+7 (499) 321-09-20
Москва, ул. Ленина 2 / 5, с 9.00 до 21.00
Разработка, изготовление и наладка
систем автоматики

Резервное электроснабжение. Применение возобновляемых источников энергии

Система резервного энергоснабжения – это совокупность источников электроэнергии, которые могут обеспечивать загородный дом, сельско-хозяйственный или промышленный объект электроэнергией, как от системы центрального электроснабжения, так и от автономной системы, когда при пропадании основной сети электроснабжения автоматически включается автономная. Т.о. существует разница в понятиях резервной и автономной системы, при существенной их схожести.

reservationxw

Для обеспечения электроэнергией загородных домов и других объектов могут использоваться следующие источники:

  • Система центрального электроснабжения, возможно с применением дополнительной резервной линии;
  • Батареи аккумуляторных элементов (часто используют для электронных систем здания);
  • Топливные электростанции, например, дизель- газогенераторы;
  • Возобновляемые источники, солнце, ветер, вода;

Исходя из сказанного, составляющими системы резервного электроснабжения могут быть:

  • Система основного электроснабжения;
  • Система резервного центрального электроснабжения (вариативно);
  • Система автоматического ввода резерва (АВР) – переключения между источниками, часто, на небольших объектах может быть в составе резервной системы;
  • Системы стабилизации выходного напряжения от автономного источника (так же, для небольших систем, может быть ее частью);
  • Системы автономного электроснабжения на объекте (включая устройства переключения, запуска генераторов, подзарядки АКБ и пр. Ниже – подробнее.

При использовании топливных генераторов в автономных системах, наряду с главным их преимуществом (полная независимость от внешних факторов), необходимо учитывать и их основные недостатки:

  • Высокая стоимость топлива – самая дорогая стоимость киловатт-часа;
  • Шум при работе, «разрывающий душу» при длительном использовании;
  • Неэффективность использования единицы топлива. Для выдачи частоты напряжения в 50 Гц, генератор должен в любом случае совершать минимальное число оборотов, что для диодной лампочки, что для чайника. Простейшая аналогия – машина, стоящая на месте, но с нажатой педалью газа – ваше топливо вылетает в выхлопную трубу генератора.
Т.о. в идеальном случае применения генератора необходимо «нагружать» его на полную мощность.

Возобновляемые источники энергии – вариант резервного источника электричества, который стремительно набирает популярность по следующим причинам:

  • Абсолютно чистая энергия;
  • После установки системы минимальная стоимость киловатт-часа;
  • Возможность выбирать количество энергии исходя из потребностей предприятия, при необходимости, увеличивать мощность резервного источника при необходимости;
  • Больше количество относительно недорогих решений;
  • Возможность подключения нескольких источников возобновляемой энергии;
  • Возможность существенной экономии средств, при работе в штатном режиме (когда основной источник работает);
  • Возможность «резервирования» электроэнергии;
  • Возможность реальной экономии при тарификации, учитывающей день и ночь;
  • В системах, где совместно используются топливные генераторы и инверторно-аккумуляторные системы с ВИЭ, эффективность работы генератора существенно выше.

Источниками электрического тока выступают ветер, солнце или вода. Недостатком ВИЭ является нестабильность работы, связанная с изменениями климатических условий. В связи с этим, в данных системах практически всегда применяются батареи АКБ. В этом случае, график дневного потребления энергии может выглядеть следующим образом:

reservation01

Наиболее распространенные системы резервного электроснабжения с помощью возобновляемой энергии - инверторно-аккумуляторные системы. Они применяются и в частных домах, и на промышленных объектах. Работа системы основана на преобразовании параметров возобновляемого электричества к подходящим для зарядки АКБ, и преобразовании постоянного тока АКБ в переменный ток промышленной частоты при отключении основного источника.

Инверторно-аккумуляторная система состоит из следующих блоков:

  • Инвертора, который преобразовывает постоянный электрический ток в переменный. Современные инверторы так же оснащаются зарядным устройством для банка АКБ (возможность заряжать его от основной сети), системой автоматического ввода резерва (контроллера, отслеживающего напряжение сети и состояние АКБ), системой включающей топливный генератор, возможностью включения нескольких источников ВИЭ;
  • Банка АКБ аккумулятора, постоянно подзаряжаемого от внешнего источника;
  • Контроллера заряда – опционально, если применяется ВИЭ;
  • Блока управления;
  • Одного или нескольких источников возобновляемой энергии.

