Чому відключені сонячні установки тільки 12, 24, 48 В постійного струму?

Я хочу виробити 50 кВт для бездротового сонячного проекту. В ідеалі я хотів би мати високу напругу акумуляторної батареї постійного струму з інвертором і контролером заряду великої потужності.

Я знайшов лише пару високих інверторів VDC (384V) і контролери заряду, і вони від китайських виробників. Я трохи вагаюся купувати у них.

Усі великі компанії використовують лише 12, 24 та 48 VDC. Я розумію, що це найчастіше, і вам не потрібно багато енергії для будинку, але якщо я хочу виробляти 50 кВт на 48 В постійного струму, це понад 1000 А! Якщо я запускаю, що паралельно до 48 В, мені знадобиться 10 або більше інверторів. Це багато дроту та роботи.

Чи є електрична причина, чому вони обмежують ці продукти на 48 В постійного струму?

60VDC - це відключення для безпечного надзвичайно низького напруги або SELV, як зазначено в UL 60950-1. Окрім низької напруги, схеми SELV також ізолюються від електромережі шляхом армованої ізоляції , яка має специфічні відстані та вимоги до матеріалів.

Загалом, напруги SELV є "безпечними на дотик", це означає, що вони не становлять небезпеку удару при прямому контакті. 48В падає нижче цього порогу SELV з деяким запасом. Крім того, зручно чотири свинцево-кислотні акумулятори "12 В", підключені послідовно (дійсно до 58,8 В при повному плаванні.)

Напруги, що перевищують рівень SELV, вважаються в тому ж класі, що і напруга, і зазвичай вимагають встановлення електриком. Причина? Електрики знайомі з кодами та технікою захисту від ненавмисного контакту з потенційно смертельними напругами, включаючи використання належних матеріалів, запобіжників, захисту від несправностей, корпусів та прокладки кабелю.

Детальніше тут: https://www.edn.com/electronics-blogs/power-supply-notes/4414411/What-does-SELV-mean-for-power-supplies

Обладнане акумуляторне обладнання, яке не використовується, не може вийти за межі SELV без сторонньої допомоги

Первинне обмеження напруги на постійній шині більшості безмережевих систем дійсно пов'язане з дотичними межами безпеки (межа 60VDC / 42.4VAC SELV), але це не так пов’язано з тим, хто його встановлює. Натомість проблема полягає у доступності деталей: одиничні осередки свинцевокислоти та моноблоки розмірів, що використовуються в позамережних системах, як правило, недоступні із терміналами, що захищаються від дотику, через проблеми з технологічністю та різноманітністю застосування. Це може бути дещо подолано, залежно від навколишнього середовища, використовуючи акумуляторну шафу або батарею приміщення як межу безпеки дотику, або використовуючи зібрану на заводі та перелічену систему зберігання енергії, але це призводить нас до нашого наступного випуску.

Комутатори постійного струму важкі

Легкі електромережі НН змінного струму (MCB та пов'язані з ними системи кріплення / шини, а також плавкі вимикачі / роз'єднувачі, мережеві запобіжники саду тощо), звичайно, легко доступні для типових напруг використання. Однак для обмеженого користування постійним струмом взагалі застосовується лише обмежений підмножина цієї передачі , і якщо це так, її номінальні показники будуть обмежені приблизно на 48-60В постійного струму. Крім того, роз'єднувачі та такі пристрої, призначені для сонячної служби, при високій напрузі постійного струму мають дуже низькі показники короткого замикання / переривання в грандіозній схемі речей. Це тому, що сонячні панелі є притаманніПоточні обмежені джерела: незалежно від того, як довга ваша струна, вона не виведе набагато більше, ніж її номінальна величина Isc, незалежно від того, що ви робите з нею, і значення Isc сонячної панелі знаходяться в порядку ампер, а не кілоампер.

Це означає, що вам потрібно багато для обслуговування постійного струму більш важкі комутаційні пристрої при напрузі постійного струму, еквівалентному напрузі, оскільки струни акумуляторів здатні створювати кілоамперні струми (що в цьому відношенні легко еквівалентно джерелу живлення), а дуги постійного струму - безстроково. самостійкі колись удари проти дуг змінного струму, які самозатухаються при нульових перетинах. Крім того, навіть більш важкі пристрої, такі як MCCB промислового типу з постійним струмом і важкоплавкі плавкі вимикачі, часто обмежуються 125VDC для однополюсних вимикачів і 250VDC для багатополюсного перемикання в декількох полюсних пристроях. Незважаючи на те, що там є кілька плавких вимикачів, які мають напругу до 600В постійного струму, вони також обмежені неможливістю отримати запобіжники, оцінені для мережі OCPD при напрузі вище 300В постійного струму, лише за кількома винятками.

Переривання рейтингів - ще одне питання; Для досягнення високих показників короткого замикання системи постійного струму понад 10 кА потрібен ретельний підбір компонентів, і навіть найміцніші конструкції вимикача та запобіжника мають лише 100 кА або менше значення переривання постійного струму.

