Ветрогенератор и солнечные панели в одной системе: контроллер, балластная нагрузка и подключение к инвертору
Ветрогенератор не подключают к солнечному входу инвертора как панель. У турбины свой контроллер: он выпрямляет переменный ток, заряжает батарею и, когда батарея полна, сбрасывает лишнюю энергию в балластную нагрузку — резистор или ТЭН. Без этого турбина разгоняется вразнос. Солнце и ветер «встречаются» на общей батарее: каждый источник заряжает её своим контроллером, а гибридный инвертор берёт энергию с неё.
Прежде чем строить комбинированную систему, стоит ответить на вопрос, нужен ли ветрогенератор вообще: на большей части территории России среднегодовой ветер на высоте мачты слишком слабый. Этот вопрос подробно разобран в статье «Ветрогенератор для частного дома: стоит ли». Здесь речь только о том, как соединить два источника, если решение принято.
Схема: ветер, контроллер, батарея, солнце
Типовая схема выглядит так:
- Турбина вырабатывает трёхфазный переменный ток нерегулируемой частоты и напряжения — зависит от ветра.
- Контроллер ветрогенератора выпрямляет его, ограничивает напряжение и подаёт на батарею.
- Если батарея заряжена, контроллер переключает ток на балластную нагрузку.
- Солнечные панели подключены к своему MPPT-контроллеру (встроенному в инвертор или отдельному) и заряжают ту же батарею.
- Гибридный инвертор питается от батареи и преобразует энергию в 230 В; при наличии сети может брать её оттуда или отдавать излишки.
Для инвертора ветрогенератор «невидим»: он видит только батарею и свои входы панелей. Как устроены режимы и приоритеты самого инвертора, описано в статье про режимы гибридного инвертора, а общий выбор — в материале о гибридных инверторах.
Почему нельзя подать выход турбины на вход MPPT для панелей? Панель выдаёт постоянное напряжение, зависящее от освещения, а турбина — переменное, которое резко меняется. Контроллер панелей не рассчитан на такой сигнал и на отсутствие нагрузки при внезапном порыве; повреждение — вопрос времени.
Таблица: узел системы и последствия его отсутствия
| Узел | Что делает | Что будет, если его нет |
|---|---|---|
| Турбина | Превращает энергию ветра в переменный ток | Источник отсутствует: система работает только от солнца |
| Контроллер ветрогенератора | Выпрямляет ток, заряжает батарею, управляет сбросом | Турбина без нагрузки разгоняется, напряжение растёт, возможен выход из строя оборудования |
| Балластная нагрузка | Забирает избыток энергии при полной батарее | При заряженной батарее некуда девать энергию: перегрев, срабатывание защит, риск для турбины |
| Аккумуляторная батарея | Накапливает энергию обоих источников | Нет общей точки: источники не согласуются, инвертору нечем питаться в безветренную ночь |
| Гибридный инвертор | Преобразует энергию батареи в 230 В, управляет сетью | Нечем питать бытовые приборы переменным током |
| MPPT-контроллер панелей | Заряжает батарею от солнечных панелей | Панели нельзя безопасно подключить к батарее |
| Автоматы и предохранители постоянного тока | Защищают цепи от короткого замыкания и перегрузки | Короткое замыкание на батарее приводит к пожару |
Напряжение системы: 24 или 48 В
Номинальное напряжение батареи определяет всё остальное. Контроллер ветрогенератора и турбина должны соответствовать ему: в паспорте указано, на какое напряжение рассчитан комплект. Чем выше напряжение, тем меньше ток при той же мощности, тоньше кабель и ниже потери, поэтому для систем мощнее нескольких сотен ватт обычно выбирают 24 или 48 В, а 12 В оставляют для маленьких установок. Сечение кабеля проверяйте в калькуляторе сечения кабеля на максимальный ток, а не на средний.
Если уже установлен гибридный инвертор на 48 В, турбину и контроллер подбирайте под 48 В, а не наоборот: менять напряжение батареи ради ветряка не нужно.
Зачем ветер дополняет солнце зимой
Идея комбинации проста: зимой, когда солнца мало, ветер часто сильнее. По данным PVGIS, Москва даёт в декабре всего 19,1 кВт·ч с 1 кВт панелей против 131,1 в июне — разница почти в семь раз. В этот период в некоторых местах ветер может частично компенсировать провал.
Но слово «некоторых» принципиально. Ветер зависит от места: на открытом возвышенном участке он есть, во дворе среди построек его почти нет. Без измерений скорости ветра на высоте мачты прогнозировать выработку нельзя. Не доверяйте обещанным выработкам в рекламе: смотрите кривую мощности в паспорте турбины и сопоставляйте её с реальной скоростью ветра на вашем участке. Оценка нагрузки на мачту — в калькуляторе ветровой нагрузки.
Молния и мачта
Мачта с турбиной — высокий проводящий объект, и она притягивает удар молнии. Нужны заземление мачты, УЗИП в цепях, защита кабеля, и всё это должно быть увязано с молниезащитой дома. Подробно — в статье про молниезащиту дома с солнечными панелями. УЗИП для постоянного тока есть в разделе каталога.
Защита по постоянному току
В цепи между батареей, контроллерами и инвертором ставятся автоматы или предохранители, предназначенные для постоянного тока. Обычные автоматы для 230 В не гасят дугу постоянного тока, почему так — в статье про автоматы постоянного тока. Каждый источник должен иметь отдельную защиту, чтобы неисправность в одной цепи не отключала всю систему.
Возможность отключить ветрогенератор вручную — важное требование: на время обслуживания турбину тормозят или останавливают, иначе ремонт мачты становится опасным.
Безопасность и кто подключает
Система сочетает постоянный ток высокой мощности, батарею и вращающуюся турбину на мачте. Подключение выполняет электрик, строго по инструкциям изготовителей турбины, контроллера и инвертора; монтаж мачты — специалисты по высотным работам. Нельзя отключать батарею при работающей турбине без предусмотренной изготовителем процедуры: контроллер теряет нагрузку, напряжение резко растёт. Подобрать компоненты можно в разделе ветрогенераторов.
Частые вопросы
Можно ли подключить ветрогенератор напрямую к инвертору?
Нет, кроме случаев, когда изготовитель инвертора прямо допускает такой вход. Обычно между турбиной и инвертором стоит контроллер ветрогенератора и батарея.
Зачем нужна балластная нагрузка?
Чтобы при полной батарее турбина не работала без нагрузки: контроллер направляет избыток в резистор или ТЭН, где он превращается в тепло.
Хватит ли одного ветрогенератора вместо панелей?
Это зависит от ветра на вашем участке. Ветер непостоянен, поэтому ему обычно отводят роль дополнения, а не основного источника.
Можно ли использовать общий MPPT для панелей и турбины?
Нет. У источников разная природа тока, поэтому каждому нужен свой контроллер, а встречаются они на батарее.