Солнечная энергетика для караванеров (резюме)

[palex]

Просьба к "понимающим", "соображающим", "хорошо знающим энергетику (а солнечную особенно)" не позорьтесь - и не пишите А/ч, А\ч и прочие вариации. Запомните, пожалуйста, что емкость измеряется в А*ч (Ач).

Итак:
Немного о том, что же из себя представляет солнечная энергетика:
Общие сведения:
При использовании солнечных батарей энергия солнца напрямую преобразуется в электрическую. Этот процесс называется фотоэлектрический эффект. Эффективность преобразования (в бытовых панелях) составляет до 22%. Но, поскольку энергия все равно бесплатная коэффициент преобразования нас волнует только с точки зрения площади панелей (поскольку цена за панели идет за 1 Вт полученной энергии). Поэтому коэффициент полезного действия (КПД) ( который некоторые считают, и этим обосновывают неэффективность солн. панелей) - ... большая неумность.
Заряд аккумулятора от солнечной панели полезен аккумулятору (даже если в наличии есть генератор). Это связано с тем, что аккумулятор за 20% времени набирает 80% заряда, и за оставшиеся 80% процентов времени берет оставшиеся 20% заряда. Т.е. в конце заряда ток заряда аккумулятора снижается. И использование генератора для зарядки аккумулятора "до конца" нецелесообразно. Вот здесь-то солнечная панель, даже небольшой мощности сослужит неоценимую службу. Если все время заряжать от генератора на 80%, без регулярного заполнения аккумулятора "полностью", то смерть аккумулятора наступает очень рано.
Сразу же скажу - "сказки" циркулирующие на караванерских сайтах о том, что солнечная панель дает зарядку даже под уличным фонарем ночью - это именно сказки. Токи заряда в 0,01-0,05 А конечно идут, зелененький светодиод светится, но аккумулятор 100 А*ч вы будете заряжать таким током около 4000 часов, т.е. около 170 дней. На самом деле вообще никогда не зарядите, но для понимания процесса указанные расчеты полезны.

Для использования солнечной энергии караванеру необходимо:
Солнечная панель (панели),
контроллер,
аккумулятор,
провода
если собираетесь пользоваться приборами на 220 В, то преобразователь 12-220.

Солнечные панели.
1. Солнечные панели делятся по типу элементов: монокристаллические и поликристаллические и аморфные.
Монокристаллические и поликристаллические у караванеров используются. Рассмотрим их различия:
Внешне они различаются по цвету (монокристалл-черные , поликристалл-синие ).
По структуре (см. фото ниже)

Слева - монокристаллический элемент, справа - поликристаллический

1 mono-poly-cristal.JPG (47.18 КБ) Просмотров: 48784

По эффективности (у монокристаллической панели больше КПД, поэтому, при той же мощности, она имеет меньшую площадь (примерно на 1/3)
По цене (цены за 1 Вт на монокристалл и поликристалл - панели почти сравнялись (разница составляет 7-10% в пользу поликристаллических (они дешевле)).
По работе в тени ( в условиях частичного затенения поликристаллическая панель дает лучшие показатели. При перпендикулярном падении солнечных лучей, напротив, выигрывают монокристаллические Поэтому, при применении монокристаллических панелей вопрос корректировки положения панелей относительно солнца имеет более важное значение).
Вот здесь неплохое сравнение монокристалла и поликристалла с выводами По итогам дня монокристалл, все-таки выигрывает.
"Следилки за солнцем" есть, разработаны украинскими товарищами (Автоматика ориентации солнечной батареи и Мой конструктив для автоматической ориентации СП на солнце)

Аморфные - гибкие, имеют существенно более низкий коэффициент преобразования (6-10%), имеют более значительную деградацию (меньший срок службы), поэтому для караванеров интереса не представляют.

