Источники бесперебойного питания с возможностью подключения солнечной панели

• Применение ИБП с подключением к солнечным панелям
• Использование энергии солнца
• Выбор солнечных панелей
• Назначение и виды солнечных контроллеров
• Выбор инвертора
• Типы АКБ в источниках бесперебойного питания

Система из источника бесперебойного питания и солнечных батарей позволяет экономить электроэнергию, меньше зависеть от работы электросетей и обеспечить стабильное электроснабжение используемого оборудования. Такие системы выручают в разных случаях, когда нужно обеспечить независимое электроснабжение отдельного потребителя – частного дома, загородного предприятия, пасеки, кемпинга, автодома и т.д.

Применение ИБП с подключением к солнечным панелям

Энергосистема на солнечных батареях может использоваться для разных целей:

1. Для создания аварийного резерва – чтобы обеспечить бесперебойную работу оборудования при аварийных ситуациях и пропадании напряжения в основной сети. В таком случае комплектация системы минимальна. Достаточно, чтобы она обеспечивала резервное питание наиболее важных приборов, например, системы отопления, осветительных устройств, холодильника и компьютера.
2. В целях экономии – когда энергия солнца дополняет электроэнергию, оплачиваемую по счетчику. Для реализации такой схемы можно нарастить мощность системы и использовать инвертор в режиме «подмешивания» солнечной энергии или питать от солнечных батарей отдельные линии. Кроме экономии, этот вариант включает и аварийно-резервной питание.
3. Для полной замены городской электросети, за исключением аварийного резерва на случай поломки системы на солнечных панелях. Реализация этой схемы требует наибольших затрат, т.к. необходимо создать мощную систему и дополнить ее генератором на случай недостаточной активности солнца.

Использование энергии солнца

В системах альтернативного электроснабжения энергия солнца преобразуется в напряжение постоянного тока. Напрямую подключить солнечную панель к электросети с характеристиками 220 В переменного тока и 50 Гц нельзя. Вначале необходимо преобразовать постоянное напряжение. Для этого применяют инвертор солнечных батарей. Кроме функций преобразователя напряжения, он выступает контроллером сетевого напряжения и заряда АКБ.

Для накопления и хранения вырабатываемой солнечной энергии используются аккумуляторные батареи. Их назначение – запасать энергию и отдавать ее через инвертор в нагрузку. Благодаря этому пользователи получают электроэнергию даже в пасмурную погоду и ночью. Инвертор направляет вырабатываемую панелями энергию на зарядку буферной АКБ, а когда нужно отдать ее в нагрузку – преобразует в параметры 220 В, 50 Гц и отдает.

Если солнце неактивно, а аккумуляторы в ИБП разрядились, происходит их подзарядка от основной сети. В таком случае инвертор работает по принципу «байпас», без преобразования поступающего тока. Характерным отличием солнечных инверторов является приоритетный забор энергии от солнечных батарей, а не от городской электросети.

Выбор солнечных панелей

Самые эффективные и долговечные панели производят из монокристаллического кремния, более дешевые – из поликристаллического и аморфного кремния. Для создания системы с высокой энергоотдачей желательно выбирать солнечные панели с наибольшим КПД на единицу площади. Размещать их рекомендуется на южной стороне под углом 45°. Есть панели, устанавливаемые на крышу по принципу мансардных окон. Более простые модели поставляются в раме из алюминия и крепятся к накладным рейлингам.

Мощность панелей рассчитывается так, чтобы иметь достаточный зарядный ток в пасмурную погоду, утренние и вечерние часы. Важно, чтобы восполняемый энергетический баланс позволял стабильно работать хотя бы основному оборудованию.

Назначение и виды солнечных контроллеров

Выходное напряжение солнечных панелей нестабильно – в зависимости от уровня освещенности его значение меняется от 0 до максимума. Поэтому для заряда АКБ напряжение необходимо преобразовывать. В простейшем варианте используется контроллер, отключающий буферные аккумуляторы при достижении ими полного заряда и подключающий их обратно, когда:

1. Нужна подзарядка.
2. Uвых солнечных панелей подходит для нормального заряда.

Ввиду неэффективности этого метода в бюджетных контроллерах чаще применяется ШИМ-модуляция. Она позволяет получить нужные параметры для заряда буферных аккумуляторов в расширенном входном диапазоне. Но Uвых массива солнечных панелей нужно хоть приблизительно совместить с напряжением АКБ.

Наиболее эффективны MPPT-контроллеры. Они преобразовывают напряжение в широком диапазоне и в процессе работы контролируют точку предельной мощности, позволяя снимать больше энергии и заряжать аккумуляторы даже в утренние и вечерние часы. С MPPT-контроллером можно соединять АКБ последовательно и не бояться нестандартных значений напряжения при сопряжении.

Выбор инвертора

Для работы ИБП необходимы инвертор, зарядное устройство и реле, переключающее нагрузку при исчезновении Uвх. У универсальных инверторов эти функции объединены, что позволяет получить 100% автономную работу устройства – без ручного перезапуска после отключения и других вариантов обслуживания. При выборе учитывайте алгоритм работы инвертора – нужно, чтобы заряд АКБ автоматически стартовал после возникновения сетевого напряжения, а напряжение отключения нагрузки для инвертора было больше, чем напряжение отключения контроллера.

Обычно инверторы имеют солидный запас по пусковому току. Поэтому их номинальную мощность выбирайте по реальному максимуму нагрузки, которую вы планируете подключать к резервной линии. Выбирайте прибор в герметичном корпусе, с низким уровнем шума и небольшим потреблением мощности, с чистой или модифицированной синусоидой – в зависимости от того, насколько чувствительны к форме напряжения используемые вами приборы.

Полезная функция солнечного инвертора – экспорт электроэнергии. При полном заряде АКБ избыточная энергия от солнечных панелей передается во внешнюю цепь. За эту функцию стоит доплатить, если вы собрали мощную солнечную электростанцию.

Типы АКБ в источниках бесперебойного питания

В зависимости от класса используемых аккумуляторов, выделяют несколько видов источников бесперебойного питания. Из закрытых свинцово-кислотных аккумуляторов применяются VRLA – модели с клапанной регулировкой выделяемых газов:

• AGM – батареи с электролитом в стеклопластиковых капсулах – популярны в системах большой емкости;
• GEL – модели с намазанным на пластины гелеобразным электролитом – востребованы в компактных ИБП.

Эффективной альтернативой свинцово-кислотным АКБ являются современные батареи Li-ion типа. Они имеют большой запас емкости при компактных размерах и служат в разы дольше. От характеристик АКБ зависит мощность и эффективность всей системы. Поэтому лучше купить литиевые АКБ с достаточным запасом емкости.

Ранее в блоге VirtusTec вышла статья о выборе аккумулятора для автодома.