Солнечные батареи на крыше автодома - Автономная энергетика
Во время длительных путешествий и стоянок лагерем вопрос с электрической энергией стоит достаточно остро. Кто-то ездит вообще без холодильника и пользуется только освещением салона. У нас же основным потребителем энергии является мой ноутбук, так как в поездках я занимаюсь обработкой и монтажом видео, а Макбук Про при высокой нагрузке кушает как не в себя. Именно поэтому в дополнение к штатному стартёрному аккумулятору я установил ещё три AGM-батареи в салоне общей ёмкостью 285А*ч.
За вечер и ночь во время стоянки мы обычно расходуем 30-40% ёмкости батарей, для них это как раз наиболее щадящий режим работы. Но такими темпами "в ноль" они разрядятся за полтора дня, так что их приходится подзаряжать. Заводить дизельный двигатель на полтора-два часа лишний раз совершенно не хочется, да и длительная работа на холостых оборотах не идёт на пользу любому мотору.
Так что на помощь приходят солнечные батареи. Пожалуй, одна из самых необходимых вещей для автономных путешествий на кемпере.
1. Общая длина фургона - 7 метров, а плоскость крыши имеет размеры 430х150 сантиметров. Было бы странно не использовать такое огромное пространство, так что с завода мы оснастили машину полозьями для установки рейлингов, которые будут использоваться для крепления маркизы (бокового навеса) и солнечных панелей. Кстати, обратите внимание на круглую пластиковую пробку позади камеры заднего вида - к счастью, инженеры Мерседес-Бенц предусмотрели, что кому-то может быть жалко сверлить крышу для того, чтобы протянуть электропроводку.
Как я выбирал солнечные панели?
Основным критерием был размер (а там всего лишь несколько возможных вариантов), они должны были занять максимально возможное пространство на крыше, и при этом сбоку должно было остаться место для размещения маркизы.
Пришёл к выводу, что для меня будет идеальным установка двух батарей размерами 200х100см друг за другом. А дальше по соотношению "цена/мощность" остановился на отечественном производителе Sunways. Из "плюсов" - всё есть в наличии в Москве, покупал весь комплект в одном месте (сделали скидку) и гарантия производителя на отсутствие заводского брака.
2. А вот и сами "батарейки". Вживую оказались больше и тяжелее, чем я представлял. К моменту покупки уже был готов каркас кровати и установлены задние сиденья, так что в салон они поместились только по диагонали.
3. Далее идёт "мозг" всей системы - контроллер заряда EPSolar Tracer, выполненный по технологии MPPT.
Солнечные панели (они бывают на 12 и 24 вольта) нельзя подсоединять напрямую к клеммам аккумуляторов. Причина довольно простая: панель "не знает" уровень его заряда, и в солнечную погоду будет пытаться закачивать энергию в уже полностью заряженный аккумулятор, что ведёт к его стремительному старению. Так что обязательно использование контроллера.
Контроллеры бывают двух типов. Первый - PWM, или ШИМ-контроллер (в нём используется технология широтно-импульсной модуляции). Они проще и дешевле в производстве. Вкратце - 12-вольтовая панель в солнечную погоду выдаёт рабочее напряжение 14-15 вольт, контроллер частично использует его для заряда АКБ, а частично рассеивает "лишнюю" энергию в тепло. Когда-то на Дефендере использовал ШИМ-контроллер Steca, он ощутимо нагревался, когда батарея была почти заряжена.
Помимо вышеперечисленного, у данной технологии есть существенный недостаток. В пасмурную погоду панель может не выдавать рабочее напряжение в 14-15 вольт, что ведёт к прекращению зарядки аккумуляторов, так как "простые" ШИМ-контроллеры не умеют повышать напряжение, полученное от панелей (только понижать, частично рассеивая в тепло).
