Домашние солнечные станции в пасмурную погоду продолжают вырабатывать электричество, но доступная мощность может заметно снижаться из-за уменьшения солнечного излучения, сообщает редакция Kaketosdelano. Особенно это чувствуется в автономных и гибридных системах, где недостаток генерации приходится компенсировать аккумулятором. В такой ситуации одновременный запуск бойлера, электрочайника, духовки, стиральной машины, насоса или другого мощного оборудования способен резко увеличить нагрузку на инвертор и ускорить разряд батареи. Министерство энергетики США прямо отмечает, что облака мешают солнечным панелям производить электричество, а объем генерации меняется также в зависимости от времени суток.
При этом не нужно переносить это правило на любую солнечную электростанцию без уточнения ее схемы. Если установлена обычная сетевая СЭС и дом остается подключенным к исправной внешней электросети, недостающая мощность обычно поступает из сети. Другое дело — гибридный или автономный режим, особенно во время отключения внешнего питания: тогда предел задают текущая генерация панелей, мощность инвертора, заряд и допустимый ток аккумулятора. Поэтому в пасмурный день главная задача владельца — не просто «экономить электричество», а правильно распределять мощные нагрузки во времени.
Почему облака уменьшают выработку солнечной станции
Фотоэлектрические панели работают не только под прямыми солнечными лучами. Они используют и рассеянное излучение, поэтому даже при сплошной облачности генерация обычно не падает автоматически до нуля. Однако количество доступной солнечной энергии становится ниже, а вместе с ним уменьшается мощность, которую панели могут передать инвертору.
Национальная лаборатория возобновляемой энергетики США NREL в своем калькуляторе PVWatts рассчитывает производство фотоэлектрических систем на основе прямого и рассеянного солнечного излучения, температуры, ветра, ориентации панелей, потерь системы и других параметров. Именно поэтому одинаковая станция способна выдавать совершенно разную мощность в ясный и пасмурный день.
“Clouds hamper solar panels.” — U.S. Department of Energy, материал о работе солнечной энергетики в облачные дни.
При этом универсальной формулы вроде «при облаках станция всегда дает 20% номинала» нет. Результат зависит от плотности облаков, времени суток, сезона, расположения станции, угла панелей, затенения и конкретной погоды.
Поэтому ориентироваться лучше не на паспортную мощность массива, а на фактические показатели инвертора или системы мониторинга в конкретный момент.
Например, наличие на крыше массива панелей на 8 кВт вовсе не означает, что в пасмурный полдень дом располагает всеми 8 кВт.
Когда одновременное включение приборов действительно становится проблемой
Самая важная граница проходит между сетевой и автономной работой. Если солнечная станция соединена с внешней сетью и импорт электроэнергии разрешен, разница между бытовой нагрузкой и текущей солнечной генерацией может покрываться сетью. В этом режиме облачность скорее увеличит потребление электроэнергии извне, чем автоматически приведет к отключению бытовой техники.
Ситуация меняется, когда внешней сети нет или владелец сознательно работает от панелей и аккумулятора.
Тогда нужно учитывать сразу три ограничения:
- текущую мощность солнечных панелей;
- непрерывную мощность инвертора;
- доступную энергию и мощность аккумуляторной батареи.
У разных инверторов непрерывная и кратковременная пиковая мощность отличаются. Например, в официальной документации Victron Inverter Smart модель класса 3000 VA указана с непрерывной мощностью 2400 Вт при 25 °C и пиковой мощностью 6000 VA. У других моделей цифры будут другими, поэтому использовать этот пример как универсальный предел нельзя.
“Start-up behaviour must still be considered when sizing the system to avoid overloads.” — Victron Energy о выборе инвертора и пусковых нагрузках.
Практический вывод простой: складывать только номинальные ватты приборов недостаточно.
Какие приборы лучше не включать одновременно
В первую очередь стоит разделять устройства с мощными нагревательными элементами. Электрочайник, бойлер, духовка, электроплита и обычный электрический обогреватель практически сразу требуют значительную мощность и могут работать так несколько минут или десятки минут.
Вторая группа — оборудование с компрессорами и электродвигателями. Холодильник, насос, кондиционер и часть электроинструмента могут кратковременно создавать повышенную пусковую нагрузку.
