Организация автономного питания для домашних устройств. Установка солнечной панели на высотном доме (часть 1)

При наружной установке солнечной панели у городского жителя возникает ряд трудностей. Одна из них – место установки. Тут два варианта — либо на балконе, либо на крыше. Но доступ на техэтаж и крышу должен быть под замком.

У владельцев частных домов таких ограничений нет. Ставь панели, где хочешь. Собирай «солнечную ферму» хоть на крыше, хоть на своем земельном участке.

Сознаюсь, я мало что знал про альтернативную энергетику и, в частности, про солнечные панели. Но на работе обнаружился коллега, который на этих панелях «собаку съел». Его загородный дом был запитан от солнечной энергии по полной программе. Техническое оснащение – от MPPT контроллера за 400 долларов до комплекта LiFePO4 батарей. На что у меня сразу возник немой вопрос – «Где деньги, Билли?» ©. C какими-то несчастными 75 «енотами» мой заход на рынок альтернативной энергетики выглядел как-то несуразно )

Однако тут важно знать главное правило бизнеса – любую проблему, как пирог, нужно делить на части. И затем каждую часть «съедать» постепенно, поочередно. Поэтому решил вначале приобрести солнечную панель и закрепить ее снаружи на балконе. Сразу подключить какой-нибудь недорогой PWM контроллер.

На первых порах уже можно будет заряжать смартфоны, павербанки, фонари и прочую мелочь. Так я вписывался в начальный бюджет и решал свою задачу на первом этапе. Следующим шагом была бы покупка MPPT контроллера, а после —  LiFePO4 аккумулятора. Впрочем, уже на первом этапе возникли проблемы. Жизнь сурова и вносит свои коррективы. Плюс сам сделал несколько ошибок, правда, мелких. Но об этом после.

Итак, коллега посоветовал следующее /далее цитирую/:
* Бери «монокристалл». У него выше производительность, в пасмурную погоду он эффективнее «поликристалла»
* Бери Smart MPPT контроллер. PWM контроллер – фигня потеря денег. Из-за дешевого ШИМ контроллера я «потерял» два автомобильных АКБ — они просто выкипели
* В разрыв плюсового провода поставь автомат-пакетник. Можно обычный, на «переменку», если не найдешь на «постоянку»

О необходимости пакетника я узнал случайно, увидав в интернете типовую схему подключения: «солнечная панель» — «пакетник» — «контроллер» – «аккумулятор» – «нагрузка».

Вот, собственно, и все исходные данные. В теоретические изыски, типа чем монокристаллическая панель лучше поликристаллической, я не вдавался. Да, она дороже, но она эффективнее. Мне этого было достаточно.

Солнечный комплект

После кропотливых поисков я нашел на Алиэкспресс следующие элементы для своей будущей энергосистемы.

1. Солнечная панель XINPUGUANG 19.8V 50W A2 Monocrystalline silicon cell ($60.2) — https://aliexpress.com/item/1005004703964363.html
2. PWM контроллер 60A, с LCD дисплеем и двумя USB портами ($5.4) – https://aliexpress.com/item/1005006141427639.html
3. Дополнительный комплект кабелей 1000V/1500V PV DC, Red and Black, 2 m,  4mm2 ($7.2) – https://aliexpress.com/item/1005006272303431.html
4. Пакетник-автомат двухполюсный DC 1000V 10А ($2.2) — https://aliexpress.com/item/1005006855371464.html

Покупная цена указана в скобках. Некоторые комплектующие брал с небольшой скидкой и еще сбрасывали «монетки». Однако солнечная панель могла бы мне обойтись в 2 раза дешевле! Потому как через месяц на Алиэкспресс стартовала акция BACK TO SCHOOL и цена на панель XINPUGUANG 19.8V 50WA2 упала до $34. Так что я мог бы значительно сэкономить… но, увы, оставалось кусать локти и остальные части тела. Пруф покупки и скриншоты с ценами выкладываю под спойлер.

Цена обычная и цена по акции

Этот пример наглядно опровергает тех, кто заявляет – мол, «на Алике ничего уже не купишь по хорошим ценам». Отнюдь! Просто нужно внимательно следить за календарем и как мантру повторять известное выражение — Carpe diem.

Осмотр панели

Мой заказ пришел где-то через три недели. Размер солнечной панели – 810x360x25мм. По габаритам она хорошо вписывалась в мой проект. Дело в том, что снаружи балкона, на бетонной стене, были закреплены несколько крюков из металлических полос. Раньше в них стояли цветочные лотки. Крепление было рассчитано на длинные пластиковые емкости, наполненные землей.

