Przydomowa elektrownia słoneczna DIY — to w ogóle możliwe? Jak najbardziej!

Jakiś czas temu zapowiadałem na Instagramie budowę elektrowni słonecznej. Otóż nie tylko została już zamontowana, ale od trzech tygodni produkuje prąd, a ja wreszcie zabrałem się za opisanie całego procesu.

Jak zwykle przypominam: żeby być na bieżąco z nowymi wpisami na blogu, polecam obserwować mnie na Instagramie. Będę tam publikować powiadomienia o nowych wpisach, a może też pisać po prostu o czymś ciekawym — link do profilu

Podobnie jak w przypadku opryskiwacza, artykuł powstaje po zakończeniu prac i początkowo nie był planowany. Mam jednak trochę materiałów do jego napisania, a przede wszystkim praktyczną wiedzę i doświadczenie zdobyte podczas realizacji, więc myślę, że warto się nimi podzielić.

A więc, w obliczu obecnych wydarzeń pojawił się pomysł na pozyskiwanie energii elektrycznej bez uzależnienia od sieci energetycznej, przewracających się słupów linii energetycznych itp. Do tego kolega ma dwufunkcyjny kocioł gazowy z pompą, który bez prądu nie chce działać, a także lodówkę z jedzeniem. Krótko mówiąc, typowy dom jednorodzinny — myślę, że wiele osób żyje w podobnych warunkach.

Od razu zaznaczę, że ta instalacja jest przeznaczona właśnie do autonomicznego zasilania. Nie chodzi tu o oszczędności ani zwrot kosztów, bo nie jest montowana na „południu”, więc produkcja energii nie będzie taka, jak mogłaby być, gdybyśmy mieszkali gdzieś w Egipcie.

Na początku omówiliśmy założenia, a wstępna specyfikacja wyglądała mniej więcej tak:
1. Moc paneli — 1 kW
2. Pojemność akumulatora — 1 kWh
3. Moc falownika — 1–1,5 kVA.

Mój kolega z klasy ma podobną instalację, więc mieliśmy już w pewnym sensie rzeczywisty przykład jej eksploatacji. Swoją drogą, kolega buduje teraz mocniejszą instalację, z mocniejszym falownikiem i akumulatorem o większej pojemności, opartym na ogniwach LTO.

A więc na początek kilka słów o domu, a dokładniej o jego dachu. To bardzo ważna kwestia, która może przekreślić cały pomysł.
Dach jest dwuspadowy, przy czym połać od strony słonecznej jest bardziej płaska, czyli dach jest niesymetryczny. Ułatwia to montaż, ale zwiększa jego koszt — wyjaśnię to później.
Kąt nachylenia dachu wynosi 22 stopnie.

Można też ustawić panele na ziemi, na zamontowanych tam wspornikach, albo na dachu budynków gospodarczych. Pierwsza opcja odpadała, bo działka i tak nie jest duża, a druga — bo tamte dachy są skierowane w niewłaściwą stronę. Obracanie budynku jest, delikatnie mówiąc... skomplikowane.


Dom jest w rzeczywistości skierowany nie na południe, lecz mniej więcej na południowy-południowy zachód. Na zdjęciu jest 13:30, czyli mniej więcej południe. Dom znajduje się dokładnie przede mną, a cień słupka pada nieco w lewo. Na oko azymut wynosi około 20 stopni, choć w tym przypadku nie ma to większego znaczenia. Jak powiedział konsultujący nas kolega, takie ustawienie jest nawet lepsze niż skierowanie domu na południowy-południowy wschód.


Podczas dobierania paneli, sposobu montażu, falownika itp. zdecydowaliśmy się na panele o łącznej mocy nie 1000–1200 W, lecz 1600 W. Znaleźliśmy na miejscu panele o mocy 405 W, a cztery sztuki można wygodnie zamontować. Poza tym są stosunkowo niedrogie, a dodanie jednego panelu nie zwiększyło znacząco kosztorysu.

Wprowadzamy nasze dane do kalkulatora: wybieramy lokalizację na mapie, moc i liczbę paneli, kąt nachylenia względem poziomu oraz azymut względem południa.
Kąt 45 stopni to kompromis, który ma zwiększyć wydajność zimą, a jednocześnie nie powodować zbyt dużych strat latem. W firmie, w której kupowaliśmy panele, zaproponowano nam montaż bez dodatkowego nachylenia, czyli z wykorzystaniem wyłącznie 22-stopniowego nachylenia dachu. Obliczenia pokazały jednak, że zimą produkcja byłaby wtedy znacznie mniejsza, a właśnie w tym okresie zależało nam na większej ilości energii. Latem i tak mielibyśmy jej nadmiar.


