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.
| Источник | Декабрь, кВт·ч | Июнь, кВт·ч | Год, кВт·ч |
|---|---|---|---|
| 5,22 кВт панелей | 100 | 684 | 5 076 |
| Ветряк с ротором 3 м, хорошее сельское место (среднее за месяц) | 59–165 | 59–165 | 707–1 979 |
| Нужно дому | 300 | 300 | 3 600 |
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
| Схема | Кому подходит | Минус |
|---|---|---|
| Панели без ветра, сеть как резерв | Дом у сети, участок с деревьями или застройкой | Зимой выработка мала; сеть покрывает остаток |
| Панели + АКБ + генератор | Дом без сети или с частыми отключениями, средняя полоса | Топливо зимой и обслуживание генератора |
| Панели + ветряк + АКБ + генератор | Дом без сети на открытом ветреном месте, где ветер подтверждён замером | Дорого: 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
- PVGIS 5.3, Объединённый исследовательский центр ЕК, Москва
- Building, «Energy body calls for better wind turbine information» (отчёт Energy Saving Trust)
- NASA POWER, климатология WS10M и WS50M
- Jinko Solar, Datasheet JKM550-570N-72HL4-BDV
- NASA POWER, климатология WS10M (средняя скорость ветра на 10 м по месяцам), Волгоград
- NASA POWER, климатология WS10M, Иркутск