Пример расчета солнечных батарей для дома


СОДЕРЖАНИЕ:

Пример расчета солнечных батарей для дома

Макс. ток заряда, А — 20

Напряжение системы, В — 12/24

Max мощность СБ, Вт — 260/520

Цена: 5’424 руб. 4’850 руб.

Ном. мощность, Вт — 1500

Входное напряжение, В — 12

Выходной сигнал — чистый синус

Цена: 15’900 руб. 14’310 руб.

Макс. ток заряда, А — 5

Напряжение системы, В — 12

Max мощность СБ, Вт — 60

Цена: 1’010 руб . 590 руб.

On-line калькулятор солнечной, ветровой и тепловой энергии

Выберите месторасположение объекта, воспользовавшись поиском по названию города или передвигая метку на карте. Введите параметры солнечных панелей, ветрогенераторов, воздушных и/или тепловых коллекторов.

Для расчета солнечных панелей и ветрогенераторов укажите среднесуточное потребление (кВт·ч/сутки) или воспользуйтесь «калькулятором» средней нагрузки, расположенным под картой, справа. Рассчитайте время автономной работы системы, задав данные ёмкости и напряжения аккумуляторных батарей.

Для расчёта тепловой энергии или объема горячей воды выберите тип и количество солнечных коллекторов.

Вы можете воспользоваться подсказками, расположенными под калькулятором или обратиться за помощью в расчётах к нашим специалистам по телефону +7(812)903-28-88, info@helios-house.ru.

Как подобрать комплектацию солнечной и/или ветровой электростанции?

1. Мы рекомендуем начать с расчёта необходимого количества энергии или суточного потребления вашего дома/объекта в кВт*ч/сутки. Эти данные можно получить, списав с электросчетчика или рассчитать в калькуляторе средней нагрузки, справа под картой. Обратите внимание, что данные средней нагрузки в летний и зимний период могут отличаться. Рекомендуем заполнить оба показателя. На графике появятся две прямые: синяя линия указывает зимнее потребление, красная – летнее.

2. Выберите регион установки, для этого используйте «поиск города по названию» или двигайте метку на карте. Инсоляция в разных регионах может значительно отличаться.

3. Выберите тип и количество солнечных панелей в соответствии с суточным потреблением вашего объекта. На графике появится кривая жёлтого цвета, она показывает выработку выбранного вами солнечного массива, при условии ориентации его строго на юг и соблюдении рекомендуемого угла наклона (зенитный угол).

4. Чтобы увидеть количество энергии, вырабатываемое панелями в разные месяцы года – наведите курсор на точку на графике, над интересующим вас месяцем. Получить данные вырабатываемой энергии в разрезе всего года можно в нижнем, общем графике «Суммарная выработка электроэнергии», для этого достаточно нажать закладку «Среднемесячная выработка, кВт*ч».

5. Подберите необходимую ёмкость аккумуляторных батарей, для этого справа под картой выбирайте желаемую ёмкость аккумуляторов и их напряжение. Время автономной работы системы (часов) с выбранным массивом аккумуляторов и при указанной суточной нагрузке высветится ниже.

6. Обратите внимание, что в большинстве случаев перекрыть зимнее (ноябрь-февраль) потребление сложно. Поэтому для зимней эксплуатации используют резервные источники энергии, при полном отсутствии сети это может быть ветрогенератор или топливный генератор.

7. Чтобы добавить к вашей резервной системе ветрогенератор откройте вкладку «Расчет энергии, вырабатываемой ветрогенераторами». Выберите количество и модель ветрогенератра, высоту мачты и окружающий ландшафт. На графике появится голубая кривая, отображающая выработку ветрогенератора в кВт*ч. Чтобы увидеть количество энергии, вырабатываемое в определенные месяцы года – наведите курсор на точку на графике, над интересующим вас месяцем. Получить данные вырабатываемой энергии в разрезе всего года можно в нижнем, общем графике «Суммарная выработка электроэнергии», для этого достаточно нажать закладку «Среднемесячная выработка, кВт*ч». Обратите внимание, что в нижнем графике «Суммарная выработка электроэнергии» отображаются общие данные как солнечной, так и ветровой системы в сумме.

Как подобрать тип и количество водяных солнечных коллекторов?

Объем горячей воды, получаемой от того или иного водного солнечного коллектора можно рассчитать, открыв вкладку «Расчет энергии, вырабатываемой водяными солнечными коллекторами».

Выберите модель и количество коллекторов и укажите угол наклона коллектора в графе «зенитный угол». На графике появится жёлтая кривая, указывающая количество воды в литрах нагреваемой в сутки в различные месяцы года. Температура нагрева 25°С.

Как рассчитать количество тепловой энергии и выбрать воздушный солнечный коллектор?

Для расчета объема нагреваемого солнечным коллектором воздуха откройте вкладку «Расчёт энергии, вырабатываемой воздушными солнечными коллекторами» выберите модель и количество коллекторов. Обязательно укажите угол наклона коллектора в графе «зенитный угол». Для моделей с креплением на стену установите значение 90.

На графике появится желтая кривая, отображающая объем горячего воздуха в м³/сутки при нагреве на 44°С.

Обратите внимание, что полученные при расчетах данные приблизительные. On-line калькулятор в своих расчётах опирается на базы данных о инсоляции на земной поверхности в разных точках земного шара. Период наблюдения, учтённый в базе данных инсоляции земной поверхности — чуть более двадцати лет. Фактическая выработка энергии может отличаться из года в год, и зависит от инсоляции в конкретном периоде. К тому же данные калькулятора предполагают расположение источников тепловой и электрической энергии (солнечных панелей и коллекторов) строго на юг!

Расчет мощности солнечных батарей

Мощность солнечных панелей для автономных систем выбирается исходя из необходимой вырабатываемой мощности, времени года и географического положения.

Необходимая вырабатываемая мощность определяется мощностью, требуемой потребителям электроэнергии, которые планируется использовать. При расчете стоит учитывать потери на преобразование постоянного напряжения в переменное, заряд-разряд аккумуляторов и потери в проводниках.

Солнечное излучение величина не постоянная и зависит от многих факторов – от времени года, времени суток, погодных условий и географического положения. Эти факторы также должны учитываться при расчете количества необходимой мощности солнечных панелей. Если планируется использование системы круглогодично, то расчет должен производиться с учетом самых неблагоприятных месяцев с точки зрения солнечного излучения.

При расчете для каждого конкретного региона необходимо проанализировать статистические данные о солнечной активности за несколько лет. На основании этих данных, определить усредненную действительную мощность солнечного потока на квадратный метр земной поверхности. Эти данные можно получить у местных или международных метеослужб. Статистические данные позволят с минимальной погрешностью спрогнозировать количество солнечной энергии для вашей системы, которая будет преобразована солнечными панелями в электроэнергию.

Для примера рассмотрим усредненную дневную инсоляцию по месяцам с одного из серверов метеослужб для г. Москвы. Данные указаны с учетом атмосферных явлений и являются усредненными за несколько лет.

Единица измерения инсоляции в таблице кВт*ч/м2/сутки.

Угол наклона плоскости, градусы по отношению к земле (0°- инсоляция на горизонтальную плоскость, 90 – инсоляция на вертикальную плоскость и т. п.), при этом плоскость ориентирована на Юг.