Zgodnie z obliczeniami uzyskujemy taką produkcję. Najgorzej wypada oczywiście grudzień — około 50–52 kWh miesięcznie. Zwiększenie kąta do 60 stopni daje maksymalnie 56 kWh, a przy 22 stopniach obliczona produkcja wynosi 39 kWh.
Jest też nadzieja, że zimą śnieg będzie w mniejszym stopniu zasypywał panele niż wtedy, gdyby leżały płasko na dachu.


Zanim przejdę dalej, krótko wyjaśnię różnice między instalacjami. Umownie można je podzielić na kilka typów.
1. Z akumulatorem lub bez
2. Oddające energię do sieci lub autonomiczne.

Od początku nie planowaliśmy oddawania energii do sieci: droższy sprzęt, problemy z wymianą licznika — krótko mówiąc, żadnego sensu.
Akumulator natomiast chcieliśmy mieć, bo w takim wariancie dom będzie zasilany z niego w nocy, a poza tym zapewni choćby częściowe zasilanie awaryjne nawet bez paneli.
Przez kilka dni instalacja właśnie tak działała — jak duży zasilacz awaryjny.

W każdym razie, oprócz samych paneli potrzebny będzie falownik, który przekształci prąd stały z paneli na prąd przemienny do zasilania urządzeń elektrycznych. Można oczywiście przerobić instalację elektryczną i odbiorniki tak, żeby mogły być zasilane niskim napięciem, ale mogę powiedzieć, że zysk jest znikomy, a komplikacji i problemów sporo. Oszczędzając na przetwarzaniu, stracimy bowiem na:
1. zwiększeniu przekroju przewodów albo stratach na nich.
2. montażu drugiej sieci, niskonapięciowej
3. przeróbki urządzeń elektrycznych do pracy przy niskim napięciu
4. mniejszej elastyczności systemu, bo na przykład przerobienie telewizora czy lodówki jest znacznie trudniejsze.

Początkowo chcieliśmy kupić falownik LogicPower, ale okazało się, że wycofano je z produkcji, a poza tym chcieliśmy już większej mocy. Ostatecznie kupiliśmy stosunkowo niedrogi Axioma 3000 VA.
I jeszcze jedna dygresja: falowniki są różne — PWM i MPPT. Drugi wariant jest lepszy, bo pozwala lepiej wykorzystać moc paneli, ale jest też nieco droższy.
Falownik kupiliśmy we Lwowie za 14200 UAH, a samo zamówienie zrealizowano błyskawicznie. Wybraliśmy model, znaleźliśmy dobrą cenę przez Hotline, zadzwoniłem, wszystko ustaliłem, zamówiłem i już następnego dnia odebraliśmy go na poczcie.
W zestawie oprócz falownika były uchwyty do kabli, bezpiecznik 200 A (przydatna rzecz), płyta z oprogramowaniem, a także kable do komputera. Kabel RS232 podłącza się za pomocą złącza RJ45.


Wygląd jest całkiem typowy: obudowa do powieszenia na ścianie, z przodu wyświetlacz i przyciski sterujące.


1. Po lewej złącza do podłączenia komputera
2. Po prawej wyłącznik zasilania, choć działa trochę dziwnie, bo nie odłącza wszystkiego. Znajduje się tu również plomba gwarancyjna.
3. U góry otwory do zawieszenia na ścianie i kilka plomb zakrywających puste otwory :)
4. Wyświetlacz i przyciski. Obsługa jest dość wygodna, wskazania czytelne, ale w praktyce polecam sterowanie z komputera.


Niestety plomba gwarancyjna uniemożliwiła mi rozebranie falownika, żeby zajrzeć do środka i pokazać jego wnętrze. Falownik nie jest mój, więc pomyślałem, że nie będę ryzykować utraty gwarancji. Przez otwory widać nieco podzespołów; z tego, co udało mi się zobaczyć, to przyzwoita średnia półka.


Tutaj widać błąd, który popełniliśmy, bo nie znaliśmy specyfiki działania falowników do instalacji fotowoltaicznych.
Falownik może ładować akumulator prądem do 40 A z paneli albo do 25 A z sieci, a przy jednoczesnym ładowaniu z sieci i paneli — do 60 A. Wszystko to można skonfigurować.
Ten model falownika nie potrafi jednak wykorzystać z paneli więcej niż 1000 W, niezależnie od tego, czy energia jest przeznaczana na ładowanie, czy zasilanie obciążenia.
Wiosną, jesienią i zimą w tym przypadku nie jest to problem, ale latem nie uda się wykorzystać całej energii z paneli.
Istnieje wersja tego falownika z oznaczeniem „Plus”, która może wykorzystać do 1500 W z paneli, ale nie znaleźliśmy jej w sprzedaży.

Falownik może przy tym dostarczać do 3000 VA, ale w takim trybie nawet w dzień będzie pobierać 1000 W z paneli, a resztę z akumulatorów.