2.Солнечные панели делятся по мощности и напряжению:
Бытовые панели бывают мощностью 5-200Вт.
Чаще напряжение панелей бывает 12 и 24 В. Однако, это не те 12 и 24 вольта, которые в аккумуляторе. Фактически, панель на 12 В имеет напряжение холостого хода около 21 В, напряжение максимальной мощности 17,8В. Но, сначала, про параметры солнечных панелей:
Rated Power (мощность панели) (измеряется в Вт).
Указанная мощность достигается в следующие условиях: (Measured at standard test conditions: 25°C, AM1.5, 1000W/m2) - температура панели (!) 25°C (а не воздуха ); диапазоне света, отвечающего солнечному излучению после прохода безоблачной атмосферой Земли (воздушная масса 1,5); приходящая солнечная энергия 1000 Вт/кв. м.
При повышении температуры солнечной панели (а на солнце она, естественно, сильно нагревается до 75°C и выше) производительность падает (при 75°C на одну треть). Компенсацию уменьшения производительности необходимо производить увеличением мощности (площади) панелей.
В пасмурную погоду удельная мощность солнечного излучения в очень облачную погоду (широта средней полосы России) даже днём может быть менее 100 Вт/м². Это означает снижение мощности, выработанной панелями в 10 раз. Учтите это при выборе мощности панелей.
В средней полосе России количество вырабатываемой энергии (для неподвижных панелей, ориентированных на юг) в солнечный день можно прикинуть по фомуле:
Мощность (в Вт)*5=выработанная энергия (в Вт*ч).
Tolerance +/- 5% - допустимое отклонение параметров от номинала
Max. power voltage, Vm - напряжение при котором с панели снимается максимальная мощность. Дело в том, что солнечная панель имеет очень своеобразную вольт-амперную характеристику.

[Расширение jpeg было запрещено, вложение больше недоступно.]

Электрический режим работы солнечной панели в каждый момент времени характеризуется точкой на вольтамперной характеристике, соответствующей мгновенным значениям тока и напряжения. Мгновенная выходная мощность, равная произведению тока и напряжения предоставлена на вольтамперной характеристике как площадь, ограниченная осями координат и прямыми, соответствующими мгновенным значениям тока и напряжения. Оказывается, что, зная параметры вольтамперной характеристики солнечной панели, можно найти на ней такую точку, что эта площадь, а значит, и выходная мощность будут максимальными. Такую точку называют МРР (англ. сокращение от maximum power point - точка максимальной мощности), а соответствующий ток и напряжение обозначают lmpp и Umpp. Для достижения такого режима работы достаточно отрегулировать сопротивление нагрузки солнечной панели так, чтобы оно было равно Umpp/Impp.
Если последний абзац не понятен, то, проще можно сказать так: мощность модуля (количество вырабатываемой энергии=произведению силы тока на напряжение) зависит от того какое напряжение с этого модуля снимается. Есть некое оптимальное напряжение, которое меняется от освещенности.
Подробнее эту часть рассмотрим в разделе "контроллеры".
Max. power current, Im - максимальный ток (достигается при определенном значении Vm).
Следствием такой вольт-амперной характеристики является то, что с дешевым контроллером (ШИМ/PWM) максимальную мощность от солнечной панели получить не удастся.
Open circuit voltage (Voc) - напряжение разомкнутой цепи.
Short circuit current (Isc) - ток короткого замыкания.
Иногда, справочно, указывается параметр Cell efficiency - количество падающей световой энергии, преобразумой в электричество.

Теперь, вернемся к мощности панелей.
Какую мощность предпочесть? На эту тему сломано не мало копий на всех сайтах, посвященным караванерам.
Краткие выводы из 2857 постов:
1. Много солнечных панелей не бывает.
2. Если ваши солнечные панели в тени (неважно почему), то выработка снижается до 10 раз.
3. Необходимый минимум (по мнению большинства) 100 Вт.
4. Есть те, кому хватает 60 Вт, но те, у кого 100 Вт, обещают тем, у кого 60, скорую необходимость в докупке панелей.
5. Купить сразу с запасом дешевле, чем докупать потом.
6. Компрессорный холодильник от 200 Вт панелей работать на постоянной основе не может, даже в солнечный день.
7. Запустить кондиционер от солнечных панелей - задача нереальная (проверено и теоретически, и практически. 650 Вт панелей с задачей не справились).

