Как производственный цех перешел на даровую энергию солнца

Статья взята с сайта https://habr.com/post/415073/

На этот раз я хочу рассказать о солнечной электростанции, которая питает производственный цех. Одна только мощность солнечных панелей составляет 27 000 Вт!

Начнем с того, что производство занимается распиловкой и кромлением ЛДСП. Строительство ангаров начиналось в чистом поле и электросети поначалу не было вообще. Поэтому был установлен дизельный генератор мощностью 30 кВт. Грелись печкой на твердом топливе, а генератор обеспечивал электроснабжение техники.

Довольно быстро собственник производства задумался о стоимости электричества, получаемого за счет генератора и пришел к мысли, что глупо не пользоваться даровой энергией солнца, благо все производство находится в Краснодарском крае, где солнца хоть отбавляй! Поэтому была поставлена задача сделать основным источником энергии солнечную электростанцию, а резервным — дизель-генератор.

Первым этапом шел просчет и представление нескольких проектов, из которых был выбран один. После этого было смонтировано и запущено оборудование. Монтаж производился непосредственно на сам ангар. Так как он представляет из себя полукруг, то выбрать оптимальный угол расположения панелей оказалось очень просто. Тут и солнца достаточно и снег не будет задерживаться. Кроме того, длина ангара позволит нарастить количество солнечных панелей, если потребуется больше энергии.

На данный момент установлено 100 панелей мощностью 270 Вт каждая. Выбраны поликристаллические панели, так как они обладают чуть меньшей стоимостью, что позволило снизить цену системы. Все-таки коммерческая эксплуатация подразумевает баланс цены-качества. Так как 27 кВт — это мощность нешуточная, тем более панели вырабатывают постоянный ток, было выбрано решение использовать сетевой инвертор, который поддерживает входное напряжение с панелей до 1000 Вольт. Получилось 4 блока солнечных батарей, соединенных последовательно по 25 штук. Рабочее напряжение поднялось до 930 В.

Для передачи напряжения от батарей до солнечного контроллера был использован стандартный провод с сечением 6 кв.мм, покрытие которого не боится ультрафиолета и различных погодных условий. Несмотря на то, что каждый блок солнечных панелей отдает почти 7 кВт, ток составляет 7-8 Ампер, то есть для данного сечения ток проходной и потери минимальны.

Вся энергия от солнечных панелей собирается устройством Sofar 30000TL. Это трехфазный сетевой инвертор, который оснащен сразу двумя MPPT контроллерами и может обработать до 33 кВт солнечной энергии. Плюс его в том, что он работает без аккумуляторов, а минус проистекает из плюсов — работать он может только имея опорную сеть три фазы 380 В. То есть если внешняя сеть отключится, он превратится в «тыкву», а солнечные панели в украшение.

Но данная система собрана с учетом этой особенности и является гибридно-сетевой. Для того, чтобы при исчезновении внешней сети, солнечная электростанция продолжила работу, имеется гибридный инвертор МикроАРТ МАП Dominator в трехфазном исполнении. 3 блока по 20 кВт могут работать автономно, используя энергию, запасенную в аккумуляторах. К ним я вернусь чуть позже, а сейчас расскажу об этих инверторах. Именно эти инверторы создают опорную сеть, когда внешнее питание пропадает. Они выдают чистую синусоиду, качают от аккумуляторов до 20 кВт на каждую фазу, но только в том случае, если не хватает солнечной энергии. Сетевой контроллер опирается на эту сеть и подкачивает максимум требуемой мощности от солнца. Но если солнца нет, то инверторы работают автономно. Когда аккумуляторы будут подходить к разряду, система сама запустить дизель-генератор, который будет питать производство, а инверторы в это же самое время начнут заряжать аккумуляторы.

