28 июл. 2014 г.

Солнечная электростанция для автономного офиса разработки геоКоролёв


электрощитоваяЖелание заняться альтернативной энергетикой возникло достаточно давно – более пяти лет назад. Интерес вызывали не только технические возможности выработки электрической энергии от солнца, но и обеспокоенность ухудшающимся положением в сфере ЖКХ (всё более частые аварии в системах жизнеобеспечения города и отключения электричества). Хотелось чего-то более надёжного – того что сможешь контролировать сам, а не государство или местные власти.

Другой причиной для изучения и создания автономной системы электропитания являлась давняя мечта о создании погодной карты города Королев, работающей в режиме реального времени и показывающей точную погоду в различных частях города. Для создания такой системы требуется установка погодных станций не только в пределах города, но и в частном секторе, садовых товариществах, лесах. Соответственно погодные станции должны иметь автономный источник энергии для обеспечения работы собственных датчиков и для передачи данных в интернет. И если в пределах городской застройки эта задача легко решается, то за городом необходимо получить энергию в месте установки станции, а сделать это можно только при помощи выработки электроэнергии от солнца или имея подключение к аккумуляторам большой ёмкости, которые периодически всё-равно придётся или менять на заряженные или заряжать на месте. Да и в городе, такие станции должны быть защищены от перебоев с электричеством, а значит должны иметь резервный источник питания, который даст возможность проработать хотя бы сутки.

Данный материал предназначен для людей, которые своими силами хотят построить автономную систему электроснабжения, но не представляют из каких частей она состоит и как эти части связаны между собой. В статье не будет теоретических объяснений принципов работы системы и устройств её составляющих, но будет много реальных фотографий, цифр, описания ошибок. К сожалению в русскоязычном сегменте интернета не так много информации на тему практической солнечной энергетики, поэтому надеюсь мой опыт поможет тем, кто только задумывается или уже начинает делать нечто подобное. Эта публикация ни в коей мере не является истиной в последней инстанции, и может содержать не совсем правильные, с точки зрения профессионалов, графические обозначения элементов системы и терминологию, но главное, что всё это работает и выполняет свои задачи каждый день.

Задачи системы

  • обеспечение электричеством потребностей жизнеобеспечения
    • освещение в помещении
    • освещение на улице
    • видеонаблюдение и охранная система
    • электропитание строительного инструмента
    • электропитание бытовой техники
    • электропитание компьютерной техники
    • электропитание системы связи
    • электропитание нагревательных приборов
    • электропитание насосов
  • проверка возможности создания автономных погодных станций для построения климатической карты города Королева в рамках проекта геоКоролёв

Параметры автономной системы электроснабжения

  • рабочее напряжение: 12 В
  • ёмкость аккумуляторов: 800 Ач
  • мощность солнечных панелей: 1100 Вт
  • время автономной работы без солнца при стандартном ежедневном потреблении (освещение, видеонаблюдение, компьютерная техника, интернет): 5 суток
  • максимальная кратковременная мощность (10-30 минут) потребления при наличии солнца: 1.2 кВт
  • продолжительность создания: 2 года

Принципиальная схема автономной системы электроснабжения

принципиальная схема электрооборудования солнечной электростанции

Кабель

кабель в системе освещения внутри помещений кабель в системе освещения внутри помещений

тип: ПВС
производитель: Tplast (Россия)
характеристика: многожильный, двухпроводной
площадь сечения: 2.5 кв. мм
максимальный ток при постоянном напряжении: 8 А
стоимость: 16 руб./м

назначение: основной кабель системы освещения внутри помещений и в системе уличного освещения

кабель между аккумулятором и шиной на инвертор

кабель между аккумулятором
и шиной на инвертор


производитель: Германия
характеристика: многожильный, однопроводной
площадь сечения: 10 кв. мм
максимальный ток при постоянном напряжении: 100 А
стоимость: 134 руб./м

назначение: силовой кабель, рассчитанный на большие токи и связывающий аккумулятор с шиной на инвертор

кабель между шиной на инвертер и инвертором

кабель между шиной на инвертор и инвертором


производитель: Германия
характеристика: многожильный, однопроводной
площадь сечения: 25 кв. мм
максимальный ток при постоянном напряжении: 250 А
стоимость: 193 руб./м

назначение: силовой кабель, рассчитанный на большие токи и связывающий шину на инвертор с инвертором

кабель от аккумулятора к силовым розеткам

кабель от аккумулятора к силовым розеткам


тип: ПВС
производитель: Россия
характеристика: многожильный, 2-х проводной
площадь сечения: 6 кв. мм
максимальный ток при постоянном напряжении: 60 А
стоимость: 15 руб./м

назначение: соединение блока аккумуляторов и силовой линии напрямую в обход солнечного контроллера – для возможности подключения потребителей большой мощности, таких как холодильник, пылесос, электрический чайник, компрессор

кабель от солнечного контроллера к аккумуляторам

кабель от солнечного контроллера к аккумуляторам


производитель: Sommer (Германия)
характеристика: многожильный, 2-х проводной
площадь сечения: 2.5 кв. мм
максимальный ток при постоянном напряжении: 25 А
стоимость: 160 руб./м

