Выжимаем максимум с домашней СЭС. Экстенсивное развитие или DC/AC rate, часть 1
Домашних солнечных электростанций становится всё больше, и очевидно, что одним из главных вопросов, которым делятся владельцы — у кого длиннее больше генерация.
Самый простой метод, который позволяет генерировать больше, при той же мощности инвертора (которая ограничивалась законом в 30 кВт), это простое увеличение солнечного поля. О том, как лучше это сделать и что можно получить, и пойдет речь дальше
Видеооверсия статьи
В прошлой статье я лишь частично затронул эту тему. Теперь пришёл черёд раскрыть её полностью, по мере накопления как статистики, так и опыта.
Изначально, свои СЭС я построил с 30 кВт инвертором, и послушав советов с 33,5 кВт «полем» солнечных панелей. Тогда я еще волновался, а не многовато ли панелей я поставил, и чем это закончится.
Первое же лето расставило всё на свои места.
Типичный график генерации СЭС в летний день, в тени +29
Итого, домашняя станция, расположенная не в самом жарком регионе, генерировала на 20% меньше, чем общая мощность солнечных панелей.
Да, солнечные панели по нынешним временам смотрятся уже не так топово — поликристалл, 5BB. Но это панели от производителя ТОП3 Tier1, и имели одни из лучших характеристик на то время.
Эти наблюдения и сподвигли меня, на дальнейший апгрейд. Изначально, на двух соседних станциях и подключённых к одной подстанции, был проведён годовой натуральный эксперимент.
Он продлился 11,5 месяцев, так что данные за 1 месяц я частично экстраполировал.
Также, по верхнему графику видно, что станция 39,5 кВт имеет небольшое утреннее затенение, которое в целом приводит к 0,5% потерь в год по сравнению с эталонной станцией.
Я сильно переживал, что обрезание пиковой мощности, приведёт к большим годовым потерям, но это оказалось не так.
Разница в годовой генерации составила 43675 кВт*ч vs 50379 кВт*ч.
Потери между теоретическим максимумом, и практикой составили всего 2,2%, из которых 0,5% я бы отнёс на затенение.
Да, были дни и месяцы, в которых разница достигала и больших значений, но в общегодовом зачёте вышло именно так.
В целом, я был удовлетворён полученным результатом, но оказывается, если поработать с калькулятором окупаемости СЭС, можно прийти к цифрам, что оптимальное соотношение массива солнечных панелей к мощности инвертора составляет 1,5!
То есть, с учетом затрат на инфраструктуру, максимальная эффективность вложения денег наблюдается именно на коэффициенте DC/AC rate близкому к 1,5.
Потери от обрезания пиковой мощности при этом растут, и в зависимости от расположения солнечных панелей, могут варьироваться от 3 до 6%.
Это постепенно идет в массы и владельцы проводят модернизацию уже построенных СЭС, для увеличения рентабельности. Главное делать это с умом.
Но не все овощи одинаково полезны инверторы могут выдержать такую нагрузку, поэтому, и если Вас это заинтересовало, перейдем к математической и нормативной части.
Если нет — смело прыгайте в конец рассказа.
Переконфигурация и расчёт стрингов
В документации любого инвертора обязательно указано количество МРРТ трекеров, их максимальный ток и максимальное напряжение, на которое рассчитан инвертор.
Для рассмотрения можно взять параметры одной из самых популярных 30 кВт моделей.
Ток 26А на МРРТ трекер, максимум 1100В, 4 МРРТ трекера.
В теории, мы можем на него «навесить» 26×1100*4 > 100 кВт панелей, но это за гранью добра любого разумного экономического обоснования и только в теории. Еще, ряд производителей указывает, максимальный размер «солнечного поля», и порой он может быть сильно ограничен (1,1 — 1,3 максимум), поэтому стоит обращать внимание и на этот пункт при выборе инвертора.
Итого, в данном случае нам нужно распределить 45 кВт панелей по 4-рем МРРТ трекерам. В идеальном варианте, нам нужно составить цепочки из солнечных панелей, которые работают близко к максимальному КПД инвертора, который составляет 600 В.
В реальности, эти кривые сдвигаются в зависимости от входного напряжения, и с учётом будущей деградации панелей, лучше рассчитывать на ±700 В _рабочего напряжения_.
Начинаем считать
Зависимость основных показателей любой солнечной панели отображает довольно простой график
по которому видно, насколько сильно может меняться напряжение холостого хода (Voc) в зависимости от температуры. Поэтому им категорически пренебрегать нельзя.
Все параметры берём с документации. Для этого нам понадобятся Iкз (Isc, ток короткого замыкания), Uхх (Voc, напряжение холостого хода) и Temperature Coefficient of Voc (температурный коэффициент Uхх)
500 Вт солнечная панель
Исходя из графика, зимой, в холодный и солнечный день, наша панель способна выдать намного больше вольтажа. Это является первым главным параметром, который нам нужно проверить.
Зная максимальную температуру зимой, в вашем регионе, можно произвести расчёты максимального напряжения на цепочке солнечных панелей. Например, такая ситуация может возникнуть , если солнце неожиданно выглянуло зимой из-за туч.
Vmax = Voc * (1 — TCvoc*(Tзимой + 25)/100), и при минус 20 зимой, получаем
Vmax = 51*(1-(-0.29)*45×100) = 57.65 В теоретический максимум, на который следует ориентироваться, проводя все расчёты, для выбранной солнечной панели.
И по правильному, лучше производить расчёты на 1000 В, так мы попадём в оптимальный диапазон КПД, и оставим себе небольшой запас, на всякий случай.
С учётом теплового коэффициента, мы можем поставить 1000/57,65 = 17 панелей в цепочку (округляем до ближайшего меньшего целого).
И тогда, в реальных условиях, согласно документации да и практики, (смотрим теперь табличку NMOT, которая отвечает за условия, приближённые к реальным) напряжение на цепочке панелей будет Vmpp * 17 = 38.8×17 = 659.6 В, что крайне близко к идеалу, а с учетом поднятия напряжения в сети, можно считать его идеальным.
Иногда это правило игнорируют, что в лучшем случае может приводить к временному простою солнечной станции, пока панели не прогреются, либо к пробою изоляции в самом неожиданном месте, т.к. большинство компонентов тестируют именно на 1000 В.
В одном из обследований я видел рабочее напряжение 932 В, что превышает как все правила безопасности, так и любые КПД инвертора, что делать категорически не стоит. В этом случае, вероятность что инвертор, да и вся солнечная станция, не переживут и нескольких зим, крайне высока.
Проверка по току
Обычно, при переконфигурации, аналогичные панели уже не достать, и приходится уплотнять старые, освобождая МРРТ трекер для новых.
При этом обязательно проводим проверку по току.
Ток солнечных панелей практически не зависит от температуры, поэтому просто смотрим максимальный ток короткого замыкания и сравниваем его с рабочим током МРРТ трекера инвертора.
В нашем случае Iкз составляет 12,5А, а допустимый ток на трекере 26А, что позволяет без проблем разместить 2 цепочки солнечных панелей на одном МРРТ трекере.
Не забываем, что на каждый трекер устанавливаем панели не только с одинаковыми характеристиками, но и одинаковым углом и азимутом установки.
Исходя из расчётов, имея всего один свободный МРРТ трекер, мы сможем установить на него 17×2*500 Вт = 17 кВт солнечных панелей, чего обычно с головой хватает для модернизации существующей станции.
Некоторые владельцы переживают, что такое соотношение панелей к мощности инвертора приведет к его перегреву, и цепляют дополнительное охлаждение.
Вопрос является дискуссионным, но хуже от этого точно не будет. Но, если инвертор расположен по всем правилам, проблем быть не должно и без дополнительного охлаждения. По крайней мере, так заявляет производитель.
Выводы:
Экстенсивное увеличение солнечного поля уже неоднократно проверено, как в теории так и на практике, и отзывы владельцев только положительные. В годовом зачёте, станции имеющие по 45 кВт солнечных панелей и построенные на 30 кВт инверторе, генерируют практически в полтора раза больше, чем станции построенные на «минималках» с 30 кВт солнечного поля. Потери от «обрезания» в годовом эквиваленте не превышают 4–5%. Окупаемость при этом приближается к 4-м годам, при существующем «зелёном тарифе». Хочу подчеркнуть, что не стоит путать окупаемость с прибыльностью. До конца «зелёного тарифа» осталось не так много, и именно прибыль от домашней СЭС уже намного ниже.
Рассмотрен самый простейший метод модернизации домашней солнечной электростанции «в лоб» и только на Юг, и многие читатели возразят, а как же трекеры, оптимизаторы и прочие современные методы увеличения генерации?
Именно про эти методы и сравнение их с методом простого наращивания «солнечного поля» в плоскости Юга и пойдет речь в следующей части.
И как всегда — добро пожаловать на форум, который поможет с ответами на основные вопросы. Буду рад ответить на вопросы как тут, так и на форуме.
