Портативни климатици с ниска мощност: Захранване на климатик извън мрежата със слънчева енергия

Слънчевата енергия извън мрежата и климатизацията изглеждат като малко вероятна двойка — климатикът е известен като най-големия електрически товар в дома, а слънчевите панели имат досадния навик да произвеждат най-много енергия точно в неподходящото време от деня. Но съвременните портативни сплит системи с променлива скорост промениха сметките. Най-добрите уреди намаляват компресора си под 350 W при минимална скорост, и в комбинация с подходящо оразмерен банк от батерии и инвертор с чиста синусоида, те могат да поддържат комфортна температура за сън през една европейска лятна нощ със система, която се събира във ван Transit.

Какво прави един портативен климатик наистина нисковатов?

Ключовата технология е инверторният компресор — двигател с променлива скорост, чиято скорост на въртене се управлява от честотен инвертор (задвижваща верига, която може да променя честотата на променливия ток, подавана към двигателя на компресора, позволявайки му да работи при всяка скорост между приблизително 20% и 100% от номиналния му капацитет). За разлика от компресор с фиксирана скорост, който работи на пълни обороти или изобщо не работи, инверторният компресор модулира непрекъснато, за да съответства на топлинния товар на помещението. Когато една стая вече е близо до целевата си температура, компресорът се забавя до леко работене на празен ход, консумирайки малка част от пиковата си мощност.

Стандартните портативни моноблокове почти повсеместно използват компресори с фиксирана скорост — икономиите на разходи при производството са значителни, но санкцията за ефективността е стръмна. Уред с фиксирана скорост консумира пълните си 900–1150 W при всеки цикъл, независимо дали стаята се нуждае от 10% или 100% от това охлаждане. Мобилна сплит система с инверторен компресор с пиков капацитет 9000 BTU може да постигне същия дългосрочен среден комфорт, консумирайки с 40–55% по-малко електроенергия, и може да поддържа непрекъсната работа при 350–500 W при меки условия.

Колко ниско може всъщност да слезе инверторна мобилна сплит система при минимална скорост?

При минимална скорост на компресора, най-добрите инверторни мобилни сплит системи консумират между 280 и 450 W електрическа мощност, докато все още активно охлаждат. Тази стойност при минимална скорост варира според модела: спецификациите на производителите (където минималната консумация е оповестена) показват, че портативните сплит системи от класа 9000 BTU достигат дъно при 300–380 W, докато по-големите 12000 BTU уреди рядко падат под 400 W. При минимална скорост, охладителната мощност също се намалява пропорционално — обикновено до 2000–3500 W топлинно охлаждане вместо номиналните 2640–3520 W — но в добре изолирана стая това е достатъчно, за да преодолее околния приток на топлина във всички дни, освен най-горещите.

Работната точка при минимална скорост е най-ефективната точка в диапазона на инвертора. COP (коефициент на полезно действие — топлинна енергия, доставена за ват консумирана електрическа енергия) обикновено достига връх при 40–60% от номиналната скорост на компресора, а не при максимална. Мобилна сплит система, работеща при 350 W консумация и доставяща 1800 W охлаждане, има моментен COP около 5,1, в сравнение с COP от 3,5–4,0 при пълна номинална скорост. Ето защо реалната сезонна консумация на енергия е толкова по-добра, отколкото подсказват сравненията на пиковата мощност.

Колко слънчеви панела са ви необходими, за да захранвате портативен климатик извън мрежата?

За мобилна сплит система, работеща при устойчива средна стойност от 400 W в продължение на 8 часа на ден (3,2 kWh/ден), и отчитайки загуби при преобразуване от панел към батерия от приблизително 20%, слънчевият ви масив трябва да генерира приблизително 4,0 kWh използваема енергия дневно. В Централна Европа през лятото, панел от 400 W доставя 1,6–2,0 kWh/ден (базирано на 4–5 пикови слънчеви часа — стандартна метеорологична мярка за средна дневна слънчева радиация). В южна Франция, Испания или Италия, същият панел дава 2,0–2,4 kWh/ден. Масив от три панела по 400 W всеки следователно произвежда 4,8–7,2 kWh/ден при разумни летни условия — достатъчно, за да покрие товара на климатика и да зареди батерията за нощна употреба.

Тези оценки предполагат съхранение в батерии LiFePO₄ (литиево-желязо-фосфат — стабилна химия на батериите с дълъг цикъл, предпочитана за слънчеви приложения) при използваема дълбочина на разреждане от 80%, MPPT контролер за зареждане с 95% ефективност и инвертор с чиста синусоида с 93% ефективност на преобразуване. Банкове от оловно-киселинни батерии със същия номинален капацитет биха осигурили само 50–60% от използваемата енергия, изисквайки приблизително двойно повече капацитет на батериите, за да се постигне същото нощно време на работа.