Подробнее о каждом из элементов.

Источники, подходящие для получения альтернативного электричества

Солнце. Солнечная энергия при помощи батареи солнечных фотовольтаических элементов преобразуется в электрическую.

Ветер. Энергия ветряного потока через лопасти ветряка передается на вал электрогенератора, который вырабатывает электроэнегрию.

Микро-ГЭС. В этом случае источником электроэнергии становится поток воды, вращающий турбину или колесо микро-ГЭС, энергия вращения передается на вал электрогенератора.

Дизель- , бензо- или газо-генераторы. Они работают по следующему принципу: энергия расширения газов, образующихся при сгорании топлива, преобразуется в механическую энергию вращения коленвала (двигатель внутреннего сгорания). Приводимый от двигателя ротор электрогенератора, вращаясь, возбуждает электромагнитное поле, создающее индукционный переменный ток в обмотке генератора, частота вращения которого подобрана так (50 Гц), что вырабатываемый ток может быть передан непосредственно потребителю без дополнительного преобразования.

Контроллер заряда

Предназначается для адаптации нестабильного электричества от возобновляемого источника к годному для заряда АКБ. Он так же выполняет функцию запорной арматуры и не допускает «переполнения» энергией аккумуляторной батареи. Он позволяет осуществлять зарядку АКБ по заданному режиму, препятствуя возникновению перенапряжения.

Для разных источников ВИЭ, контроллеры заряда имеют свои особенности.

solarmpptdiag

Для солнечных панелей, наиболее современные контроллеры заряда - MPPT контроллеры. MPPT расшифровывается как Maximum Power Point Tracking (отслеживание точки максимальной мощности). Его задачей является максимальное использование вырабатываемой солнечной энергии в нагрузке.

reservationcontroller

Банк АКБ

Аккумулятор предназначен для накопления и последующей отдачи энергии в сеть, поскольку эффективность работы источников энергии, использующих солнечный свет или ветер, зависит от интенсивности последних.

В резервных источниках электроснабжения используются аккумуляторы двух типов: AGM и гелевый.

AGM представляет собой абсорбирующие стеклянные маты, расположенные между положительными и отрицательными свинцовыми пластинами. В них в связанном состоянии находится электролит.

reservationagmgel

В гелевых аккумуляторах в качестве сепаратора применяется силикагель, которым заливается пространство между пластинами в процессе производства. После застывания он представляет собой твердое вещество с огромным количеством пор, в которых удерживается электролит. Благодаря тому, что силикагель полностью занимает всё пространство, в гелевых аккумуляторных батареях практически невозможно осыпание свинцовых пластин и как следствие, закорачивание и выход из строя.

При соединении аккумуляторов в батареи следует учитывать, что при последовательном соединении аккумуляторных батарей, ёмкость не меняется, а напряжение складывается, при параллельном – складывается ёмкость, а напряжение остаётся неизменным.

Важной характеристикой системы является максимальная глубина разряда банка аккумуляторов, которая задается при настройке системы. Чем больше глубина разряда, тем меньше циклов выдержит АКБ. Ориентировочные цифры приведены в таблице.
Таблица зависимости возможных циклов перезарядки АКБ от глубины разряда
Глубина разряда Число циклов
Гель AGM
100% 450 150
80% 600 200
50% 1000 370
25% 2100 925
10% 5700 3100

Инвертор с системой управления вводом резерва

Инвертор – это устройство, служащее для преобразования постоянного тока в переменный. Различные типы инверторов на разные напряжения и мощности широко применяются в быту, например, устройство, применяемое для инвертирования напряжения с АКБ автомобиля в 220В, для подогрева чая в походе тоже будет называться «инвертор».

reservationinvertor

Если распространить приведенную аналогию, то и инверторные системы для ВИЭ от различных производителей могут различаться очень сильно, хотя заявленные характеристики будут похожи.

Функция инверторов для систем резервного питания, не ограничивается преобрадованием постоянного тока в переменный, они так же выполняют зарядку АКБ от основного источника электричества, следят за параметрами сети и обеспечивают автоматический ввод резерва, в разряда АКБ осуществляют пуск дизель-генератора, могут осуществлять передачу излишков энергии в общую сеть, отправлять данные на удаленные или облачные АРМ и прочие функции. Важная функция инвертора - он не даёт разрядиться батарее ниже критического уровня, что могло бы привести к преждевременному выходу аккумулятора из строя. Например, вместо положенных 10 лет, они прослужат 3 года.

По способу подключения инверторы подразделяются на:

  • Сетевые модели с обозначением «on grid» работают от солнечной электростанции, но синхронно с общественной электросетью. Потребитель полностью использует электричество от ВИЭ, недостающее электричество он потребляет из сети общего пользования. При отключении общей сети, прекращается использование и электричества от ВИЭ. Для применения в системах резервирования «on grid» инверторы используются только в составе более крупной системы.
  • Автономные инверторы обозначают «off grid». Их подключают к домашним бытовым потребителям, источником энергии в них является батарея АКБ, которая заряжается через контроллер заряда от солнечных модулей или от другого ВИЭ. Такие инверторы применяются в местах, где сеть отсутствует вовсе, в резервных системах широко применяется третий тип инверторов;
  • Гибридные инверторы используют оба метода подключения к сети. Наиболее часто инверторы включают в сеть в режиме «grid support». В этом случае, система в основном работает от общей сети, максимально дополняя (а в каких-то случаях и полностью компенсируя) ее мощностями от ВИЭ, а при отключении объекта от общей сети, они автоматически переключаются в автономный режим работы и работают от аккумуляторной батареи и/или солнечного модуля. Гибридные инверторы хорошо сочетаются со схемами бесперебойного питания.

Устройства управления и связи

Как правило, управляющие функции выполняет инвертор, дополнительно подключаются блоки ввода и отображения информация и блоки связи.

Блоки ввода/вывода информации используются в основном для начального программирования системы и для конечного пользователя не так интересны.

solarcombox

Блоки связи позволяют передавать информацию по Ethernet или по другим сетям передачи данных, т.о. пользователь может получать все данные о системе и передавать команды на систему удаленно, например через приложение в смартфоне.

Типовая система резервного электроснабжения для частного дома

Рассмотрим типовую схему резервного электроснабжения загородного дома на основе системы XW+ Xandrex Schneider Electric Система автономного энергоснабжения включает в себя:

reservationscheme

  1. Источник основного электроснабжения;
  2. Возобновляемый источник электроэнергии – солнечные фотовольтаические панели;
  3. Возобновляемый источник электроэнергии – ветряной генератор;
  4. Возобновляемый источник электроэнергии – микро-ГЭС;
  5. Контроллеры заряда;
  6. Банк АКБ;
  7. Датчик температуры АКБ;
  8. Инвертор;
  9. Дизель-генератор;
  10. Коммутационное оборудование - щиты, выключатели, автоматы, предохранители, кабели, система заземления и т.д.;

Классический алгоритм работы следующий: Работа инвертора в режиме «grid support» с максимальным использованием энергии ВИЭ. При отключении основной сети, переход на резервный источник, и, при необходимости, использование накопленной энергии АКБ. В случае, если по каким-то причинам, энергии возобновляемого источника недостаточно, а банк АКБ сильно разряжен, система формирует команду на запуск дизель-генератора. Энергия дизель-генератора расходуется на потребители и на заряд банка АКБ, при зарядке банка АКБ, дизель генератор отключается. Цикл повторяется до включения основного источника.

Любой из вышеперечисленных источников может выступать в качестве основного (кроме АКБ), остальные будут играть роль резервных.

Новости
Все новости
Отзывы о нас

Руководство Филиала КОО «ЛОГРАР ЛИМИТЕД» выражает благодарность коллективу ООО... Подробнее »

КОО «ЛОГРАР ЛИМИТЕД»

Уважаемый Ринат Шакирзянович! ООО «ФИНПРОЕКТ» выражает благодарность компании ООО... Подробнее »

ООО «ФИНПРОЕКТ»
Все отзывы