Как организовать питание от нескольких источников питания?

Question

[Евгений Шелег]

Нужна схема источника питания от нескольких источников.
Пример:
есть солнечная панель->АКБ->инвертор 220, это первый источник
обычное сетевое питание, это второй источник.

Контроллер должен забирать по максимуму из первого источника и если он истощен или не хватает напруги то недостающие берется из второго источника.

Answer 1

[АртемЪ]

Обычно делается так - питание берется с аккумулятора, все остальные источники заряжают его.
В итоге если у вас хватает мощности панелей - аккумулятор не разряжается.
Не хвататет - тогда идет разряд аккумулятора.
Если аккумулятор разрядился ниже определенной критической отметки (обычно 50-60%) подключаем внешний источник (бензиновый генератор или сетевое питание)
Т.е основная задача в этих случаях обеспечить нормальное поступление энергии потребителю, и при этом создать максимально комфортный режим работы аккумулятору. Т.к это самый дорогой расходный элемент такой системы.

Вообще солнечные батареи при наличии сетевого питания применять смысла нет, ибо электроэнергия с панелей в несколько раз дороже чем с сети.

Comments

[Евгений Шелег]

Этот вариант тоже приемлем. Тогда мне бы схему быстрого переключения на сетевое при опускании заряда АКБ на 50-60%
Схема в принципе как в UPS, но там наоборот. Когда пропадет сетевое, то переключает на резервное. Может реально его переделать в обратную сторону?

[АртемЪ]

Евгений Шелег: Аккумулятор свинцово кислотный насколько я понимаю?
Уровень заряда на аккумуляторе обычно контролируют по напряжению - меньше заряд, меньше напряжение. Поэтому в общем случае - вольтметр + логика.
Если решили делать сами, берите какой нибудь микроконтроллер, да хоть то же ардуино и делайте логику на нем, ну или ищите готовое.

[Евгений Шелег]

да. акум свинцовый.
С контроллером проблем нет, есть и ардуино и просто AVR камни.
Осталось понять логику как осуществить бесшовное переключение.
Включать в параллель сетевое напряжение и после этого абрубать АКБ или есть более лучший способ?

[АртемЪ]

Самый простой способ - просел заряд на аккумуляторе, - подключаем зарядное устройство питающееся от сети.
В нагрузку у вас по прежнему будет поступать ток через инвертер подключенный к АКБ, солнечной панели, и сетевому зарядному.
Просто сетевое зарядное надо выбирать такое, чтобы оно было способно дать большой ток.
Т.к этот ток пойдет не только на аккумулятор, но и в нагрузку.

[АртемЪ]

А сделать устройство которое смешивало бы переменный ток 220V 50Hz с инвертера, с сетевым очень сложно.
Тут надо во первых добиться чтобы инвертер выдавал чистый синус, во вторых нужно согласовать фазу в сети и на инвертере. В общем это дорого и непросто.

[АртемЪ]

Я видел в продаже инвертеры помоему от Xantrex, которые одновременно питаются от аккумуляторов и от сети, и выдают в нагрузку суммарную мощность.
Т.е например у вас бензогенератор 5киловатт, и аккумуляторы способны выдать 10киловатт - в итоге 15киловатт на нагрузку с двух источников.

[Евгений Шелег]

Вариант с зарядкой АКБ не подходит. Лишний износ. Зачем заряжать его а потом разряжать и инвертировать если сразу есть 220.
АКБ надо только для СП. Мы его высадили скажем вечером на 50%, пришел день и он пополнился.
Нужно именно бесшовно переключить, как это делается в бесперебойнике при пропадании сети.

[АртемЪ]

Т.е вам по сути обрубать АКБ не надо, соответственно и беспокоится о бесшовности.
Пока заряд на АКБ нормальный у вас идет питание с него, как только он падает, просто подключается зарядное.
Соответственно на инвертер ток идет уже не с аккумулятора, а с зарядного, ну и аккумулятор заряжается.

[АртемЪ]

Евгений Шелег: Это единственный нормальный вариант в вашем случае.
Никакого лишнего износа - как только вы подключите зарядку, разряд аккумулятора прекратится и ток в нагрузку пойдет с зарядного, а не с аккумулятора, так же на аккумулятор пойдет зарядный ток.
Все что нужно сделать это подключить клеммы зарядного устройства к аккумулятору.

[АртемЪ]

В бесперебойнике все делается так -
существую два типа бесперебойников
1) Бесперебойник подает в нагрузку напрямую из сети, т.е работает как сетевой фильтр, если сеть падает, он за доли секунды включает инвертер, и в нагрузку идет ток с аккумулятора.
Т.е он работает не бесшовно, и иногда скорости переключения не хватает и бывают проблемы.

2)Есть более дорогие - онлайн бесперебойники - они используют энергию из сети для заряда аккумуляторов и питания инвертера, а ток в нагрузку выдает инвертер, поэтому никакого переключения не происходит, нет провалов в питании. Но дороже и больше потерь, т.к постоянное преобразование энергии.

