупателна способност може да са различни. Проверете при местната електроразпределителна компания, за да видите какви видове програми предлагат във вашия район.

Сертификати за слънчева възобновяема енергия (SRECs)

На много места по света са приели законодателство, изискващо от доставчиците на комунални услуги да доставят определен процент от енергията си от възобновяеми енергийни източници като слънчева енергия, за да намалят емисиите от изкопаеми горива. За да докажат, че отговарят на изискването, електроразпределителните дружества могат да използват свои собствени възобновяеми електроцентрали или да закупят кредити за възобновяема енергия.

Ако живеете в отговарящ на условията район, можете да получите сертификат за слънчева възобновяема енергия (SREC) за всеки 1000kWh (или 1 мегаватчас) енергия, произведена от система за слънчева енергия. SREC са базирани на ефективността на слънчеви стимули, които се „отчитат“ към процента на възобновяемата енергия на държавата. С други думи, собствениците на жилища могат да получат кредит за приноса на възобновяема енергия обратно към мрежата на държавата си и помагайки държавата да разчита по-малко на невъзобновяеми източници. Тези SRECs са отделни от действителното електричество, което се доставя от вашата слънчева система. Те могат да бъдат продадени директно на компанията за комунални услуги или на конкретни брокери на SREC.

Имам ли нужда от допълнително оборудване, за да върна захранването към мрежата?

Освен вашите слънчеви панели и резервно захранване от батерията, вероятно ще се нуждаете от допълнително оборудване, за да изпратите енергия обратно към мрежата. Собствениците на жилища трябва да прегледат стандартите за взаимно свързване на своята комунална компания, за да определят какви разрешителни, застраховки и ограничения може да има за мощността, която можете да продадете обратно.

Преди да можете да продадете обратно слънчева енергия на мрежата, ще трябва да кандидатствате за това, което се нарича взаимно свързване с вашата местна компания за комунални услуги. Когато кандидатствате за взаимно свързване, ще трябва да се уверите, че вашата слънчева енергийна система отговаря на стандартите за безопасност и регулаторните стандарти. Вашият инсталатор на слънчева енергия трябва да може да ви преведе през процеса на взаимно свързване като част от тяхната инсталационна услуга. Те ще ви посъветват за най-доброто оборудване за вашето местоположение и дом.

Оборудване за кондициониране на мощността

Система за кондициониране на слънчевата енергия се използва за преобразуване на слънчевата фотоволтаична енергия във форма, която е подходяща за съхранение или по-късна употреба. Обикновено системата за регулиране на захранването се състои от слънчев контролер за зареждане, инвертор на батерията и зарядно устройство за мрежата. Това оборудване преобразува постоянния ток (DC) от вашия набор от фотоволтаични слънчеви панели в променлив ток (AC), който може да се използва от електрическата мрежа или вашите електрически контакти.

Съхранение на слънчева батерия и свързване с мрежата

По дефиниция фотоволтаичната система, която произвежда слънчева енергия, генерира енергия само през деня. В зависимост от това колко слънчева светлина получава вашето местоположение, може да генерирате повече слънчева енергия, отколкото можете да консумирате през пиковите часове през деня. За да уловят тази излишна мощност, много собственици на жилища със слънчева енергийна система имат система за съхранение на енергия, която зарежда големи батерии през дневните часове.

Тези батерии могат да ви помогнат да осигурите захранване през нощта, когато вашата слънчева енергийна система не генерира енергия. Продажбата на допълнителна електроенергия, генерирана от домашна слънчева система, обратно към мрежата, често наричана нетно измерване или преференциална тарифа, може да бъде отличен начин да увеличите максимално ползите от вашата слънчева инвестиция. Ето всичко, което трябва да знаете за продажбата на излишната енергия, генерирана от вашата соларна система обратно в мрежата:

Първи стъпки в продажбата на електроенергия обратно към мрежата

Ако вече имате или обмисляте да инсталирате фотоволтаична система във вашия дом, ще искате да разберете как и защо може да останете свързани към съществуващата електрическа мрежа. Докато проектирате вашата слънчева енергийна система, консултирайте се с местната електрическа компания. Те вероятно вече имат въведена програма, която да помогне на собствениците на жилища да генерират и продават обратно възобновяема енергия.