Myślę, że wynika to z tego, że falownik należy do budżetowej klasy, więc trzeba było z czegoś zrezygnować.


Na dole znajduje się mnóstwo zacisków do podłączenia sieci (wejścia i wyjścia), akumulatora oraz paneli. Do większości z nich nie mam zastrzeżeń, ale zaciski do podłączenia akumulatora wyglądają na trochę za słabe jak na maksymalny deklarowany prąd 140 A.
Mogę jednak powiedzieć, że przewody są mocno zaciskane. Ze względu na konstrukcję zalecam używanie śrubokręta z izolowanym trzpieniem.


Czekając na pozostałe elementy, poszliśmy do sklepu i kupiliśmy przewód instalacyjny, kanał kablowy, a także bardzo ważny element — przełącznik fazy i przewodu neutralnego.


Taki przełącznik wygląda jak zwykły podwójny wyłącznik nadprądowy, ale w odróżnieniu od niego ma trzy położenia i sześć styków zamiast czterech, a przy tym nie ma wyzwalacza przeciążeniowego.


Służy do wymuszonego obejścia falownika, czyli umożliwia podłączenie obciążenia z pominięciem falownika w razie jego awarii lub na czas konserwacji.


W uproszczonej wersji (w pełnej przełączane są zarówno faza, jak i przewód neutralny) wygląda to tak:
Falownik jest zasilany przez wyłącznik nadprądowy C25, dzięki czemu w razie potrzeby można go całkowicie odłączyć.
Przez wyłącznik nadprądowy C16 poprowadzono zasilanie obejściowe, na wypadek prac przy falowniku.
Przełącznik 32 A pozwala podłączyć obciążenie albo do wyjścia falownika, albo do linii obejściowej, ewentualnie całkowicie je odłączyć (położenie środkowe).

W zasadzie można było zamontować wyłącznik nadprądowy C16 za przełącznikiem, ale już nie pamiętam, dlaczego tego nie zrobiłem — był jakiś powód związany z bezpieczeństwem.


Przejdźmy teraz do akumulatorów.
Na początek wyjaśnienie dotyczące typów akumulatorów stosowanych w podobnych systemach.
1. Akumulatory kwasowo-ołowiowe — klasyka, ale ponura i bezsensowna, bo z założenia nie są przystosowane do takich warunków pracy, a te, które są, kosztują już zupełnie inne pieniądze.
2. LiFePO4 to kompromisowe rozwiązanie: żywotność do 5000-7000 cykli, możliwość ładowania i rozładowywania dużym prądem.
3. LTO, czyli akumulatory litowo-tytanowe — rozwiązanie dla tych, którzy mają wolne środki i chcą, żeby sprzęt działał długo. Mają mnóstwo zalet, ale jest też wada — cena.
4. „Zwykłe” akumulatory litowo-jonowe — całkiem niezłe i wydajne, ale wymagają bardziej złożonej kontroli ładowania, ponieważ są mniej bezpieczne niż wymienione wcześniej.

Wybraliśmy akumulatory LiFePO4 jako rozwiązanie bardziej niezawodne i wydajne niż akumulatory kwasowo-ołowiowe, a zarazem tańsze niż litowo-tytanowe.

Tak naprawdę zamówiliśmy je wcześniej niż falownik, ale jechały znacznie dłużej, dlatego dotarły do nas później.
Zamawiałem w firmie, z którą współpracuję. Początkowo chciałem kupić nowe akumulatory, żeby zbudować baterię 50 Ah 24 V, ale zaproponowano mi alternatywę: używane akumulatory o pojemności 170 Ah. Jak zrozumiałem, pierwotnie pracowały w UPS-ie i miały pojemność 180 Ah, a ich obecna pojemność wynosi około 170 Ah.

Cała bateria waży około 45 kg. Jej wymiary są całkiem kompaktowe, choć istnieją jeszcze mniejsze alternatywy, na przykład inne akumulatory LiFePO4 lub litowo-jonowe, które mają lepszy stosunek masy do wymiarów i pojemności.


Akumulatory miały różny poziom naładowania: niektóre były wyraźnie bliżej 100%, inne raczej w okolicach 30%. Ich impedancja była mniej więcej podobna, choć w przypadku dwóch sztuk różnica była zauważalna.


Zmierzono pojemność wszystkich akumulatorów. Przed zamówieniem zapytano mnie, czy wybrać te o największej pojemności, czy o najbardziej zbliżonych parametrach. Ponieważ wszystkie będą połączone szeregowo, wybrałem drugą opcję.
Ostatecznie najmniejsza pojemność wynosi 169,92 Ah, a największa 173 Ah. Bez aktywnego balansera pojemność baterii będzie równa pojemności najsłabszego akumulatora, czyli w przybliżeniu 170 Ah.
Przy napięciu LiFePO4 wynoszącym 3,2 V pojemność baterii wyniesie 3,2 × 170 × 8 = 4352 Wh, czyli 4,35 kWh.