Третья группа — техника, которая во время цикла периодически включает нагреватель. К ней относятся стиральная и посудомоечная машины.
Для ориентира старые справочные данные Министерства энергетики США приводят около 1500 Вт для электрочайника, примерно 1000 Вт для микроволновой печи, 1300 Вт для посудомоечной машины и 1150 Вт для стиральной машины. Это не значения для каждой современной модели, а только пример порядка нагрузок — реальные цифры всегда нужно смотреть на шильдике или в инструкции конкретного устройства.
| Прибор | Ориентир по мощности | С чем особенно нежелательно запускать одновременно |
|---|---|---|
| Электрочайник | около 1,5–2,5 кВт у бытовых моделей | бойлер, духовка, обогреватель |
| Бойлер | часто 1,2–2,5 кВт | чайник, плита, стиральная машина |
| Электродуховка | зависит от модели, обычно мощная нагрузка | бойлер, чайник, сушильная машина |
| Электроплита | несколько конфорок могут дать несколько кВт | практически любая другая мощная техника |
| Стиральная машина | пик увеличивается при нагреве воды | бойлер, чайник, духовка |
| Посудомоечная машина | значительная нагрузка при нагреве | бойлер, духовка |
| Электрообогреватель | часто 1–2,5 кВт | бойлер, чайник, плита |
| Кондиционер | зависит от режима и модели | насос, бойлер, духовка |
| Скважинный насос | от сотен ватт до нескольких кВт | компрессорные и нагревательные нагрузки |
| Холодильник | небольшая средняя мощность, но есть пуск компрессора | лучше не совмещать его старт с предельной нагрузкой инвертора |
Таблица предназначена для распределения нагрузки, а не для расчета конкретной станции. Паспортные данные своей техники имеют приоритет.
На сайте ранее подробно разбиралось, почему холодильник может отключаться от зарядной станции именно при запуске компрессора. Там же показано, почему номинальной мощности недостаточно для оценки пускового режима.
Самая неудачная комбинация — несколько нагревателей одновременно
Представим гибридную систему, которая в облачный момент получает от панелей 1,2 кВт. Если одновременно включить чайник на 2 кВт и бойлер на 2 кВт, дом уже требует около 4 кВт только от этих двух устройств.
Недостающие примерно 2,8 кВт придется получить от аккумулятора либо внешней сети — в зависимости от схемы станции.
Если к этому одновременно добавится духовка, насос или стиральная машина в фазе нагрева воды, нагрузка вырастет еще сильнее.
Именно поэтому владельцам автономных систем разумнее соблюдать простой порядок:
- нагреть воду в чайнике;
- выключить чайник;
- затем включить бойлер;
- стирку перенести на время большей солнечной генерации;
- духовку не запускать одновременно с бойлером и электрообогревателем;
- зарядку электромобиля или крупных аккумуляторов выполнять только при достаточном резерве мощности.
Такой подход не требует отключать весь дом. Роутер, LED-освещение, ноутбук, телевизор и зарядки телефонов обычно создают значительно меньшую суммарную нагрузку, чем один электрический нагревательный прибор.
Почему бойлер особенно быстро съедает запас аккумулятора
Бойлер опасен для ограниченной автономной системы не коротким пиком, а продолжительностью работы. Нагревательный элемент может потреблять порядка 1,5–2,5 кВт достаточно долго, пока вода не достигнет заданной температуры.
Допустим, нагреватель мощностью 2 кВт работает один час.
В идеализированном расчете он использует:
2 кВт × 1 час = 2 кВт·ч энергии.
Если полезный запас аккумулятора составляет всего несколько киловатт-часов, один цикл нагрева способен забрать значительную долю заряда еще до вечера.
К этому прибавляются потери преобразования и параллельное потребление других приборов.
Поэтому при слабой солнечной генерации бойлер разумно нагревать в момент наибольшей доступной мощности панелей или при наличии внешней сети.
На сайте уже разбирался расчет солнечной электростанции для частного дома с учетом панелей, инвертора и аккумуляторов. Такой расчет особенно важен, если в доме одновременно используются электрическое отопление, водонагреватель и кухонная техника.
Чайник работает недолго, но резко увеличивает текущую нагрузку
Чайник кажется менее опасным для аккумулятора, потому что кипячение занимает несколько минут. По энергии это действительно сравнительно короткая операция.