Отдельные пункты из списка могут быть опровергнуты в идеальных условиях, но в целом - их можно принять за правило.
Подсчитать необходимое количество панелей можно здесь (это ссылка), либо самостоятельно.
Считаете сколько Вт*ч вам надо в сутки. Далее, делите ваши Вт*ч на 12 В (для 12-вольтовой сети), получаете А*ч. Умножаете их на два (если планируете пережить 1 день без солнца), на три (если 2 два дня) и т.д. - получаете емкость аккумулятора (про аккумуляторы - позднее) и примерную мощность панелей (1А*ч емкости аккумулятора хорошо сочетается с 1Вт солнечной панели).
Что дает увеличение емкости аккумулятора рассмотрим в разделе аккумуляторы, а увеличение емкости солнечных панелей позволяет максимально накопить энергию, если солнце выходит ненадолго, справиться с подачей энергии, если день пасмурный и т.д.

3.Солнечные панели делятся по виду основы на алюминиевой раме со стеклом сверху и на пластиковой основе под прозрачной пленкой
Плюсы алюминиевой рамы и стекла очевидны - прочность, надежность; в недостатках - вес (грузить крышу каравана на наших "дорогах" - роскошь малопозволительная).
Плюсы панелей на пластиковой основе - они немного гнутся, легкие (100 Вт панель весит около 2 кг), но в полтора-два раза дороже и защитная прозрачная пленка царапается очень легко . В общем, платим в любом случае мы либо за облегчение панелей, либо за ремонт каравана.

Полугибкая панель

3 Semiflexible panel.JPG (22.16 КБ) Просмотров: 48771

[palex]

Аккумуляторы.
В караванинге пока у всех используются свинцово-кислотные аккумуляторы. Поэтому владельцам гелевых сравнивать себя с "кислотными" аккумуляторами по меньшей мере глупо. Кислота (как и свинец) и у тех, и у других.
Они, в свою очередь, делятся
по использованию - стартерные, тяговые, глубокой разрядки
по типу - "обычные кислотные", AGM, Gel.
В караванинге стартерные можно использовать, понимая, что они
выделяют вредные газы,
им нужна вентиляция,
надо контролировать уровень электролита (где это возможно),
они за 10-15 полных циклов (разряд ниже 10В) потеряют 50% емкости .
Если все это не пугает (например, вы ездите 1 раз в месяц летом на 3 дня, из эл. обуродования - 12В светодиодная лампочка, насос и зарядка телефона), можете обеспечить вентиляцию аккумулятора, то вполне можно использовать стартерный. Он не дорог, его можно зимой использовать на авто и т.д.
Кислотные тяговые и глубокой разрядки - из достоинств имеют бОльшее количество циклов, чем стартерные.

AGM и Gel - специально предназначены для использования в альтернативной электро-энергетике.
Батареи Gel - гелевые, а не гелиевые, как пишут на очень многих сайтах безграмотные "специалисты". К гелию они никакого отношения не имеют. Читать про "гелиевые" аккумуляторы на профильных сайтах просто стыдно.
Они дороже, чем стартерные и тяговые "обычные".
В гелевых аккумуляторах кислота загущена при помощи селикогеля.
В AGM аккумуляторе используются абсорбирующие стекловолокно - AGM (Absorptive Glass Mat).
Гелевые для караванеров предпочтительнее, тем более что цена между AGM и Gel практически сравнялась.
В России гелевые аккумуляторы можно купить, например, в solarcrown.ru (я брал у них несколько раз, пока все хорошо )
Если пользуетесь караваном достаточно часто, если потребление электроэнергии велико, то ваш выбор, однозначно, гелевый аккумулятор.
Дополнительным плюсом гелевого аккумулятора является то, что его можно ставить боком, вниз головой - в любом положении, кроме "на торце".

Как рассчитать мощность аккумулятора
Курс физики за среднюю школу, но лучше повторю:
Для примера возьмем аккумулятор емкостью 100 А*ч и напряжением 12в. Отбросим тот факт, что разряжать аккумулятор до конца нельзя (разряд ниже 20 % вообще убивает любой свинцовый аккумулятор на раз-два). Сколько энергии запасено в этом аккумуляторе? Очень просто - 1200 Вт*ч (или 1.2 Квт*ч). Потому что запасенная энергия равна напряжению, умноженному на емкость.
Усложним задачу - пусть у нас 2 аккумулятора (по 100 А*ч). Соединить мы их можем последовательно, либо параллельно. Очевидно, что суммарная запасенная энергия в аккумуляторах от этого не изменится (если это для вас не очевидно, то лучше к аккумуляторам не подходить ).
Последовательное соединение: напряжение системы аккумуляторов будет равно 24 В (12В+12В), емкость останется той же - 100 А*ч. Суммарная запасенная энергия составит 24В*100А*ч= 2400 Вт*ч (что, естественно равно 1200Вт*ч+1200Вт*ч).
Параллельное соединение: напряжение будет равно 12 В. Емкости аккумуляторов сложатся, т.е. емкость системы будет 200 А*ч. Суммарная запасенная энергия составит 12В*200А*ч=2400 Вт*ч.
Можно сюда еще было бы добавить картинки последовательного и параллельного соединения, но если вы не знаете в чем между ними разница - к аккумуляторам самому лучше не подходить, а найти того, кто в этом понимает.

К вопросу о выборе мощности аккумулятора:
Многие, почему-то, когда считают потреблямую мощность берут емкость аккумулятора, делят на ток потребления и получают, типа, на сколько часов хватит. Это не так. Напряжение при нагрузке проседает, и ток растет (если требуется сохранить мощность). Поэтому таблицы разряда аккумуляторов постоянным током и постоянной мощностью выглядят ... ну очень по-разному:

Таблицы разряда 150Ач (гель)

4 Таблицы разряда 150Ач (гель).JPG (43.11 КБ) Просмотров: 48714

Пример разряда постоянной мощностью (вычисляем время работы кондиционера Truma Saphir Vario с потреблением 35 А (12 В):
Считаем: 35 А * 12 = 420 Вт
420 Вт делим пополам (в примере у человека установлено 2 аккумулятора параллельно по 150 А*ч, следовательно, ток (и мощность) делится пополам) = 210 Вт с одного аккумулятора.
И видим (из таблиц выше), что на 50 минут хватит (при работе от аккумулятора до разряда 1,75 В/элемент (в аккумуляторе 6 элементов, поэтому аккумулятор разрядится до 1.75*6=10.5В).
Если бы мы посмотрели только на ток потребления, то увидели бы что "вроде бы" должно хватить на 3 часа работы кондиционера (от одного аккумулятора), т.е на 6 часов от двух. На практике же вы 50 минут и увидите.
Гелевый аккумулятор выдержит около 300 таких циклов (это в теории), на практике не перешагнет и 150 циклов.

[palex]

Контроллер солнечной панели:
Без контроллера использовать солнечную батарею НЕЛЬЗЯ! Убьете аккумулятор, и не снимите с панели заявленную мощность.
Контроллеры бывают PWM (pulse wide modulation) - ШИМ (широтно-имульсная модуляция) и МРРТ (англ. сокращение от maximum power point tracking - отслеживание точки максимальной мощности).
Минусы ШИМ - он работает на напряжении аккумулятора, которое не является оптимальным для максимальной мощности (см. общие сведения).
Достоинства ШИМ - он значительно дешевле.
Контроллер МРРТ сам вычисляет параметры алгоритма МРРТ, и позволяет снять бОльшую мощность с панелей.

