Автономное электроснабжение на случай отключения электричества

Требования к строительному объекту

Если строительный объект действительно требует, чтобы энергосистема поддерживалась в подключенном состоянии постоянно, необходимо выделить помещение для специального оборудования. Помимо прочего, в нем должны присутствовать в нужном количестве первичные средства пожаротушения.

Дверь в помещение должна запираться на замок для защиты от посторонних. На двери следует установить контактный датчик, связанный с системой аварийной сигнализации и схемой перевода в ручной режим.

Помимо аккумуляторного парка в комнате может храниться аварийный генератор. Это вполне приемлемо с точки зрения безопасности, однако если планируется автоматический запуск генератора в помещении, то нужно оснастить системой отвода выхлопных газов.

Конфигурация гибридной электросети

Центром гибридной электросети всегда является устройство, принцип работы которого очень близок к водопроводному коллектору. Приборы с электронным управлением позволяют задавать алгоритм работы через служебный интерфейс, релейные схемы не так просты в настройке.

Вторая неотъемлемая часть — аккумуляторный парк, общая емкость которого рассчитывается, исходя из максимального энергопотребления объекта и наиболее длинного периода, когда объект остается совсем без электроснабжения при самом негативном сценарии устранения аварии. Этот период может составлять от нескольких секунд (время ввода генератора в работу) до нескольких десятков часов (при систематических веерных отключениях).

1 — генератор; 2 — солнечные панели; 3 — контроллер; 4 — аккумуляторы; 5 — счетчик; 6 — инвертор;  7 — реле управления нагрузкой; 8 — потребители

Парк аккумуляторов имеет один или несколько инверторов, подключенных через контроллер заряда. Как правило, этим потребителям отводится наивысший приоритет, поэтому система всегда держит максимальный уровень заряда аккумуляторов и в первую очередь берет из сети питание на собственные нужды.

Принцип работы системы легко представить, опираясь на понятия избытка, недостатка и пропускной способности. На линии высшего приоритета энергия выделяется всегда, даже в ущерб другим потребителям. Если в сети энергии недостаточно, привлекается один из резервных источников. Как только потребность в электроэнергии пропадает, питание с потребителя первого приоритета снимается и направляется ко второму, остаток — к третьему. Если система вырабатывает больше энергии, чем нужно, она может сбрасывать излишки в городскую сеть или по одному останавливать источники.

Оборудование для распределения электроэнергии

Достаточно сложный алгоритм работы выполняется автоматически. Однако степень автоматизации, как и число подключаемых источников и потребителей, может сильно отличаться от модели к модели.

Первая часть системы — обычный солнечный контроллер, например MPPT Pro. На него отводится задача выбора между потребителем первого приоритета и основной нагрузкой. Попутно на дисплее можно увидеть текущие параметры первого звена системы и установить некоторые рабочие параметры. Учтите, что контроллер должен быть полностью совместим с инвертором и выдавать чистый синусоидальный ток. Распространенные и недорогие контроллеры для солнечных батарей ограничиваются только предварительной фильтрацией гармоник, но этот недочет можно восполнить за счет дополнительных устройств.

Второе звено — блок управления нагрузкой, распределяющий нагрузку между всеми второстепенными потребителями. В простейшем случае в блок входит одно или несколько реле управления нагрузкой (реле приоритета вроде ABB LSS). Недостаток релейного прибора в том, что его установки задаются только вручную, а текущая входная мощность системы постоянно меняется. Поэтому такое распределение приемлемо только для простейших сетей, например, когда нужно ограничить потребление в дневной период, чтобы дать возможность аккумуляторам полностью зарядиться.

Учтите, что используя трехфазные реле приоритета можно не только выбирать приоритетных потребителей, но и приоритетные источники питания. В таком случаем можно создать достаточно сложную схему, в которой резерв представлен несколькими источниками: солнечной фермой, вторым городским вводом, ветряком или генератором.

Повышение эффективности автономных систем

Другой способ повысить энергетическую автономность — бороться за энергосбережение и увеличивать КПД системы. В первую очередь это относится к управляющему оборудованию. Потери и собственное потребление у него невысоки, но постоянны: в крупных системах оно может составить несколько кВт/сут. КПД релейного оборудования гораздо ниже, у полупроводниковых же приборов он составляет 90–98%.

Увеличить отдачу от системы можно также за счет повышения эффективности резервных источников. Для солнечных панелей очень важна своевременная очистка. Не будет лишним установить устройства азимутального отслеживания, чтобы свет всегда попадал на плоскость панели под углом, близким к прямому. Для генератора критически важно наличие продвинутой системы управления зажиганием и заслонкой. В периоды, когда потребление незначительно падает, генератор расходует часть горючего вхолостую.

Очень разумно минимизировать нагрузку на систему доступными способами: приобретать технику с высоким классом энергосбережения, перейти на светодиодные источники света, минимизировать затраты электричества на отопление. Хорошим подспорьем в этом деле может стать прокладка низковольтной осветительной сети и прямая подача на бытовую технику (с ее переоборудованием) напряжения в 12 или 24 вольт, минуя инвертор. Подобные организационные меры зачастую дают даже больший результат при меньших затратах, чем постоянное наращивание мощности.

Полное и частичное дублирование

Для повышения отказоусточивости системы ее необходимо тестировать в первые месяцы эксплуатации и определять слабые стороны. Примером может быть случай, когда за несколько пасмурных дней к ряду солнечная ферма в сумме вырабатывает меньше энергии, чем требуется, из-за чего аккумуляторы оказываются на грани разряда. Дефицит энергии может быть совсем небольшим (1–2 кВт/сут), но за несколько дней он поглощает весь имеющийся резерв. Решение проблемы — дополнительный парк аккумуляторов небольшой емкости, который в состоянии восполнить суточную потребность при недостатке генерации.

Дублировать также рекомендуется контрольные и преобразующие устройства, но их стоимость слишком высока. Дополнительный инвертор (к трем уже стоящим) добавить есть смысл, чтобы при выходе одного из строя его можно было мгновенно заменить. Дублировать же дорогой контроллер иногда нет смысла, поэтому его заменяют более простой релейной схемой, которая способна отработать по элементарному сценарию во время ремонтных работ.

рмнт.ру

03.01.16