Автономни соларни системи с генератор

Как работи напълно автономната соларна система?

При правилно проектирана система различните източници на енергия работят съвместно и се управляват автоматично от инвертора, батерийната BMS система и контролното оборудване.

Обичайната последователност на работа е:

1. Соларните панели захранват консуматорите – през деня произведената фотоволтаична енергия се използва с най-висок приоритет.
2. Излишната енергия зарежда батерията – когато производството е по-високо от моментната консумация.
3. Батерията захранва обекта – вечер, през нощта и при временно намалено соларно производство.
4. Генераторът се включва при необходимост – когато батерията достигне предварително зададено минимално ниво или товарът надвиши възможностите на системата.
5. Генераторът захранва консуматорите и зарежда батерията – според настройките, мощността и възможностите на инвертора.
6. Генераторът се изключва – когато батерията достигне зададеното ниво на заряд или соларното производство отново стане достатъчно.

Точната логика на управление зависи от модела на инвертора, генераторния контролер, наличния интерфейс за дистанционно стартиране и начина на електрическо свързване.

Какво включва една напълно автономна система?

Всеки проект се оразмерява индивидуално, но стандартната конфигурация може да включва:

• N-Type двулицеви соларни панели с мощност 590 W;
• монофазен или трифазен хибриден инвертор с възможност за автономна работа;
• нисковолтова или високоволтова LiFePO4 батерия;
• BMS система за управление и защита на батерията;
• дизелов генератор с подходяща номинална мощност;
• електрически старт и съвместимо дистанционно управление при автоматизираните конфигурации;
• ATS, AMF или друг тип управляващ модул според архитектурата на системата;
• генераторен вход на инвертора, когато конкретният модел разполага с такъв;
• DC и AC електрически защити;
• защита и прекъсвач за батерията;
• алуминиева монтажна конструкция за соларните панели;
• соларни, батерийни и силови кабели;
• система за дистанционен мониторинг;
• отделно табло за резервните и приоритетните консуматори.

Марка и точен модел на соларните панели могат да бъдат избрани според текущата наличност. Euromatica.bg използва N-Type двулицеви панели 590 W от производители като Jinko Solar, DMEGC, AIKO, QN Solar, Tongwei Solar или друг еквивалентен технически клас.

Защо е необходим генератор при напълно автономен обект?

Фотоволтаичните панели произвеждат различно количество електроенергия през отделните сезони. През зимата дните са по-къси, слънцето е по-ниско, а периодите с плътна облачност могат да продължат няколко дни.

Изграждането на система, която да покрива всяка възможна зимна ситуация единствено с панели и батерии, може да изисква прекалено голяма фотоволтаична мощност и много висок батериен капацитет. Това увеличава значително първоначалната инвестиция, а голяма част от оборудването може да остава неизползвано през летните месеци.

Добавянето на генератор позволява по-балансирано оразмеряване:

• соларните панели покриват основната годишна консумация;
• батерията осигурява енергия през нощта и при кратки периоди без слънце;
• генераторът се използва само при продължителен енергиен недостиг;
• намалява се рискът от пълно изтощаване на батерията;
• осигурява се резерв при необичайно високо потребление;
• поддържа се електрозахранването през най-неблагоприятните зимни периоди.

Разлика между автономна система и напълно автономна система с генератор

Автоматично стартиране и спиране на генератора

За постигане на максимална автономност е препоръчително генераторът да може да стартира и спира без присъствие на човек. Това изисква съвместим генераторен контролер и правилна комуникация между инвертора и генератора.

При подходящо оборудване инверторът може да подаде команда за стартиране при:

• достигане на минимално зададен заряд на батерията;
• падане на батерийното напрежение под зададена стойност;
• висок товар, който не може да бъде покрит от батерията и панелите;
• зададен часови график;
• необходимост от профилактично зареждане;
• специално зададени условия в системата за управление.

След стартирането генераторът може да подава енергия към инвертора, който да захранва консуматорите и едновременно да зарежда батерията с предварително ограничена мощност.

Генераторът може да бъде спрян автоматично при достигане на определен заряд, намаляване на товара или възстановяване на достатъчно соларно производство.

ATS, AMF и дистанционен старт – каква е разликата?

Терминът ATS се използва широко, но точният начин на автоматизация трябва да бъде определен за конкретната система.

• ATS – Automatic Transfer Switch превключва товара между два източника на електроенергия.
• AMF – Automatic Mains Failure управлява генератора и автоматично реагира при отпадане на основния източник.
• Двупроводен дистанционен старт позволява на инвертора или външен контролер да подаде команда за включване и изключване на генератора.
• GEN вход на инвертора приема електроенергията от генератора и я управлява според настройките на системата.