W praktyce dostępna pojemność będzie mniejsza, ponieważ ustawiłem łagodne parametry zarówno ładowania, jak i rozładowania. Zakładam więc pojemność bliższą 4 kWh, co i tak daje 4 razy więcej niż planowaliśmy na początku.
Taka bateria kosztuje około 19000 UAH. Dzięki starej znajomości dostałem zniżkę, dlatego wybraliśmy właśnie tę opcję.


Przed złożeniem baterii trzeba ją jednak zbalansować, czyli wyrównać poziom naładowania wszystkich ogniw. W tym celu łączy się wszystkie elementy równolegle. Warto zwrócić uwagę, że przewody są podłączone po przekątnej, co zwiększa szybkość ładowania i poprawia jego równomierność.

UWAGA, NA TYM ETAPIE TRZEBA ZACHOWAĆ MAKSYMALNĄ OSTROŻNOŚĆ! PRZY ZWARCiu PRZEWÓD 2,5 MM PO PROSTU SIĘ SPALA, CO GROZI POPARZENIEM!
Podczas demontażu zrobiłem zwarcie jednego elementu. Przewód zdążył się nie spalić, ale nie było to przyjemne doświadczenie, a do tego trzeba było ponownie przeprowadzić balansowanie.

W każdym razie połączyłem wszystko, podłączyłem zasilacz ustawiony na prąd do 24 A i rozpocząłem ładowanie.


Na początku, żeby przyspieszyć cały proces, ustawiłem napięcie końcowe ładowania na 3,7 V. Po około dobie prąd ładowania spadł niemal do zera. Obniżyłem napięcie do 3,65 V i prąd spadł do zera. Swoją drogą, napięcie opada bardzo powoli, co w przypadku LiFePO4 jest dość nietypowe.
Potem odłączyłem ładowanie, odczekałem kilka godzin i ponownie je włączyłem. Prąd początkowo wzrósł do 10-15 A, ale szybko spadł do 100 mA.

Pełny cykl balansowania trwał ponad dobę, ale i tak czekaliśmy na panele, więc w niczym nam to nie przeszkadzało. Po zakończeniu balansowania i złożeniu baterii zauważyłem, że napięcie na dwóch ogniwach po pewnym czasie jest niższe niż na pozostałych. Próba ładowania wykazała, że od razu wzrasta ono do tych samych wartości co w pozostałych ogniwach, a więc to po prostu cecha tych konkretnych ogniw.


W trakcie prac nad baterią dotarły specjalne profile montażowe o długości 4200 mm. Zamówiliśmy 4 sztuki.


Od razu zamówiliśmy też różne elementy mocujące oraz kawałki profili, ponieważ panele zamierzaliśmy zamontować na osobnej konstrukcji. Dla większej odporności na wiatr zaplanowaliśmy po 8 punktów mocowania na panel, a nie po 4. Osobne podziękowania dla Mariny, która pracuje w tej firmie i koordynowała wszystkie sprawy związane zarówno z panelami, jak i mocowaniami.

Jeśli chodzi o mocowania, warto wspomnieć o specjalnych szpilkach do przykręcania do belek dachowych i ustawiania całej konstrukcji w jednej płaszczyźnie. Szpilki mają gumową uszczelkę, są wykonane ze stali nierdzewnej, a koniec wkrętu jest wyraźnie hartowany — najpewniej indukcyjnie. Krótko mówiąc, zdecydowanie są warte swojej ceny. Widzieliśmy podobne w sklepie z artykułami metalowymi, ale tylko podobne: jakość była zupełnie inna i brakowało gumowej uszczelki.


Do mocowania paneli do profilu służą specjalne nakrętki wsuwane, które oprócz skomplikowanego kształtu mają wbudowaną sprężynującą kulkę ułatwiającą montaż.


Czekając na panele, postanowiliśmy przerobić instalację elektryczną i zamontować falownik z baterią. Na tym etapie wyprowadziliśmy też kable na dach. Przewody wewnątrz domu poprowadzono w korytku, a na dach wyprowadzono je w zbrojonym wężu; wyjście dodatkowo uszczelniono.

Akumulator podłączono przewodem hybrydowym: do każdej klemy prowadzi przewód ШВВП 3х4мм.кв oraz przewód 6мм.кв do paneli słonecznych. Pierwszy został po podłączeniu do sieci, drugi kupiliśmy specjalnie, z zapasem.
Wejście sieciowe falownika podłączono przewodem 3х4мм.кв, a wyjście przewodem 2х2.5мм.кв, ponieważ przewód ochronny i tak jest wspólny i biegnie z tej samej rozdzielnicy, a przekrój 2.5мм.кв wystarcza dla deklarowanych 3000VA.

