Солнечная батарея вполне может питать небольшую классную установку выращивания, и по ходу дела из этого получается хороший урок. Но честный ответ для большинства школ такой: обычная розетка, подстрахованная скромным аккумулятором, дешевле, проще и не менее надёжна. Солнце оправдывает себя тогда, когда вы хотите, чтобы установка сама пережила отключение электроэнергии, или когда смысл всей сборки — научить возобновляемой энергетике. В этом материале — нагрузки, расчёт, безопасность и сравнение затрат, чтобы вы выбрали верный путь.

Выясните, сколько ваша установка потребляет на самом деле

Прежде чем подбирать панель, сложите нагрузки. У небольшой классной гидропонной стойки их три: водяной насос, гоняющий питательный раствор, компрессор, который его насыщает кислородом (он есть не в каждой системе), и фитолампа. Насосы крохотные, обычно по несколько ватт каждый. Лампа почти всегда и есть главная нагрузка, и именно она задаёт весь ваш энергобюджет.

Переведите каждую нагрузку в ватт-часы в сутки, умножив мощность на часы работы. Насос на 5 Вт, работающий круглосуточно, съедает около 120 Вт·ч в сутки. Светодиодная фитолампа на 30 Вт при 14 часах работы — около 420 Вт·ч. Сложите всё, и однолотковая система окажется где-то у половины киловатт-часа в сутки. Именно это число, а не размер панели, вы и проектируете на самом деле.

Считайте на зиму, а не на лето

Отдача солнечной панели зависит от числа пиковых солнечных часов, а в Кейптауне их меньше всего зимой — как раз тогда, когда короткие пасмурные дни подталкивают держать фитолампу дольше. Если рассчитать массив на яркий февральский день, в июне его не хватит. Считайте по худшему месяцу.

Пройдите расчёт по порядку:

1. Сложите суточные ватт-часы всех нагрузок, перечисленных выше.
2. Разделите их на реалистичное зимнее число пиковых солнечных часов (закладывайте три-четыре, а не летние пять-шесть) — получите мощность панели, затем добавьте примерно 30 % на потери в проводке, контроллере заряда и аккумуляторе.
3. Подберите аккумулятор так, чтобы он тянул лампу и насос всю ночь плюс один пасмурный день, и не рассчитывайте разряжать его в ноль. Свинцово-кислотные и AGM-батареи не любят опускаться ниже примерно половины заряда; литий может уходить глубже.
4. Все цифры округляйте вверх. Панель и аккумулятор с запасом обойдутся чуть дороже, но избавят вас от мёртвой системы в самую тёмную неделю года.

Аккумулятор на самом деле нужен ради отключений электроэнергии

Для большинства классов настоящая ценность аккумулятора вовсе не в полной автономности. Она в том, чтобы пережить окно отключения, обычно пару часов, и чтобы насос продолжал гнать воду и кислород к корням. Рециркуляционная система, простоявшая два часа, — риск больший, чем те же два часа без света. Короткую темноту растения переносят гораздо легче, чем корни — стоячую воду.

Это меняет взгляд на всю сборку. Вам не обязательно вырабатывать всё своё электричество. Вам нужен запас энергии, достаточный, чтобы удержать насос живым, когда сеть пропадает. Небольшой аккумулятор с сетевым зарядным устройством или недорогой ИБП делают это за долю стоимости полноценного солнечного массива.

Основы безопасности

Вода и электричество здесь соседствуют на одном столе, поэтому проводка должна быть скучной и низковольтной. Несколько правил закрывают почти всё:

• Питайте систему от 5 В или 12 В везде, где можно, а сетевые розетки, вилки и удлинители держите подальше от бака.
• Ставьте предохранитель рядом с аккумулятором и всегда включайте нормальный контроллер заряда между солнечной панелью и аккумулятором.
• В классе используйте герметичные AGM- или LiFePO4-аккумуляторы и никогда — открытые свинцово-кислотные, которые могут выделять газ и проливать кислоту.
• Делайте на каждом кабеле петлю-каплесброс, чтобы вода стекала, а не затекала обратно в разъём, и убирайте провода так, чтобы никто не споткнулся.
• Любую проводку к панели и аккумулятору пусть делает взрослый; ученики могут собирать низковольтную часть с датчиками и насосом.

Когда розетка плюс ИБП — покупка умнее

Если рядом со столом для выращивания в классе уже есть розетка, посчитайте всё до покупки хотя бы одной панели. Вся система потребляет примерно как лампочка, так что небольшой ИБП или аккумулятор на 12 В с подзарядкой проведут её через типичное отключение за куда меньшие деньги, чем солнечный комплект. Будьте готовы к тому, что панель, контроллер заряда и аккумулятор полноценной солнечной сборки обойдутся дороже, чем сама стойка, которую они питают.

Полноценное солнце становится правильным выбором в трёх случаях: удобной розетки нет; вам нужна переносная установка, которую можно вынести на улицу или в другой кабинет; либо обучение солнечной энергетике и есть цель. Если ничего из этого не про вас, розетка плюс небольшой аккумуляторный буфер — обычно разумная покупка, а одну демонстрационную панель для объяснения принципа можно добавить и позже.

Сделайте систему питания частью урока

Какой бы путь вы ни выбрали, электричество — слишком хорошая возможность для обучения, чтобы прятать её внутри вилки. Заведите насос и лампу через плату и дайте ученикам записывать происходящее: напряжение панели, уровень заряда аккумулятора, включён ли насос, температуру воды. Плата вроде sheenbot∞ умеет включать насос по таймеру, опрашивать датчик уровня и записывать числа, так что энергия перестаёт быть абстракцией и становится графиком, о котором класс может спорить.

Так стеллаж для растений превращается в целую четверть межпредметной работы: расчёт ватт-часов на математике, биология растений на естествознании и программирование, которое связывает всё воедино. Если хотите посмотреть, как это работает, прежде чем решаться, запишитесь на бесплатное пробное занятие в нашей академии в Кейптауне, а платы, датчики и насосы есть в магазине.

Коротко

Сначала сложите нагрузки насоса и лампы, любую солнечную часть считайте на зиму, а не на лето, и помните, что аккумулятор оправдывает себя прежде всего тем, что переживает отключения электроэнергии. Для класса с розеткой на стене сеть плюс небольшой ИБП обычно дешевле и проще полностью солнечного варианта. Полноценный массив приберегите для случаев, когда настоящая цель — энергонезависимость, мобильность или обучение самой солнечной энергетике.

Частые вопросы

Потянет ли одна солнечная панель и фитолампу, и насос?

Для однолотковой системы часто да — при условии, что вы поставите ещё и аккумулятор. Днём панель заряжает аккумулятор, а аккумулятор питает лампу и насос, в том числе ночью и в пасмурные периоды. Панель без аккумулятора останавливается в тот момент, когда набегает облако, так что аккумулятор здесь не опция.

Погибнут ли растения во время отключения электроэнергии?

От двухчасового отключения — нет. Ненадолго погасшая лампа не страшна. Больший риск — остановка насоса в рециркуляционной системе, так что если резервировать только одно, резервируйте насос.