TLDR: Промисловість використовує промисловий механізм, а в будинках немає попиту 50 кВт. Дійсно.

Цього не можна підкреслити достатньо:

DC - один неприємний клієнт.

Легко отримати поступливість, провівши молодь та кар’єру, працюючи з послушним, нешкідливим 5-24 вольт постійним струмом або добре сприйнятим напругою 100 - 240 В змінного струму через часті нульові переходи.

DC в тому ж діапазоні - середній випив. Можливо, ви були в дуже старих будинках і відчували вимикачі, які мали остаточний SNAP при включенні або вимкненні. Це відкидки, коли потужність будинку була постійним струмом, і вони затискають контакти досить широко, щоб переконатись, що дуга обдирається. Крім цього, вам потрібні магнітні або пневматичні «видуви», призначені для підтягування дуги в дуговий жолоб, щоб видути її. ,

Тому що якщо дуга постійного струму розпочнеться, вона перегорить майже все. (зауважте у цьому відео про трамвайний вогонь, як дуга запускається деякий час, а потім розриває трамвай на частини. Продовжуйте дивитися, вона повторюється пару разів.)

Подивіться на рейтинги постійного струму для контакторів та реле. Ви побачите дуже різні показники напруги для постійного струму, ніж змінного струму.

Як результат, різні регулювання трактують постійний струм високої напруги по-різному від низької напруги, а допустимі максимуми зазвичай знаходяться в діапазоні 30-50 вольт.

Швидке відключення

Два пороги, що особливо цікавлять монтажників сонячних панелей (які працюють на дахах), - це правила швидкого відключення 2017 року. Тепер ви повинні залишити «проходи» між групами сонячних батарей для пожежників, щоб отримати доступ до даху. Це означає, що є групи панелей, які все ще суміжні.

Для дахових установок повинен бути перемикач, доступний пожежникам, який буде робити дві речі. a) Знизити напругу в групі панелей до 80 вольт постійного струму або менше. б) Зменшіть напругу між групами до 30 вольт менше.

Якщо напруга в системі менше 30 вольт, то ніяких спеціальних положень не потрібно.

Це пряме відображення небезпек вищих напруг.

Для установки без даху це не проблема; їжа для роздумів.

Високі штатики акумуляторів менш надійні

Батареї - це послідовний рядок комірок від 1,2 до 3 вольт на комірку. Таким чином, стек високої напруги має безліч осередків. Чим більше комірок, тим більший ризик відмови клітини обмежувати або знижувати всю стеку. EVs значною мірою підкорили це за допомогою батарейок для екзотики, але у вас не буде такої ж удачі з простими старими свинцевими кислотами.

Напруга акумулятора не повинна відповідати сонячній напрузі

Немає нічого поганого у високій напрузі сонячних батарей (зауваживши, що вона по суті обмежена струмом) та низькій напрузі на батарейному блоці (який буквально не має межі струму і радісно вибухне). Контролер сонячної зарядки повинен був перетворити долар , але все одно це робить.

Вам справді потрібно 50 кВт?

Так, якби ви робили це комерційно, наприклад, щоб запустити ферму серверів або виростити світильники, то так - ви б поділили проект на менші шматки, які відповідають наявному апаратному забезпеченню інвертора. Майте на увазі, що декілька інверторів не можуть мати паралельний вихід, оскільки вони не можуть синхронізуватися. Якщо вони випадають з фази один з одним, це означає мертву коротку між ними. Якщо ви очікуєте, що інвертори автоматично синхронізуються один з одним або з сіткою, скиньте це очікування.

Якщо це комерційне підприємство, наприклад, що працює вентилятори та насоси на віддаленій шахті, то ви переходите на промислове ярусне обладнання та платите за носові крови. Сам факт, що ви задумуєтесь про дешевий сир, здається, вважає це проблемою власників дому.

Вдома не робити цього

Однією з найважливіших помилок у русі «еко» є підміна одиниць, щоб ви могли точно тримати свої процеси. Вилучіть нітратні добрива та вставляйте bat guano, видаліть Раундап та замініть на марку X, але все одно фермуйте точно так само . Піднесіть будівлю з деталями марки X замість марки Y та вимагайте сертифікації LEED (адже деталі є LEED), при цьому повністю ігноруючи укриття землею, пасивний сонячний дизайн та інших реальних переможців у цій галузі. Такий підхід є неправильним. Трагічно поширений, але неправильний.

І, чесно кажучи, ми отримуємо це більше від найменувань: дивлячись на їх основний вимикач на 200А, множиться на 240 і заявляє, що їм потрібна сонячна система потужністю 48 кВт, і найясєр негайно викидає деякі цифри, щоб довести, що сонячна система потужністю 48 кВт абсолютно непрактична. Ніякого пука Шерлока . У цьому випадку найсайєр зловмисно перекидається на заміну підрозділу спеціально для того, щоб вбити ідею живлення поза мережею, навіть будучи практичною .

Звичайно, зараз сонячна система потужністю 50 кВт насправді можна уявити, але вона все одно настільки ж смішна, як тоді, коли найсайєр її "запропонував" .

Випадковий будинок без заходів щодо збереження притягує в середньому 1000 Вт. Це за даними енергокомпаній, які оцінюють електростанції за кількістю обслуговуваних будинків. Це досить велика система (100 кВт-год акумулятора, щоб проїхати через 100 годин шторму), тому ви думаєте про навантаження та про те, як мінімізувати їх, зокрема навантаження вампіра, які 24x7.

Найбільший набір вампірів у вашому домі - це інвертор. Навіть не маючи навантаження, він спалює 1% від свого рейтингу, просто "закрутившись". Тож при 50 кВт це 500 Вт потужності - пам’ятайте, що займає середній неоптимізований будинок? Отже, ти вже там - наскільки це марно !? Таким чином, важливим є збереження інверторів за розмірами.

І ви робите це, ретельно продумуючи навантаження , не маючи одного гігантського замовника, який керує розміром інвертора.

Ретельна конструкція навантаження

Ось що ви не робите: уникайте нового холодильника в розмірі 600 доларів, зберігаючи свій старий, внаслідок чого вам потрібно забезпечити додаткові 3000 доларів ємності з ПВ, щоб живити неефективну річ.

Так, наприклад, електричне тепло на плінтусі - це правильно. Електрична піч, ні; використовувати газ. Тепло будівлі повинно бути пасивним сонячним дизайном, а потім активною сонячно-тепловою системою. Гаряча вода, сонячна теплота з резервуарами для зберігання.

Там неабияку виняток: Теплова насосна цілком розумно, так як 20ish ефективність панелі сонячних батарей% х ефективність теплового насоса 300-1000%> що ви могли б отримати від сонячної теплової енергії.

Підсумок - це єдине дійсно велике електричне навантаження, якого можна було б очікувати від будинку без мережі - це кондиціонер. Інвертор буде відповідно розміром .

48V - це багато акумулятора.

За запитом гаряча вода

Я ламав мій мозок, яке навантаження точно вимагає 50 кВт протягом короткого часу , і мій висновок - "гаряче гаряче водопостачання на вимогу". Я їх люблю, але так. Ні ... Просто ні.

Це порушує два принципи: нагрівання за допомогою ПВ та запуск інвертора для навантаження, яке не хвилює змінного струму.

Як мінімум, ви б хотіли відключити його від постійного струму безпосередньо, можливо, використовуючи прості перетворювачі посилення на канал, які обертаються лише тоді, коли нагрівач викликає тепло на цьому каналі. Але оскільки ви все-таки робите 3-4 канали на великому обігрівачі, ви просто зробите 3 менші обігрівачі - розташовані прямо біля гвинта, тож ви занурили цей довгий і дуже дорогий час очікування, коли гаряча вода дістанеться до гнізда (із гарячою водою, що заповнена зараз, покинуто).

Правильний спосіб зробити це - використовувати сонячне-теплове з великим резервуаром, можливо, доповненим тепловим насосом. Бак для нагрівання нагрівається настільки ж гарячим, наскільки ви можете його отримати (якщо це можливо 90 °), то він або обмінюється теплом для виготовлення гарячої води для дому, або використовується як радіатор для нагрівача води з тепловим насосом. Теплові насоси є більш ефективними при перекачуванні "під гору", тому великий сонячний тепловий бак з гарячою водою заощаджує багато енергії PV, навіть якщо він не використовується безпосередньо.

Оптимальна напруга постійного струму також залежить від типу акумуляторів, які ви збираєтесь встановлювати. Свинцеві кислоти є більш доступними, але зношуються після ~ 1000 циклів зарядки-розряду, і для системи високої напруги вам потрібно буде проводити проводку великої кількості їх. Літій-іонні акумулятори існують у високовольтних конфігураціях (близько 500 В постійного струму), які значно зменшують втрати електропроводки, оскільки струми потім пропорційно нижчі та мають значно більший термін служби.

Минулого року я встановив «синій гібридний інвертор 10,0 TL3», 10 кВт, з діапазоном від 200 до 900 В постійного струму на фотоелектричній стороні та літій-іонним акумулятором напругою 500 В постійного струму. Акумулятор дійсно з Китаю (Byd-HV), інвертор виготовляється в Німеччині. Недоліком є ​​те, що вбудована програма для включення режиму острова надходить лише наприкінці вересня 2019 року через затримки сертифікації ... Крім того, вона працює бездоганно з року в режимі електромережі, і проводку можна виконати за допомогою 10мм2 сонячних кабелів (для моєї установки на 10 кВт).

Ви точно можете отримати великі інвертори змінного струму. Наприклад, SMA Сонячний острів працює до 100 кВт.

https://www.sma-america.com/products/battery-inverters/sunny-island-4548-us-6048-us.html

І так, я б також вагався щодо інверторів китайського виробництва, якщо у вас є альтернативи. На щастя, в цьому випадку, я думаю, ви це зробите.