При напълно off-grid обект няма задължително обществена мрежа, чието прекъсване да бъде следено от стандартен ATS. В такъв проект генераторът обикновено се стартира според заряда на батерията, консумацията или команда от инвертора.

Поради тази причина наличието на електрически стартер или обозначение ATS при генератора не е достатъчно. Трябва да се потвърди, че контролерът поддържа необходимия режим на дистанционно стартиране и е съвместим с логиката на конкретния инвертор.

Монофазни системи с генератор

Монофазните автономни системи са подходящи за къщи, вили, малки магазини, комуникационни обекти, помпи и други приложения с електрическа инсталация 230 V.

При тях се използва монофазен хибриден или автономен инвертор и монофазен генератор. Мощността на генератора трябва да бъде достатъчна едновременно за текущите консуматори и за планираното зареждане на батерията.

Типичните мощности на инвертора могат да бъдат 5, 6, 8, 10, 12, 14 или 16 kW, но окончателният избор се прави след анализ на реалните товари и тяхната пускова мощност.

Трифазни системи с генератор

Трифазните автономни системи са предназначени за по-големи къщи, хотели, ферми, работилници, производствени помещения, помпени станции и обекти с трифазни машини.

При тях трябва да бъдат анализирани:

• консумацията на всяка отделна фаза;
• балансът между фазите;
• наличието на трифазни електромотори;
• пусковите токове на помпи, компресори и машини;
• максималното допустимо натоварване на една фаза;
• възможностите на инвертора за несиметричен изход;
• номиналният ток на генератора на всяка фаза.

При трифазен генератор общата посочена мощност се разпределя между фазите. Тя не може автоматично да бъде използвана изцяло от един монофазен консуматор. Това трябва да бъде отчетено при избора на генератора и разпределението на товарите.

Как се избира мощността на генератора?

Генераторът не трябва да се избира единствено според номиналната мощност на соларния инвертор. Правилното оразмеряване зависи от няколко едновременно действащи товара:

• консуматорите, които ще работят по време на генераторен режим;
• мощността, с която инверторът ще зарежда батерията;
• пусковите токове на електромотори и компресори;
• собствената консумация на системата;
• необходимия резерв за промени в натоварването;
• допустимата продължителна мощност на генератора;
• работата при висока температура или голяма надморска височина;
• еднофазната или трифазната конфигурация.

Номиналната мощност в kW показва активната мощност, която може да бъде използвана от консуматорите. Стойността в kVA показва пълната електрическа мощност и зависи от фактора на мощността.

За продължителна работа генераторът не трябва постоянно да бъде натоварван на абсолютния си максимум. Предвижда се разумен резерв, като едновременно с това не е добре генераторът да бъде прекомерно голям и да работи продължително при твърде ниско натоварване.

Как се избира батерийният капацитет?

Батерията е основният буфер на автономната система. Тя трябва да покрива вечерното и нощното потребление, кратките периоди с ниско производство и времето до стартирането на генератора.

При изчислението се вземат предвид:

• средната консумация през нощта;
• максималната моментна мощност;
• желаните часове работа без генератор;
• допустимата дълбочина на разреждане;
• максималната разрядна мощност на батерията;
• загубите при преобразуване;
• минималният резерв за аварийни консуматори;
• очакваното зимно соларно производство.

По-големият батериен капацитет намалява честотата на стартиране на генератора, но увеличава първоначалната инвестиция. По-малката батерия може да бъде икономично решение, но ще доведе до по-често използване на генератора.

Целта е да бъде намерен оптимален баланс между панелите, батерията, генератора и реалното потребление.

Нисковолтови и високоволтови батерии

Системите могат да бъдат изградени с нисковолтови или високоволтови LiFePO4 батерии според типа и мощността на хибридния инвертор.

Нисковолтовите батерии обикновено се използват при 48 V инвертори и са подходящи за много домашни и по-малки бизнес конфигурации. Високоволтовите батерийни системи се използват основно при по-мощни трифазни инвертори и големи енергийни решения.

Нисковолтова батерия не може да бъде свързана към високоволтов инвертор и обратно. Преди изграждането задължително се проверяват:

• работният диапазон на батерийното напрежение;
• минималният и максималният брой модули;
• BMS комуникацията;
• зарядният и разрядният ток;
• допустимата мощност на батерията;
• софтуерната съвместимост между устройствата.

Как се избира мощността на соларните панели?