Граничният случай: защо пусковият ток има много по-голямо значение от работния ток

Всеки компресор, включително този с инверторно задвижване, произвежда кратък пусков ток при стартиране — обикновено 2–4 пъти работния ток за част от секундата, докато двигателят се магнетизира и изгражда налягане от покой. Мобилна сплит система, консумираща 400 W непрекъснато, може да изисква пусков скок от 1200–1800 W за 50–200 милисекунди. Инвертор с чиста синусоида трябва да се справи с този скок без грешка; типичен инвертор с номинал 1500 W няма да успее да стартира климатик от 400 W, ако номиналът му за пиков ток е по-малък от 2× непрекъснатия номинал. Практическото правило е да оразмерите инвертора на 2,5–3× номиналната непрекъсната консумация на уреда — което означава, че климатик от 400 W се нуждае от инвертор с минимум 1000–1200 W непрекъсната мощност с пиков номинал от поне 1800 W. Инвертори с модифицирана синусоида никога не трябва да се използват с инверторни компресори, тъй като изкривената форма на вълната причинява прекомерна топлина в задвижващата електроника на компресора и анулира гаранциите.

Какъв тип инвертор е необходим за компресор на климатик с променлива скорост?

Инвертор с чиста синусоида е задължителен за портативни сплит системи, базирани на инверторен компресор. Задвижващата електроника с променлива честота на компресора изисква чисто синусоидално захранване с променлив ток — същото качество на формата на вълната, произвеждано от електрическата мрежа. Инвертор с модифицирана синусоида произвежда стъпаловидно приближение, което може да изглежда, че функционира първоначално, но въвежда хармонични изкривявания, които прегряват задвижващата платка на инвертора вътре в компресора, причинявайки преждевременна повреда и обикновено анулирайки гаранцията на производителя. Всички реномирани марки слънчеви инвертори предлагат модели с чиста синусоида от 1000 W нагоре на разумни цени.

За мобилна сплит система от 400–500 W, инвертор с чиста синусоида с номинал 1200–1500 W непрекъсната мощност и пиков номинал 2500–3000 W покрива практически всички сценарии на стартиране. Когато банкът от батерии е 24 V, това поддържа размерите на DC кабелите практични. Работата от система 12 V е технически възможна, но консумира над 100 A от батерията при пик — изисквайки много тежко окабеляване и висококачествени връзки, за да се избегне падане на напрежението, което изключва инвертора по време на стартиране.

В общностите извън мрежата и на живеещите във ванове, общото заключение е, че се нуждаете от повече батерия, отколкото си мислите, и че вашият инвертор трябва да бъде с чиста синусоида. Потребителите, които са опитали уреди с модифицирана синусоида с инверторни компресори, обикновено съобщават, че компресорът се поврежда в рамките на един сезон, което повече от компенсира всякакви спестявания от инвертора.

Изграждане на практична слънчева охладителна система извън мрежата стъпка по стъпка

1. Изберете мобилна сплит система с публикувана минимална консумирана мощност под 400 W и инверторен компресор — проверете спецификационния лист, а не маркетинговата страница, тъй като минималната мощност често се пропуска в обявите, насочени към потребителите.
2. Оразмерете вашия панелен масив така, че да произвежда поне 1,3× вашата дневна цел за енергия на климатика, след като отчетете замърсяване, температурно намаляване и загуби от ориентация; наклонете към 1,5× в северноевропейски местоположения.
3. Изберете химия LiFePO₄ за вашия банк от батерии — нейният цикличен живот от 2000–4000 цикъла далеч надвишава 300–500-те цикъла на конвенционалните AGM оловно-киселинни батерии, и тя поддържа стабилно напрежение в 80% от диапазона си на капацитет, което е критично за стартирането на инвертора.
4. Инсталирайте инвертор с чиста синусоида с номинал минимум 2,5× номиналната непрекъсната консумация на климатика, с пиков номинал поне равен на 4× номиналната консумация, и го разположете възможно най-близо до банка от батерии, за да минимизирате съпротивлението на кабела.
5. Използвайте MPPT (проследяване на максималната точка на мощност) контролер за зареждане, а не по-прост PWM контролер — MPPT извлича 15–30% повече енергия от панелите, което може да направи разликата между комфортна нощ и гореща в гранично време.
6. Преди да се ангажирате с цялата система, измерете действителния пусков и работен ток на уреда с токови клещи — публикуваните от производителя стойности често са консервативни и вашата реална система може да се нуждае от по-малко, отколкото подсказва теоретичното оразмеряване.

Може ли слънчева настройка на ван или лодка реалистично да захранва мобилна сплит система?

Да, но площта на панелите е обвързващото ограничение. Покривът на ван с размер Transit може да побере четири гъвкави панела по 200 W (общо 800 W) — достатъчно за мобилна сплит система от 300–350 W, работеща 8–10 часа на ден при южноевропейски летни условия, с банк от 200 Ah LiFePO₄, обслужващ нощта. Тесните лодки (narrowboats) с големи плоски покривни площи са може би по-подходящи: шест до осем панела по 200 W са постижими, осигурявайки достатъчно излишна енергия през лятото за работа на климатика и все още зареждане на устройства. Основното ограничение не е инверторът или батерията — това е наличната квадратура на панелите на движеща се платформа.

Нисковатови портативни сплит системи, проектирани за ефективност с инверторен компресор, са сред най-бързо продаваните уреди в Европа, щом се появят прогнози за летни горещини. Търговците могат да разпродадат целия си запас от най-ефективни мобилни сплит системи в рамките на ден-два след предупреждение за гореща вълна.