Теперь перейду к аккумуляторам. Использованы панцирные тяговые свинцово-кислотные аккумуляторы, произведенные в Тюмени. Каждая банка обладает емкостью 960А*ч и напряжением 2В. Собраны они в блоки по 48В, а суммарная емкость составляет 5760 А*ч! При максимальной мощности инверторов в 60 кВт и отсутствии солнца эти аккумуляторы могут дать энергии более чем на 4 часа автономной работы. Те, кто сталкивался со свинцово-кислотными аккумуляторами (почти у всех под капотом авто такой один, а то и два) знают, что со временем в них испаряется электролит и его необходимо пополнять. Чтобы избежать этого процесса в таких объемах, а это 156 банок, установлены пробки рекуперации водорода. Они видны на фото в виде белых цилиндров.

Внешняя сеть и автономная система коммутируется в отдельном ящике. Трехфазная сеть приходит на ГРЩ и оттуда поступает во внутреннюю сеть предприятия, откуда проходит через МАП Dominator и далее попадает к потребителям.

Чтобы мониторить текущее состояние энергосистемы, была задействована система Малина — это программно-аппаратный комплекс российских инверторов МАП. Он позволяет не только в реальном времени отслеживать всё происходящее с инвертором, но и отправлять оповещения по электронной почте или в виде смс. То есть отключилась внешняя сеть — пришло сообщение. Аккумуляторы подсели до определенного уровня — пришло еще сообщение. Сели аккумуляторы и автоматически запустился дизель-генератор — пришло сообщение. Например, я так узнаю, сидя на работе, что у меня в доме пропало электричество и сразу звоню энергетикам. И, зачастую, об этом я узнаю раньше них.

Есть у данной системы одна особенность. Обычно солнечная электростанция выстраивается следующим образом: солнечные панели -> солнечный контроллер -> аккумулятор -> инвертор. Так работает автономная система. В этом же случае, аккумуляторы не имеют прямого контакта с солнечным контроллером. Поэтому автономный режим реализуется следующим образом: солнечная энергия, собираемая солнечными панелями, попадает на MPPT контроллер сетевого инвертора. Сетевой инвертор Sofar подкачивает энергию в сеть. Инверторы МАП Dominator транслируют сквозь себя сетевое напряжение 380 В, а если в сети исчезнет 380 В, создают опорную сеть 380 В и если случается так, что аккумуляторы разряжены, начинают режим заряда аккумуляторов и при этом все равно создают опорную сеть. Объяснять получается сложнее, чем это работает на самом деле. Но вот так обошлось без отдельного солнечного контроллера, который бы заряжал аккумуляторы напрямую.

Экономика

После установки солнечной электростанции, время работы дизель-генератора сократилось в 4 раза. После подключения внешней сети, генератор запускается на проверку раз в месяц и не работает на питание производства вообще. Выработка солнечной электростанции в апреле составила 3,5 МВт*ч, в мае потребление составило 2 МВт*ч, но лишь потому, что отключили электрокотел, то есть энергию тратить было некуда. Максимальная выработка в месяц должна составлять 5 МВт*ч, но пока производство растет и просто не потребляется весь доступный объем солнечной энергии.

Так как электричество для юридических лиц дороже, чем для физических, был произведен расчет срока окупаемости этой электростанции. Для данного объекта он составил 4 года, что для деятельности предприятия не так уж и много.

Кроме того, простой предприятия или выход станков из строя по причине внезапного отключения внешней электросети заметно дороже установленной солнечной электростанции.

Заключение

Гибридно-сетевая электростанция, собранная из иностранных и российских компонентов, уже начала оправдывать свою стоимость. Через 4 года после установки собственник окупит ее полностью. А если примут закон о возможности продажи выработанной энергии от малых солнечных электростанций в сеть (частным или юридическим лицам), то собственник просто начнет отдавать излишки энергии и зарабатывать на этом. Мониторинг при помощи ПАК «Малина» позволяет удаленно отслеживать все происходящее и быть в курсе ситуации с энергосистемой производства. Ну а надежность солнечных электростанций и минимальное техобслуживание делают владение такой системой крайне простой.