Na akumulatorze zamontowano też bezpiecznik dołączony do falownika. Umieściłem go na osobnej parze zacisków, żeby nie obciążać go mechanicznie, co mogłoby się zdarzyć przy podłączeniu do niego przewodów wyjściowych.

Falownik umieszczono na drugim piętrze domu, żeby poprawić warunki termiczne pracy akumulatora. I tu wyszedł kolejny błąd w planowaniu: dla akumulatora to oczywiście świetne rozwiązanie, ale falownik jest dość głośny, a wentylator włącza się nie zależnie od temperatury, lecz po przekroczeniu progu mocy.


Było kilka wariantów złożenia akumulatora, ale zależało nam na tym, żeby zaciski znalazły się bliżej przedniej lewej krawędzi. Najlepszy okazał się drugi wariant, a przy okazji całość była bardziej kompaktowa.

Wspominałem wyżej, że akumulatory różnią się pojemnością. Dlatego polecam umieszczać obok siebie ogniwa o jak największej różnicy pojemności. Czyli na przykład, jeśli mamy cztery ogniwa o pojemności 170, 171, 172 i 173Ah, lepiej ułożyć je w kolejności 170, 173, 171, 172Ah. Dlaczego? Chodzi o balanser, któremu łatwiej wyrównywać różnice między sąsiednimi ogniwami, niż przenosić energię przez cały akumulator od najsłabszego do tego o największej pojemności.


Do podłączenia przewodów użyliśmy końcówek kablowych do przewodów o przekroju 6 i 10мм.кв, ale ponieważ nie mieliśmy zaciskarki, musieliśmy po prostu zalać je lutowiem.
Zaciski łączące akumulatory sprawiły nieco więcej kłopotu. Te dołączone do zestawu mi się nie spodobały, ale kolega miał szynę z anodowanego aluminium o wymiarach 1000х20х2мм.
Pocięliśmy ją na paski i nawierciliśmy otwory, przy okazji wykonując po dwa otwory gwintowane do podłączenia balanserów.

Wszystko byłoby dobrze, gdyby nie to, że anodowana powierzchnia nie przewodzi prądu. Trzeba było ją zeszlifować, ale dzięki temu otrzymaliśmy estetyczne szyny o przekroju 40мм.кв.


A propos przewodu: w tej samej firmie, w której kupiliśmy panele i elementy montażowe, kupiliśmy też przewód. Jest opisany jako specjalistyczny, wyprodukowany w Niemczech. Spodobał mi się, choć zapomniałem zmierzyć jego rzeczywistą rezystancję, a na razie nie będzie już okazji. Ma podwójną, sztywną izolację, jest wielożyłowy, a żyły są cynowane. Ogólnie jestem zadowolony. Przed zamówieniem przeczytałem kartę katalogową — to rzeczywiście przewód do zastosowań zewnętrznych, a jego cena nie jest wyższa niż zwykłego przewodu.



Po podłączeniu falownika i akumulatora uruchomiliśmy system bez paneli, czyli działał jako zasilacz awaryjny.
Menu programu. Przepraszam, że nie ma zrzutów ekranu — robiłem zdjęcia tylko dla siebie.


W takim trybie instalacja przyda się chyba tylko na wypadek takich „pilotów”, którzy wjeżdżają w słupy i pozbawiają prądu okoliczne domy. Zdjęcie pokazuje zresztą prawdziwy przykład sytuacji, w której ta instalacja pomogła. Kolega być może nawet od razu nie zauważył, że na ulicy nie ma prądu.


Po pewnym czasie dotarły panele — cztery sztuki, po około 166 dolarów za sztukę. Wybór lokalnej firmy nie był przypadkowy, bo dzięki temu rozwiązaliśmy od razu dwa problemy:
1. Gwarancja na miejscu
2. Bezpłatna dostawa do domu.

Trzeba było tylko trochę poczekać, aż zbiorą zamówienie i dołączą do niego nasze cztery panele.


Jest do nich karta katalogowa, ale w zasadzie wszystkie potrzebne informacje znajdują się na tabliczce znamionowej.
Najpierw dostaliśmy kartę katalogową nieco innego modelu o tej samej mocy, ale o wymiarach około 2000х1000мм. Później napisali, że będzie inny model, o wymiarach bliższych 1750х1100мм, co jest nieco wygodniejsze.

Dobierając zestaw paneli i falownika, trzeba uwzględnić napięcie wyjściowe paneli oraz napięcie wejściowe falownika.
W przypadku naszego falownika napięcie robocze wynosi 30–80 V, a napięcie w stanie jałowym może sięgać 100 V.
Pierwsze zaproponowane panele miały napięcie robocze 40,55 V i napięcie w stanie jałowym 48,5 V.
Z tym falownikiem można je więc połączyć tylko równolegle, bo dwa połączone szeregowo dawałyby napięcie robocze 81 V.

