Solar Fields

Решил начать наконец-то структурировать заметки по развертыванию солнечной электростанции.

Прежде всего – зачем? Я не пытаюсь начать на этом зарабатывать: я до сих пор не добился получения двойного тарифа “день/ночь”, где лишь сократились бы мои выплаты в Облэнерго, что уж говорить про “Зеленый тариф”, где надо заключать договор, регистрировать свою СЭС и где им придется еще и платить деньги потребителю, а не только отнимать их? Кроме того, у меня есть постоянное собственное потребление, а “Зеленый тариф” подразумевает избыток энергии. На построение же СЭС, которая будет целиком покрывать мой расход и давать избыток – и чтобы это все еще и окупилось когда-то – у меня нет ни желания, ни ресурсов.

Так что цели можно обозначить такие:

  1. Разгрузка сети, возможность наращивания мощности оборудования. На сейчас, со всеми оптимизациями сеть работает кое-как. Уже со скважиной – ощутимые просадки, что привело к необходимости перехода на двухфазное питание. А так хотя бы часть времени я буду меньше нагружать сеть и просаживать напряжение в ней.
  2. Некоторая автономность. Я не планирую – хотя бы поначалу – питаться целиком автономно. Сеть я начал строить на on grid-контроллерах, которые не подразумевают накопление энергии. На сейчас при пропадании сети у меня так же, как и раньше, не будет света. Однако, в отличие от генератора, стоящего за стенкой и тихо ржавеющего из года в год, панельки себя хотя бы потихоньку окупают в обычные дни. Кроме того, затраты, нужные на панели, делаются (плюс-минус) один раз – при их покупке, в отличие от генератора, где нужен бензин, обслуживание и все остальное. К вопросу об автономности – во-первых, для панелек легко можно организовать мастер-сеть – хоть на базе того же автоинвертора, запитанного от аккумулятора. Во-вторых, в крайнем случае, их всегда можно перекоммутировать, получить с них 200-300 В постоянного тока и запитать нагрузку, некритичную к форме тока. Хоть тот же электрочайник, ноут или зарядку для мобилки.
  3. В конце концов, просто интерес поучаствовать в построение чего-то этакого.

По затратам на сейчас – выходит порядка 300-500$ за 1 КВт мощности СЭС. Сроки окупаемости – в любом случае несколько лет (было порядка 7, на сейчас надо смотреть более актуальные данные).

Контроллеры, как уже упоминалось выше, используются on grid (grid tie) – это те, которые подключаются параллельно существующей сети, синхронизируются с ней и подпитывают ее, отдавая мощность с панелек нагрузке (и, фактически, сокращая потребление от основной сети). Бывают off grid – те, которые сами генерируют сеть с нужными параметрами. Опционально – с возможностью подзарядки аккумулятора (и выдачи энергии с него, если панелька уже ничего не выдает). Ну и как вариант – гибридные, которые умеют работать и в одном, и в другом режиме.

Из особенностей контроллеров – в последнее время популярно решение MPPT, Maximum Power Point Tracking – поиск точки максимальной мощности для панельки. Иначе говоря, если при условных 1А на панельке 40В, то если спросить с нее 2А, то совершенно не обязательно на ней будет 20В. Вот поиском оптимального значения контроллер и занимается, периодически изменяя нагрузку на панель и сравнивая параметры.

В качестве первого опыта был куплен на olx’е инвертор Sunville 1500X и 4 поликристаллических панельки Axioma Energy на 290W:

4 – так как опыта работы с панельками и инверторами не было от слова “совсем”, то и пришлось самостоятельно ходить по всем граблям. Минимальное напряжение у инвертора было указано 100В, 4 панельки должны были покрыть этот диапазон.

Когда приехал инвертор и я начал пробовать запускать его в лабораторных условиях, выяснилось, что 100В – это напряжение, когда он просто хоть как-то оживает и до которого продолжает работу, если уже запущен. Минимальное напряжение запуска – 150В. Плюс, как выяснилось в дальнейшем, более-менее на режим он выходит где-то около 200В.

