Цей матеріал – не редакційний
Це – особиста думка його автора. Редакція може не розділяти цю думку.
Електропостачання в українських селах ніколи не страждало надмірною надійністю. Навіть у кращі роки внаслідок негоди чи “планового обслуговування електромереж” 10-15 днів без електрики на рік були радше нормою. Велика війна і руйнування систем генерації та передачі електрики, які надовго залишили в темряві українські мегаполіси, занурили села в пітьму ще глибшу й тривалішу. Яка й дотепер повертається частими відключеннями електрики. Генератори можуть почасти розв’язати проблему, але в них є колосальні недоліки — дуже висока вартість отриманих кіловатів, необхідність стежити за рівнем пального, невеликий моторесурс (принаймні, у недорогих бензинових моделей).
За таких умов пошук альтернативних джерел енергопостачання перетворився із популярної років 5 тому погоні за прибутками від “зеленого тарифу” у питання виживання для всіх, чия діяльність так чи інакше пов’язана з ІТ. Тим паче, що наступна зима через недоремонтовану інфраструктуру теж може бути непростою, а поступове подорожчання електрики вже почалося — і навряд чи скоро закінчиться.
Тому ми з родиною прийняли рішення збудувати невеличку СЕС, яка б дозволила забезпечувати мінімальні потреби в електриці взимку — роботу ноутбуків, освітлення, зарядку телефонів. А влітку дозволяла б покривати й помітну частину господарських потреб, зменшуючи розмір рахунків.
Для цього було придбано інвертор Growatt 5000es, чотири монокристалічні модулі потужністю 450 Вт кожен, 16 банок LiFePo4 по 105 Ah та Ant BMS. До речі, в рекламі останнього вказано, що він розрахований на 200 ампер, але слід мати на увазі, що йдеться про пікову потужність — для довготривалої роботи слід розраховувати на 100 ампер. Також було придбано систему кріплення панелей, запобіжники на постійний струм та чимало товстого мідного дроту :). Загальна вартість проекту склала близько $ 3000.
Чому вибір було зроблено на користь автономного, а не мереживного інвертора? Адже останній є дешевшим, і дозволяє віддавати надлишок енергії в мережу? Річ у тому, мереживні інвертори у випадку зникнення централізованого енергопостачання теж перестають працювати. Що стало прикрим сюрпризом для чисельних власників малих “зеленотарифних” СЕС у момент радикальних проблем цієї зими.
Крім того, ми ставили панелі на землі — оскільки двосхила покрівля дому орієнтована на схід та захід, та й різати старі розлогі дерева біля хати не хотілося. А розміщення панелей на землі права на “зелений тариф” за спрощеними процедурами все одно не дає.
Встановлення панелей та приєднання їх до інвертора виявилось завданням достатньо тривіальним. Єдине, що робити подібні речі самостійно людям, зовсім незнайомим з азами електромонтажу, мабуть, не варто.
А от ІТ-забезпечення мікро-СЕС стало завданням цікавішим.
В принципі, для спостереження за роботою системи, генерацією та витратами енергії, можна користуватися і штатним програмним забезпеченням від виробника інвертора Growatt. Втім, після місяця використання ми вирішили від нього відмовитись. Програма постійно вимагала інтернету, передавала якусь інформацію китайським серверам, та періодично зависала. Окрім того, отримувати інформацію від акумулятора це ПЗ може тільки у тому випадку, якщо в BMSє відповідна функція. Наша бюджетна китайська плата цим похвалитись не могла.
Тому ПЗ від Growatt було замінено відкритим програмним комплексом. На домашньому сервері ми запустили Home Assistant. BMS акумулятора було підключено до ESP8266, на якій запущено ESPHome Ant BMS. “Рідний” WiFi адаптер ми перепрошили творінням з GitHub під назвою Grott. Це дозволило не відправляти дані на китайський сервер, а за допомогою протоколу MQTT надсилати їх на сервер домашній.
Втім, ці маніпуляції не обов’язкові, і людям без належних знань і навичок робити їх не варто, оскільки перепрошивка пропрієтарного WiFi адаптера вимагає його розбирання і використання UART адаптера. До речі, хоча “хвіст” фірмового адаптера відповідає стандарту USB, всередині — пропрієтарний протокол, що не має з USB нічого спільного окрім форми порту.
Колосальна перевага системи моніторингу — як прорієтарної, так і “саморобної” полягає в тому, що можна проаналізувати погодинно витрату і генерацію енергії. Це дає можливість встановити найбільш ненажерливих споживачів. Що може наштовхнути на ідеї стосовно їх заміни чи менш активного використання. Крім того, знаючи, коли генерація є максимальною, частину найбільш енергозатратних завдань — на кшталт прання чи миття посуду в посудомийці — можна перенести саме на такий час.
Якими є економічні наслідки роботи подібної мікро-СЕС?
Влітку, у сонячний або малохмарний день, подібна система дає близько 10 кВт*год на день, взимку — в залежності від погоди. Навіть впродовж короткого, але яскравого дня можна отримати 4-5 кВт*год. А от в туманні дні генерація може впасти і до сміховинних 500-900 Вт*год. Втім, навіть цього достатньо для роботи кількох ламп та ноутбука-другого.
І якщо онлайнові “калькулятори ефективності” передбачають, що двокіловатний масив сонячних панелей за умов Івано-Франківської області мав би генерувати за рік 2300-2400 кВт*год за рік, то наш масив з номінальною потужністю в 1.8 кВт в реальності за рік згенерує десь трохи менш як 2000 кВт*год. Що, звичайно, відсотків на 10-15 менше розрахованої величини, але все одно не так вже й погано.
Звичайно, при вартості електроенергії в мережі у 2.64 грн, річний прибуток виходить близько 5000 грн. І окупність обладнання вартістю у 120 000 виглядає не надто реалістичною. Але є нюанс. Приміром, отриманий з генератора кіловат енергії коштує близько 20 гривень. А СЕС та її акумулятор заміщають немало саме “генераторних” кіловатів. Та й ціна у 2.64 гривні за кіловат зафіксована тільки до кінця року, після чого цілком може продовжити зростання.
Окрім того, інвертор дозволяє, наприклад, зарядити акумулятор від мережі у той момент, коли в ній все-таки є електрика. І далі, в разі її зникнення, грати роль своєрідного “павербанка” на 5 кВт*год, штатно підключеного до внутрішньобудинкової мережі, перехід на який відбувається автоматично і непомітно для користувачів.
Загалом, програмне забезпечення інвертора дозволяє дві радикально різні схеми використання системи — і безліч проміжних варіантів між ними. У першій схемі інвертор по-максимуму використовує акумулятор, і тільки знизивши напругу банок до мінімуму, переходить на живлення від мережі. Такий сценарій дозволяє максимально повно використовувати сонячну генерацію.
Натомість за протилежного сценарію в момент переходу на мереживне живлення в акумуляторі залишається значний запас енергії. Це, з одного боку, дозволяє використати цей запас у разі раптового нічного зникнення електрики. Але якщо такого не трапилось, то на наступний день можливості системи накопичувати свіжозгенеровану електрику будуть обмежені.
Першу схему логічно використовувати влітку, коли генерація перекриває потреби споживачів, а другу — взимку, коли, наприклад, маючи 3 кВт*год резерву у батареях можна бути впевненим, що скромна денна генерація все одно “поміститься” в акумулятор.
Підсумовуючи, можна констатувати, що мікро-СЕС такої скромної потужності на 70% перекриває літні потреби в електриці заміського будинку на 5 осіб (за умов невикористання кондиціонерів, звісно, їх споживання при цілодобовій роботі перевершує найсміливіші фантазії), на 50% — весняні та зимові потреби цього ж будинку, а взимку генерація рідко перевищує 10-15% загального енергоспоживання. Зважаючи на особливості клімату в Прикарпатті, логічним виглядає додати колись вітрову станцію.
Ще в планах розвитку мікро-СЕС — встановити чотири додаткові панелі, аналогічні наявним. Потужність інвертора це дозволяє, та й “зайва” електрика з’являтиметься хіба що влітку. Втім, можна спробувати знайти спосіб утилізувати і її. Наприклад, за допомогою ESPHone та Home Asisstant забезпечити дистанційне керування бойлером для гарячої води:в момент заповнення акумулятора бойлер автоматично включається і гріє воду не до звичних 45 градусів, а, приміром, до 80. Ще одним способом застосування “енергетичних залишків” могла б стати зарядка електротранспорту.
Загалом, за результатами реалізації проєкту напрошується один простий висновок: розвиток технологій альтернативної енергетики досяг того рівня, за якого створювати мікро-СЕС є сенс не тільки задля отримання прибутку від не дуже ринкового “зеленого тарифу”, але й задля адекватного домашнього використання. Особливо в тих куточках реальності, де надійність мережі залишає бажати кращого, натомість місце для встановлення сонячних панелей не є проблемою.
Цей матеріал – не редакційнийЦе – особиста думка його автора. Редакція може не розділяти цю думку.
Повідомити про помилку
Текст, який буде надіслано нашим редакторам: