Солнечно-ветровая станция это панели и ветряк, которые заряжают одни и те же аккумуляторы. Смысл в ней есть, но узкий: дом без сети на открытом продуваемом месте, где зимой солнца мало. Для дома у сети, в посёлке с застройкой или на дачном участке с деревьями ветряк почти ничего не добавит, и лучше потратить деньги на панели.

Ниже: зачем сочетают два источника, какие нужны контроллеры, пример расчёта для Москвы и ответ, кому такая схема подходит.

Зачем сочетать солнце и ветер

Идея в том, что источники «страхуют» друг друга по сезонам. По расчёту PVGIS (1 кВт панелей, оптимальный наклон, потери системы 14%) под Москвой выработка в июне 131,1 кВт·ч на киловатт, а в декабре 19,1: разница почти в 7 раз. По данным NASA POWER (средняя скорость ветра на высоте 10 м за многолетний период) под Москвой и Волгоградом ветер сильнее всего с ноября по март: около 5 м/с против 3,5–4 м/с в июле. Но так не везде: под Иркутском, например, пик приходится на весну. Совмещение даёт более ровную выработку: пики двух источников приходятся на разные времена года и суток.

Но ветровая зона: не любое место. Над большинством городов средняя скорость на 10 м лежит в диапазоне 2,8–4,8 м/с по данным NASA POWER, а скорость старта малых ветряков около 4 м/с. Что это значит для выработки, разобрано в статье про ветрогенератор для дома: на хорошем сельском месте ротор в 3 м даёт 700–1 980 кВт·ч в год, в застройке не более 180.

Пример: дом под Москвой, декабрь

Возьмём дом, который зимой потребляет 300 кВт·ч в месяц без электроотопления (условное число для расчёта). Поставим 9 панелей Delta TOP 580 по 580 Вт, всего 5,22 кВт. Выработку считаем по PVGIS для Москвы (база SARAH3): декабрь 19,1 кВт·ч/кВт, июнь 131,1, год 972,5. Снег PVGIS не учитывает, так что реальные цифры зимой ниже.

ИсточникДекабрь, кВт·чИюнь, кВт·чГод, кВт·ч
5,22 кВт панелей1006845 076
Ветряк с ротором 3 м, хорошее сельское место (среднее за месяц)59–16559–165707–1 979
Нужно дому3003003 600

Строка про ветряк: не прогноз по месяцам, а годовой диапазон испытаний Energy Saving Trust, поделённый на 12 (100–280 кВт·ч на м² ометаемой площади при 7,07 м²). Зимой в ветреных местах он, скорее всего, выше среднего, но числа по сезонам у нас нет. Итог декабря: 100 кВт·ч от панелей плюс 59–165 от ветряка это 159–265 кВт·ч против 300 нужных. Закрыть декабрь одними панелями потребовало бы около 15,7 кВт (300 ÷ 19,1), то есть 27 панелей по 580 Вт, которые летом дали бы вдвое больше нужного. Поэтому в реальном доме зимний остаток покрывают аккумуляторы и генератор, а не только ветер.

Из чего собирается станция

  • Панеликаталог солнечных панелей.
  • Ветрогенератор с мачтой и фундаментом. В нашем каталоге ветряков нет, характеристики берите у производителя.
  • Контроллер или гибридный инвертор: главный узел, ниже о нём подробнее.
  • Аккумуляторы: общий блок на 24 или 48 В; о выборе типа читайте в статье про аккумулятор для солнечной станции.
  • Резервный генератор для затяжного безветрия и пасмурной зимы.

Контроллеры: где подводные камни

Панели дают постоянный ток, и их контроллер (MPPT или PWM) умеет подгонять нагрузку под точку максимальной мощности. Ветряк даёт переменный трёхфазный ток с меняющейся частотой, его выпрямляют, а подключать его к солнечному входу нельзя: для ветра нужен отдельный ветровой контроллер с балластной (сбросовой) нагрузкой. Она принимает излишек энергии, когда аккумуляторы заряжены или отключены, и ограничивает обороты; без неё турбина может разогнаться и выйти из строя. Схему и номинал нагрузки указывает производитель турбины.