Характеристики инвертора

Внутренности Sunville 1500X:

На входе пришлось заменить сетевой разъем, так как ответной части не было. Зато идеально подошел найденный в хламе ШР на 3 контакта.

Из особенностей инвертора – при первом запуске словил “Isolation fault”. Как оказалось, инвертор требователен к заземлению, так что стоит учитывать этот момент.

Тем временем, после всех расчетов 4 панельки были кое-как прилеплены на одной крыше, попутно заказаны еще две. Хотелось уже как-то использовать то, что есть, был придуман обходной путь: последовательно с панельками подключался аккумулятор, чтобы вывести напряжение с них на уровень выше 150В, после запуска инвертора провод быстро переставлялся в обход аккумулятора, а инвертор продолжал работать. В таком виде я гонял панели несколько недель – из-за карантина были некоторые проблемы с заказом и доставкой оставшихся двух панелей. Соответственно, каждое утро и при любом сбое сети нужно было повторять процедуру заново.

Случайно просверлил панельку изнутри при монтаже, но панелька вроде не поменяла параметры:

Так или иначе, оставшиеся 2 панельки приехали, были установлены и инвертор заработал в штатном режиме, выдавая в пиках до 1,5 КВт и в некоторые дни по 6.6 КВт*ч энергии.

Однако солнечный день для него оказался довольно короткий – с утра тень от дымохода, под вечер – неудобный угол для большей части панелек, поэтому начались планы по дальнейшему расширению, плюс оптимизации того, что есть. Панельки в итоге сейчас обращены в небо с разными углами, при этом расположены парами. Было решено двигаться в сторону отдельных контроллеров на каждую пару панелей, а Sunville в итоге применить где-то еще.

По первому пункту – были заказаны с aliexpress 3 недорогих инвертора на 600 Вт – так, чтобы подключить на каждый из них по 2 панели впараллель:

Внутренности 600-ки:

Вся мелкая электроника на обратной стороне платы, пока не разбирал полностью. Есть некий подстроечный резистор. Есть защита от перегрева, столкнулся с ее работой в последние пару дней – уж не знаю, насколько часто она срабатывает на инверторе на 440-ках и в остальных местах и вообще, как часто инвертор троттлит на мощности, близкой к максимальной.

Инверторы ехали долго, приехали поотдельности, поэтому первые тесты я делал на одном – и с доставленным на то время вторым набором из 6 панелей. Эти были чуть попроще:

Чуть меньше мощность и без шунтирующих секции панели диодов Шоттки (на Axioma стоит 3 штуки).

Результаты тестов инвертора были неутешительные – был приличный недобор по мощности в большинстве конфигураций. Что было опробовано:

Работа 600-ки с панельками на 285 Вт:

  • 1 – 170W
  • 2 – 304W (+ 134 Вт)
  • 3 – 424W (+ 120 Вт)
  • 4 – 512W (+ 88 Вт)
  • 5 – 546W (+ 34 Вт)
  • 6 – 562W (+ 16 Вт)

Максимальная зарегистрированная мощность по ваттметру – 569W. Напряжение с холостого хода 33.5V просаживалось до 30.9-31.5V.

Тест с 1 панелью Axioma (290W): Напряжение с 35.2V просаживалось до 26.5V, полученная мощность – 164W.

Тест с парой панелей (285) + 1 блок питания – попытка вывода в диапазон MPP: Voc=45.7V, при работе просадка до 35V. Полученная мощность – 383W.

На 37-38V идет переключение индикатора High/Low.

Тест 600-ки с блоками питания:

  • 3 PSU: 36V, падение под нагрузкой до 34.6V, выходная мощность на инверторе 541W
  • 3 PSU + балласт из 9 ламп на 12В, включенных параллельно: просадка с 36 до 31,5V, мощность на инверторе 522W

Итого: контроллеру для работы нужны какие-то идеальные условия; но номинальную мощность он практически никогда не выдает. Однако стало ясно, что для минимизации проблем надо очень четко попадать в диапазон работы MPPT – это не Sunville, который можно пнуть с аккумулятора и тот все равно будет нормально работать. Хотя понять, что именно надо подавать на 600-ку, толком все равно не ясно – на сайте в описании, в таблице характеристик и на наклейке (да еще и в разных местах по-разному) разные данные. Хотя вроде как выходило, что в реальной жизни уперлись в низ нижнего диапазона MPPT на уровне 26В (несмотря на соседнюю надпись о том, что он от 24В).