4. MPPT-контроллер сложнее, дороже, но эффективнее (у него более высокий КПД). Но самое главное: он позволяет соединять панели последовательно, поднимая таким образом их рабочее напряжение с 12 до 24/36/48 вольт, что приводит к более эффективной зарядке аккумуляторов в пасмурную погоду, так как подаваемое на его вход напряжение от панелей днём всегда будет выше 12 вольт. И, если не ошибаюсь, повышать низкое напряжение при достаточной силе тока он тоже умеет.
Как выбрать нужную по производительности модель контроллера?
У меня установлено две панели номинальной мощностью по 400 ватт каждая, итого 800 ватт в сумме. Напряжение заряда для 12-вольтовых аккумуляторов - 14,8 вольт. Делим 800 ватт на 14,8 вольт, получаем максимальную силу тока в 54 ампер (ток, который должен "переварить" контроллер, когда в солнечный день панели работают на полную мощность). Так что в данном случае нужна модель контроллера на 60 ампер (с небольшим запасом, хотя в реальности таких цифр я, скорее всего, никогда не увижу, чуть позже расскажу, почему).
Итак, модель EPSolar Tracer 6420AN. Способен заряжать батареи током до 60 ампер, автоматически определяет напряжение бортовой сети машины (12/24в), имеет "тропическое" исполнение (плата залита лаком и не боится влажности). Максимальная мощность подключаемых солнечных батарей видна на этикетке.
5. У контроллера есть небольшой экранчик для отображения и настройки параметров. Слева внизу расположен плавкий предохранитель. Клеммы рассчитаны на провода сечением до 35кв.мм, как раз такие я проложил от аккумулятора под пассажирским сиденьем в заднюю часть салона. Справа внизу расположен датчик температуры воздуха, над ним - два порта RJ45 для подключения дополнительных аксессуаров, и ещё несколько выводов, один из которых управляется при помощи реле по заданным условиям. Например, на улице стемнело, панели перестали давать напряжение, можно автоматически включить свет в салоне. Или наоборот, взошло солнце - можно включить электроподогрев воды в баке.
6. Так как этот блок будет установлен без возможности доступа к нему, то дополнительно приобрёл к нему внешний экран (на фото внизу справа, чёрного цвета), который отображает больше статистики и позволяет настраивать все параметры.
Настройка довольно простая: выбираем тип установленных в машине аккумуляторов (для "обычных" кислотных - Flooded, для AGM - Sealed, для гелевых - Gel) и вводим общую ёмкость (у меня три батареи по 95А*ч, в сумме 285А*ч), чтобы контроллер правильно их заряжал. На этом всё.
7. Убедившись, что всё работает как надо, прикручиваю его на стенку технического отсека рядом с баком для воды. Поместился туда буквально по сантиметрам, оставив небольшие зазоры сверху и снизу для вентиляции.
8. И от него уже вывел два силовых провода в технический отсек. К данным колодкам подключены все потребители в задней части салона, подробнее про это рассказывал в записях про электрику автодома.
9. Теперь настала очередь солнечных панелей, которые почти четыре месяца ожидали своего часа в гараже.
Рассмотрим их варианты.
10. Поликристаллические и монокристаллические. У поликристаллических ниже КПД (обычно около 15%) и ниже генерируемая мощность с одного квадратного метра площади. И, разумеется, они дешевле. Отличить визуально очень просто - ячейки поликристаллических сделаны из множества кристаллов, на фото хорошо видны вкрапления разного цвета. У монокристаллических ячейки однотонные, цвет как правило тёмно-синий, ближе к чёрному, а КПД равен 19-20%.
С технологией разобрались, теперь давайте поговорим про мощность. Моя модель панелей - FSM 400М ТР. Буква "M" означает "монокристаллическая", а 400 - это номинальная мощность в ваттах. Почему это слово так важно? Просто все производители указывают мощность панелей в "идеальных условиях".
Идеальные условия простые: на панель должна попадать солнечная энергия в количестве 1000 ватт на квадратный метр и температура панели и окружающего воздуха должна быть не более 25 градусов.