Drugi wariant paneli ma napięcie robocze 34.64 V i napięcie w stanie jałowym 41.6 V, więc można połączyć je szeregowo w pary. Da to około 70 V napięcia roboczego i 83 V w stanie jałowym.
Dzięki temu prąd płynący przewodami będzie prawie dwa razy mniejszy, a straty mocy na przewodach spadną czterokrotnie! Według moich szacunków w pierwszym wariancie straty wynosiły około 55 W, a przy układzie 2S2P już tylko 11 W.

Pojawiło się też pytanie, co jest lepsze: polikrystaliczne czy monokrystaliczne. Z tego, co zrozumiałem, pierwsze są lepsze i trwalsze, ale droższe i trudniej je kupić. Ostatecznie wybraliśmy drugie.


Zrzut ekranu z karty katalogowej pierwszego wariantu paneli, który błędnie nam zaproponowano


A tu drugiego wariantu, który ostatecznie zamontowaliśmy.
Zwrócę uwagę na nieścisłości w obu kartach katalogowych: w pierwszej podano długość przewodów 270 i 100 mm, w drugiej po 350 mm. W rzeczywistości przewody były na tyle długie, że można było połączyć panele szeregowo bez przedłużania kabli.


Całą konstrukcję planowaliśmy przymocować do belek — początkowo do trzech, ale po wykonaniu pomiarów i przygotowaniu rysunku okazało się, że trzeba będzie mocować ją w czterech miejscach, a więc zastosować po cztery wsporniki na parę paneli. Tak jest nawet lepiej.
Rysunek wykonaliśmy w skali, co później bardzo nam pomogło.


Jak pisałem, chcieliśmy ustawić panele pod kątem 45 stopni. Dach ma nachylenie 22 stopni, więc trzeba było wykonać wsporniki o kącie 33 stopni. Słabo znam się na geometrii, dlatego po prostu uruchomiłem Sprint Layout i narysowałem to, czego potrzebowałem, z odpowiednimi kątami, a potem zmierzyłem wymiary wspornika :)
Ponadto między środkowymi wspornikami planowaliśmy zamontować krzyżulce, żeby usztywnić konstrukcję. Zostały wykonane, ale podczas montażu „coś poszło nie tak” i trzeba je przerobić. Tak naprawdę od początku planowałem montować je na miejscu, ale osoba, która pomagała przy wykonaniu wsporników, zrobiła je jako monolityczną całość. Do pewnego stopnia wyszło dobrze, a nawet świetnie, ale w tym przypadku rozstaw wsporników zależał od specyfiki dachu i dlatego nieco odbiegał od założonego.


Wsporniki dotarły jako ostatnie i zaraz po ich otrzymaniu zabraliśmy się za wiercenie i przygotowania. Chcieliśmy uwinąć się z tym w jeden dzień, ale nawet dwóch kolegów, którzy pomagali w przygotowaniach, choć przyspieszyło to pracę, nie wystarczyło, żebyśmy zdążyli zrobić wszystko, co zaplanowaliśmy.
Pierwszego dnia (a właściwie przez pół dnia) udało nam się przygotować wsporniki i zamontować pierwszą parę. Zdążyliśmy nawet wypoziomować je względem siebie, choć później i tak trzeba było ponownie je wyregulować.
Szczerze mówiąc, pomysł ze wspornikami jest dobry, ale skomplikowany. Do tego dochodzą dodatkowe koszty. Być może przesadziliśmy z ostrożnością i wystarczyłyby jakieś podpory z profili, bez spawania całej tej konstrukcji, ale stało się — zrobiliśmy tak, jak zrobiliśmy.


W tym samym programie zasymulowałem, jak zimą będzie padać słońce, i obliczyliśmy odstęp między rzędami tak, aby panele nie rzucały na siebie cienia. Zostawiliśmy też dodatkowe miejsce na trzeci rząd paneli, na wypadek rozbudowy systemu.
Dodam, że na wszelki wypadek zostawiliśmy pod panelami miejsce, żeby śnieg mógł spod nich zsuwać się i nie tworzył zasp. Mamy też nadzieję, że kąt 45 stopni sprawi, iż śnieg będzie się mniej gromadził na samych panelach.


Drugiego dnia myśleliśmy, że teraz raz-dwa wszystko dokończymy. Jasne, już...
W końcu skończyliśmy, ale wcale nie szybko — zrobiło się już późno, był wieczór.
Najwięcej problemów sprawił montaż wsporników. Dopiero teraz widzę, że można było zrobić to nie tylko szybciej i wygodniej, ale też solidniej. Zamiast regulować wysokość wsporników względem dachu, należało zamocować je w najwygodniejszy sposób, a następnie regulować położenie szyn względem wsporników za pomocą prętów gwintowanych lub długich śrub. Tym bardziej że dostaliśmy specjalne płytki.

Z montażem wsporników skończyliśmy około 18:30.


Potem we trzech — ja, kolega i sąsiad (osobne podziękowania za przydatne rady i pomoc przy mocowaniu wsporników) — wnieśliśmy panele na dach, a następnie we dwóch zabraliśmy się za ich montaż.
Około 22:00 zakończyliśmy wstępny montaż i połączyliśmy przewody. W instrukcji napisano, że nie wolno łączyć przewodów pod obciążeniem, ale ponieważ był już wieczór, prąd był niewielki, co nawet trochę ułatwiło nam zadanie :)


Do podłączenia paneli użyliśmy standardowych złączy — dwóch kompletów (każdy zawiera parę wtyk–gniazdo). Panele połączyliśmy ze sobą fabrycznymi przewodami i złączami.
Przewody doprowadziliśmy do puszek przyłączeniowych, przylutowaliśmy końcówki i skręciliśmy je śrubą. Zamontowaliśmy dwie puszki: jedną dla przewodu dodatniego, drugą dla ujemnego. Same puszki przykręciliśmy do wsporników.


Kilka słów o połączeniu. Panele są połączone w układzie 2S2P, ale zostawiliśmy możliwość rozbudowy do układu 2S3P. Na schemacie pokazano zarówno wariant montażowy, jak i sposób połączenia (u góry po prawej). U góry wariant podłączenia dwóch dodatkowych paneli.

Jeśli chodzi o rozbudowę, żeby wszystko działało efektywnie, dodatkowe panele powinny być identyczne albo mieć takie samo napięcie wyjściowe. Zwykle zależy ono od układu połączeń ogniw w samym panelu. Na przykład w pierwszych panelach, które planowaliśmy zamontować, układ wynosił 6х12+6х12, a w drugich 5х12+5х12, przez co miały niższe napięcie wyjściowe.


Już następnego dnia weszliśmy na dach i „uczesaliśmy” całą konstrukcję. Na wszelki wypadek nie użyliśmy plastikowych opasek zaciskowych, tylko przymocowaliśmy przewody miedzianym drutem.


A oto konstrukcja w prawie gotowej postaci. „Prawie”, bo zostało jeszcze zamontować krzyżak i uszczelnić jeden otwór w dachu, który okazał się zbędny... Przy okazji: gumowe uszczelki na szpilkach nie zwalniają z konieczności użycia uszczelniacza, jeśli oczywiście chcecie, żeby na strychu nadal było sucho.


Teraz można już zobaczyć, co właściwie z tego wyszło.
Na początek główne okno programu. Jest 10:30, a panele oddają już ponad 500 W mocy.


Ciekawe, że po podłączeniu paneli w dolnej części okna pojawiła się informacja o drugim CPU, której nie było, gdy stacja pracowała jako UPS.


Menu ustawień. Można tu ustawić zarówno tryby pracy, jak i progi napięcia, prąd ładowania w różnych trybach itp.
Ponieważ w praktyce stacja jest nieco niedociążona, w środku dnia zdarzało się, że akumulator był już w pełni naładowany, obciążenie niewielkie, a słońce nadal świeciło i napięcie z paneli rosło prawie do 80 V. Żeby temu zaradzić, postanowiłem wydłużyć ładowanie, ograniczając prąd do 20 A.
Progi napięcia ładowania/rozładowania -
Koniec ładowania - 28,8 V (3,6 V na ogniwo)
Tryb buforowy, włączany po zakończeniu pełnego ładowania - 27,6 V (3,45 V na ogniwo)
Nadmierne rozładowanie - 22,4 V (2,8 V na ogniwo)

Tryb pracy SBU — Słońce, Akumulator, Sieć, czyli dopóki świeci słońce, zasilamy obciążenie z paneli, gdy słońca nie ma, przechodzimy na akumulator, a gdy się rozładuje — na sieć. Później przy okazji zmieniłem tryb pracy z siecią na UPS. Wtedy próg niskiego napięcia sieci (przełączenie na akumulator) wynosi 175 V, a w zwykłym trybie około 100 V, co jest krytyczne dla lodówki.


Podczas obserwacji widziałem moc oddawaną przez panele na poziomie 831 W, ale zaznaczę, że nie jest to ograniczenie paneli. Po prostu suma mocy ładowania i poboru przez obciążenie nie była zbyt duża, więc pozostała moc nie była wykorzystywana. Jak już pisałem, sam falownik nie może wykorzystać z paneli więcej niż 1000 W.


Kilka wykresów zapisanych w ciągu 10 dni.