Тест панелек на 285 Вт вечером – штатное расположение и наклон одной к солнцу:

По ходу дела строилось поле для новых 6 панелей. Конструкция делалась с нуля – расчистилась площадка от мусора; бурились ямы для опор; заказаны уголки и стройматериалы. Опоры забетонировал, дальнейшая конструкция была сварена из стальных уголков 50x50x3, загрунтована и выкрашена:

Но вернемся к инверторам. Еще до монтирования поля в рамках экспериментов и для использования в дальнейшем на 3-й точке был куплен с рук еще один инвертор – на 1000 Вт и с более широким диапазоном MPPT – вроде от 22В.Данных по эффективности не сохранилось (можно дополнить позже), но она была ощутимо выше, чем на 600-ках – где-то на треть. Однако сходу выявилась другая проблема – крайне тупой MPPT. Если при первом запуске на нужную мощность инвертор выходил за несколько секунд, то при затенении панели на короткое время и срыве рабочей точки восстанавливалась она несколько минут. Т.е., инвертор нормально работал только в более-менее безоблачную погоду.

Третий блок панелей планировалось взять больших габаритов – ну и на большую мощность, соответственно. Итог – заказаны 4 панельки по 440 Вт каждая:

Эти – с диодами Шоттки, как и Axioma. Если прошлые 2 партии синеватого цвета, то монокристаллические – ближе к черному.

Тест 1000-ника на них не удался: несмотря на указанный диапазон до 48В, ни на 48,5, ни на просаженном до 47В напряжении (затенил панельку собой) инвертор запускаться не хотел и писал ошибку.

Охлаждение солнечных панелей.

Часто встречается фраза о том, что при нагреве эффективность панелей снижается. Решил проверить, насколько велика разница на деле. Все тесты “на глаз”; для проверки панели поливались водой со шланга – т.е., охлаждение в жаркий солнечный день с температуры порядка 45-50 градусов (панели ощутимо горячие, но руку можно удерживать продолжительное время) до ~ 20-25 градусов (температура воды из скважины – где-то 15 градусов, плюс поправка на теплоемкость панелей, постоянный подогрев солнцем даже во время полива, плюс то, что температура воды не устоялась – есть теплоемкость труб, земли вокруг труб и так далее). Тем не менее:

  • Первый тест – на первом сете панелей и Sunville. Мощность немного плавала, плюс для выполнения всех действий надо было вылезти на чердак, сделать замер, слезть, вылезти на крышу, пополивать панели, снова вернуться на чердак и глянуть изменения. Так или иначе, вышло 1190->1340W – +12%, что весьма неплохо.
  • Второй тест был во время испытания 440-ваттных панелей на пару с китайским 600-ваттным инвертором. 315->341W (@36.8V). Только 8%, но не стоит забывать, насколько плохо та 600-ка тянула мощность с панелек.
  • Третий тест делался на поле – 6 Amerisolar’ов, подключенных на 3 инвертора: упомянутую 600-ку; описанный выше 1000-ник с медленным MPPT и новую 600-ку от Soyosource.

Спад во время 14:53-14:55 – небольшая тучка, но в целом динамика вполне видна: 830 -> 950W, что дает 14% (не забываем про унылую 600-ку и тормозной 1000-ник).

По мере перетасовки инверторов можно будет дополнить список с более подробными замерами.


Тем временем, приехала пара заказанных инверторов, на сей раз от Soyosource: один (упомянутый выше) на 600 Вт под 2 последовательных 290 Вт панели, и на 1000 Вт под 2 последовательных 440 Вт панели (или 3 по 290).

600-ка попроще, с индикацией в виде трех светодиодов, а 1000-ник более навороченный – с LCD-дисплеем с отображением текущего состояния, уровнем напряжений и токов, а также текущей мощности и суммарной выработки. Есть кнопки для работы с меню, где можно переключить инвертор между режимами работы с PV-панелями и аккумулятором (соответственно, можно выставить границы напряжения для аккумулятора), а также рядом менее важных настроек.

Параметры 600W: 55-90V холостой ход, 45-65 MPPT, КПД 90%

Параметры 1000W: 85-130V холостой, 65-100 MPPT, КПД 91%

Общего у этих инверторов 2 вещи: массивный радиатор, что выгодно отличает их от дешевых китайцев (но вентиляторы все равно присутствуют, в отличие от Sunville, который чисто пассивный); и очень быстрый MPPT, плюс-минус на уровне Sunville. Пара секунд – и инвертор уже работает на максимальной мощности панели.

Сделать сравнительный тест эффективности старых и новых инверторов пока особо не было возможности, но для затравки: на поле (т.е., условия одинаковые для двух инверторов) тогда, когда старая 600-ка давала 285W, новая выдала 396 – т.е., +39%. С ростом мощности, думаю, разница может быть еще более существенна.

== Сравнение Soyosource в разных условиях ==

Тест Soyosource 600W на 2 и 4 панельках:

383@2 -> 488W@4
Каким-то образом получился пик на 659Вт
В другой раз успел заметить формирование пика в 596W – при неполном солнце была мощность в 350-400 Вт, после чего вышло солнце и мощность ушла к пику, а через несколько секунд – дроп на ~490 Вт.
Еще замер – 398@2 -> 485W@4

Собственное потребление около 1.5W, с вентилятором – до 3 Вт, работает от сети, а не DC

Напряжение: 2 панели: 408W@45V (вроде как низ диапазона); 4 панели: 486W@64V (около верха диапазона – т.е., есть, где разгуляться еще)

Сравнение в тех же условиях с старой 600-кой: 285W на 2 панели впараллель на старой 600-ке против 396W на 2 панелях последовательно на Soyosource

Тест Soyosource 1000W – 3 панели последовательно:
103V Voc
700W@81V; 760W@80.2V (условно – середина диапазона)

По возврату на 2 440-ки спустя 10 минут – 590W@73V (ближе к низу диапазона)

Итого в пересчете на одну панель:

  • 143W с панели  со старого инвертора
  • 204W (+42%) с Soyosource 600W
  • 253W на Soyosource 1000W (+77%)

В пересчете на пары панелей: 396 vs 285W дает упомянутую выше прибавку в 39% на Soyosource, а 2/3 от 760 Вт на 1000-нике даст прибавку в 77.7%.


На 1000-нике завышение показаний на 6-10% относительно “референсной” пары ваттметров:

480/451W; 956/867W

Тест линейности: сравнение вариантов “2 последовательных 440-ки” vs “2 параллельных цепочки из 2 последовательных 440-ок”. Иначе говоря, удвоение мощности батарей в условиях, когда суммарная мощность батарей ниже предельной для инвертора.

488W@77.5V на 2 панелях -> 976W@77.4V на 4 панелях.

На киловатте ток с панелей около 14А.

Показания двух разных ваттметров ощутимо скачут, но в целом линейность на хорошем уровне.

Тест предела по мощности: подключение 4 панелей с общей мощностью >1000W. По показаниям на инверторе пик мощности был на уровне 1050W. С поправкой на завышение показаний – выходит около 950W.

== Разборка Soyosource ==

Развивая мысль о том, что новая 600-ка может быть 500-кой с неверной маркировкой, решил ее вскрыть.

Внутренности 600-ки:

Разборка – типична для недорогих инверторов: откручиваем боковушку и сдвигаем “дно”, открывая доступ к внутренностям. Массивный радиатор (который и был этим самым дном) оказался бутафорским: нет, он, конечно, массивный и оребренный, но транзисторы и диоды расположены на П-образной части корпуса, а теплопередача через пазы, в которые вставляется дно, очевидно, будет не особо хорошей. Неудивительно, что инвертор периодически начинал сигналить о перегреве. Термодатчик расположен в нижней части фото возле одного из транзисторов. Вентилятор не особо спасает положение, лишь продувая внутренности инвертора и минимально обдувая внутреннее оребрение корпуса. Единственное, чему помогает радиатор – охлаждение пары трансформаторов: при закрытом корпусе они касаются его верхней частью.