Янв. Февр. Март Апр. Май Июнь Июль Авг. Сент. Окт. Нояб. Дек. Среднегодовая инсоляция кВт*ч/м2/сутки
0.75 1.56 2.81 3.87 5.13 5.27 5.14 4.30 2.63 1.49 0.81 0.50 2.86
40° 1.51 2.55 3.78 4.34 5.12 4.97 5.00 4.57 3.22 2.20 1.46 1.08 3.32
55° 1.66 2.70 3.82 4.16 4.70 4.51 4.53 4.31 3.17 2.27 1.58 1.20 3.22
70° 1.72 2.71 3.67 3.79 4.18 3.95 4.00 3.85 2.97 2.24 1.62 1.26 3.00
90° 1.65 2.50 3.19 3.07 3.21 2.99 3.05 3.08 2.51 2.02 1.53 1.22 2.50
Оптимальный угол 72.0 63.0 50.0 34.0 20.0 11.0 16.0 27.0 43.0 58.0 69.0 74.0 44.6

Как видно, самым неблагоприятным месяцем для данного региона является декабрь, дневная усредненная инсоляция на горизонтальную поверхность земли составляет 0,5 кВтч/м2/сутки, на вертикальную – 1,22 кВт*ч/м2/сутки. При угле наклона плоскости относительно земли 70 градусов инсоляция будет составлять 1,26 кВтч/м2/день, оптимальным углом для декабря является 74 градуса. Самым благоприятным месяцем является июнь и инсоляция на горизонтальную поверхность составит 5,27 кВтч/м2/сутки, оптимальный угол наклона для июня 11 градусов.

Угол наклона солнечной панели, при круглогодичном использовании в системе, которая потребляет в среднем одну и ту же мощность независимо от времени года, должен совпадать с оптимальным углом наклона самого неблагоприятного месяца по количеству солнечной радиации. Оптимальным углом наклона для декабря в г. Москва является 74 градус, таким образом и стоит устанавливать солнечную панель, так как в другие месяцы инсоляция заметно больше, и как следствие выработки электроэнергии будет более чем достаточно. Более того, в зимнее время при углах наклона 70-90 градусов, на солнечной панели не будут скапливаться осадки в виде снега. Если задачей является получение максимальной мощности от солнечных панелей, в течение всего года, то требуется постоянно ориентировать солнечную панель максимально перпендикулярно солнцу.

Формула расчета мощности солнечных панелей

Pсп=Eп*k* Pинс / Eинс , где:

Pсп — мощность солнечных панелей, Вт;

Еп — потребляемая энергия, Втч в сутки;

Eинс — среднемесячная инсоляция (из таблицы) кВтч/м2/день;

Pинс – мощность инсоляции на земной поверхности на одном квадратном метре (1000Вт/м2);

k – коэффициент потерь на заряд – разряд аккумуляторов, преобразование постоянного напряжения в переменное, обычно принимают равным 1,2-1,4.

Формула расчета вырабатываемой энергии солнечными батареями

Pсп — мощность солнечных панелей, Вт;

Ев — вырабатываемая энергия солнечными панелями, Втч в сутки;

Eинс — среднемесячная инсоляция (из таблицы) кВтч/м2/день;

Pинс – мощность инсоляции на земной поверхности на одном квадратном метре (1000Вт/м2);

k – коэффициент потерь на заряд – разряд аккумуляторов, преобразование постоянного напряжения в переменное, обычно принимают равным 1,2.

Расчёт солнечных батарей для задачи

Поскольку солнечные батареи вызывают очень большой интерес (вижу по количеству запросов), а расчёты необходимого количества и вырабатываемой мощности для многих сложны, то попробую более подробно сделать расчёт системы солнечной электростанции для реальной задачи.

Задача звучит так: необходимо обеспечить освещение объекта, работающее от солнечных батарей. Основного питания нет и не ожидается.

Выясняем интересующие нас моменты.

Описание задачи

Время года, когда необходимо освещение (мы помним, что зимой выработка батарей в 10-12 раз ниже, чем летом) — круглый год. Значит, считать систему надо будет по самому темному месяцу, а летом выработка будет в 10 раз больше, чем необходимо.

Расположение объекта (для расчёта количества солнца) — Ленинградская область.

Максимальная потребляемая мощность. Это то, какая максимально мощность может потребляться. То есть, если в доме обычно горит только одна лампочка, но на 5 минут в день включают чайник, то надо считать по мощности чайника. Эта цифра определяет мощность инвертора, создающего 220 вольт из аккумуляторов. В нашем случае, это порядка 300 Вт. Но освещение осуществляется светодиодными прожекторами, поэтому надо принять во внимание пусковой ток и то, что нагрузка не резистивная.

Сколько нужно электроэнергии в сутки. Нельзя путать этот параметр с предыдущим. Максимальная мощность измеряется в ваттах и определяет мощность инвертора. А количество электроэнергии измеряется в ватт-часах в единицу времени, для нашего расчёта это сутки. Казалось бы, время и в числителе, и в знаменателе, и можно его сократить, но тогда потеряем физический смысл и удобство понимания этой величины.

Если вам не дают покоя единицы измерения, то вот ещё немного информации. Ток (амперы) — это количество кулонов электроэнергии, прошедшее через провод в единицу времени. В кулонах измеряется как раз количество электричества. Мы к этой единице измерения добавляем (не в прямом смысле) время и напряжение. Мощность — это ток * напряжение. Значит, мощность = кулоны * напряжение / время.

Сказать, что лампочка потребляет (правильно сказать — имеет мощность) 100 ватт — всё равно, что сказать, что она потребляет 100 ватт-часов в час. Или 2400 ватт-часов в сутки.

Мощность осветительных приборов в нашей задаче 280 ватт, потребление 280 ватт-часов. Работает 10 часов в сутки. Значит, наша искомая цифра потребления электричества в сутки — 2800 ватт-часов в сутки.

В романе «Марсианин» главный герой в своих расчетах назвал единицу измерения «киловатт-час в сол» — пират-ниндзя, сокращённо пн. Рекомендую к прочтению.

Итак, нам нужна выработка после инвертора 2800 ватт-часов в сутки. КПД хорошего инвертора на уровне 92-96%. Потребление в спящем режиме (то есть, потребление платы инвертора) до 5Вт. Итого 120Вт-часов в сутки.

Получается, что нам нужна выработка батарей не 2800, а 3100, чтобы покрыть КПД (нагрев инвертора) и питание самого инвертора. Если бы нагрузка была не 220, а 24 вольта, этих потерь можно было бы избежать.

Ещё у нас есть такая вещь, как КПД аккумулятора. Все заметили, что когда телефон заряжается, он тёплый или горячий. То есть, часть энергии заряжает аккумулятор, а часть греет телефон. Поскольку освещение нам нужно не днём, а ночью, то мощность надо считать с учётом КПД заряда и разряда аккумулятора. Этот КПД зависит от тока заряда и разряда и типа аккумуляторов, а также от температуры воздуха. Мы возьмём его 75%.

Получается, что нам надо уже 4133 ватт/часа в сутки. Получается, что 32% выдаваемого батареями тока идёт на покрытие потерь. Это печально.

Считаем, что для этого нужно.

Подбор солнечных батарей, контроллера, инвертора

Вводим данные в калькулятор, выбираем 20 батарей по 280 ватт и получаем следующую грустную кривую:

Почему грустную? Потому что летом выработка будет 28 киловатт-часов в сутки, в 7 раз больше, чем нам надо. А зимой даже меньше, чем надо. 12 солнечных батарей дали бы нам необходимую мощность с середины января по конец ноября, удваиваем количество батарей — получаем плюс десяток дней.

Возьмём разумный компромисс. Пусть в декабре и первой половине января свет будет работать не всю ночь, а вдвое меньше — насколько хватит солнечных батарей. Будем считать 12 солнечных панелей по 280 ватт.

Итак, 12 солнечных батарей по 280 ватт.

Суммарная максимальная мощность, которая идёт из батарей — 3360 ватт. То есть, более, чем в 10 раз больше, чем нам нужно для освещения, если бы оно горело напрямую от батарей. Но оно горит от аккумуляторов в тёмное время суток, когда солнца нет, так что ток от батарей сначала заряжает аккумуляторы через контроллер, потом идёт на инвертор, потом уже на освещение.

3360 ватт делим на 48 вольт, получаем ток 70 ампер. Это максимальный ток, который пойдёт от батарей, по нему надо считать контроллер и кабели.

Посчитаем контроллер отечественного производителя КЭС DOMINATOR MPPT 200/100. Максимальный ток 100 ампер (вдруг захотят ещё три батареи добавить). Стоимость 40900 рублей.

Инвертор МАП «Энергия» SIN Pro 48/220В 3.0 квт. 46 900 рублей. Это инвертор минимальной мощности на 48 вольт.

Расчёт аккумуляторов

Итак, нам надо, чтобы в аккумуляторах было запасено примерно 3100 ватт-часов электроэнергии с учётом мощности светильников, КПД инвертора и КПД разряда аккумуляторов. Аккумуляторы 12-вольтовые, так что делим на 12. Получаем 258 ампер-часов. Аккумуляторы разряжаются не до нуля, а до примерно 25%. И со временем их ёмкость падает, надо и это учесть.

Аккумулятора надо 4, мы можем считать, что если возьмём 4 по 100 ампер-часов, то покроем потребность.

Возьмём для расчёта Delta HR 12-100. Стоимость по 13400 рублей.

Ещё нужно некоторые количество дополнительных элементов системы: УЗИП, предохранители, соединители аккумуляторов, соединители батарей, кабель для соединения всех компонентов системы, разветвители нескольких типов. Не буду приводить полный список необходимого, но стоимость его без учёта стеллажа для аккумуляторов и с учётом 50 метров кабеля сечением 4 мм2 составит порядка 18 тысяч рублей.

Если посчитать всё вышеперечисленное получим 349 320 рублей.

Всего-навсего несколько светодиодных прожекторов на 280Вт, которые горят 10 часов в сутки. С марта по сентябрь они, очевидно, могут гореть и круглосуточно. К тому же, можно использовать какие-то дополнительные устройства, например, строительный инструмент.

Не претендую на то, что этот расчёт оптимален, можно заменой контроллера и инвертора сэкономить пару десятков тысяч рублей, но общий порядок цены сохранится.

8,888 просмотров всего, 10 просмотров сегодня

Расчет солнечных батарей для частного дома

Увеличение эффективности солнечных батарей

Стоимость системы солнечного энергоснабжения зависит от варианта его использования. Если энергию солнца использовать как дополнительный источник электроэнергии, тогда она вам обойдется дешевле. Общие затраты также будут значительно меньше, если сами будете устанавливать гелиосистему со всем оборудованием.

Правильный выбор производителя, тоже влияет на окупаемость солнечной электростанции. Не нужно ориентироваться на европейский бренд, китайский вариант солнечных панелей и оборудования ничуть не хуже, зато намного дешевле. Самый дорогой элемент солнечной электростанции — это солнечные панели. Можно приобрести отдельные солнечные модули и зимними вечерами их собирать в панели.

Правда их производительность будет ниже заводских, и для достижения необходимой мощности солнечных панелей нужно сделать их больше. За то какая экономия! Выбрав правильный угол установки солнечных элементов для вашей местности, можно поднять эффективность солнечных батарей.Лучше будет установка панелей на специальную автоматическую подвижную раму, которая поворачивается вслед за солнцем.

Угол наклона солнечных батарей для максимальной эффективности зимой и летом

Батареи будут получать максимальное освещение солнечной энергией в течение всего светлого времени суток. Если в вашей местности преобладает пасмурная погода, то лучше остановиться на микроморфных пленочных панелях, которые вырабатывают энергию и в пасмурные дни. Самой дорогой и самой эффективной является монокристаллическая фотопанель, с КПД 20-25%. Популярные поликристаллические изделия имеют КПД равные 15-20%, и по эффективности мало уступают монокристаллическим.

Расчет солнечных батарей для дома

Расчет мощности солнечных батарей нужно проводить с учетом вашего потребления мощности электроэнергии за час. Для этого нужно знать, сколько времени работает каждый бытовой электроприбор, освещение. Считать потребление мощности электроэнергии нужно в вечернее время, когда включено больше всего электроприборов и техники. Допустим, при расчете вы получили 7 кВт/час.

График зависимости мощности солнечных батарей от погодных условий

Расчет мощности солнечных батарей нужно делать с учетом инсоляции — количества солнечной энергии на единицу площади для вашей местности, которая определяется по карте инсоляции для районов России. Определим инсоляцию 2 кВт/час.

Вы желаете приобрести батарею мощностью 200 Ватт или 0,2 кВт. Из этих данных теперь можно определить количество необходимых панелей. Расчет числа солнечных батарей для частного дома: 7/2/0,2 = 17,5 штуки. Округляем в большую сторону, получаем, что нам необходимо для потребления мощности электроэнергии в 7 кВт приобрести 18 панелей.

Чтобы как-то сэкономить электроэнергию, нужно лампы накаливания заменить энергосберегающими лампами, и по мере износа электробытовых приборов приобретать энергоэкономную технику. Это приблизительный расчет, без потерь в аккумуляторах (15-30%) и потерь в недорогих контроллерах (15-20%). Поэтому установив 18 панелей нужно предусмотреть место для монтажа еще нескольких фотобатарей.

Устройство солнечной электростанции

Со временем вы выйдете на точное число солнечных модулей. Все, вы определились с количество панелей, теперь солнечной электроэнергии достаточно даже в месяцы с худшей инсоляцией. А летом, когда солнца вдоволь, куда девать электроэнергию. Если у вас осталась электросеть как резервный вариант, на случай непредвиденных обстоятельств, тогда договоритесь с энергосбытом на установку обратного электросчетчика. Излишек солнечной энергии будет перетекать в электросеть, и вы будете получать за это деньги.

Расчет солнечной электростанции для дома

Для расчета солнечной системы, вам пригодится on-line калькулятор на нашем сайте — Расчет солнечных батарей. При проектировании домашней фотоэлектрической системы сначала нужно составить список всех электроприборов в доме, выяснить их потребляемую мощность и внести в список.

В таблице внизу даны для справки данные о средней потребляемой мощности некоторых приборов. Однако необходимо помнить, что это всего лишь приблизительные оценки. Чтобы рассчитать потребляемую мощность (E) системы с инвертором (для приборов переменного тока), нужно внести поправку (умножить среднее потребление на поправочный коэффициент, чтобы получить общую мощность). Так же для того, чтобы учесть потери в инверторе необходимо полученную мощность потребителей умножить на 1,2. Такие приборы, как холодильник, компрессор в момент пуска потребляют мощность в 5-6 раз больше паспортной, поэтому инвертор должен кратковременно выдерживать мощность в 2-3 раза выше номинальной мощности. Если потребителей с высокой мощностью достаточно много, но работают они очень редко, это может привести к тому, что у нас получится система с огромной выходной мощностью инвертора, как результат, очень дорогого. Тогда необходимо предусмотреть, чтоб не происходило одновременного включения таких приборов, это удешевит систему.

Пример:

Нагрузка переменного тока

Во-вторых, нужно оценить, сколько времени в течение дня используются те или другие электроприборы. К примеру, лампочка в гостиной горит 10 часов в сутки, а в кладовой — только 10 минут. Запишите эти данные во вторую колонку в следующей таблице. Потом составьте третью колонку, в которую впишите ежедневную потребность в энергии. Чтобы ее определить, нужно умножить мощность прибора на время его работы, например: 20 Вт x 4 часа = 80 Вт·ч. Запишите полученное число в третью колонку — это и есть ваше общее энергопотребление в день.

Кол-во часов работы в день

Энергопотребление в день, Вт·ч

Далее необходимо определить количество солнечной энергии, на которое можно рассчитывать в данной местности. Обычно эти данные можно получить у местного поставщика солнечных батарей или на гидрометеостанции. Важно учитывать два фактора: среднегодовую солнечную радиацию, а также ее среднемесячные значения при наихудших погодных условиях.

С помощью первого значения фотоэлектрическую систему можно рассчитать в соответствии со среднегодовой солнечной радиацией, то есть в некоторые месяцы будет больше энергии, чем требуется, а в другие — меньше. Если вы руководствуетесь второй цифрой, у вас всегда будет как минимум достаточно энергии для удовлетворения ваших потребностей, кроме разве что чрезвычайно продолжительных периодов плохой погоды.

Теперь можно подсчитать номинальную мощность фотоэлектрического модуля.

Взяв из таблиц значение солнечной радиации за интересующий нас период и разделив его на 1000, получим так называемое количество пикочасов, т.е., условное время, в течении которого солнце светит как бы с интенсивностью 1000 Вт/м2.

Модуль мощностью Рw в течении выбранного периода выработает следующее количество энергии: W = k Pw E / 1000, где Е — значение инсоляции за выбранный период, k- коэффициент равный 0,5 летом и 0,7 в зимний период. Он делает поправку на потерю мощности солнечных элементов при нагреве на солнце, а также учитывает наклонное падение лучей на поверхность модулей в течении дня. Разница в его значении зимой и летом обусловлена меньшим нагревом элементов в зимний период.

Исходя из суммарной мощности потребляемой энергии и приведенной выше формулы — легко рассчитать суммарную мощность модулей. А зная ее, простым делением ее на мощность одного модуля, получим количество модулей.

Используя фотомодули разной мощности — 50 Вт, 70 Вт, 80 Вт, 100 Вт, 150 Вт и т.д,, можно построить генератор с необходимой нам установленной мощностью. Если потребность в энергии составляет, например, 84 Вт, лучше всего ей соответствует система из двух модулей по 50 Вт. Если же общая мощность модулей сильно отличается от вашей расчетной величины, придется пользоваться либо недостаточно мощным, либо слишком мощным генератором. В первом случае солнечная батарея не сможет удовлетворить общую потребность в энергии. Вам решать, устроит ли вас частичное обеспечение ваших потребностей. Во втором случае у вас будет избыток электроэнергии.

Определение емкости аккумуляторной батареи зависит от потребности в энергии и от количества фотоэлектрических модулей – от зарядного тока. Так как в подавляющем большинстве случаев используются свинцовые батареи, изготовленные по разным технологиям – AGM, gel, то для них оптимальным является 10% зарядный ток. В примере с ФМ 90 Вт минимальная емкость батареи составит 60 ампер-час (А·ч), а оптимальная — 100 А·ч. Такая батарея сможет сохранять 1200 Вт·ч при 12 В. Этого достаточно для электроснабжения, когда дневное потребление энергии составляет 280 Вт·ч.

Выбор постоянного напряжения системы

В прошлом почти во всех фотоэлектрических системах использовалось постоянное напряжение 12 В. Широко применялись приборы на 12 В, питавшиеся прямо от батареи. Теперь, с появлением эффективных и надежных инверторов, все чаще в аккумуляторах используется напряжение 24 и 48 В. В настоящее время напряжение электрической системы определяется дневным поступлением энергии в течение дня. Системы, производящие и потребляющие менее 1000…1500 Вт·ч в день, лучше всего сочетаются с напряжением в 12 В. Системы, производящие 1000—3000 Вт·ч в день, обычно используют напряжение 24 В. Системы, производящие более 3000 Вт·ч в день, используют 48 В.

Напряжение в системе — это очень важный фактор, который влияет на параметры инвертора, средств управления, зарядного устройства и электропроводки. Однажды купив все эти компоненты, их трудно заменить. Некоторые компоненты системы, например, фотомодули, можно переключить с 12 В на более высокое напряжение, другие — инвертор, проводка и средства контроля — предназначены для определенного напряжения и могут работать только в его рамках.

Компоненты: АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ

В аккумуляторе накапливается энергия, выработанная солнечным модулем. В качестве компонента домашней солнечной энергетической установки, аккумулятор выполняет три задачи: * Покрывает пиковую нагрузку, которую не могут покрыть сами фотоэлектрические модули (резервный запас). * Дает энергию в ночное время (кратковременное хранение). * Компенсирует периоды плохой погоды или слишком высокого энергопотребления (среднесрочное хранение).

Наиболее доступные по цене и имеющиеся во всем мире, автомобильные аккумуляторы. Однако они предназначены для передачи большого тока в течение короткого промежутка времени. Они плохо выдерживают продолжительные циклы зарядки-разрядки, типичные для солнечных систем, а так же имеют достаточно высокий саморазряд. Промышленность выпускает разнообразные аккумуляторные батареи для систем резервного питания, в том числе т.н. солнечные аккумуляторы, которые отвечают данным требованиям. Их главная особенность — низкая чувствительность к работе в циклическом режиме и низкий саморазряд.

Для большой фотоэлектрической системы емкости одного аккумулятора может оказаться недостаточно. Тогда можно параллельно подключить несколько аккумуляторов, соединив все положительные и все отрицательные полюса между собой. При зарядке аккумулятор выделяет потенциально взрывоопасные газы. Поэтому нужно остерегаться открытого огня. Однако выделение газов незначительное, особенно если используется регулятор заряда; так что риск не превышает обычного, связанного с использованием аккумулятора в автомашине. И все же аккумуляторы нуждаются в хорошей вентиляции. Поэтому не стоит накрывать их и прятать в ящики.

Емкость аккумулятора указывается в ампер-часах. К примеру, аккумулятор на 100 А·ч и 12 В может сохранять 1200 Вт·ч (12 В x 100 А·ч). Однако емкость зависит от продолжительности процесса зарядки или разрядки. Период подзарядки указывают как индекс емкости C, например, «C10» для 10 часов. Отметим, что производители могут изготавливать аккумуляторы для разных базовых периодов разряда.