Соларни инвертори

Соларният инвертор е устройство, използвано за преобразуване на постоянен ток (DC) в променлив ток (AC). Домашният инвертор преобразува DC, съхраняван в батерията, в AC. Този променлив ток може да се подава в търговска електрическа мрежа или да се ползва извън мрежата. Соларният панел може да се постави у дома, в офиса и т.н. Преобразуваното променливотоково захранване може да се използва от електрически уреди. Слънчевият панел не може сам да произвежда променлив ток. Така че за тази цел се използва инвертор.

Соларният инвертор съдържа големи кондензатори, които могат да се използват за съхраняване на енергия, а също така може да се използват за подобряване на формата на изходната вълна. Соларният инвертор съдържа и някои малки компоненти като кабели и хардуер. В повечето домове се използва централен инвертор. Това е кутия, поставена на някакво място, която преобразува DC в AC. Друг вид инвертори са микроинверторите. Те използват един фотоволтаичен модул за работа.

Микроинверторът преобразува DC в AC от всеки панел. Тези инвертори работят директно и независимо под соларен панел. Изискват повече време за инсталиране и имат висока цена. Соларният и нормалният инвертор са еднакви. Разликата между тях е, че слънчевият се състои от слънчев контролер за зареждане и някои превключващи вериги.
Соларният инвертор има клема за свързване на батерия и соларни панели с правилна мощност. Батерията се зарежда от изхода на слънчевите панели, когато са под достатъчно слънчева светлина.

Слънчевият инвертор е най-сложната част от всяка свързана с мрежата слънчева система и за съжаление, това е и частта, която е най-вероятно да има проблеми. Това не е изненадващо, като се има предвид, че инверторите обикновено се намират навън при тежки метеорологични условия, включително дъжд, влажност и екстремна топлина, като същевременно генерират хиляди вата мощност по около 10 часа на ден. Ето защо е важно да използвате качествен инвертор и да го монтирате на защитено място, ако е възможно.

Къде трябва да се намира соларният инвертор?

Почти всички соларни инвертори са напълно устойчиви на атмосферни влияния и могат безопасно да се монтират навън. Въпреки това, както всяко електрическо оборудване, слънчевите инвертори трябва да се инсталират на защитено или сенчесто място, за да се избегнат екстремни метеорологични условия и големи промени в температурата, които могат да намалят производителността и продължителността на живота. Животът на слънчевия инвертор ще бъде значително увеличен чрез разполагането му в гараж, под навес за кола и далеч от пряка слънчева светлина. Най-важното е винаги да се избягват места, изложени на горещо следобедно слънце. Ако пряката слънчева светлина не може да бъде избегната, слънцезащитно покритие ще помогне да се удължи живота на инвертора.

Слънчевите панели също могат да развият проблеми с течение на времето, което води до лоша производителност. Въпреки това, за разлика от дефектен инвертор, влошаването на слънчевите панели обикновено няма да доведе до пълно изключване на системата. Като се има предвид това, препоръчваме да използвате само реномирани марки соларни инвертори и надежден монтажник. Повечето от стойностните марки предлагат 10-годишни гаранции, но някои ще поправят дефектно устройство само ако им бъде изпратено и върнато за сметка на собственика, което може да отнеме седмици, а понякога и месеци. Това ще има много по-голямо финансово въздействие поради прекъсване на системата. Предлагат се много различни инвертори за слънчеви системи и системи за съхранение на енергия, но тук ние изброяваме четирите най-често срещани вида, използвани за PV инсталация на покрива.

Микроинвертори

Micros или микроинверторите са много малки слънчеви инвертори, прикрепени директно към отделни слънчеви панели. Тъй като всеки микроинвертор и панел работят независимо, те са отличен вариант за сложни покривни оформления и места със засенчване. Въпреки малко по-високата цена, micros стават все по-популярни в световен мащаб поради няколко предимства пред струнните соларни инвертори.

Стрингови и хибридни слънчеви инвертори

Това са често срещаните „струнови“ соларни инвертори, най-популярният тип слънчев инвертор. Тези инвертори са свързани към поредица от слънчеви панели, свързани последователно. Стринговите инвертори са най-разпространеният тип инвертори, използвани в Обединеното кралство, Европа, Австралия и Азия и стават все по-популярни в САЩ, където микроинверторите са много популярни. Хибридните инвертори, от своя страна са готови за работа с батерии инвертори.