назначение: соединение между солнечными контроллерами и блоком аккумуляторов, через которое идёт заряд аккумуляторов и питание маломощной нагрузки от солнечного контроллера

особенности: очень прочная внешняя оплётка, сами провода заключены в силиконовую оплётку, поэтому кабель хорошо гнётся на морозе и устойчив к высокой температуре

кабель от солнечных панелей к солнечному контроллеру

кабель от солнечных панелей
к солнечному контроллеру


тип: ПВС
производитель: Россия
характеристика: многожильный, 2-х проводной
площадь сечения: 6 кв. мм
максимальный ток при постоянном напряжении: 40 А
стоимость: 50 руб./м

назначение: передача электрической энергии, вырабатываемой батареями солнечных панелей, находящихся на удалении до 50 м от солнечного контроллера и солнечным контроллером

кабель Cat6e

кабель Ethernet


тип: Cat6e 
производитель: Shenzhen (Китай)
характеристика: многожильный
стоимость: 23 руб./м

назначение: передача видеосигнала от IP-камер к роутеру и от роутера к серверу видеонаблюдения

особенности: плоский кабель выглядит намного более прочным, чем стандартный Cat5 и более удобен в прокладке

Предохранители и держатели предохранителей

предохранители в линии от аккумулятора к инвертору
держатель предохранителя ANL
предохранители в линии от аккумулятора
к инвертору


обозначение на схеме: F1, F2, F3, F4
производитель: Китай
тип: ANL
ток срабатывания: 100 А
стоимость: 115 руб.

назначение: защита аккумулятора и входа инвертора от короткого замыкания

предохранитель mini ANL
держатель предохранителя mini ANL

предохранители в линии от аккумулятора
к солнечному контроллеру


обозначение на схеме: F5, F6, F7, F8
производитель: США
тип: mini ANL
ток срабатывания: 60 А
стоимость: 166 руб.

назначение: защита аккумулятора и входа солнечных контроллеров от короткого замыкания, в виду большой протяжённости кабеля, идущего по улице от солнечных панелей

предохранители в линии от аккумулятора к силовой линии

предохранители в линии от аккумулятора
к силовой линии


обозначение на схеме: F11, F12, F13, F14
производитель: Китай
тип: mini ANL
ток срабатывания: 40 А
стоимость: 166 руб.

назначение: защита аккумулятора и оборудования силовой линии, подключенного напрямую к аккумуляторам от короткого замыкания и импульсного перенапряжения

предохранители в линии уличного освещения

предохранители в линии уличного освещения
от солнечного контроллера


обозначение на схеме: на схеме не указан
производитель: Китай
тип: medium blade
ток срабатывания: 10 А
стоимость: 5 руб.

назначение: защита выхода нагрузки солнечного контроллера от импульсного перенапряжения, в виду большой протяжённости кабеля, идущего по улице от прожекторов уличного освещения и защита от короткого замыкания

Нагревательные элементы

нагревательная плёнка Korea Heating Hot-Film нагревательная плёнка

обозначение на схеме: Heat1, Heat2
производитель: Korea Heating (Южная Корея)
название: Hot-Film
рабочее напряжение: 12 В
потребляемый ток: 5 А
температура нагрева: 53 гр.
размер: 30 х 100 см
стоимость: 1200 руб.

назначение: локальный обогрев в помещении

нагревательная плёнка Korea Heating Hot-Film внутри аккумуляторного ящика

нагревательная плёнка


обозначение на схеме: HeatBat1-HeatBat4
производитель: Korea Heating (Южная Корея)
название: Hot-Film
рабочее напряжение: 12 В
потребляемый ток: 2.5 А
температура нагрева: 53 гр.
размер: 30 х 50 см
стоимость: 600 руб.

назначение: подогрев аккумуляторов при температурах ниже +10 градусов

Солнечные контроллеры

вспомогательный солнечный контроллер Lumiax вспомогательный солнечный контроллер

обозначение на схеме: Sol Cont1
производитель: Lumiax (Гонконг)
название: Sm10-CC
рабочее напряжение: 12 В или 24 В
максимальная сила тока от солнечных панелей: 10 А
максимальная сила тока на нагрузку: 10 А
стоимость: 1200 руб.

назначение: для управления уличным освещением – включением прожекторов при наступлении тёмного времени суток, отключением при наступлении утра или при разряде аккумуляторов ниже 50%, что выше чем отключение нагрузки от основного контроллера, установленного на порог отключения нагрузки при разряде аккумуляторов ниже 20%; для подключения группы солнечных панелей не совместимых по характеристикам для параллельного подключения с основным блоком солнечных панелей

описание: ШИМ-контроллер выполнен в полностью герметичном корпусе; сертифицирован для работы на морозе; имеет встроенный датчик температуры для компенсации зарядного напряжения; есть возможность подключения к компьютеру через USB; обладает всеми необходимыми защитами – от короткого замыкания на всех входах-выходах, от перенапряжения, от перезаряда и переразряда, имеет индикацию рабочих режимов и ошибок; умеет включать нагрузку по 5-ти различным сценариям при наступлении темного времени суток и отключать при наступлении утра; есть возможность выбора типа аккумуляторов (наливной, AGM, GEL), а так же напряжения отключения нагрузки и напряжения восстановления подачи тока