Что это значит на практике?
Допустим, у вас есть солнечная панель размерами 100х100 сантиметров. Её площадь составляет 1 квадратный метр. Ясная погода, летнее солнце в зените, а на поверхность панели попадает 1000 ватт (один киловатт) солнечной энергии.
1000 ватт х 20% (КПД солнечной панели) = 200 ватт энергии максимально может выдавать солнечная панель в идеальных условиях. В моём случае с 4 квадратных метров панелей на крыше я могу получить максимально 800 ватт. На практике это значение будет ниже.
Дело в том, что солнечные панели подвержены деградации. Как правило, за первые три года они теряют по 3% номинальной мощности в год. А к концу срока их службы (обычно производитель заявляет 20 или 25 лет) мощность должна быть не менее 80% от изначальной. То есть:
1-й год службы - 100% мощности
3-й год службы - 90% мощности
25-й год службы - >80% мощности
Но это ещё не всё. Солнце, понятное дело, отнюдь не всегда светит под прямым углом к поверхности. Ну и не забываем про "идеальную" температуру не более 25 градусов. Ячейки солнечных панелей тёмного цвета, так что при работе они будут нагреваться. А при нагреве также падает их КПД. Поэтому панели нельзя монтировать прямо на плоскость крыши, обязательно оставлять зазор в несколько сантиметров для вентиляции и их охлаждения.
11. И последний момент. Почему не гибкие солнечные батареи, ведь они легче и проще монтаж?
Ответ достаточно простой: они очень хрупкие. По сути это кварцевые ячейки, наклеенные на пластиковую основу и покрытые сверху ламинированной плёнкой. Ячейку можно повредить сильным нажатием пальца по неосторожности (проверял, если что). То есть на крыше машины они проживут до первого летнего града.
Эти одиночные ячейки подключены последовательно и таким образом объединены в цепочки. Выходит из строя одна ячейка - и все остальные в её цепочке тоже перестают работать. А солнечная панель при этом теряет до 50% своей мощности, в зависимости от количества цепочек.
Вес одной моей панели - 23 килограмма. Из него львиную долю составляет вес закалённого стекла толщиной 5мм. Это стекло выдерживает падение стального шарика весом 800 грамм с метровой высоты (точно не помню, но показатели примерно такие). Стекло легко чистить и сложно поцарапать, в отличие от ламинированной плёнки, которая, к тому же, со временем желтеет под солнцем, что ухудшает светопропускаемость.
Ну, собственно, с теорией закончили, можно приступать к установке.
12. В предыдущей части я рассказывал про изготовление и монтаж креплений для бокового навеса. Вот как вся конструкция выглядела на крыше. Теперь на эти алюминиевые балки нужно положить и закрепить солнечные батареи. В одиночку поднимать не решился, пришлось звать друзей на помощь.
13. "Хорошая мысля приходит опосля". Благо что в тот вечер только лишь подняли батареи, а крепить их не стал. Их оставшегося куска алюминиевого профиля делаю вот такую деталь.
14. И присверливаю её толстыми кровельными саморезами к третьей по счёту поперечине на крыше. Солнечная панель внутри "пустая", так что задняя часть её рамы ляжет позади прикрученного профиля, и таким образом при резком торможении машины он будет дополнительно удерживать переднюю панель на месте. Ну а задняя панель упирается в переднюю, так что нагрузка от неё тоже будет передаваться на алюминиевый профиль.
15. От панелей до крыши примерно 7-8 сантиметров. Этого зазора вполне достаточно для вентиляции. К тому же, панель отбрасывает свою тень, а это значит, что крыша фургона тоже будет меньше нагреваться (на некоторых версиях Дефендера, если не ошибаюсь, так называемая двойная "африканская крыша" шла с завода. На фото я засверлился и вывел электропроводку через пластиковую пробку, о которой упоминал в начале рассказа.