Фотоволтаичната мощност се определя според дневното потребление, сезона на използване, местоположението, ориентацията и свободната площ за монтаж.

При целогодишно автономен обект системата трябва да бъде изчислена според зимните условия, а не само според производството през пролетта и лятото.

Соларният масив трябва да може:

• да покрива дневното потребление;
• да зарежда батерията след нощното разреждане;
• да осигурява резерв за дни с по-слабо производство;
• да работи в допустимите MPPT диапазони на инвертора;
• да не превишава максималното DC напрежение и допустимия входен ток.

Работа през зимата и при продължителна облачност

Зимата е най-важният период при оразмеряване на напълно автономна система. Тогава слънчевото производство е по-ниско, а потреблението често е по-високо.

При няколко последователни облачни дни генераторът може да:

• поддържа критичните консуматори;
• зарежда батерията до предварително зададено ниво;
• предотвратява прекомерното разреждане;
• подпомага системата при повишено зимно потребление;
• осигурява енергия при снеговалеж или покрити панели.

Наличието на генератор не означава, че фотоволтаичната система може да бъде недостатъчно оразмерена. Основната цел остава възможно най-голяма част от годишната енергия да бъде произведена от слънцето, а генераторът да работи само когато действително е необходимо.

Управление на консуматорите

Дори при система с генератор е препоръчително консуматорите да бъдат разделени на приоритетни и второстепенни.

Приоритетни консуматори

• осветление;
• хладилници и фризери;
• интернет и комуникационна техника;
• охранителни системи;
• циркулационни помпи;
• помпа за вода;
• контролно и автоматизирано оборудване;
• основни контакти;
• медицинско или друго критично оборудване след специално проектиране.

Второстепенни консуматори

• електрически бойлери;
• фурни и котлони;
• електрически нагреватели;
• зарядни станции за автомобили;
• големи климатици и термопомпи;
• басейни и мощни помпени системи;
• производствени машини, които не са критични.

Второстепенните товари могат да бъдат ограничавани или изключвани автоматично при нисък заряд на батерията, за да се запази енергията за най-важните устройства.

Къде се използват напълно автономни системи?

Системите са подходящи за:

• къщи и вили без достъп до електропреносната мрежа;
• отдалечени ваканционни имоти;
• планински и горски обекти;
• ферми и животновъдни стопанства;
• помпени и напоителни станции;
• хотели и къщи за гости;
• строителни и временни обекти;
• телекомуникационни съоръжения;
• охранителни системи и наблюдателни пунктове;
• работилници и сервизни бази;
• складове и хладилни помещения;
• производствени и индустриални обекти;
• обекти с чести и продължителни прекъсвания на електрозахранването.

Генераторът като резерв, а не като основен източник

При правилно оразмерена система дизеловият генератор не работи постоянно. Основната енергия се произвежда от соларните панели, а батерията покрива периодите без слънце.

Това осигурява:

• по-нисък разход на гориво;
• по-малко моточасове на двигателя;
• по-дълги интервали между сервизните обслужвания;
• по-ниски нива на шум през по-голямата част от времето;
• по-малко локални емисии;
• по-висока обща ефективност спрямо постоянно захранване само от генератор.

Когато генераторът стартира, е разумно да работи с ефективно натоварване, като едновременно захранва консуматорите и зарежда батерията. След достигане на зададения заряд той може да бъде изключен, а системата отново да продължи работа от батерията.

Необходимост от гориво и техническо обслужване

Напълно автономната система осигурява независимост от обществената електрическа мрежа, но генераторът остава зависим от наличието на гориво и редовна техническа поддръжка.

Необходимо е да бъдат предвидени:

• достатъчен запас от подходящо гориво;
• безопасно и законно съхранение;
• периодична проверка на стартовата батерия;
• смяна на масло и филтри;
• контрол на охладителната система при индустриалните модели;
• периодично тестово стартиране;
• наблюдение на моточасовете;
• проверка на дистанционното управление и автоматизацията.

За критични обекти може да бъде добавено дистанционно наблюдение на генератора, нивото на горивото и възникналите аларми.

Монтаж и безопасност

Генераторът трябва да бъде монтиран на подходящо място с достатъчна вентилация и безопасно отвеждане на изгорелите газове. Той не трябва да работи в затворено жилищно помещение, гараж без вентилация или място, от което газовете могат да проникнат в сградата.

При изграждането на системата трябва да бъдат предвидени:

• правилно заземяване;
• автоматични прекъсвачи;
• защита от претоварване и късо съединение;
• защита от пренапрежение;
• правилно изпълнена схема на неутралния проводник;
• подходящо превключване между източниците;
• защита срещу обратно подаване на напрежение;
• силови кабели с правилно сечение;
• вентилация и безопасно отвеждане на отработените газове;
• достъп за зареждане с гориво и сервизно обслужване.

