Как мы построили первую в Россию заправку электромобилей от солнечной энергии

Где-то в конце июля довелось мне пообщаться с инициативной группой Санкт-Петербургского Политехнического Университета Петра Великого. Команда студентов намерена построить электромобиль, работающий только от солнечной энергии. Это дело недалекого будущего, а сделать что-то интересное хотелось уже сейчас. Так было решено открыть первую в России заправку для электромобилей, работающую от солнца.
Все начиналось с такого рисунка, а о том, что получилось — под катом.

Открытие заправки было приурочено к Международному экологическому фестивалю GREENDAY, проходившему в Санкт-Петербурге 1 октября 2016 года.

Расчеты и проектирование

Первым делом решили определиться, чего хотим и что должны получить? После того, как отмели идеи, вроде «чтобы работало всегда и заряжало всё», начали формировать техническое задание. Основные требования к заправке:

• Работа круглый год
• Работа круглосуточно
• Работа заправки независимо от погодных условий
• Одновременная зарядка до 2 автомобилей
• Надежность оборудования
• Заправка должна быть бесплатна для владельцев электромобилей

И если последний пункт удалось решить команде Политеха, то все остальное надо было считать, прикидывать и проводить расчеты.
В качестве отправной точки, мы взяли автомобиль Nissan Leaf. Его блок питания, который можно подключить к обычной сети 220В, рассчитан на 10А, то есть потребляемая мощность 2,2 кВт. Справедливо рассудив, что такое ограничение накладывается из-за возможностей домашней проводки, где может подключаться такое ЗУ, мы замерили потребление электромобиля при зарядке от «заправочной станции» — оно составило 3,3 кВт. Дальше пошла простая математика: чтобы зарядить два автомобиля, нужно не менее 6,6 кВт мощности, ну а с учетом роста потребления закладываем 30%. Таким образом, наша станция должна выдавать не менее 9 кВт мощности.
Также заправка должна быть «зеленой», а это значит, что мы используем возобновляемые источники энергии — солнце и ветер. С учетом географии размещения (Санкт-Петербург) вполне можно было поставить и ветряк, но ветер непостоянен, да и дома кругом, а ветряк довольно заметно шумит на оборотах, когда вырабатывается энергия. Поэтому решено было задействовать только солнечные панели.
Когда встал вопрос об оборудовании, то вполне ожидаемо начали выбирать из европейскихамериканских производителей и российских. Китай не рассматривался ввиду низкой надежности, а условия эксплуатации предусматривались самые суровые. Поэтому было решено обратиться к российскому производителю инверторов и солнечных контроллеров — компании МикроАРТ. Они являются производителями и они же имеют самый большой в стране опыт монтажа и эксплуатации автономных солнечных электростанций. Этим мы убили двух зайцев: выбрали надежное оборудование и обеспечили себе простоту гарантийного и сервисного обслуживания.

Подбор оборудования
Как уже было сказано, расчет велся исходя из потребления двух автомобилей и резерва мощности в 30%. Так был выбран инвертор МАП Dominator 9 кВт. Так как токи на такой мощности довольно высоки, выбор остановился на модели 48 Вольт. Этот же инвертор оснащен встроенным компьютером, который позволяет удаленно мониторить и управлять некоторыми настройками устройства.

По количеству панелей решали долго, но пришли к выводу, что нет необходимости в полной мере резервировать потребляемую мощность электромобиля от солнца и поставили оптимальную — 12 штук по 200 Ватт монокристаллического кремния. Особенность панелей заключается в том, что сама рама и герметизирующая пленка имеют черный цвет, а потому зимой они немного нагреваются и с них быстрее сходит снег, а значит, их надо реже чистить. Не в последнюю очередь сыграла гарантия продавца в 12 лет.

Так как панелей собралось на 2400 Вт, а аккумуляторная сборка была на 48 В, то токи легко могут достигнуть 50А. С учетом того, что в яркий зимний день КПД солнечных панелей может вырасти до 110-120%, то надо брать с запасом. Берем из линейки производителя ближайший контроллер на 60А и добавляем технологический запас — получаем КЭС DOMINATOR MPPT 200/100. Этот контроллер способен принимать напряжение до 200 Вольт и выдавать зарядный ток до 100 Ампер!

Поскольку станция будет работать круглый год и круглосуточно, то надо либо городить огромный банк аккумуляторов, либо обеспечить внешнюю подпитку. С учетом того, что стоимость аккумуляторов в солнечной электростанции может достигать 50-70%, то логичнее было завести внешний провод к станции. Но аккумуляторы необходимы для буфера. Кроме того, они обеспечат функционирование заправки и примыкающих объектов случае БП отключения электроэнергии. В принципе, такая электростанция способна обеспечить автономным питанием коттедж на 200-300 квадратных метров, стоит только увеличить емкость АКБ.
Аккумуляторы мы выбрали AGM, фронт-терминальные FST 150-12, емкостью 150 Ач. То есть в них хранится до 7,2 кВч*ч энергии, а этого достаточно, чтобы зарядить один автомобиль, если не будет ни солнца, ни внешнего питания. При низком заряде аккумуляторов, инвертор не позволит их убить и просто отключит внешние потребители.

Собираем и запускаем
Как всегда, подготовка и организация процесса отнимает максимум времени. Сама сборка электростанции заняла около 10 часов с момента приезда и до окончания наведения красоты. Очень выручил подъемник, благодаря которому не пришлось бегать с лестницами и поднимать по ним тяжелые панели.

Для хранения всего оборудования был выбран металлический вандалостойкий шкаф с креплением оборудования в 19″ стойке.

И пока народ мастерски держался за воздух и крепил солнечные панели к этой монструозной конструкции, которую, между прочим, рассчитывали на питерские ветровые нагрузки.

Я занялся сборкой шкафа и проверкой оборудования.

Когда смонтировали оборудование и подключили провода, все завелось без лишних плясок с бубном. Теперь только навести красоту.

Ближе к концу работ, начало вырисовываться что-то, похожее на проект. Оставалось только закрепить и убрать все провода.

На борт повесили «заправочный пистолет» с контроллером, на котором, кстати, можно выставлять ток заряда. Он же ведет учет Ватт*часов, которые были «залиты» в аккумулятор.

Ну а дальше пошло открытие, показательное разрезание ленточки и первая зарядка электромобиля.

Итог

За два месяца был пройден путь от идеи до работающей на солнечной энергии электрозаправки. MPPT-контроллер, совместно с гибридным инвертором, позволяет максимально задействовать энергию солнца. Встроенный компьютер дает возможность мониторить состояние всех элементов (даже температуру аккумуляторов) удаленно и оперативно принимать необходимые меры.
Есть также и задел на будущее: инвертор уже обладает функцией продажи энергии в сеть. К примеру, днем от солнца продается энергия в сеть, а ночью эта энергия потребляется, пока электромобиль стоит и заряжается. В результате можно остаться в плюсе. Остается только дождаться принятия соответствующего закона, поскольку на данный момент продажа электричества частными лицами не предусмотрена. В любом случае, заправкой можно пользоваться бесплатно на охраняемой парковке по адресу: Санкт-Петербург, ул.Гидротехников, д 5.