В каталоге контроллеров заряда стоят солнечные модели Delta, EPSolar, SRNE и МАП, например КЭС PRO MPPT 200/60 (MPPT, 60 А, автоматический выбор напряжения АКБ 12/24/36/48/96 В). Ветровых контроллеров в каталоге нет, поэтому каждый для ветра берут у производителя турбины. Подробнее про солнечные: MPPT или PWM.

Второй вариант, гибридный инвертор: он совмещает MPPT-входы для панелей, зарядку АКБ и работу с сетью или генератором. Например, Deye SUN-5K-SG05LP1-EU-SM2-P: 5 кВт, АКБ 48 В, до 8 кВт панелей, максимальное напряжение от панелей 500 В. Вход инвертора рассчитан на панели, поэтому ветряк через него без отдельного контроллера подключать нельзя. Допустимость подключения ветрового контроллера к такому инвертору уточняйте в паспорте инвертора и у производителя турбины. Весь перечень вариантов: в каталоге гибридных инверторов.

Важная деталь расчёта цепочек. Девять панелей Delta TOP 580 с напряжением холостого хода 52,5 В дают в цепочке 472,5 В, а предел входа: 500 В. На морозе Voc растёт: для примера у панелей Jinko температурный коэффициент Voc −0,25%/°C, значит при −25 °C (на 50 градусов ниже стандартных +25 °C) напряжение вырастет примерно на 12,5% и выйдет за 500 В.

Три схемы и кому какая подходит

СхемаКому подходитМинус
Панели без ветра, сеть как резервДом у сети, участок с деревьями или застройкойЗимой выработка мала; сеть покрывает остаток
Панели + АКБ + генераторДом без сети или с частыми отключениями, средняя полосаТопливо зимой и обслуживание генератора
Панели + ветряк + АКБ + генераторДом без сети на открытом ветреном месте, где ветер подтверждён замеромДорого: мачта, контроллер, обслуживание; нужен замер ветра

Классификация сетевой, автономной и гибридной станций: в статье про выбор типа СЭС.

Кому солнечно-ветровая станция не нужна

Если дом подключён к сети, ветряк не нужен: излишки панелей можно отдавать в сеть (см. солнечную электростанцию для дома), а недостаток покрывает сеть. Не нужна она и там, где среднегодовой ветер у земли ниже 4 м/с, а мачту выше деревьев поставить негде. Лучше вложить деньги в панели, аккумуляторы и генератор. Зимнюю выработку панелей мы разбирали в статье про солнечные панели зимой.

Частые вопросы

Можно ли подключить ветряк к солнечному контроллеру?

Нет, ветряку нужен свой контроллер для ветра. Солнечный MPPT рассчитан на постоянный ток панелей и не умеет сбрасывать избыток, поэтому турбина без правильной защиты может разогнаться.

Что лучше для дачи: ветряк или солнечные панели?

В большинстве случаев панели: они не требуют мачты и подвижных частей, а выработку можно рассчитать по PVGIS. Ветряк оправдан при замеренном сильном ветре на открытом месте.

Закроют ли панели и ветряк весь дом зимой?

В расчёте выше для дома на 300 кВт·ч в месяц нет: 159–265 кВт·ч против 300. Нужны аккумуляторы и резервный генератор, а при электроотоплении потребление ещё выше.

Нужен ли гибридный ветро-солнечный контроллер?

Комбинированные ветро-солнечные контроллеры у производителей ветряков встречаются, но входные напряжения и тип защиты у них разные. В нашем каталоге таких контроллеров нет, поэтому наличие, характеристики и совместимость смотрите у производителя ветряка.

Итог

Солнечно-ветровая станция: решение для дома без сети на открытом продуваемом месте. Для дома у сети проще поставить панели и остаться на сети.

Источники

  1. PVGIS 5.3, Объединённый исследовательский центр ЕК, Москва
  2. Building, «Energy body calls for better wind turbine information» (отчёт Energy Saving Trust)
  3. NASA POWER, климатология WS10M и WS50M
  4. Jinko Solar, Datasheet JKM550-570N-72HL4-BDV
  5. NASA POWER, климатология WS10M (средняя скорость ветра на 10 м по месяцам), Волгоград
  6. NASA POWER, климатология WS10M, Иркутск