Moc na wejściu z paneli, szczytowo 943 W. To już wartość bliska maksymalnej mocy wejściowej falownika, ale nawet w takim przypadku ograniczeniem było obciążenie, a nie moc paneli — mogą oddać więcej.


Napięcie z paneli. Zarejestrowane maksimum to 80,8 V, co właśnie pokazuje, że panele są niedociążone i mają jeszcze zapas, który przyda się jesienią i wiosną.


Moc obciążenia. Widać tu również, dlaczego panele są niedociążone: występują tylko krótkie piki dużej mocy, a przez resztę czasu wartość oscyluje wokół 250-300 W. W połączeniu z około 550 W mocy ładowania akumulatora daje to łączną moc 800-850 W.
Na wykresie pokazałem moc pozorną i czynną.


Napięcie akumulatora. Najniższa zarejestrowana wartość to 25,93 V.
Przy okazji, nie montowaliśmy układu zabezpieczającego, choć początkowo mieliśmy taki zamiar. Chodzi o to, że bez akumulatora falownik nie działa, a jeśli układ zabezpieczający odłączy akumulator z powodu przeładowania lub nadmiernego rozładowania, ponowne uruchomienie może być trudne, bo falownik nic o tym nie wie.
Postanowiliśmy poprzestać na bezpieczniku przy akumulatorze, ustawieniach falownika i montażu dwóch balanserów: „zgrubnego” 10 A i „precyzyjnego” 1,2 A. Są już zamówione i na razie są w drodze.


Na tym można by zakończyć, ale chciałbym jeszcze powiedzieć, że bardzo lubię łazić po dachach. Chyba gdzieś głęboko w duszy jestem kotem :)


A tu jeszcze kilka zdjęć z okolicy. Gdyby nie wiedzieć, gdzie to jest, trudno byłoby uwierzyć, że mogą tu rosnąć takie chaszcze. Moim zdaniem są jednak całkiem ładne i niezwykłe :)



A oto nasz główny pomocnik. Pilnował, żeby koty nie kradły nakrętek i śrubek :)


To już wszystko. Przy okazji odpowiem na kilka możliwych pytań:
1. Jaki jest okres zwrotu inwestycji?
Żaden. Elektrownia w tej konfiguracji się nie zwróci, przynajmniej dopóki taryfy nie wzrosną znacząco.
2. Ile to wszystko kosztowało?
Około 1900 dolarów, bez uwzględnienia balanserów. Początkowo planowaliśmy zmieścić się w 1000–1200, ale ostatecznie apetyt urósł, więc choć wyszło półtora raza drożej, to:
Moc wyjściowa falownika wynosi nie 1500, a 3000 VA
Moc paneli to nie 1000–1200 W, a 1620 W (deklarowana)
Pojemność akumulatora to nie 1 kWh, a 4 kWh
Początkowo nie uwzględniliśmy uchwytów.
Dlatego uważam, że nawet biorąc pod uwagę nasze błędy, wyszło całkiem nieźle.
3. Jakie błędy i niedociągnięcia popełniliśmy?
Czasem nie były to błędy, a raczej brak informacji. W jednym przypadku nie pomógł nawet datasheet. Mimo to dziś zrobiłbym kilka rzeczy nieco inaczej, na przykład:
Wybrałbym inny falownik, choćby taki sam, ale z serii „plus”. Niestety, nie ma ich w sprzedaży.
Zmieniłbym konstrukcję mocowania paneli i mechanizmu regulacji ich położenia.
Dodałbym moduł RS232-WiFi, choć to jeszcze zrobimy, ale później.
Poszukałbym innego miejsca na falownik. W dzień to cholerstwo hałasuje jak samolot podczas startu. Ma dwa wentylatory: jeden do ładowarki, drugi do falownika, i w dzień oba hałasują...
4. Po co dodawać kolejne panele?
Zimą produkcja energii mocno spada i wystarczy jej ledwie na lodówkę i kocioł (jeśli w ogóle nie będzie prądu z sieci). Dodanie paneli pozwoli korzystać także z oświetlenia.
5. Ile energii elektrycznej elektrownia produkuje w ciągu doby?
Lepiej zapytać, ile może wyprodukować, bo obecnie produkuje dokładnie tyle, ile zużywamy, plus straty wynikające ze sprawności falownika i ładowania akumulatora. To około 3,5–4 kWh. Podłączone są wszystkie lampy w domu, telewizory, komputery, lodówka i kocioł.
6. A można?
Oczywiście, że można. Jak powiedział pewien znany aktor w równie znanym filmie:
A co może pan zrobić za pieniądze?
Za pieniądze? Mogę zrobić... wszystko :)

To chyba wszystko. Chętnie odpowiem na pytania, przyjmę rady i poczytam o waszych doświadczeniach z budową podobnych systemów oraz praktyką korzystania z akumulatorów.