Разберем в чем разница между ШИМ и МРРТ контроллерами на примере 12 В панели (монокристалл).
Electrical characteristics:
Rated Power 100W
Max. power voltage, Vm 17.8V
Max. power current, Im 5.62A
Open circuit voltage (Voc) 21.6V
Short circuit current (Isc) 5.97A

Если у нас МРРТ контроллер, то при тестовых условиях (standard test conditions: 25°C, AM1.5, 1000W/m2) мы с панели снимем 17.8В*5.62А=100Вт. Но! на аккумулятор попадут не 100 Вт, а процентов на 8-10 меньше (потери на преобразование). Итого на аккумулятор попадет что-то около 92 Вт (что даст ток около 7А (при 13 В)).
Если у нас ШИМ контроллер, то при тех же условиях мы сможем снять 13,5В*5.8= 78 Вт. Цифра примерна, но дает понимание итоговых результатов.
Отсюда видно, что покупка дорогого МРРТ контроллера на маленьких мощностях экономически не оправдана.
Если мощность панелей от 400 Вт, то покупка МРРТ контроллера целесообразна.
Мое ИМХО - в караване с большим количеством солнчных панелей надо иметь МРРТ контроллер + недорогой ШИМ (в запас) на одинаковые токи.

Типичные удачные комплекты:
Примерная формула : 1Вт солнечной панели на 1 А*ч емкости аккумуляторов.
60Вт панель и 100А*ч аккумулятор (свет, насосы, зарядки всех устройств, ноутбук ограниченно)
100Вт панель и 100 А*ч аккумулятор (свет, насосы, зарядки всех устройств, ноутбук в солнечные дни - неограниченно, в пасмурные - ограниченно)
200Вт панель и 200 А*ч аккумулятор (свет, насосы, зарядки всех устройств, ноутбук неограничено, стиральная машинка активаторного типа (ведро с моторчиком)).
400Вт панель и 300 А*ч аккумулятор (свет, насосы, зарядки всех устройств, ноутбук неограничено, стиральная машинка активаторного типа (ведро с моторчиком), бытовой морозильник на 100л ).
Все данные ОЧЕНЬ приблизительны. Но дают возможность оценить порядок энергетических затрат.
НИЖЕ ЕСТЬ РАЗДЕЛ С ОТЗЫВАМИ РЕАЛЬНЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ.

[palex]

Крепление солнечных панелей
Обязательно расстояние между крышей и панелью должно свободно продуваться, иначе - уменьшение производительности панелей.
Опора солнченой панели должна быть приклеена к крыше. В противном случае из-за "гуляния" крыши ее протрет об опору.
Диоды (которые защищают аккумулятор от разряда на солнечную батарею ), находящиеся в распаечной коробке, имеют свойство иногда перегорать (при этом могут превращаться в резисторы, и брать на себя вырабатываемую энергию).
Поэтому:
нужен контроль солнечныех батарей (нужно иметь возможность видеть какой ток они отдают и знать типичные значения)
должен быть доступ к соединительной коробке (на солнечных панелях "на раме" соединительные коробки находятся снизу, из них выходят провода).
Демонтаж приклеенных крепежных элементов к крыше возможен при помощи проволоки (или струны) - ей "перепиливается" слой клея,
Когда осуществляете монтаж - думайте о том, как их будете протирать.
Перед панелями стоит установить спойлер (его можно сделать из декоративного пластикового уголка 75*75мм (или 100*100мм), который используется в при ремонте, или из кабель-канала вырезать). Спойлер получается подгибанием угла до 120-130 градусов после предварительного нагрева строительным феном. Крепится этот агрегат на двойной скотч 3М, либо иной, но прочно клеящий.
Силикон использовать при креплении панелей нежелательно - он не выдерживает ультра-фиолетового излучения. Следует использовать полиуретановый.
Хорошо подходит Sikaflex 252.
Вместо сикафлекса можно использовать тот же шовный герметик автомобильный или полиуретановый строительный для бетонных конструкций.
При выборе места для установки - учтите, что если может понадобиться доступ к панелям при установке палатки, то крепление панелей вдоль стороны, где палатка, может вызвать сложности

Номера в мовере на комплект для установки солнечных панелей на караван 9985599 9985595 9985591.
При установке панелей ходить по крыше каравана нельзя. Для того, чтобы ходить по крыше используют доски (толщина - не менее 30 мм), которые складывают поперек каравана (упирают на алюминиевый профиль вдоль боковых стен каравана).