16. Для соединения панелей с проводкой используются герметичные разъёмы MC4. Обжимаешь провод, вставляешь, закручиваешь крышку - всё просто. Главное, не перепутать "плюс" и "минус".
17. После подключения окончательно прикручиваю панели толстыми кровельными саморезами, по 12 штук на каждую батарею. Для крепления к профилю использовал уголки из 2-миллиметровой стали.
Если бы я всё же решился просверлить крышу в районе душевой кабины, то от разъёмов солнечных панелей до входа в MPPT-контроллер было бы чуть больше двух метров. Но так как лишний раз сверлить крышу вообще не хочется, то проводка сделала немалую петлю (вначале от пола к потолку, потом вдоль потолка к пробке над задними дверями, потом вышла через пробку на крышу и далее по крыше до стыка двух солнечных панелей). Итого общая длина составила около 8 метров.
Первые 5 метров (от контроллера до задних дверей) идёт кабель сечением 16 квадратных миллиметров. Почему так много? Да просто он был у меня в гараже на момент монтажа контроллера. :) А дальше использовал три метра провода для солнечных батарей сечением 6 квадратных миллиметров.
У меня установлены 24-вольтовые солнечные панели. Чтобы компенсировать возможные потери на длинной проводке, а также повысить эффективность их работы в пасмурную погоду, я подключил их последовательно, подняв таким образом рабочее напряжение до 48 вольт.
18. Почему напряжение "рабочее"? Потому что у солнечных панелей есть такое понятие, как "напряжение холостого хода", когда к их выводам не подключена нагрузка. И оно обычно примерно в два раза выше "рабочего". Так что мультиметр показывает 87 вольт. Несмотря на то, что ток постоянный, если взяться пальцами за провода - будет чувствоваться. :)
19. Подходящими клеммами подключаю провода друг к другу. Решение временное, так как впоследствии здесь будет находиться детская кровать, над ней будут вентиляторы вытяжки, а вся проводка уберётся в кабель-канал.
20. Ещё один момент, о котором следует упомянуть. Если присмотреться, видно, что панели установлены с небольшим боковым уклоном. На полтора метра алюминиевого профиля перепад высоты составил 4 сантиметра. Это сделано для того, чтобы во время дождя стекло самостоятельно очищалось от пыли, которая тоже оказывает влияние на эффективность. Вместе с водой она стекает вбок, на крышу автомобиля. После хорошего летнего ливня панели блестят как новенькие!
21. Ночью разрядил бортовые аккумуляторы до 11,9 вольт, дождался солнечной погоды...
22. Волнительный момент первого включения системы. Контроллер "просыпается", некоторое время ищет режим оптимальной работы солнечных батарей, и вот результат. Идёт заряд током в 43 ампер.
23. Мощность, генерируемая солнечными панелями - 545 ватт. От номинальных 800 ватт это отличается почти в полтора раза, но тем не менее - результат отличный.
24. Вот что показывает кулометр (счётчик электроэнергии, установленный над передними сиденьями). Ёмкость бортовых аккумуляторов пополняется на глазах.
25. Такса, как известно, может украсить любую фотографию! В конце рассказа надо бы подвести итоги, тем более, панели уже почти год как в эксплуатации.
Если вкратце - вещь очень крутая.
Для лета их мощность даже избыточна. Когда жили в Крыму, уже к 9-10 часам утра аккумуляторы были заряжены на все 100 процентов. Включаешь днём ноутбук и мультиварку - а они работают не от батарей, а только от энергии солнца, счётчик показывает, что разряд аккумуляторов не происходит.
Когда кемпер стоит возле дома, контроллер батарей тоже всегда держит аккумуляторы полностью заряженными, не надо подключаться к внешней сети 220в.
Я установил выключатель, который позволяет вручную подключить стартёрный аккумулятор к трём кемпинговым. То есть ты можешь долго слушать музыку на полной громкости или оставлять фары включёнными во время съёмки машины, не переживая, что не сможешь потом завести двигатель.
Теперь что касается зимы с её коротким световым днём.
В пасмурную погоду, когда солнца на небе вообще не видно, чистые (это ключевое слово) панели заряжают аккумуляторы током в 7-10 ампер. В данном случае их большая площадь всё-таки решает.
Если погода ясная, то они уже вполне могут выдавать ток 15-20 ампер, в зависимости от высоты солнца. Недавно вернулся из Мурманской области, по которой пару недель катался на кемпере, периодически стоя лагерем на одном месте 2-3 дня. Так вот, мне ни разу не пришлось заводить мотор, чтобы компенсировать ночной разряд аккумуляторов. Либо к обеду, либо к вечеру они уже были полностью заряжены, в зависимости от погоды.
Но как только выпадает снег - всё, халява заканчивается. Ток заряда падает до 0,5-1 ампера, и на этом всё. Приходится либо их чистить, либо ждать, пока снег растает на солнце (панели чёрные, так что тонкий слой снега тает достаточно быстро, а толстый снежный покров замечательно улетает на капот при резком торможении). Но вот чистить вручную их проблематично, так как находятся они на высоте почти три метра. По-хорошему надо бы купить телескопическую лестницу и возить её с собой в зимнее время.
И ещё один постоянный вопрос.
- А почему не бензиновый генератор?
Его надо где-то хранить в машине, вытаскивать на стоянках, подключать, заправлять отдельным топливом (бензином), обслуживать, слушать его тарахтение, убирать в салон на ночь в людных местах... Ну, такое, в общем. Сильно на любителя. Наверное, я для этого слишком ленив.
26. То ли дело панели. Поставил и забыл, дальше контроллер всё делает автоматически, оставляя тебе больше свободного времени на свои дела.
Бюджет данного этапа и ссылки на оборудование (цены на март 2020г):
Солнечный модуль FSM 400М ТР 2шт х 13900р = 27800р
https://s-ways.ru/products/solnechnye-moduli-sunways-serii-fsm/solnechnyy-modul-fsm-400m.html
Контроллер заряда EPSolar Tracer MPPT 6420АN - 27300р
https://s-ways.ru/products/kontrollery-zaryada-epsolar/kontroller-zaryada-epsolar-tracer-mppt-6420an.html
Внешний дисплей для контроллера заряда MT-50 с кабелем 2м - 2200р
https://s-ways.ru/products/komplektuyushchie-k-kontrolleram-zaryada/tsifrovoy-displey-dlya-kontrollera-zaryada-mt-50-s-kabelem-2-m.html
Удлинитель кабеля для дисплея (длины штатного не хватило) - 470р
https://aliexpress.ru/item/32658462894.html
Коннекторы MC4 для подключения кабеля к панелям - 100р за пару
https://s-ways.ru/products/kabel-i-konnektory/mc4-konnektory.html
Кабель для солнечных панелей сечением 6кв.мм. 3 метра х 110р = 330р
https://s-ways.ru/products/kabel-i-konnektory/solnechnyy-kabel-sunways-2kh6mm-krasnyy.html
Провода сечением 16мм.кв. длиной 6 метров - 1200р
Уголок стальной для крепления панелей к профилю на крыше - 300р
Итого: 59 700р.
Общий вес:
Солнечный модуль FSM 400М ТР 2шт х 23кг = 46кг
Контроллер заряда EPSolar Tracer MPPT 6420АN - 5кг
Провода, крепёж - 4кг
Итого: +55кг к весу машины.
Традиционное видео с подробным рассказом про установку.
Click to viewНа текстовый блог, к сожалению, остаётся всё меньше времени и желания. Так что новости и рассказы о путешествиях в первую очередь появляются на Ютубе. Подписывайтесь, чтобы не пропустить! :)