При хранении энергии в аккумуляторе определенное ее количество в процессе преобразования и хранения теряется. Эффективность автомобильных батарей составляет около 75%, тогда как специализированные аккумуляторы имеют несколько лучшие показатели – 80…85%. Так же со временем теряется часть емкости аккумулятора при каждом цикле заряд-разряд, пока не снижается настолько, что его приходится заменять. Специализированные аккумуляторы для систем резервного питания служат значительно дольше, чем мощные автомобильные, срок службы которых составляет всего 2-3 года против 8-10.

Каждый электрик должен знать:  Как пользоваться индикаторной отверткой видео с инструкцией

Определение емкости аккумуляторной батареи

Важно, чтобы размер батареи позволял хранить энергию как минимум в течение 4 дней. Представим себе систему, которая потребляет 2400 Вт·ч в день. Разделив эту цифру на напряжение 12 вольт, получим дневное потребление 200 А·ч. Значит, 4 дня хранения равняются: 4 дня x 200 А·ч в день, равно 800 А·ч. Если используется свинцовая батарея, к этой цифре нужно прибавить 20%, а лучше 30…50%, чтобы аккумулятор никогда не разряжался полностью. Значит, емкость нашего идеального свинцового аккумулятора составляет минимально 1000 А·ч. Если же используется кадмиево-никелевая или железо-никелевая батарея, дополнительные 20…50% емкости не требуются, т.к. щелочным аккумуляторам не вредит регулярная полная разрядка. Также при выборе АКБ мы не рассматривали влияние температуры внешней среды (особенно отрицательных температур) на емкость аккумуляторов, что немного бы усложнило расчеты, но как показывает практика обычно АКБ размещают в отапливаемом помещении и соответственно поправка на температуру не существенна.

Внимание: Аккумуляторные батареи должны быть одного производителя, одной емкости, с одинаковым сроком изготовления – с одной партии поставки.

Компоненты: КОНТРОЛЛЕР ЗАРЯДА

Аккумулятор прослужит весь свой заявленный срок только в том случае, если он используется вместе с качественным контроллером заряда, который защищает батарею от чрезмерной зарядки и глубокой разрядки. Если батарея полностью заряжена, регулятор снижает уровень тока, вырабатываемого солнечным модулем до величины, компенсирующей саморазряд. И наоборот, регулятор прерывает поставку энергии на потребляющие приборы, когда аккумулятор разряжается до критического уровня. Таким образом, внезапное прекращение энергоснабжения может быть вызвано не поломкой в системе, а результатом действия этого защитного механизма.

Контроллеры заряда — электронные устройства, которые оборудованы предохранителями для предотвращения повреждения регулятора и других компонентов системы. Среди них — предохранители против короткого замыкания и изменения полярности (когда перепутаны полюса «+» и «-»), блокировочный диод, который препятствует разрядке батареи в ночное время. Так же они оборудованы разнообразными индикаторами — светодиодами, более продвинутые модели — LCD-дисплеями, которые отмечают состояние работы, режимы и поломки системы. В некоторых моделях отмечается уровень зарядки батареи, хотя его весьма трудно определить с точностью.

Инвертор превращает постоянный ток низкого напряжения в стандартный переменный (220 В, 50 Гц). Инверторы бывают от 250 Вт до свыше 8000 Вт. Инверторы мощностью 3000 Вт и выше зачастую способны работать до нескольких шт. в параллельном подключении, увеличивая общую выходную мощность в соответствующее количество раз. Так же их можно объединять для построения 3-фазной сети. Электричество, вырабатываемое современными синусоидальными инверторами, отличается лучшим качеством, чем то, которое поступает к вам домой из местной энергосистемы. Существуют также «модифицированные» синусоидальные инверторы — они не так дороги, но при этом пригодны для большинства домашних задач. Они могут создавать небольшие помехи, «шум» в электронном оборудовании и телефонах. Инвертор также может служить «буфером» между домом и коммунальной энергосистемой, позволяя продавать избыток электроэнергии в общую электросеть.

Фотоэлектрические системы с резервными генераторами

При совместной работе фотоэлектрические системы и другие генераторы электроэнергии могут удовлетворять более разнообразный спрос на электричество с большим удобством и при меньших затратах, чем по отдельности. Когда электричество нужно непрерывно или возникают периоды, когда его нужно больше, чем может выработать одна только фотобатарея, ее может эффективно дополнить генератор. В дневные часы фотоэлектрические модули удовлетворяют дневную потребность в энергии и заряжают аккумулятор. Когда аккумулятор разряжается, дизель-генератор (либо бензиновый, или газовый) включается и работает до тех пор, пока батареи не подзарядятся. В некоторых системах генератор восполняет недостаток энергии, когда потребление электричества превышает общую мощность фотомодулей и аккумуляторов. Системы, в которых используются разнотипные электрогенераторы, объединяют в себе преимущества каждого из них. Двигатель-генератор вырабатывает электричество в любое время суток. Таким образом, он представляет собой резервный источник питания для дублирования фотоэлектрических модулей, зависящих от погоды. С другой стороны, фотоэлектрический модуль работает бесшумно, не требует ухода и не выбрасывает в атмосферу загрязняющие вещества. Комбинированное использование фотоэлементов и генераторов способно снизить первоначальную стоимость системы. Если резервной установки нет, фотоэлектрические модули и аккумуляторы должны быть достаточно большими, чтобы обеспечивать питание ночью.

Однако, использование двигателя-генератора в качестве резерва означает, что для обеспечения потребности в электричестве требуется меньшее количество фотоэлектрических модулей и батарей. Присутствие генератора делает проект системы более сложным, но управлять ею все равно достаточно легко. На самом деле современное электронное управление инверторов позволяет этим системам работать в автоматическом режиме. Инверторы можно запрограммировать на автоматическое переключение либо на генератор, либо на подзарядку батарей, либо комбинацию этих функций. Кроме двигателя-генератора, можно использовать электричество от ветроустановки, малой ГЭС или от другого источника, формируя, таким образом, гибридную электростанцию необходимого размера.

Лучший способ избежать ненужных потерь — использование соответствующих электрических кабелей и правильное их подключение к приборам. Кабель должен быть максимально коротким. Провода, соединяющие различные приборы, должны иметь площадь поперечного сечения не менее 4…6 мм2. Чтобы падение напряжения не превышало 3%, кабель между солнечным модулем и аккумулятором должен иметь поперечное сечение 0,35 мм2 (12-вольтная система) или 0,17 мм2 (24 В) на 1 метр на один модуль. То есть, кабель длиной 10 м для двух модулей должен быть не тоньше: 10 x 2 x 0,35 мм2 = 7 мм2. Поскольку с кабелем больше 10 мм2 в сечении трудно обращаться, иногда приходится смириться с более высокими потерями. Если часть кабеля пролегает под открытым небом, он должен быть устойчивым к плохим погодным условиям. Очень важна также его устойчивость к ультрафиолетовому излучению.

Компоненты: УСТРОЙСТВА СЛЕЖЕНИЯ ЗА СОЛНЦЕМ

Фотоэлектрические модули работают лучше всего тогда, когда фотоэлементы расположены перпендикулярно солнечным лучам. Слежение за Солнцем может привести к увеличению ежегодного производства энергии на 10% зимой и на 40% летом по сравнению с неподвижно закрепленным фотоэлектрическим модулем. «Слежение» реализуется с помощью монтажа солнечного модуля на подвижной платформе, поворачивающейся за Солнцем. Прежде всего, нужно сопоставить преимущество лишней энергии, полученной благодаря слежению за Солнцем, со стоимостью монтажа и техобслуживания системы слежения.

Устройства слежения недешевы. Во многих странах не имеет экономического смысла устанавливать слежение за Солнцем для менее чем восьми солнечных панелей (например, в США). При использовании восьми фотоэлектрических модулей мы получим больше энергии, если потратим деньги на увеличение числа панелей, а не на установку слежения. Только при восьми и более панелях устройство слежения окупится. У этого правила есть и исключения: к примеру, когда фотоэлектрические панели напрямую питают водяной насос, без аккумулятора, — тогда слежение за Солнцем выгодно для двух и более модулей. Это связано с техническими характеристиками, например, с максимальным напряжением, необходимым для питания двигателя насоса.

СРОК ЭКСПЛУАТАЦИИ КОМПОНЕНТОВ И СТОИМОСТЬ

Очень важным фактором экономического анализа является срок эксплуатации фотоэлектрической системы. Сроки службы разных компонентов солнечного энергоснабжения подсчитаны на основе опыта, накопленного за последние годы.
* Срок службы фотоэлектрических панелей без заметного снижения КПД оценивается в 20…25 лет.
* Каркасы и крепления из алюминия и нержавеющей стали (используются в большинстве фотоэлектрических систем) — срок службы не ниже фотоэлектрических модулей.
* Аккумулятор. В зависимости от характера цикла заряд/разряд, либо буферный режим работы (разряд не более, чем на 30%), средний срок службы составляет от 4 до 10..12 лет.
* Контроллеры заряда аккумуляторов рассчитаны по меньшей мере на 10 — 15 лет безремонтной эксплуатации.
* Инверторы обычно служат не менее 10 — 15 лет. Многие производители дают гарантийный срок эксплуатации 5 лет

Расчет мощности солнечных батарей: сколько нужно для частного дома, подробная методика подсчета

Система электроснабжения частного дома, построенная на солнечных батареях, является, по сути, новым направлением среди традиционных электрических схем.

Перед владельцами домов, изъявивших желание установить такие солнечные накопители и генераторы, возникает вполне закономерный вопрос: какие типы батарей нужно выбирать, чтобы они стали постоянным и надежным источником электрической энергии, и способны были обеспечивать бытовые потребности всей семьи?

Ответ на этот вопрос и рассматривается в нашей статье.

Виды панелей

Под солнечными накопителями следует понимать полупроводниковые элементы, содержащие кремний.

Их действие построено на основе принципа работы фотоэлемента, когда на полупроводник воздействует световой поток, приводящий к освобождению свободных электронов и создающий из них ток.

Принцип работы солнечной батареи. (Для увеличения нажмите) Вот из множества таких вот фотоэлементов состоит одна солнечная батарея. Передача электрической энергии производится так, как показано на рисунке.

Параметры солнечного накопителя во многом зависят от характеристик кремния, то есть, какой формой состава данного химического элемента он наполнен.

Производителями выпускаются следующие типы модулей:

  1. Тонкопленочные накопители. Изготавливаются в виде пленки, изготовленной из аморфного кремния. Они просты в монтаже, не боятся аномальных погодных явлений. Недостатком их является значительное снижение КПД в пасмурную погоду и требуемая большая площадь для установки. Положительная сторона – это не высокая стоимость.
  2. Монокристаллический тип. Устройства, сложенные из множества ячеек, напоминающие пчелиные соты. Широко применяются такие накопители в судоходстве, так как за счет силиконовой защиты не поддаются воздействию влаги. Данная техническая возможность позволяет их монтировать поверх кровли. Они просты в установке за счет компактных размеров и не большого веса. Недостаток – это снижение КПД при рассеянном свете.
  3. Поликристаллические модификации. Их слои состоят из разнонаправленных кремниевых кристаллов. Производители изготавливают такие модульные устройства синим цветом. За счет разнонаправленности они не зависят от направления светового потока.

Как рассчитать

Нажмите для увеличения Простая схема подключения электрической схемы дома к солнечной энергосистеме выглядит, так как показано на рисунке.

Ее несложно создать, если под рукой иметь правильный расчет. Он создается по определенной методике, состоящий из следующего алгоритма:

  • подсчет предполагаемой нагрузки токоприемников для определения суммарной мощности;
  • установление параметров инверторного прибора и аккумуляторной батареи;
  • подсчет количества необходимых солнечных накопителей (определение данного параметра проводится на основании данных о месте монтажа и уровня солнечного излучения, а так же на основании размера самой солнечной батареи);
  • определение стоимости всей солнечной энергосистемы, подключенной к дому (здесь требуется рассматривать разные варианты от нескольких изготовителей).

Эффективность и рациональность использования

Если при подсчете получается большая стоимость, то следует применить следующие действия:

  • снизить параметр нагрузки за счет замены бытовых устройств на аналогичные приборы с экономным потреблением;
  • заменить токоприемники, работающие на переменном токе, на агрегаты, функционирующие от постоянного тока (позволит уменьшить потери в инверторном устройстве до 40%);
  • в процессе эксплуатации схемы, работающей от солнечных батарей, вводить ограничения потребления, так как могут наступить периоды полного отсутствия электричества в доме.

В добавление ко всему следует учитывать, что в летний период года проблем с производством электричества не будет, так как солнце полностью отдает свою энергию.

Но в осеннюю или зимнюю пору, когда небо часто затянуто тучами, эффективность такой энергосистемы может снизиться в 40 раз.

Единственным выходом здесь является правильный выбор направления модулей. Они должны быть направлены на юго-восток или на юг.

Существующие технологии позволяют использовать солнечные лучи с максимальной эффективностью. Поэтому сегодня данные модули все чаще можно встретить на кровлях домов, административных и офисных сооружений и даже на поверхности самолетов.

Это говорит о больших перспективах развития систем преобразования солнечной энергии в электрическую.

Смотрите видео, в котором специалист подробно объясняет принципы подсчета требуемой мощности солнечных батарей:

Раз, два, три….расчет произвели…

Дата публикации: 10 февраля 2014

Прежде чем приступить к приобретению и монтажу солнечной энергоустановки, нужно точно для себя выяснить:

  • Существует ли необходимость в собственной автономной энергетической системе?
  • Какие задачи должны решаться с помощью солнечных батарей?

И уже, исходя из ответов на поставленные вопросы, принимать решение о покупке солнечных панелей или отказе от них. Следующий шаг – это расчет требуемой мощности. В случае использования солнечных батарей в качестве основного источника энергии показатель мощности будет один, если же Вы хотите использовать систему в качестве резервной – другой.

Первый вариант наиболее дорогостоящий, потребуется большее количество батарей, более емкий аккумулятор и т.д. Второй вариант, наоборот, менее затратный, ведь в этом случае речь идет об ограниченном числе электроприборов, которые Вы будете использовать, например, при отключении электричества. Аварийные ситуации происходят достаточно редко, поэтому даже небольшое число солнечных батарей успеет преобразовать и накопить энергию, необходимую для поддержания жизнедеятельности Вашего дома.

Ориентировочный расчет

Чтобы произвести предварительный расчет требуемой мощности системы, необходимо суммировать мощность потребителей электроэнергии, которые включаются одновременно. Это значение характеризует мощность нагрузки (Pнагр), зная которую вы сможете рассчитать мощность инвертора (Pинв) по формуле: Pинв = 1,2Pнагр. Например, при мощности нагрузки в 1кВт, мощность инвертора должна быть не ниже 1200 Вт. Правильный расчет всех компонентов системы позволит Вам получить максимальную выгоду от ее установки дома и избежать ненужных трат.

Расчет необходимого количества солнечных батарей (N) потребует знание еще нескольких показателей:

  • энергоемкость дома;
  • коэффициент инсоляции для Вашего региона (Кинс.);
  • номинальная мощность солнечных батарей, которые вы планируете использовать (Pном.).

Показателем, характеризующим энергоемкость дома, является среднесуточное потребление (Wср.сут.). Коэффициент инсоляции определяется согласно статистическим данным, которые учитывают продолжительность светового дня, количество пасмурных дней и другие показатели. Данный коэффициент находится по специальным картам солнечной инсоляции, его значения для некоторых городов России, Украины и Белоруссии приведены в таблице 1.

Город Коэффициент солнечной инсоляции, кВтч/м2/день
Янв Фев Март Апр Май Июнь Июль Авг Сент Окт Нояб Дек За год
Москва 0,50 0,94 2,63 3,07 4,69 5,44 5,51 4,26 2,34 1,08 0,56 0,36 2,62
Екатеринбург 0,64 1,50 2,94 4,11 5,11 5,72 5,22 4,06 2,56 1,36 0,72 0,44 2,87
Санкт-Петербург 0,35 1,08 2,36 3,98 5,46 5,78 5,61 4,31 2,60 1,23 0,50 0,20 2,79
Киев 1,69 2,56 3,15 3,49 4,71 4,19 4,48 4,40 3,14 2,44 1,39 1,44 3,09
Ялта 1,27 2,06 3,05 4,30 5,44 5,84 6,20 5,34 4,07 2,67 1,55 1,07 3,57
Харьков 1,19 2,18 3,42 4,48 5,65 5,89 5,83 5,05 3,71 2,24 1,27 0,93 3,49
Минск 0,81 1,64 2,76 3,75 4,94 4,95 4,86 4,32 2,73 1,55 0,82 0,57 2,81
Витебск 0,72 1,50 2,70 3,87 5,20 5,24 5,21 4,24 2,75 1,52 0,80 0,51 2,86
Брест 0,88 1,61 2,69 3,80 5,00 4,97 4,78 4,34 2,86 1,65 0,87 0,68 2,85

Теперь можно произвести расчет:

Определяем выработку энергии одним солнечным модулем в сутки:

Определяем количество солнечных батарей, которое потребуется для энергообеспечения дома:

При расчете среднесуточного потребления не забывайте учитывать возможные потери на заряд/разряд аккумулятора, в среднем это значение принимают за 15-20%. Если Вы планируете использование солнечных батарей в течение всего года, коэффициент инсоляции должен выбираться наименьший за год. Расчет должен производиться не только для солнечных батарей, но и для аккумуляторов, контроллеров заряда, инвертора. Как показывает практика, тщательный расчет показателей энергосистемы, сокращает ее стоимость на 20-30%, а учитывая то, что расходы на приобретение и монтаж солнечных батарей и других элементов значительные, то экономия получается ощутимая.

Наглядный пример в помощь

Для небольшого дачного дома среднесуточное потребление электроэнергии составляет порядка 2-5 кВт*ч, для загородного коттеджа это значение может равняться 10-50 кВт*ч и даже больше. В таблице 1 приведены основные энергопотребители, которые встречаются в каждом доме. На основе представленных данных и произведем расчет.

Энергопотребитель Мощность, Вт Количество Среднесуточное время работы, ч Потребляемая мощность в сутки, кВт*ч
1 Лампа накаливания 100 3 3 0,9
2 Лампа накаливания 60 3 3 0,54
3 Телевизор 150 1 4 0,6
4 Насос 500 1 2 1
5 Холодильник 1000 1 2 2
6 Компьютер 400 1 2 0,8
7 Спутниковая антенна 30 1 4 0,12
ИТОГО: 5,96

Получается, энергоемкость нашего дома составляет 5,96 кВт, а с учетом потерь на разряд/заряд аккумулятора 5,96*1,15=6,854кВт. Допустим, что наш дом находится в Ялте, и мы планируем использовать устанавливаемую солнечную систему в течение всего года, тогда коэффициент инсоляции составит 3,57. Номинальная мощность солнечных батарей, которые мы приобрели, равняется 100 Вт. За сутки один модуль сможет вырабатывать 100*3,57=357 Вт. Вычисляем количество: 6,854/0,6426=19,2, округляем в большую сторону и получаем 20 солнечных батарей смогут обеспечить дом, потребляющий около 6000 Вт*ч/сутки.

Как видно из расчета, наиболее прожорливыми приборами являются лампы накаливания и холодильник. Чтобы снизить энергозатраты рекомендуют:

  1. Заменить лампы накаливания на светодиодные энергосберегающие, потребляя всего 4 Вт они излучают светопоток, аналогичный 90 Вт лампе накаливания.
  2. Если обклеить холодильник пенопластом и отодвинуть от стены на 15 и более сантиметров, это снизит его энергопотребление на 15%.

Деньги любят счет…

Рекомендовано использовать солнечные панели мощностью от 100 до 140 Вт, рассчитанные на работу с 12 В аккумуляторами. Более мощные образцы имеют значительный вес и площадь, что затрудняет их установку и эксплуатацию, а менее мощные модели использовать для среднего дома крайне нецелесообразно. Из этих критериев и будем рассчитывать стоимость.

Модуль, изготовленный из поликристаллического кремния, мощностью в 100 Вт стоит порядка 5000 рублей. В нашем примере количество модулей равняется 20 шт., то есть только на них мы потратим 100 тыс. рублей. К этой сумме нужно прибавить стоимость аккумуляторов, инвертора и креплений для СБ. Для системы, которую мы рассматривали в примере, понадобится 7 аккумуляторов, стоимость одного составляет около 9-10 тыс. рублей, то есть мы потратим еще около 60-70 тыс. рублей. В итоге с учетом затрат на крепления для солнечных батарей, инвертор и другие необходимые элементы получаем сумму в 200 тыс. рублей, именно столько необходимо будет потратить на автономную систему энергоснабжения для дома, потребляющего около 180 кВт в месяц. А дальше уже Вам решать, насколько будет выгодна подобная конструкция из модулей на Вашем загородном участке.

Статью подготовила Абдуллина Регина

Рассчитываем панели для автономной энергосистемы:

Расчет солнечной батареи

Как работает солнечная электростанция

Солнечная электростанция накапливает в течении светового дня электроэнергию в аккумуляторных батареях, в ночное время для питания объекта используется энергия аккумуляторов, для преобразования 12В в 220В применяют инверторы. В дневное время часть энергии идет на заряд аккумуляторов, а другая часть непосредственно на питание объекта.
Возможно использовать в этой системе бензиновый генератор в качестве резервного источника в зимнее время и пасмурные дни, когда солнечной энергии будет не достаточно для заряда аккумуляторных батарей. Возможна установка генераторов с автоматическим запуском, для минимального участия человека в процессе переключения источников питания. Так же солнечные электростанции дополняются ветрогенераторными установками для получения большего количества электроэнергии в пасмурные дни и ночное время. Все представленные комплекты солнечных электростанций возможно комплектовать в различных вариациях оборудования.