[АртемЪ]

Я вам как раз предложил реализовать вторую схему - ее минус только в том что будет потеря при преобразовании переменного напряжения в постоянное.
Но в вашем случае эта потеря будет в любом случае - других вариантов нет.

[АртемЪ]

Вообще существует только два способа регулировать потребление от источника при неизменной нагрузке - напряжение и время.
Больший ток пойдет с того источника где выше напряжение.
Если регулировать напряжение возможности нет, то используется время.
Т.е мы просто ограничиваем время потребления.

[АртемЪ]

Вот допустим взять светодиод - у него довольно низкое сопротивление, поэтому через него способен идти большой ток.
Если его просто подключить к аккумулятору, то через него пойдет очень большой ток, он перегреется и сгорит.
Понизить напржение нельзя - т.к он просто не будет светить при низком напряжении.
В итоге все светодиоды питают импульсами.
Т.е на него подается питание короткими импульсами - к примеру за секунду подается сотня импульсов питания, а между ними промежутки когда питания нет.
В результате он не успевает нагреваться, и прекрасно работает, а поскольку частота импульсов большая мы не замечаем мерцания.
Надо сделать поярче - увеличиваем продолжительность импульсов питания, больше яркость, больше расход электроэнергии, больше нагрев.
Надо сделать более слабый свет - уменьшаем продолжительность импульсов питания, в итоге меньше расход энергии, меньше нагрев, и яркость свечения.

В инверторах по сути то же самое, на тех же принципах.

[Евгений Шелег]

Заряжать АКБ от зарядки очень плохой вариант.
1) 220->12->220 мы теряем примерно 20-30%.
2) Мы уменьшаем количество циклов АКБ.
3) АКБ будет всегда заряжен. Придет день и куда СП будет складывать энергию?

Бесшовное я и имел в виду быстрое переключение. Большинство техники имеют конденсаторы, которые не позволят ему отрубится.

[АртемЪ]

1)При грамотном инвертере потери будут меньше. Но будут. Причем будут в любом случае если питание будет от двух источников.
Исключить потери можно только отрубив один из источников питания.

2)Ни в коем случае. Вы наоборот содержите его в идеальном состоянии. Для свинцового аккумулятора в идеале хранение его в 100% заряженном состоянии.
А сильный разряд его убивает, т.е опасно циклирование с глубоким разрядом.
И гораздо лучше если будут частые мелкие разряды которые тут же будут компенсироватся зарядом.

3)А вот это сложный вопрос -как я уже упоминал выше, использовать солнечные батареи вместе с энергосетями ради экономии не имеет никакого смысла.
Не будет этой экономии, хотя если у вас тариф в энергосетях порядка 15-20рублей за киловатт/час, то возможно экономия и будет. Но в нашей стране вроде таких тарифов нет.

Если же у вас не электросеть, а бензиновый генератор - все решается просто, делаете логику заряда.
Т.е контроллер анализирует степень разряда батареи, наличие зарядного тока с панелей, и в зависимости от этого заводит бензогенератор и гоняет его определенное время.
Например вы включили мощную нагрузку, заряд батареи упал ниже 60% и продолжает разряжаться, заводится электрогенератор, когда нагрузка уменьшается контроллер либо сразу глушит генератор, если с батарей поступает приличный ток, и батарея уже зарядилась выше 70% либо ждет определенного уровня заряда и глушит.

[АртемЪ]

Простейший расчет -
Аккумулятор запасающий 1Квт/ч стоит 15тыс.
Его срок службы в буферном режиме, и в режиме неглубокого циклирования примерно 10лет.
Если его гонять в режиме жесткого циклирования - например ежедневный разряд на 50% и более, то он прослужит не более 5лет.

Теперь считаем -15тыс/10лет = 1.5тыс в год или 125рублей в месяц нам обходится использование аккумулятора способного запасти киловаттчас энергии.

Если гонять в режиме жесткого циклирования, то уже 3тыс в год, или 250рублей в месяц.

Пересчитаем в дни - буферный режим 125/30=4рубля
циклический режим 250/30=8.3рубля

В итоге вы экономите киловатт электроэнергии глубоко разряжая аккумулятор, и этим самым уменьшаете его срок службы, соотвественно износ аккумулятора увеличивается на 4,3рубля.

Если у вас киловатт стоит менее четырех рублей, тут чистые убытки, если более - то появляется смысл, но выгода небольшая.

Т.е этим следует озадачится если киловаттчас электроэнергии в сети стоит значительно больше пяти рублей.
Тогда будет какая -то экономия.

Вообще аккумуляторы и солнечную энергетику применяют там где нет сетей, вот там это очень выгодно и эффективно.

[Евгений Шелег]

Дело то не в деньгах. Дело в спортивном интересе данной темы.
Придуманный сценарий уже есть. Днем мы отдаем отдаем на потребление а то что остается накапливаем в АКБ. Вечером мы потребляем 30-50% из АКБ (освобождая место для нового дня) и продолжаем питаться от сети. Если потребление днем больше чем отдают СП, но и АКБ не будет задействован.