Проектирането, монтажът, настройката и въвеждането в експлоатация трябва да бъдат извършени от квалифицирани специалисти.

Защо да изберете система от Euromatica.bg?

Euromatica.bg предлага на едно място основните компоненти за изграждане на напълно автономно електрозахранване.

• Цялостни конфигурации със соларни панели, инвертор, батерия и генератор.
• N-Type двулицеви панели 590 W от утвърдени производители.
• Монофазни и трифазни хибридни инвертори за различни мощности и приложения.
• Нисковолтови и високоволтови LiFePO4 батерии.
• Директен внос на генератори за битови, професионални и индустриални системи.
• Монофазни и трифазни дизелови генератори с различна номинална мощност.
• Възможност за автоматично управление при използване на съвместимо оборудване.
• Проверка на съвместимостта между инвертора, батерията и генератора.
• Индивидуално оразмеряване според реалното потребление на обекта.
• Проектиране на приоритетни и второстепенни товари.
• Възможност за професионален монтаж при предварително уточнени условия.
• Гаранционна и следгаранционна техническа поддръжка.

Често задавани въпроси

Какво означава напълно автономна соларна система?

Това е система, която може да захранва обекта без постоянна връзка с обществената електрическа мрежа. Основната енергия идва от соларните панели и батерията, а генераторът осигурява резерв при недостатъчно производство.

Генераторът включва ли се автоматично?

Да, когато генераторът, неговият контролер и инверторът поддържат съвместим режим за дистанционно стартиране. Автоматизацията трябва да бъде проектирана за точните модели оборудване.

При какъв заряд стартира генераторът?

Минималното ниво се задава при настройката на системата. Подходящата стойност зависи от вида на батерията, необходимия резерв и препоръките на производителя.

Може ли генераторът едновременно да захранва къщата и да зарежда батерията?

Да, при подходящ инвертор и правилно оразмерен генератор. Зарядната мощност трябва да бъде ограничена така, че общото натоварване да не превишава възможностите на генератора.

Колко мощен трябва да бъде генераторът?

Мощността се определя според текущите консуматори, зарядната мощност на батерията, пусковите токове и необходимия резерв. Тя не трябва автоматично да бъде равна на мощността на инвертора.

Може ли бензинов генератор да се използва вместо дизелов?

Възможно е при малки системи и по-рядко използване. За автоматична и продължителна работа обикновено се предпочита подходящ дизелов генератор, проектиран за необходимия режим и брой моточасове.

Може ли системата да работи няколко дни без слънце?

Да. Батерията покрива част от периода, а генераторът се включва при достигане на зададеното минимално ниво. Продължителността зависи от наличното гориво, мощността и правилното оразмеряване.

Необходима ли е много голяма батерия, когато има генератор?

Не задължително. Генераторът позволява батерийният капацитет да бъде оптимизиран. По-голямата батерия намалява честотата на стартиране, а по-малката намалява първоначалната инвестиция, но увеличава работата на генератора.

Може ли системата да захранва термопомпа?

Да, когато работната и пусковата мощност на термопомпата са съобразени с инвертора, батерията и генератора. За зимно отопление е необходимо подробно енергийно изчисление.

Може ли да захранва трифазна помпа или машина?

Да, при трифазен инвертор и трифазен генератор с достатъчна постоянна и пускова мощност. Моторните товари трябва да бъдат проверени индивидуално.

Какво се случва, ако генераторът не стартира?

Системата продължава да работи от батерията до достигане на минималната допустима граница. При критични приложения е препоръчително да има дистанционна аларма, редовно тестово стартиране и план за реакция при повреда.

Може ли генераторът да бъде добавен по-късно?

В много случаи да, ако инверторът има подходящ генераторен вход или интерфейс за управление. Преди покупката трябва да бъдат проверени техническата съвместимост и необходимите допълнителни компоненти.

Системата напълно независима ли е от външни ресурси?

Тя е независима от електропреносната мрежа, но генераторът изисква гориво, стартова батерия и периодична техническа поддръжка. При правилна експлоатация комбинацията осигурява много висока надеждност на електрозахранването.

Нуждаете се от напълно автономно електрозахранване? Екипът на Euromatica.bg може да подготви индивидуална конфигурация според дневното потребление, максималните товари, необходимия батериен резерв, вида на електрическата инсталация и условията на конкретния обект.