[palex]

Отзывы реальных пользователей
Поскольку у многих в постах ошибки, приведу авторство только в случае отсутствия ошибок (в противном случае, ошибки исправляю, авторство не указываю)

Ставил от одного акка 100 холодильник дома пустой через инвертор - через двое суток отключил. решил - хватает.
Поставил на море, загрузил продуктами... температура воздуха ЖАРА - 2 акка по 100 ач через полтора суток умирают без подзарядки.
Так что достаточно - недостаточно понятие относительное.

По счетчику мои 270 ватт СП за сезон (около 40 дней на солнышке) выработали около 60квт*ч электроэнергии.
На плоской крыше.

Это означает, что 100 Вт панель выработает 42-50 Ач в сутки при 12 вольтовой системе, или 500-600 Вт*ч эл. энергии в сутки.
Особо обращаю внимание, что эти данные справедливы для Украины. Для России (особенно средней полосе эти данные следует уменьшить еще процентов на 20-30).
В России (широта Екатеринбурга) 200 Вт панели не могут вытянуть один из самых экономичных бытовых морозильников на 100 л.

Провода
файл-памятка по расчету проводов с таблицами и автоматическим расчетом нагрузки, мощности, сечения проводов
Здесь тоже можно посмотреть про провода.
Для подключения солнечных панелей к контроллеру, а так от контроллера до аккумулятора можно использовать провод ПВ3. Он гибок (внимание, только при плюсовой температуре). Достаточно компактен, относительно недорог.
Технические характеристики провода ПВ3
Для подключения инвертора к аккумулятору лучше использовать КГ необходимого сечения:
Технические характеристики КГ
Обратите внимание на сечение провода на сайте solarcrown.ru! При мощности инвертора от от 1000Вт до 1500 Вт они предлагают ставить провод сечением 50 кв. мм.
ИМХО - перебор. Но потери не более 2% по напряжению (при 12В системе) обеспечивает именно такое поперечное сечение (при длине провода 2м).

Снизу ограничение поперечного сечения для провода обусловлено его перегревом. На этот счет существует простое эмпирическое правило: для нахождения минимального допустимого сечения провода, необходимо максимально возможный ток в вашей системе разделить на десять и результат округлить в бОльшую сторону.
Например, для тока 35А минимальное допустимое сечение медного провода составит 3,5 кв. мм. То есть провод надо брать сечением 4 кв. мм.
Увеличение площади поперечного сечения приведет к уменьшению падения напряжения на проводе. Т.е. провод сечением 6 кв.мм будет лучше, а 10 кв. мм еще лучше. Но появляется вопрос целесообразности (соотношения цена/результат).
Здесь можно посмотреть подробнее



Интересные и полезные ссылки
http://khd2.narod.ru/gratis/autonet.htm
http://www.solarhome.ru/

Уважаемые форумчане - оставляйте отзывы о своих панелях! Чтобы было проще ориентироваться в вырабатываемой мощности, пишите:
1.мощность панелей,
2.тип (монокристалл/поликристалл)
3.как установлены панели (плоско на крыше, под углом на юг, устройство слежения)
4.какой тип аккумулятора используете и его емкость
5.какое оборудование используете в качестве потребителей
6.какой тип инвертора используете (трансформатор, имульсный преобразователь, чистый синус/"трапеция"/ вообще несинус ).
7.общее впечатление доволен/недоволен своим комплектом

[Robinzon Профиль]

панелей пока нет.... но за столько полезной информации уже - огромное спасибо!!!!!!!!!!

[Бамбина Профиль]

вся надежда на тебя! у меня тоже проблема с креплением солнечной батареи.

Вить там сложного ничего нет. Найти не могу, но вот примерно накидал рисунок. Думаю принцип понятен?
При чём если сзади есть окно, то при поднятых панелях оно открывается.

WP_20141211_001.jpg (128.76 КБ) Просмотров: 45346

А по поводу крепления или фиксации... Тут уж у кого на что ума хватит.

[dizelcdi Профиль]

Спасибо! Буду пробовать. это по-моему 100% защита от сноса встречной фурой

[Андрейка]

У меня на крыше стоит на 100 А... Ничего не сносит. Даже без спойлера.

[dizelcdi Профиль]

фото в студию!!!