Те са подобни на струнните соларни инвертори, но позволяват директно свързване на система за съхранение на батерии, за да се постигне по-голяма самодостатъчност при използване на слънчева енергия. Повечето хибридни инвертори също осигуряват основно резервно захранване в случай на прекъсване на тока, но обикновено не са проектирани за продължителна употреба извън мрежата. Въпреки че са по-скъпи, хибридните инвертори стават все по-конкурентни, тъй като технологията за хибридни инвертори напредва и батериите стават по-евтини и по-привлекателни.

Инвертори извън мрежата

Извънмрежовите или самостоятелни енергийни системи обикновено изискват много по-мощни инвертори на батерии с вградени зарядни устройства, които могат да бъдат настроени като AC или DC-свързани слънчеви системи. Модерни, гъвкави инверторни зарядни устройства извън мрежата, известни също като многорежимни инвертори, могат също да се използват за създаване на усъвършенствани хибридни системи, свързани с мрежата.
Малкомащабните системи извън мрежата използват прости MPPT слънчеви контролери за зареждане, известни също като слънчеви регулатори. Това не са инвертори, а зарядни устройства за слънчеви батерии с постоянен ток, свързани между слънчевия панел/и и батерията, за да регулират процеса на зареждане и да гарантират, че батерията е заредена правилно или, което е по-важно, не е презаредена.

Батериите стават все по-популярни

Системите за съхранение чрез батерии в домакинствата повишиха популярността си през последните няколко години поради много различни причини. Освен очевидния факт, че те осигуряват чиста енергия, все повече и повече хора признават, че мрежата не винаги е надеждна. „Енергийната независимост е една от най-големите причини хората да инсталират системи за съхранение на домашни батерии“, казва Гербранд Седър, професор в Калифорнийския университет в Бъркли и учен от преподавателския състав в Националната лаборатория на Лорънс Бъркли. „Това е безпроблемно, така че дори не забелязвате, когато захранването превключва от мрежата към резервната ви система за батерии.“

Тези системи могат да се зареждат с електричество от вашата комунална мрежа или слънчева енергия. Зареждането в мрежата ще осигури резервно захранване за 10 до 20 часа, в зависимост от употребата и размера на устройството. Въпреки че ще имате ограничено количество енергия, то може да е достатъчно, ако прекъсванията ви обикновено са кратки и разпокъсани. Въпреки това, когато е свързана със система от слънчеви панели, батерията може да се зарежда толкова дълго, колкото ви е необходимо, докато мрежата се включи отново. Едно важно нещо, за което предупреждават специалистите, е че ако имате система от слънчеви панели без система за съхранение на батерии, няма да имате захранване, при прекъсване на мрежата. Това е така, защото повечето слънчеви панели ще се изключат по време на прекъсвания, защото захранването не се изпраща по линиите, докато комуналните работници се опитват да ги поправят.

Какво да търсите в системите за съхранение на батерии?

Една батерия може да не е в състояние да захрани целия ви дом, така че ще трябва да дадете приоритет на това, което е от съществено значение, като осветление, контакти, климатик и т.н. Но ако искате да захраните всичко в дома си, някои системи ви позволяват да комбинирате повече от една единица, за да постигнете нивото на архивиране, от което се нуждаете. Друга особеност е, че слънчевите панели произвеждат постоянен ток и батериите съхраняват такъв. Но свързването на батерията с фотоволтаичната система може да е с два вида връзка – правотокова и променливотокова. DC-свързаните системи имат по-малка загуба на мощност.

Мрежата и вашият дом обаче работят с променлив ток. Системите с АС връзка са по-малко ефективни, но по-гъвкави и по-лесни за инсталиране, особено ако вече имате слънчева инсталация. Обикновено производителят може да ви напътства какво ще работи най-добре във вашия дом, но постоянният ток обикновено се използва за нови слънчеви инсталации, а променливият ток за използване със съществуващи слънчеви системи. Важна особеност е и възможността за поемане на натоварването при стартиране. Някои уреди, като централен климатик или помпи изискват повече мощност, за да стартират, отколкото когато работят. Уверете се, че системата може да удовлетвори нуждите на специфичните уреди на вашия дом.