Крюки из металла шириной 4 см и толщиной 5 мм могли бы выдержать даже вес небольшого человека. В то время как вес солнечной панели был заявлен 3,5 кг. В общем, если я сделаю раму, в нее вложу солнечную панель, а саму раму под наклоном 50-60 градусов прочно закреплю на крюках (приварю), то задача монтажа будет решена. 

В процессе транспортировки картонная упаковка получила небольшие вмятины. Однако панель не пострадала, так как была основательно обложена листами пенопласта и пеноплена. Углы алюминиевой рамы были закрыты противоударными пластиковыми заглушками.

Кроме того, алюминиевая рама была оклеена защитной пленкой. Детальный осмотр показал, что панель собрана безупречно – монокристалл без царапин и без дефектов, стыки углов алюминиевой рамы идеальные, между рамой и панелью снизу, по периметру, нанесен герметик.

Кабеля солнечной панели 1500V 2.5mm2 оснащены стандартным разъемом MC4 (мама-папа). 

Кроме того купил удлинительную пару двухметровых кабелей. Ибо придется тянуть линию через бетонную стену (балкона). Эта черно-красная пара также оснащена разъемами MC4.

Остальные комплектующие

Пакетник на постоянный ток взял двухполюсный, на 10А. Банально ошибся при заказе. Чуть позже заказал однополюсный на 6А. Контроллер PWM бюджетный и довольно распространенный на рынке. Как оказалось, у этой модели есть один маленький плюс – тут порты USB работают даже при отсутствии АКБ.

Корпус контроллера пластиковый, кнопки тактильно приятные, ЖК-дисплей хорошо читается. А вот задняя стенка выполнена из тонкой жести. Она крепится на четырех винтах и легко снимается. При этом «стенка» играет роль теплоотвода, так как прилегает к трем силовым транзисторам HY1908 90A через термопрокладку. Про эффективность такого «радиатора» грустно умолчу.

Из других минусов – плата местами неотмыта от флюса, транзисторы HY1908 посажены криво и нуждаются в пропайке. Хотя к монтажу мелких деталей и дисплея нареканий нет.

Итак, электрическую часть откладываем в сторону и возвращаемся к солнечной панели.

Готовим раму

«Мама мыла раму, а Шура – шары» — утверждают учебники. Я же монтажную раму для солнечной панели буду варить. Размер монтажной рамы нужно точно выверить. Поэтому беру солнечную панель и несу ее на гараж.

Кстати, на Алиэкспрессе тьма-тьмущая всевозможных каркасов, монтажных рам, угловых стоек, водосливов, упоров и прочих аксессуаров для солнечных панелей. «Солнечный бизнес», оказывается – это целая империя по выкачке денег. Здесь детали в основном выполнены из стали или алюминия, в формате «собери сам». И цены на такие комплекты ощутимо «кусаются».

Возле гаража укладываю солнечную панель на землю «лицом вниз» (снизу подкладываю фанеру) и по периметру прикладываю уголок 30x30. Размечаю на металле места реза. Нарезаю уголок болгаркой и свариваю раму.

Ближе к одному краю рамы привариваю поперечину (полосу). К ней будет закреплен кабель. Вдобавок поперечина придаст раме дополнительную жесткость.

Долго думал, как раму закрепить на двух балконных крюках. В итоге придумал конструкцию из двух упоров и двух «ног». Упоры будут сделаны из черметной профильной трубы 50x40. Профили будут надеты на балконные крюки, после чего к ним приварены. А уже в прорезь между профилем и балконным крюком я вставлю «ноги» рамы. Сложно понять, да? Ладно, потерпите и сами дальше все увидите.

Разрезаю кусок профиля на две части, длиной по 11 см каждый. Также отрезаю две полосы длиной около 20 см (ширина полосы 40 мм). На каждой делаю два поперечных надреза болгаркой и слегка сгибаю – это будущие «ноги». Они будут приварены к раме. Только нужна примерка на месте, то есть на балконе. Забираю солнечную панель, заготовки и возвращаюсь домой.

Примерка на месте

Получилась вот такая монтажная рама. Солнечная панель «садится» в нее впритык. На одном из углов сильно мешают наплывы сварки. Не беда, вставляю в патрон дрели карбидно-вольфрамовую фрезу и начисто срезаю все наплывы.

Еще пара интересных моментов. При сварке углы в 90 градусов мне удалось соблюсти. Однако от нагрева раму слегка повело «пропеллером». Да, в профессии сварщика хватает нюансов, а я тут практически нуб. После долгих кряхтений и усилий (выгибал что есть мочи) устранил и этот недостаток.