В данном случае стоит очень простой вопрос, чем(схема) лучше сделать переключение между двумя линиями 220В и так что бы основная техника этого не заметила.

В целом ваши расчеты верны. Но если заряжать АКБ еще и от сети, то количество циклов станет больше.
АКБ портится не от долгого нахождения в разряженном или не дозаряженном состоянии, а от циклов и глубины. (я про GEL и AGM).

[Евгений Шелег]

В целом понял что мне надо.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Автоматический_ввод_...

Answer 2

[Владимир Мартьянов]

Что значит "недостающее"? В природе наверняка имеются девайсы для переключения нагрузки на резервный источник в случае пропадания питания из основного.

Comments

[Евгений Шелег]

Например первый источник может обеспечить 200Вт, нагрузка 400Вт. Надо забрать все от первого источника, а остальное от второго.
Какие устройства есть, называются гибридными инверторами. Интересует именно схема и реализация.

[АртемЪ]

Такие инверторы есть, но их задача не в приоритетном расходовании энергии с одного источника, а в смешивании энергии, чтобы выдать большую мощность используя сразу два источника.

Т.е приоритетов там нет, чтобы они в первую очередь использовали энергии одного источника.
Да и создать такой приоритет технически можно только с разделением по времени.
Т.е постоянно берем энергию с источника А, а в случае нехватки, короткими импульсами подпитываемся с источника Б.
В результате во время импульса подпитывания нагрузка делится равномерно между источниками, но поскольку эти импульсы составляют лишь небольшой процент от общего времени, то энергия тратится преимущественно с источника А..

[АртемЪ]

Просто у вас приоритеты несколько странно расставлены, исходя из опыта в солнечной энергетике я бы сказал что в вашем случае в первую очередь надо брать энергию с панели, во вторую с энергосети, и лишь когда ее конкретно не хватает с аккумулятора.

[Евгений Шелег]

Судя по описанию приоритет у них есть. www.solarhome.ru/inverter/hybrid_inverters.htm?print=1
По приоритетам так примерно и писал. Просто выкинул лишние подробности.

[АртемЪ]

Евгений Шелег: Понятно, такие есть но у нас в продаже крайне редко встречаются ибо мало востребованы.
А принцип работы довольно простой - по сути обычный ШИМ.
Т.е они организуют приоритет потребляя ток импульсами.

Answer 3

[Андрей Ермаченок]

Из всего вышесказанного следует:
Нужно делить энергию "по времени" - энергия берется с солнечной батареи и аккумулятора, заряжаемого от батареи. Разрядился аккум до 50% - релюха тупо переключает питание дома на стационарную электросеть. Аккум заряжается от солнечной батареи. Зарядился аккум до 90% - переключение снова на "солнечную" энергию.
Хорошие релюхи переключаются быстро, типа бесшовность питания обеспечится за счет малого времени переключения.

Правда смысла всей этой мороки я не вижу. Экономику вы просчитывали? Сколько стоит оборудование + расходники - регулярная замена аккумуляторов, и сколько - сэкономленное электричество?

Comments

[Евгений Шелег]

Сложно посчитать экономику интереса. Людям вон интересно играть в WOW и отдавать па десятку баксов в месяц. А мне интересна данная тема + источник питания на случай отключения по причине профилактики или аварий. Да и чисто технически окупаемость есть, но очень большая. Лет эдак 10-15.
Это инвестиции в интерес, будущее и себя. :)

[Андрей Ермаченок]

Евгений Шелег: Тогда понятно.
Мне, скажем, интересно реставрировать черепичную крышу, которой 90 лет и которую прадед с дедом делали. Хотя перекрыть дом шифером или андулином - быстрее и дешевле.

Вариант, что предлагаю - он просто реализуется, при изменении структуры все блоки пойдут в дело - зарядное, татарея аккумуляторов, инвертор, реле, схема управления. Принцип работы - как раз UPS наоборот.
Сориентировавшись в реальных мощностях, можно разделить потребителей - скажем, холодильник и освещение на солнечную батарею, остальное - к обычной сети. Пропал свет - всё на солнечную батарею.

У знакомых в поселке в подмосковье были проблемы с подключением электричества, но был газ. Поставили в доме батарею аккумуляторов и генератор на газу - несколько часов генератор заряжал аккумы, потом сутки работал инвертор, потом - снова... Сам не видел, только со слов знаю. Но это - было вынуждено, не для интереса.

[АртемЪ]

Евгений Шелег: Так в случае наличия электросети, батареи и должны быть источником питания на случай отключения.
Т.е работать в держурном режиме.
Пока сеть работает - питание с сети. Батареи стоят полностью заряженные и ждут своего часа.
Сеть упала - переключение на питание с батарей.
Переключение сделать не сложно, главное быстро, и максимально сгладить скачок. Цена и схема решения зависит от нагрузки - скоммутировать 0,5кВт сможет и обычный ИБП от компьютера, а если у вас нагрузка будет киловатт 7, тут посложней и подороже.