Но для инвертора имеет значение не только количество киловатт-часов, но и мощность в конкретную секунду.
Если чайник потребляет 2,2 кВт, а в этот момент уже работают:
- бойлер — 2 кВт;
- стиральная машина — около 1–2 кВт во время нагрева;
- холодильник;
- насос;
- освещение и электроника,
суммарная мощность может приблизиться к пределу небольшого домашнего инвертора или превысить его.
Именно поэтому правильнее сначала выключить или дождаться завершения одного мощного процесса, а затем кипятить воду.
Подобный принцип используется и при ограниченной мощности генератора. В материале почему генератор работает, а электричество в дом не поступает отдельно рассмотрена ситуация, когда одновременный запуск нескольких мощных потребителей приводит к перегрузке защитной автоматики.
Стиральную и посудомоечную машину лучше переносить на наиболее солнечные часы
Стиральная машина не потребляет максимальную мощность постоянно. Один из наиболее энергоемких этапов — нагрев воды. Поэтому наблюдение за текущей мощностью станции намного полезнее простого правила «стирать днем».
В ясный день максимум генерации часто приходится на дневной период, но конкретный час зависит от ориентации панелей, облаков и времени года.
В пасмурную погоду окно высокой генерации может быть коротким.
Если система мониторинга показывает рост производства, именно на этот период можно перенести:
- стирку;
- посудомоечную машину;
- заряд аккумуляторной станции;
- нагрев бойлера;
- другие управляемые нагрузки.
Ранее в материале о том, какие мощные приборы целесообразно переносить на дневное время, в числе таких потребителей также назывались стиральная и посудомоечная машины, бойлер и зарядка крупных аккумуляторов.
Почему холодильник обычно оставляют включенным
Холодильник относится к приоритетной бытовой нагрузке. Отключать его каждый раз при появлении облаков нецелесообразно.
Его компрессор работает циклически, а не постоянно.
Но запуск двигателя может кратковременно потребовать больше мощности, чем нормальный установившийся режим. Поэтому проблема возникает не из-за холодильника как такового, а когда компрессор стартует в момент, когда инвертор уже работает почти на пределе.
Victron отдельно указывает, что для оборудования с электромоторами важна высокая стартовая мощность инвертора.
Приоритетный список в автономном режиме обычно выглядит так:
- холодильник;
- автоматика отопления;
- циркуляционный насос;
- роутер и связь;
- минимальное освещение;
- критически необходимое медицинское или рабочее оборудование.
Бойлер, духовку, электрообогреватель и другие управляемые мощные нагрузки можно включать уже после оценки остаточного резерва.
Электрообогреватель в пасмурный день требует особой осторожности
Осенью ситуация становится сложнее: солнечного ресурса становится меньше, а потребность в отоплении растет.
Обычный электрический конвектор или масляный радиатор мощностью 2 кВт способен потребить около 2 кВт·ч за час непрерывной работы на полной мощности.
Два таких прибора — уже около 4 кВт текущей нагрузки.
Если одновременно запустить бойлер и чайник, небольшая автономная система может получить нагрузку, значительно превышающую текущую солнечную генерацию.
В таком сценарии аккумулятор превращается в основной источник энергии и начинает быстро разряжаться.
Отдельно нужно контролировать и домашнюю электропроводку. В материале о нагрузке на розетки 10 и 16 А приводится базовый принцип: суммарная мощность подключенных устройств не должна превышать допустимую нагрузку линии и розетки.
Как быстро понять, что нагрузка уже слишком высокая
Лучший ориентир — не ощущения, а показания оборудования.
В приложении или на дисплее гибридного инвертора нужно смотреть минимум на:
- мощность солнечной генерации;
- мощность нагрузки дома;
- мощность зарядки или разрядки аккумулятора;
- состояние заряда батареи, SOC;
- импорт или экспорт из внешней сети;
- сообщения о перегрузке;
- напряжение батареи, если оно отображается.
Например, панели в данный момент дают 1,5 кВт, а дом потребляет 3,8 кВт.
Разница составляет около 2,3 кВт.
Эту мощность придется взять из аккумулятора или сети.
Если затем включить чайник еще на 2 кВт, общая нагрузка приблизится к 5,8 кВт. Для инвертора с непрерывной выходной мощностью 5 кВт это уже потенциально проблемный сценарий, особенно если одновременно стартует двигатель или компрессор.
Рабочая схема на пасмурный день
Когда прогноз обещает сплошную облачность, не требуется полностью менять бытовую жизнь.
Достаточно распределить мощные процессы.
| Время | Что разумнее делать |
|---|---|
| Утро | оставить базовые нагрузки, оценить заряд АКБ |
| При росте генерации | включить одну управляемую мощную нагрузку |
| Пик доступной генерации | стирка, бойлер или посудомойка — по очереди |
| При резком падении генерации | остановить второстепенные нагреватели |
| Вечер | сохранить заряд для света, холодильника, связи и отопительной автоматики |
| Ночь | избегать необязательных мощных нагрузок при ограниченном запасе АКБ |
Если система имеет автоматическое управление нагрузками, часть этих процессов можно настроить без ручного вмешательства.
Нельзя ориентироваться только на мощность панелей
Надпись «СЭС 10 кВт» описывает установленную мощность массива при стандартных условиях, а не гарантированную мощность в каждую минуту.
Реальный предел дома может быть ниже из-за:
- облачности;
- низкого положения солнца;
- затенения;
- загрязнения панелей;
- ограничений инвертора;
- состояния аккумулятора;
- температуры оборудования;
- настроек резервного режима;
- ограничений BMS батареи.
Кроме того, непрерывная мощность самого инвертора может отличаться от цифры в названии устройства.
На примере официальной спецификации Victron видно, что модель 3000 VA имеет 2400 Вт непрерывной мощности при 25 °C, а при более высокой температуре допустимая непрерывная мощность уменьшается.
Поэтому проверять нужно документацию именно своей системы.
Что делать, если инвертор уже ушел в перегрузку
Первый шаг — отключить второстепенные мощные потребители.
Не следует сразу многократно перезапускать всё оборудование одновременно.
Лучше вернуть нагрузки последовательно:
- освещение;
- роутер;
- холодильник;
- автоматику отопления;
- насосы;
- затем — только при наличии резерва — бойлер или кухонную технику.
Если ошибка перегрузки сохраняется даже при небольшой нагрузке, нужно проверить инструкцию инвертора и обратиться к квалифицированному электрику или монтажнику системы.
Проблема может быть уже не в погоде, а в соединениях, аккумуляторе, настройках, защите или самом инверторе.
Вопросы и ответы
Насколько падает мощность солнечных панелей при облаках?
Единого процента нет. Потери зависят от плотности облаков, прямого и рассеянного излучения, времени суток, сезона, угла панелей и конкретной станции. Поэтому ориентироваться следует на фактические данные инвертора, а не на универсальный коэффициент.
Можно ли пользоваться чайником, когда пасмурно?
Да. Проблемой является не сам чайник, а сумма текущих нагрузок. Если одновременно работают бойлер, плита и другие мощные устройства, дополнительная нагрузка в несколько киловатт может превысить возможности автономного инвертора.
Нужно ли выключать холодильник?
Обычно нет. Холодильник относится к приоритетным потребителям. Однако нужно учитывать кратковременную пусковую нагрузку компрессора и не держать инвертор постоянно на пределе.
Что лучше отключить первым при недостатке мощности?
В первую очередь — электрообогреватели, бойлер, электрическую духовку, мощные конфорки, сушильную машину и другие управляемые нагревательные нагрузки. Базовые системы дома лучше оставить в приоритете.
Почему аккумулятор быстро разряжается, хотя приборов включено немного?
Количество приборов ничего не говорит об их мощности. Один бойлер на 2 кВт может потреблять больше, чем роутер, ноутбук, телевизор и несколько LED-ламп вместе. Следить нужно за ваттами и киловатт-часами.
Что важнее — мощность панелей или инвертора?
Оба параметра. Панели определяют доступную солнечную генерацию, инвертор — предел преобразования и питания нагрузки, а аккумулятор — сколько энергии и мощности система может дополнительно отдать. Для автономного режима нужно учитывать все три компонента одновременно.
Об этом и другой полезной информации, читайте на нашем сайте, а так же рекомендуем к прочтению: Определение болезней капусты по листьям: жёлтые клинья, пятна и налёт — что с кочаном и как его спасти