Далее на балконный крюк (4) надеваю профиль-упор (3), в зазор между профилем и крюком вставляю монтажную «ногу» (2), после чего на нее сверху аккуратно водружаю раму (1).

Со стороны улицы это нагляднее и выглядит так.

Вы спросите – что это за деревянные палочки в профиле? Это палочки от мороженого. Они плотно вбиты в зазор между балконным крюком и стенкой профиля. По сути, деревянный клин. Зачем? Чтобы крепко зажать «ногу», на которой возлежит рама.

Методика и последовательность действий такова. Этими деревянными палочками зажимаю в профилях «ноги», сверху водружаю раму и маркером отмечаю на ней места, где они будут приварены. Заодно смотрю на угол наклона рамы, он зависит от угла согнутой «ноги».

Сразу запоминаю, что нужно угол немного увеличить. А те самые поперечные надрезы позволят мне его изменить (слегка выгнув полосу с помощью молотка), после чего я заварю их сваркой (наложу шов).

И вот теперь наступает важный момент. Ставлю сварочный аппарат на подоконник, надеваю маску-хамелеон, перчатки и начинаю приваривать профили-упоры к балконным крюкам. Работать сваркой на высоте, перегнувшись через окно, да еще при жаре – еще тот адреналин! )

Да, забыл сказать. Перед сваркой все балконные крюки и оба профиля-упора зачистил от ржавчины с помощью болгарки и лепесткового круга. После сварки отбил шлак, снова зачистил металл и покрыл его автомобильным грунтом. Через пару часов грунт высох, и я покрасил детали белой краской. В этом деле очень помогла изогнутая кисть с 40 см рукоятью.

Остается довести раму до кондиции. Завтра снова иду на гараж.

Рама (не Кришна)

Впрочем, в этот раз было больше зачистных и покрасочных работ. «Ноги» я слегка выгнул, надрезы заварил. После чего «ноги» приварил к раме – там, где было помечено маркером. На поперечной перемычке просверлил три отверстия диаметром 8 мм. Они нужны для стяжек, которые будут удерживать кабель. В нижней части рамы просверлил три 6 мм отверстия – это водослив.

Перед нанесением грунта на сварные швы меня осенила идея по доработке рамы. Суть внедрения — на верхние углы рамы приварил два треугольника-фиксатора (отрезал небольшой кусок от полосы 30 мм и разрезал его по диагонали). Эти треугольники будут надежно удерживать солнечную панель. Вот теперь все… Осталось загрунтовать и покрасить раму.

Спустя сутки краска высохла, и я потащил готовое изделие домой. Вес рамы составил 4 кг, в то время как солнечная панель потянула на 3 кг. Итого, общий вес конструкции составил 7 кг.

Финальный этап

Дома уложил раму на картон (родная упаковка пригодилась) и завел солнечную панель под верхние уголки рамы. В нижнюю часть рамы солнечная панель опустилась с такой легкостью как сказочная принцесса падает в брачное ложе принца. Будто они были созданы друг для друга. Но для более крепкого союза я добавил акриловый монтажный клей (исключительно в нижние углы). После чего прижал панель к самодельной раме прищепкой-струбциной и оставил высыхать герметик на сутки.

На следующий день подстыковал второй комплект кабелей и зафиксировал его стяжками на поперечине.

Наконец, наступил заключительный момент. Открыл боковые окна, вынес конструкцию и аккуратно вставил одну «ногу» в профиль-упор. Затем попал второй «ногой» в дальний от меня профиль. Легонько покачивая раму, опустил «ноги» наполовину.

Затем сверху и очень мягко подстукивал раму рукой — по разным углам и поочередно. До тех пор пока «ноги» окончательно не сели в пазы. Удивительно настолько точно и ровно удалось приварить «ноги» к раме. В итоге, монтаж занял около пяти минут. Напоследок проверил уровень конструкции по горизонтали, а в щели на профилях обильно нанес клей-герметик.

На изготовление рамы, зачистку, покраску и остальные телодвижения ушло пять дней. Солнечная панель установлена с наклоном, почти перпендикулярно к лучам солнца. Ее верхний край незначительно выступает над отливом окна (на 8 см). Виду из окна она не мешает. 

Остается сделать отверстие в стене, провести кабеля, внутри помещения установить DIN-рейку, на нее установить контроллер и пакетник. Но об этом будет рассказано в следующей части.

На этом у меня все!
Всем удачи и бобра! ©