особенности: хорошо переносит работу при силе тока от солнечных панелей на 20% выше заявленной в характеристиках; при запуске программного обеспечения возникает ошибка, которую можно проигнорировать и продолжить работу; при подключении аккумуляторов, если в этот момент контроллер подключен по USB к работающему компьютеру, не правильно определяет рабочее напряжение, считая, что в системе 24 В вместо 12 В

солнечный контроллер EPSolar LandStar LS2024

основной солнечный контроллер


обозначение на схеме: Sol Cont2
производитель: EPSolar (Китай)
название: LandStar LS2024
рабочее напряжение: 12 В или 24 В
максимальная сила тока от солнечных панелей: 20 А
максимальная сила тока на нагрузку: 20 А
стоимость: 2800 руб.

назначение: управление зарядом аккумуляторов от монокристаллических солнечных панелей и контроль напряжения в линии основной нагрузки

описание: ШИМ-контроллер без возможности тонкой настройки, можно выбрать только тип аккумулятора – наливной, AGM или GEL; обладает всеми необходимыми защитами – от короткого замыкания на всех входах-выходах, от перенапряжения, от перезаряда и переразряда, имеет индикацию рабочих режимов

резервный солнечный контроллер EPSolar LandStar LS2024

резервный солнечный контроллер


обозначение на схеме: Sol Cont3
производитель: EPSolar (Китай)
название: LandStar LS2024
рабочее напряжение: 12 В или 24 В
максимальная сила тока от солнечных панелей: 20 А
максимальная сила тока на нагрузку: 20 А
стоимость: 2800 руб.

назначение: управление зарядкой аккумуляторов с основного массива поликристаллических солнечных панелей и резерв в случае выхода из строя основного контроллера

описание: ШИМ-контроллер без возможности тонкой настройки, можно выбрать только тип аккумулятора – наливной, AGM или GEL; обладает всеми необходимыми защитами – от короткого замыкания на всех входах-выходах, от перенапряжения, от перезаряда и переразряда, имеет индикацию рабочих режимов

Аккумуляторы

аккумулятор ProSolar-R RA12-200DG основной аккумулятор

обозначение на схеме: Bat1, Bat2, Bat3, Bat4
производитель: Ритар (Китай)
наименование: ProSolar-R RA12-200DG
технология электролита: GEL
рабочее напряжение: 12 В
ёмкость: 200 Ач
габариты: 268 х 520 х 220 мм
вес: 61 кг
стоимость: 21500 руб.

назначение: хранение электрической энергии, полученной от солнечных панелей и питание нагрузки в тёмное время суток

AGM-аккумулятор SVEN

вспомогательный аккумулятор


обозначение на схеме: Bat5, Bat6
производитель: SVEN (Тайвань)
наименование: SV1290
технология электролита: AGM
рабочее напряжение: 12 В
ёмкость: 9 Ач
габариты: 151 х 65 х 94 мм
вес: 2.65 кг
стоимость: 740 руб.

назначение: для тестирования оборудования на 12 В и проверки работоспособности приборов при монтаже

аккумуляторный ящик NOCO

аккумуляторный бокс (ящик)
 

обозначение на схеме: не обозначен
производитель:
NOCO (США)
наименование: HM484 8D
размеры: 62.2 х 38.1 х 33 мм
стоимость: 7500 руб.

назначение: место установки аккумулятора, проложенное теплоизоляционным материалом и подогреваемое специальной нагревательной плёнкой, мощностью 75 Вт, запитываемой от напряжения 12 В

особенности: крепкий, удобный ящик, устойчивый к кислоте, вибрациям и не поддерживающий горение; продуманно организованы отверстия для вывода проводов – по 2 на коротких сторонах и по 2 на каждом боку; крышка закрепляется двумя закручивающимися винтами с резиновой прокладкой; предусмотрено крепление к полу; предусмотрены специальные выемки для рук, чтобы было легче отрывать от пола

Источники тока

генератор Briggs & Stratton 3750A генератор

обозначение на схеме: Генератор
производитель: Briggs & Stratton (США-Китай)
наименование: 3750A
топливо: бензин АИ-92
выходное напряжение: 220 В
мощность: 3000 кВт
расход бензина: около 2.3 л/ч
вес: 70 кг
ёмкость бака для бензина: 18 л
ёмкость для масла: 450 мл
стоимость: 20000 руб.

назначение: выработка переменного тока для питания электрических обогревателей и зарядки аккумуляторов при длительном отсутствии солнца в зимний период

особенности: идеальный запуск с первого раза при плюсовых температурах окружающего воздуха, при минусовых температурах запуск с 3-5 раза; работает очень устойчиво при наполовину открытой воздушной заслонке; звук очень громкий по сравнению с инверторными генераторами; резкое увеличение нагрузки переносит очень хорошо; не совсем точно работает датчик топлива в баке

инвертор Xantrex PROWatt SW2000

инвертор

обозначение на схеме: Инвертор
производитель: Xantrex (Канада-Китай)
наименование: PROWatt SW2000
входное напряжение: 12 В
выходное напряжение: 220 В
мощность: 2000 Вт, кратковременная 4000 Вт
форма синусоиды переменного тока: чистая синусоида
стоимость: 26000 руб.

назначение: выработка переменного тока из постоянного тока от аккумуляторов для питания нагрузки, существующей только в варианте для 220 В или чувствительной к форме синусоиды переменного тока (например – насос, зарядное устройство для аккумуляторов строительного инструмента, сушилка для обуви)

особенности: имеет индикатор напряжения на аккумуляторах и питаемой нагрузки (в ваттах); при окружающей температуре до 25 градусов и подключенной нагрузке до 500 Вт работает бесшумно – при повышении температуры и мощности нагрузки включает вентиляторы – шум от вентиляторов похож на звук стандартного системного блока компьютера, но более низкой и ровной частоты

Солнечные панели

монокристаллическая солнечная панель 105 Вт солнечные панели

обозначение на схеме: Sol Blue
производство: Телеком-СТВ (США-Россия)
название: ТСМ-105F
технология: монокристаллическая, гибкая
мощность: 105 Вт
напряжение в точке максимальной мощности: 19 В
сила тока: 5.5 А
коннекторы: MC4
сечение кабеля: 4 кв. мм
габаритные размеры: 1190 х 580 х 1.5 мм
вес: 1.2 кг
угол установки: около 75 градусов к горизонту
стоимость: 14300 руб.

назначение: выработка электрического тока от солнца в первой половине дня

монокристаллическая солнечная панель 105 Вт

солнечные панели


обозначение на схеме: Sol White
производство: Телеком-СТВ (США-Россия)
название: ТСМ-105F
технология: монокристаллическая, гибкая
мощность: 105 Вт
напряжение в точке максимальной мощности: 19 В
сила тока: 5.5 А
коннекторы: MC4
сечение кабеля: 4 кв. мм
габаритные размеры: 1190 х 580 х 1.5 мм
вес: 1.2 кг
угол установки: около 75 градусов к горизонту
стоимость: 14300 руб.

назначение: выработка электрического тока от солнца в первой половине дня

поликристаллическая солнечная панель 140 Вт

солнечные панели


обозначение на схеме: Sol Zabor
производство: ChinaLand (Китай)
название: CHN145-36P
технология: поликристаллическая
мощность: 145 Вт
напряжение в точке максимальной мощности: 18.1 В
сила тока: 8 А
коннекторы: MC4
сечение кабеля: 4 кв. мм
габаритные размеры: 1480 х 675 х 40 мм
вес: 12 кг
угол установки: вертикально
стоимость: 8200 руб.

назначение: выработка электрического тока от солнца во второй половине дня

особенности: выполнены в прочной алюминиевой раме и покрыты специальным ударопрочным стеклом; имеют встроенный обратный диод

поликристаллическая солнечная панель SOLARIS 4E-36-12

солнечные панели


обозначение на схеме: Sol Tomsk
производство: Солнечная Долина (США-Россия)
название: SOLARIS 4E-36-12
технология: поликристаллическая
мощность: 36 Вт
напряжение в точке максимальной мощности: 16.1 В
сила тока: 2.33 А
коннекторы: штырьковый мама 5.5 х 2.1 мм
габаритные размеры: 1120 х 273 х 4 мм
вес: 1.6 кг
угол установки: вертикально
стоимость: 7400 руб.

назначение: выработка электрического тока от солнца во второй половине дня

Система освещения
(светильники, лампы, прожектора, инфракрасные прожектора)

потолочный светильник с разъёмом GU5.3 светильники системы освещения внутри помещения

обозначение на схеме: Lamp10-Lamp22
тип разъёма: GU5.3
рабочее напряжение: 12-220 В
максимальная сила тока: 10 А
стоимость: 90 руб. 

назначение: для установки светодиодных ламп внутри помещений

светодиодная лампа Philips 5 Вт

лампы системы освещения внутри помещения


обозначение на схеме: Lamp10-Lamp22
производитель: Philips (Нидерланды)
технология: светодиодная
тип разъёма: GU5.3
рабочее напряжение: 12 В
потребляемый ток: 0.4 А
цветовая температура: 2700 К
мощность: 5 Вт
стоимость: 630 руб.

назначение: освещение внутри помещений

уличный светодиодный прожектор 10Вт

прожектора уличного освещения


обозначение на схеме: Lamp1-Lamp9
производитель: GQ (Китай)
тип разъёма: штырьковый папа 5.5 х 2.1 мм
рабочее напряжение: 12 В
потребляемый ток: 0.8 А
цветовая температура: 2700 К
мощность: 10 Вт
степень защиты: IP65
стоимость: 300 руб.

назначение: освещение улицы в ночное время

инфракрасный уличный прожектор для системы видеонаблюдения

инфракрасный прожектор малой мощности


обозначение на схеме: IR2
производитель: Китай
название: Y677
тип разъёма: штырьковый мама 5.5 х 2.1 мм
рабочее напряжение: 12 В
потребляемый ток: 0.5 А
степень защиты: IP65
стоимость: 330 руб.

назначение: локальная дополнительная подсветка для IP-камер видеонаблюдения в ночное время

инфракрасный уличный прожектор для системы видеонаблюдения

инфракрасный прожектор большой мощности


обозначение на схеме: IR1
производитель: Китай
тип разъёма: штырьковый мама 5.5 х 2.1 мм
рабочее напряжение: 12 В
потребляемый ток: 1 А
степень защиты: IP65
стоимость: 3000 руб.

назначение: дальняя дополнительная подсветка для IP-камер видеонаблюдения в ночное время

Автоматические выключатели

автоматический выключатель постоянного тока автоматические выключатели в линии 12 В постоянного тока до 63 А

обозначение на схеме: АВ Bat All, АВ Sol B+T, АВ Sol Z, АВ Sol W, АВ Bat1c, АВ Bat2c, АВ Bat3c, АВ Bat4c, АВ Heat, АВ HR, АВ Load, АВ Street
производитель: JIEKE (Китай)
наименование: JKM1Z-63
ток срабатывания: 6 А, 10 А, 25 А, 32 А, 40 А, 63 А
стоимость: 360 руб.

назначение: включение-выключение линий постоянного тока и защита от короткого замыкания в линиях постоянного тока

автоматический выключатель постоянного тока

автоматические выключатели в линии 12 В постоянного тока свыше 63 А


обозначение на схеме: АВ Bat1i - АВ Bat4i, АВ Bat1r - АВ Bat4r  
производитель: SKY (Китай)
наименование: SKCB-01-100A
ток срабатывания: 100 А – 200 А
стоимость: 400 руб.

назначение: включение-выключение линий постоянного тока с амперажем более 100 А

автоматический выключатель переменного тока

автоматические выключатели в линии 220 В переменного тока


обозначение на схеме: АВ Ген, АВ Инвертор
производитель: IEK
наименование: ВА47-29 2P
ток срабатывания: 25 А, 6 А
стоимость: 320 руб.

назначение: включение-выключение линий переменного тока

Измерители тока, напряжения, мощности

цифровой вольтамперметр цифровой вольтамперметр до 20 А

обозначение на схеме: V-A-O
производитель: CLEN (Китай)
наименование: VAM9020
диапазон измеряемых напряжений: 5-90 В
диапазон измеряемых токов: 0-20 А
стоимость: 644 руб.

назначение: измерение напряжения на клеммах аккумулятора и тока заряда от солнечного контроллера

цифровой вольтамперметр с шунтом до 200 А

цифровой вольтамперметр до 200 А


обозначение на схеме: V-A-O
производитель: Китай
наименование: YB27VA
диапазон измеряемых напряжений: 5-90 В
диапазон измеряемых токов: 0-200 А
стоимость: 390 руб.

назначение: измерение напряжения и силы тока в линии силовых розеток

измеритель мощности в линии 220В от генератора

измеритель мощности в линии 220 В


обозначение на схеме: W
производитель: MIEO (Китай) 
измеряемый ток: до 70 А
стоимость: 2680 руб.

назначение: измерение потребляемой мощности нагрузки при питании от генератора

описание: состоит из двух частей – экрана и беспроводного датчика, подключаемого к одному из проводов в кабеле 220 В; накапливает статистику по потреблённой мощности за час, день, месяц или всё время; датчик питается от двух батареек АА; экран может работать как от 2-х батареек АА, так и от 6 В постоянного тока; имеет порт miniUSB для подключения к компьютеру и снятия статистики

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

устройство защиты от импульсных перенапряжений в линии 220 В УЗИП на линии 220 В
от инвертора к нагрузке (насосу)


обозначение на схеме: УЗИП2
производитель: Lange (Китай)
наименование: LGE-D
ток срабатывания: 10 кА
стоимость: 476 руб.

назначение: защита выхода инвертора от импульсных перенапряжений, возникающих при ударе молнии в линию 220В, проходящей по улице

УЗИП для солнечных панелей

УЗИП на линии 12 В
от солнечных панелей к солнечному контроллеру


обозначение на схеме: УЗИП3, УЗИП4, УЗИП14, УЗИП15
производитель: LEEYEE (Китай)
наименование: LY1-C40
ток срабатывания: 40 кА
стоимость: 2160 руб.

назначение: защита входа солнечного контроллера от импульсных перенапряжений, возникающих при близком разряде молнии

УЗИП на линии 12В

УЗИП на линии 12 В
от уличных прожекторов
к выходу нагрузки солнечного контроллера


обозначение на схеме: УЗИП5, УЗИП6
производитель: Китай
наименование: CYL01-12V
ток срабатывания: 10 кА
степень защиты: IP 20
стоимость: 420 руб.

назначение: защита выхода нагрузки солнечного контроллера от импульсных перенапряжений, возникающих при близком разряде молнии

УЗИП для линии Ethernet NEXIN 2108H

УЗИП на линии Ethernet
от IP-камер до роутера


обозначение на схеме: УЗИП8-УЗИП13
производитель: HEXIN (Китай)
наименование: HXKJ-2108H
ток срабатывания: 5 кА
степень защиты: IP 20
стоимость: 423 руб.

назначение: защита входов роутера и IP-камер от импульсных перенапряжений, возникающих при близком разряде молнии

Настенные включатели

настенный включатель JUNON включатели системы освещения внутри помещения

обозначение на схеме: S8-S20
производитель: JUNON
наименование: A002, A003, A004
тип: внешнее крепление
максимальный диаметр кабеля: 4 кв. мм
максимальный коммутируемый ток: 10 А
стоимость: 300 руб.

назначение: включение-выключение светильников внутри помещений

особенности: аккуратная ровная сборка, очень маленькая толщина, которая существенно меньше, чем другие включатели доступные для покупки в РФ; на клавишах находятся светящиеся в темноте полоски; мягкий приятный щелчок клавиш

уличный защищенный от влаги включатель

включатели системы уличного освещения


обозначение на схеме: S3-S7
производитель: Великобритания
наименование:
тип: наружный включатель
максимальный диаметр кабеля: 4 кв. мм
максимальный коммутируемый ток: 16 А
степень защиты: IP67
стоимость: 1300 руб.

назначение: включение-выключение прожекторов уличного освещения

особенности: может работать не только как включатель-выключатель, но и как переключатель; очень продуманная конструкция, выполненная из прочного пластика и резиновых уплотнителей в месте всех стыков; отверстия для крепления к стене находятся в глубоких изолированных от внутреннего пространства карманах – для доступа к крепежу необходима удлинённая насадка для завинчивания шурупов; имеется клемма заземления

Зарядные устройства

зарядное устройство для свинцовых аккумуляторов CTEK MXS25 основное зарядное устройство для аккумуляторов

обозначение на схеме: ЗУ1, ЗУ2, ЗУ3, ЗУ4
производитель: CTEK (Швеция)
наименование: MXS25
входное напряжение: 220 В
напряжение заряжаемых аккумуляторов: 12 В
типы заряжаемых аккумуляторов: наливные, AGM, GEL
максимальная потребляемая мощность: 450 Вт
максимальный зарядный ток: 25 А
количество стадий заряда: 7
степень защиты: IP44
стоимость: 17000 руб.

назначение: зарядка большим током основных аккумуляторов от сети переменного тока, вырабатываемого бензиновым генератором

особенности: имеет встроенный датчик температуры для компенсации зарядного напряжения, датчик расположен на отдельном проводе и может быть пристегнут к плюсовой прищепке; при работе достаточно сильно нагревается и имеет встроенный вентилятор, выгоняющий горячий воздух вниз вдоль выходящих проводов, вентилятор достаточно шумный, но издаваемый звук имеет комфортный спектр – не свистит и не гудит – при одновременной работе 4-х зарядных устройств практически может служить обогревателем небольшого помещения; при превышении допустимой температуры может автоматически выключаться; подключается к аккумулятору только при помощи несъёмных клещей крепкой и надёжной конструкции

зарядное устройство для свинцовых аккумуляторов CTEK MXS10

вспомогательное зарядное устройство
для аккумуляторов


обозначение на схеме: ЗУ5 
производитель: CTEK (Швеция)
наименование: MXS10
входное напряжение: 220 В
напряжение заряжаемых аккумуляторов: 12 В
типы заряжаемых аккумуляторов: наливные, AGM, GEL
максимальная потребляемая мощность: 200 Вт
максимальный зарядный ток: 10 А
количество стадий заряда: 7
степень защиты: IP65
стоимость: 7600 руб.

назначение: зарядка вспомогательных аккумуляторов от сети переменного тока, вырабатываемого бензиновым генератором и резервирование в случае поломки одного из основных зарядных устройств

особенности: полностью бесшумная работа – при этом имеет незначительный нагрев; присутствует датчик температуры для компенсации зарядного напряжения, который выполнен на отсоединяемом проводе; для подключения аккумулятора можно использовать как клещи, так и концевики под болт М8 – оба кабеля для подключения входят в комплект поставки и подключаются через специальный разъём

зарядное устройство для свинцовых 6В аккумуляторов CTEK

зарядное устройство
для аккумуляторов малой ёмкости


обозначение на схеме: ЗУ6
производитель: CTEK (Швеция)
наименование: XC800
входное напряжение: 220 В
напряжение заряжаемых аккумуляторов: 6 В
типы заряжаемых аккумуляторов: наливные, AGM, GEL
максимальная потребляемая мощность: 10 Вт
максимальный зарядный ток: 0.8 А
количество стадий заряда: 4
степень защиты: IP65
стоимость: 2660 руб.

назначение: зарядка аккумуляторов 6 В, используемых в переносных фонарях Brilux и бесперебойных источниках питания для компьютерной техники

особенности: при переключениях стадий заряда происходит достаточно громкий щелчок; при достижении 100% заряда часто возвращается в предыдущую стадию; полностью пассивное охлаждение

Блоки питания, DC/DC-преобразователи и ограничители нагрузки

ограничитель нагрузки ограничитель нагрузки

обозначение на схеме: VR1, VR2
производитель: Kemo (Германия)
название: Battery guard M148A 
рабочее напряжение: 12 В
максимальная сила тока: 20 А
степень защиты: IP67
стоимость: 1200 руб.

назначение: защита аккумуляторов от переразряда - отключение потребителей при достижении напряжения на аккумуляторах определённого уровня

особенности: надёжная конструкция; немецкое качество; плавная регулировка порога отключения аккумулятора с 10.4 В до 13.3 В

DC/DC-преобразователь

DC/DC-преобразователь


обозначение на схеме: БП3
производитель: Kemo (Германия)
название: DC/DC converter M015N 
входное напряжение: 6-28 В
выходное напряжение: 3-15 В 
максимальная сила тока: 1.5 А
степень защиты: IP67
стоимость: 800 руб.

назначение: питание нагрузки с напряжением, отличающимся от 12 В, в частности – питание потребителей на 6 В

особенности: плавная установка выходного напряжения; входное напряжение должно быть на 3 В больше выходного

универсальный блок питания

блок питания


обозначение на схеме: БП2
производитель: Soune (Китай)
название: JY-102
входное напряжение: 12 В, 220 В
выходное напряжение: 12 В, 15 В, 16 В, 18 В, 19 В, 20 В, 22 В, 24 В 
максимальная сила тока: 4.5 А
мощность: 100 Вт
стоимость: 1400 руб.

назначение: питание нагрузки, работающей от 12 В постоянного тока, критичной к уровню напряжения

особенности: ручная установка выходного напряжения с цифровой индикацией; выход USB с максимальной силой тока 1 А; возможность работы как от сети переменного тока 220 В, так и от сети постоянного тока 12 В; имеет стандартный штырьковый разъём мама 5.5Х2.1 мм как на входе от 12 В линии так и на выходе; позволяет установить на выходе 12 В; большое количество переходников для ноутбуков – в том числе достаточно редкий круглый разъём Lenovo ThinkPad

блок питания от 12 В

блок питания


обозначение на схеме: БП1
производитель: KS-is (Китай)
название: Carer KS-041
входное напряжение: 12 В
выходное напряжение: 15 В, 16 В, 18 В, 19 В, 20 В, 22 В, 24 В
максимальная сила тока: 4.5 А
стоимость: 800 руб.

назначение: питание ноутбука-сервера

особенности: ручная установка выходного напряжения, маленький размер

IP-камеры системы видеонаблюдения

IP-камера IPS IP-камера

обозначение на схеме: Cam Boloto, Cam Vorota
производитель: IPS (Китай)
наименование: 712V
напряжение: 12 В
потребляемый ток: 0.3 А (день), 0.5 А (ночь) 
разрешение: 1600 х 1200 px
дальность ночного видения: 25 м
стоимость: 6500 руб.

назначение: наблюдение за внутренней территорией

особенности: интерфейс для входа в панель администрирования камеры не позволяет вводить пароль длиннее 6 символов, при этом поле для смены пароля внутри административной панели позволяет ввести большее количество символов – в результате, если при смене пароля ввести пароль больше 6 символов, то будет не возможно зайти в панель управления камерой для смены пароля и других параметров; плохое качество картинки в ночном режиме – необходимо использовать дополнительную подсветку с помощью инфракрасного прожектора; не стабильная работа при смене настроек камеры – часто при смене настроек они не запоминаются или не появляются настройки доступные ранее

IP-камера Anran

IP-камера


обозначение на схеме: Cam Vhod, Cam Dvor
производитель: Anran (Китай)
наименование: VGB721-IP2
напряжение: 12 В
потребляемый ток: 0.3 А (день), 0.5 А (ночь) 
разрешение: 1920 х 1080 px
дальность ночного видения: 50 м
стоимость: 4300 руб.

назначение: наблюдение за внешним периметром

особенности: превосходное качество изображения; хорошая подсветка и отличное качество изображения в ночное время; отсутствует интерфейс для управления камерой через браузер – только через специализированное программное обеспечение, поставляемое с камерой; очень широкий угол обзора в разрешении 720р – больше чем заявленный в технических характеристиках, в разрешении 1080р угол обзора соответствует заявленным 78 градусам

Примечания

  • курс американского доллара на момент покупок составлял от 30 до 35 рублей за доллар

Некоторые наблюдения по работе системы видеонаблюдения

  • потребление днём 4-х IP-камер, ноутбука Compaq Evo N410c, роутера Zyxel Keenetic 4G II с модемом Yota колеблется около 2.4 А, ночью прибавляются 2 инфракрасных прожектора и подсветка встроенная в камеры – потребление составляет около 3.9 А
  • в среднем каждая из IP-камер передаёт по 1 изображению каждую минуту и по 1 изображению каждую секунду в течении 10 секунд при срабатывании детектора движения, что в итоге составляет около 30 ГБ данных в месяц
  • в качестве программы для управления видеонаблюдением используется Blue Iris самой актуальной версии на текущий момент времени
  • для полноценной работы с 4-мя видеокамерами Full HD необходим мощный компьютер с частотой процессора не менее 4 ГГц и 8 ГБ оперативной памяти

Причины выбора некоторых технических решений

  • рабочее напряжение 12 В было выбрано потому что для него доступно самое большое количество разнообразных приборов и оно позволяет избежать дополнительных потерь на преобразование напряжений в другое рабочее напряжение
  • большое разнообразие солнечных панелей обусловлено желанием проверить разницу в работе панелей, выполненных по разным технологиям и от разных производителей – в результате никакой особой разницы замечено не было
  • большое количество измерительных приборов (10 шт.) в системе обусловлено желанием подробно изучить на практике работу каждого участка системы – работу солнечных панелей, направленных на разные стороны света и под разными углами к горизонту, токи и напряжения на каждом аккумуляторе при заряде, потребление нагрузки на разных линиях
  • несколько контроллеров применено для разделения солнечных панелей на утренние и вечерние
  • отдельный солнечный контроллер для управления уличным освещением необходим для автоматического включения света с наступлением темноты и как защита от забывчивости при отключении света на улице, а также для того, чтобы отключать уличное освещение в первую очередь при низком заряде аккумулятора, тем самым сохраняя заряд на более важные нужды
  • линии нагрузки разделены на 2 для более удобного обслуживания системы и для возможности использовать электрические приборы в пике потребляющие больше, чем способен выдать солнечный контроллер
  • выбор устройств с узкой специализацией был сделан в угоду надёжности и ремонтопригодности всей системы, т.е. вместо солнечного контроллера, инвертора, зарядных устройств, ограничителя разряда аккумулятора, индикаторов тока и напряжения можно было использовать инвертор с функциями солнечного контроллера и зарядного устройства

Выводы из сделанных ошибок

  • линии 12 В, 220 В и Ethernet нужно прокладывать в разных кабель-каналах, разделённых друг от друга приличным расстоянием
  • отверстия в стене для вывода кабеля на улицу необходимо предусматривать заведомо большего размера, чем видится сначала, но не менее 35 мм в диаметре
  • распределительный щиток нужно выбирать самого большого размера – будет намного удобнее делать монтаж
  • элементы грозозащиты нужно выносить в отдельный металлический щиток желательно герметичный с расположением на улице
  • к расчёту сечения кабеля в зависимости от силы тока необходимо подходить с большим запасом, особенно если использовать кабель, произведённый в России или Беларуси – зачастую они не соответствуют заявленным характеристикам
  • кабель для систем с постоянным током требуется в 2-3 раза большего сечения нежели для переменного тока
  • проектирование расположения элементов и монтажа внутри распределительного щитка необходимо обязательно проектировать изначально, чтобы не получилось как на заглавной фотографии к статье
  • солнечные панели необходимо покупать одинаковой модели и сразу избыточное количество, желательно самой большой мощности – не факт, что в последующем получится докупить точно такие же и, что новые панели будут нормально работать при параллельном подключении со старыми
  • панели следует устанавливать вертикально, т.к. даже при незначительном угле в 15 градусов снег на поверхности всё равно задерживается
  • инвертор на 2 кВт избыточен в данной системе – чтобы длительно подключать нагрузку в 2 кВт необходимо более 16 аккумуляторов ёмкостью 200 Ач, т.к. при меньшем количестве аккумуляторов происходит резкое падение напряжения до 11 В на аккумулятор при работе мощной нагрузки в линии 220 В и инвертор отключается по низкому напряжению, после чего напряжение на аккумуляторах так же быстро восстанавливается до прежнего уровня – возможно это особенность аккумуляторов с желеобразным (GEL) электролитом, который не успевает перемешиваться при резком возникновении большой нагрузки
  • бытовые погодные станции не подходят для построения погодной карты в реальном времени, т.к. не умеют передавать в реальном времени данные на компьютер или в интернет, а только сбрасывать накопленную статистику в ручном режиме, к этой особенности добавляется не очень стабильная работа беспроводного интерфейса, который может не передавать данные в течении нескольких часов, а потом работать совершенно нормально
  • первоначально планировалось сделать передачу видео в системе видеонаблюдения по WiFi, но в реальности получилось, что для 4-х камер Full HD пропускной способности WiFi недостаточно, её недостаточно даже для 2-х камер, к тому же по WiFi к локальной сети подключен ещё рабочий ноутбук и 2 планшетных компьютера (один из которых работает постоянно в качестве дополнительного монитора в системе видеонаблюдения)
  • надежды на получение энергии в зимний период (а точнее: октябрь, ноябрь, декабрь) не оправдались – выработка электричества от солнца в этот период невозможна из-за полного отсутствия солнца (по факту, выработка упала в 30 раз) поэтому в состав системы был введён генератор
  • первоначально использовался только один генератор, но практика показала, что генераторов необходимо 2 – один выступает как резервный на случай неполадок и ремонта основного генератора, причём второй генератор должен быть выполнен по инверторной технологии и в звукоизолирующем кожухе, что даст экономию топлива при использовании на последней стадии заряда аккумуляторов и существенно снизит уровень шума

Выводы

  • все поставленные перед системой задачи выполнены
  • стоимость полученного электричества в 8 раз дороже, чем по сетям 220 В
  • надёжность системы оправдала все надежды – за всё время эксплуатации (2 года) электричество было всегда 

3 комментария:

  1. крутяк..............

    ОтветитьУдалить
  2. Пока что дорого обходится энергонезависимость.
    Планов по уплотнению системы ветрогенераторами не было? Возможно это помогло бы в осенне-зимний период?

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Именно для проверки целесообразности установки ветрогенератора была установлена метеостанция, с помощью которой была собрана статистика по ветру - к сожалению в данной местности нет достаточной силы и длительности ветра, необходимой для работы ветрогенератора - возможно, что на высотах в 15-20 метров ветер и присутствует, но строительство и обслуживание вышки такой высоты совершенно не оправдывает затрат.

      Удалить