Сердце инвертора – чип, размещенный на отдельной небольшой плате вместе с кварцевым резонатором. Рядом с этой платой присутствуют точки выхода RS485 и еще пара точек (одна из которых имеет распаянный разъем) без обозначений, однако все они имеют сходную структуру – питание, общий и 2 проводника данных. Точка с разъемом звонится на контакты платы CPU с обозначениями RX3/TX3. Возможно, RS232? Забегая наперед: у 1000-ника через подобный разъем подключен индикатор на передней панели. Может его и здесь можно подключить? (update: проверил, не хочет работать. При старте выводит логотип и потом штатную картинку, но показания на картинке по нулям, внизу светится “Not connected to M-board”. Похоже, работа с дисплеем в 600-ке вырезана из прошивки. Однако счетчик наработки показывал значение с 1000-ника – значит, наработка сохраняется в контроллере дисплея. В меню тоже смог зайти. На 1000-ник подключил на горячую, заработало сходу. А вот что я забыл посмотреть – показывается ли в заголовке тип инвертора – его мощность и напряжение. Иначе говоря, зашито ли это в индикатор или берется с материнской платы)

Питает все это хозяйство небольшой блок питания на 12В, размещенный на отдельной плате и подключенный к сети 220V. Отсюда и потребление в 1.5W в дежурном режиме. Что мешало подключить блок питания (тогда уж фактически – DC-DC 45-90->12V) напрямую к солнечным панелям, чтобы ночью железка не потребляла вообще ничего – не ясно.

Так или иначе, ничего специфичного для модели сходу обнаружить не удалось – возможно, железо вообще одинаково и все лимиты задаются в прошивке “CPU”.

Раз уж началось исследование внутренностей инверторов – решил сразу разобрать и 1000-ник. Тут разборка несколько сложнее: надо открутить винты на боковушках напротив верхней крышки, а потом открутить винты по длинным сторонам той же крышки.

Внутренности 1000-ника:

Конструкция явно более продвинутая, чем на 600-ке: все силовые элементы прокручены на тот самый массивный радиатор, являющийся “дном” корпуса; трансформаторы также контактируют с дном через термопрокладку. С охлаждением здесь будет явно меньше проблем. Однако вентиляторы (которых тут 2), как и в 600-ке, лишь обдувают внутренности.

На верхней крышке расположен лишь LCD-дисплей  и 4 кнопки, все это подключается к основной плате 4-проводным кабелем.

Как и в 600-ке, тут есть RS485 – правда, у меня версия без лимитера, так что разъем наружу не выведен. Как и в 600-ке, питанием схемы заведует отдельный блок питания на 12В с теми же недостатками в виде потребления в дежурном режиме. Ну и, наконец, как и в 600-ке тут всем заведует контроллер на отдельной небольшой плате.

Update 2020-09-11: Soyo 600W сдох, вылетели ключи одного из плечей входных DC-DC-преобразователей. Схемотехнически там 2 DC-DC, запитанных от панелек и соединенных выходами последовательно. Конденсаторы 100uFx100V соединены параллельно и стоят на входе DC-DC, а вот на выходе емкостей особо не наблюдается.

Update 2020-10-02: Отремонтировал Soyo 600W. В итоге весь ремонт вышел в замену двух 110N20N. Обошлось чуть меньше 20$ из местного магазина. Судя по времени между апдейтами, в итоге вполне можно было заказать на Aliexpress с тем же результатом. На выходе между мостами у DC-DC порядка 210В (пробовал запускаться от блока на 48В с лампой-балластом, так что не знаю, насколько плавает напряжение в работе).

Update 2020-10-14: сравнил эффективность Soyosource 1200W и Sunville 1500X в одних условиях – 3 панели на поле на Soyo + 6 панелей на Sunville при условии, что оба не упираются в свои лимиты. Разница в КПД на уровне погрешности измерителя, так что старшие модели Soyo можно считать неплохим выбором.

====== Будет дополняться по ходу дела ======

6 мыслей о “Solar Fields”

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *