Электрика: солнечные батареи

Значительное увеличение энергопотребления на борту яхты за последние десятилетия потянули за собой и потребность в модернизации источников автономной энергии.
Прибрежные и чартерные мореплаватели не сильно от этого зависят, так как всегда можно запустить мотор для зарядки батарей, ведь к вечеру или максимум на следующий день лодка будет в оборудованной марине, где и заправка и береговое эл.питание всегда в наличие.

Другое дело, когда переход не пару дней и перспективы воткнуться вечером в розетку не так радужны, да и запасы топлива ограничены.

В среднем, очень грубо, для небольшой лодки 10-12 метров средний суточный  расход составляет около 150-200А и это при тщательном контроле за "лишними" потребителями. Каждая лодка должна иметь свой список потребителей для понимания, кто пожирает вашу энергию из батарей, например даже супер экономичная LED лампочка якорного огня потребляет 0.25 ампера х 10 часов = 2.5 ампера за ночь.

Надо также понимать, что если у вас батареи на 400 Ач, это совсем не значит что у вас есть эти самые 400Ач, грубо можно считать только 200Ач доступных для использования, хотя это конечно зависит от многих факторов, в том числе от типа и состояния самих батарей. Сколько вы возьмете из батарей также зависит от интенсивности, чем меньше разряд, тем больше можно получить. Обратная картина при заряде, чем дольше зарядка и на конечном этапе небольшим током, тем больше можно "набить" батареи, для этого и устанавливают зарядные устройства с многоступенчатым зарядом и контролем температуры батареи.

Основными поглотителями энергии можно считать холодильник, автопилот, картплотер, освещение и ходовые огни, поэтому хорошая изоляция холодильника и экономичный автопилот имеют не меньшее значение, чем вовремя выключенный картплотер и лампочки в каюте. Монитор заряда батарей всегда показывает реальное состояние заряда/разряда системы, это очень полезный прибор на любой яхте, чтобы "вдруг" отключившийся автопилот не вызывал большого удивления.

Выбор методов для зарядки батарей не такой уж и большой, но он есть: генератор двигателя, дизель-генератор, солнечные батарей, ветрогенератор, гидрогенератор, метанольный топливный генератор и портативный бензиновый генератор.

Сегодня рассмотрим общую информацию о солнечных батареях на яхтах, как один из вариантов альтернативных источников энергии, причем 100% экологически чистой и бесшумной.

Не вдаваясь в подробности и детали, батареи бывают 3 типов: поликристаллические, монокристаллические и аморфные, разница состоит в способе производства самих солнечных элементов. Каждая солнечная батарея состоит из пакета таких элементов, чем больше элементов, тем более мощная получается панель.

Батареи могут быть в алюминиевой раме или плоские, всего несколько миллиметров, первые удобно крепить на кормовой арке или на релинге, вторые можно располагать на бимини или крышу рубки, так как они гибкие и хорошо ложатся на любую выпуклую поверхность.

Сами солнечные могут соединяться параллельно или  последовательно, в первом случае складывается мощность, во втором напряжение, при этом надо помнить что панели должны быть близкие по характеристикам. Каждая схема имеет свои плюсы и минусы, при параллельном соединение больше токи и соответственно нужны более толстые провода, чтобы компенсировать потери на передачу энергии. 

Для зарядки батарей от солнечных панелей нужен регулятор-контроллер, который преобразует энергию с панелей в зарядный ток. Регуляторы бывают двух типов: PWM (Pulse Width Modulation), он подстраивает зарядный ток в зависимости от заряда и состояния батареи и отключается при полном заряде батарей.

Другой тип регуляторов это MPPT (Maximum Power Point Tracking), принцип работы состоит в том, что панели дают максимальную мощность при определенном рабочем токе и напряжении. За счет регулирования нагрузки, MPPT регулятор берет максимальное количество энергии от панелей в различных условиях освещения. 

Считается что MPPT дает до 30% больше энергии, чем обычные регуляторы, за счет более эффективного использования панелей в утренние и вечерние часы или в пасмурные дни. 

Регулятор MPPT позволяет выдавать 10-30А и больше в зависимости от модели регулятора и количества солнечных панелей и имеет программу регулирования зарядного тока, который меняется в 3 этапа, т.е. MPPT может наиболее быстро и эффективно  зарядить батареи и поддерживать их постоянно в заряженном состоянии без какого-либо вмешательства  и совершенно бесплатно. 

Батареи в группе могут быть разными по емкости и состоянию, что не позволяет их полностью заряжать от одного источника. Раньше стандартным элементом системы зарядки являлись диодные делители (изоляторы), но они просто распределяли зарядный ток на несколько батарей, без учета их состояния.

Сейчас появились новые приборы "battery balancer" для учета типа и состояния каждой батареи, они позволяют максимально эффективно заряжать и использовать возможности каждой батареи в группе.

Конечно начальные расходы на покупку и установку оборудования для солнечных батарей потребуют определенных инвестиций, но при правильно построенной схеме, возможно полностью отказаться от запуска двигателя для подзарядки батарей, соответственно и экономить на стоимости топлива. 
Солнечная энергетика развивается очень быстро и не только в районах с большим количеством солнечных дней в году, существуют бытовые системы, которые позволяют полностью отказаться от внешних источников энергии и яхты являются хорошим полигоном для тестирования таких автономных систем.
Обзорная информация про другие источники альтернативной энергии будет опубликована в следующих статьях.
---------------------------
Статья опубликована в моем техническом журнале Velero(Парусник)