Предложенные комплекты солнечных электростанций включают в себя все необходимые устройства для организации автономного источника питания.

Автономные солнечные электростанции

Современное общество давно оценило преимущество альтернативных способов получения энергии, таких как ветровые и солнечные электростанции. У них масса преимуществ: их можно установить в любом городе, любом доме и даже на балконе в квартире. Они являются экологически чистыми и используют неиссякаемые ресурсы, что минимизирует вред для окружающей среды до нуля. Стоимость небольшой солнечной электростанции вполне адекватная и приемлема для среднестатистического россиянина с нормальным годовым доходом. Стоимость покупки окупается за время работы в несколько раз, так как солнечная энергия абсолютно бесплатна и не требует никаких дополнительных финансовых вложений от владельца. Такие автономные солнечные электростанции являются гарантом обеспечения электроснабжения независимо от энергосети и проблем коммунальных служб. Если использовать ее в сочетании с обычным электричеством, можно существенно сократить статью расходов на последнее.

А купить автономные солнечные электростанции по самой низкой стоимости можно в компании ИК «ЭнергоПартнер». Безупречная репутация надежного поставщика в сочетании с идеальным качеством и надежностью поставляемой продукции, низкими ценами и первоклассным обслуживанием просто не оставляет шансов на отказ. Компания предлагает, как готовые решения, с идеально выверенной и высчитанной эффективностью, подобранной под индивидуальные запросы клиента, так и модели, требующие самостоятельной сборки и расчетов. Любая такая электростанция представляет собой целый комплект устройств: аккумуляторов, солнечных панелей, контроллеров, инверторов и различных расходных материалов. Самостоятельно разобраться и правильно подобрать такой комплект достаточно проблематично, поэтому готовые решения – идеальный вариант для тех, кто не хочет забивать голову сложной терминологией и большим объемом сложных данных. Специалисты «Энергопартнер» помогут подобрать решение, максимально подходящее конкретному человеку с конкретными запросами и предпочтениями, а также размером бюджета, выделенного на покупку.

Так же рекомендуем прочитать статью на тему: «Расчет солнечных батарей и солнечных электростанций»

Где крепить?

Крыша. Закрепление солнечных батарей на крыше – очевидное, но не всегда лучшее решение для частного дома. Направленный на юг скат крыши действительно обеспечивает наилучший результат из стационарных способов крепления солнечных батарей, но на этом варианты не ограничиваются.

При таком закреплении скат крыши должен быть на ЮГ

Стены. Если стена «смотрит» на юг – она отлично подходит для размещения на ней солнечных батарей. Понаблюдайте, не падает ли на стену тень от деревьев, хозяйственных построек, забора, иных объектов. Не размещайте солнечные панели в этих местах.

Желательно также использовать южную стену

Не стоит ставить панели на восточной или западной стенах. Таким образом, в самый интенсивный период светового дня вы будете получать на свои панели только косые лучи, что значительно снижает эффективность системы

Свободное размещение. Самый эффективный вариант размещения солнечных батарей, но требует свободной площади во дворе. При свободном размещении солнечных батарей в частном доме их можно закреплять на шарнирах и таким образом, направляя их поверхность к солнцу под 90°.

Такое расположение батарей позволяет получить от них максимум мощности

Что входит в систему

Солнечные панели. О том, как их собрать, мы писали в этой статье (откроется в новом окне). Вы можете купить готовый комплект солнечных батарей для дома, но для экономии средств можно приобрести поликристаллические фотоэлементы и собрать солнечные батареи для своего дома своими руками.

Инвертор. Солнечные батареи вырабатывают постоянный ток, близкий к 12 или 24 вольтам (в зависимости от подключения), инвертор преобразует его в переменный 220 В и 50 Гц, от которого можно питать все бытовые приборы.

Аккумулятор. Даже их система. Солнечная энергия вырабатывается не постоянно. В пиковые часы её может быть переизбыток, а с наступлением сумерек её выработка прекращается вовсе. Аккумуляторы накапливают электричество в течении светового дня и отдают его вечером/ночью. Как выбирать аккумулятор для солнечной электростанции написано в этой статье (откроется в новом окне).

Важно знать. Не рекомендуется использовать для этих целей обычные автомобильные аккумуляторы – они приходят в негодность за 2-3 года эксплуатации (на такой срок службы они и рассчитаны)

Контроллер. Обеспечивает полный заряд аккумуляторной батареи и защищает её от перезарядки и закипания. О том, какой контроллер выбрать мы писали в этой статье (откроется в новом окне).

Расчет количества батарей для дома

Чтобы рассчитать, сколько вам понадобится батарей для дома, необходимо оценить значения нескольких главных параметров. Разберем все по порядку.

Расчет энергопотребления

Чтобы рассчитать необходимое количество панелей, нужно начать с составления списка всех электроприборов и времени их эксплуатации с учетом мощности. Только после того, как вы составите техническое описание системы, можно вычислить общую потребность дома, что является обязательным этапом для подсчета количества солнечных батарей. Ниже в таблице приведены значения отдельных электроприборов, что поможет вам в расчетах.

Электроприбор Мощность, Вт Часов работы в сутки Вт/час
Холодильник 250 24 6000
Электрочайник 1000 0.3 300
Телевизор 150 6 900
Радиоприемник 4 2 8
Экономлампа 1 20 6 120
Экономлампа 2 15 4 60
Экономлампа 3 10 2 20

Чтобы правильно рассчитать затраты электроэнергии в своем доме в зависимости от количества приборов, посмотреть мощность каждого отдельного устройства можно в его технической документации или в интернете на сайте производителя.

После того как вы посчитали, нужно скорректировать значения, так как солнечная батарея принимает на себе 100% постоянный ток, который при помощи инвертора перерабатывается в переменный, в результате чего теряется до 20% напряжения. Также следует принять во внимание тот факт, что пусковая мощность любого электрического прибора в несколько раз выше заявленной в паспорте, поэтому при расчете общей потребляемой электроэнергии нужно оставлять погрешность, которая будет использоваться инвертором первые несколько секунд при запуске устройства. Если таких мощных приборов много в доме и они могут одновременно включаться, тогда лучше предусмотреть отдельное включение для запуска.

Определение количества энергии от солнца в конкретной местности

Количество вырабатываемой мощности солнечными батареями зависит от региона и солнечной радиации. Подобные показатели просчитать или измерить самостоятельно нельзя, для этого нужно обратиться за данными в гидрометеостанцию или к справочнику. Его можно найти в интернете, достаточно указать в поиске ваш город и определение солнечной радиации. После того как вы соберете необходимую информацию, надо воспользоваться следующей формулой для определения количества энергии:

Среднегодовая солнечная радиация: кВт * ч / м.кв / день

Так как солнце светит в разное время года с разным уровнем излучения, то целесообразно рассчитывать ее значение исходя из показателей за весь год, то есть использовать среднее значение, конечно же, если вы хотите использовать солнечные батареи круглый год. Исходя из рассчитанных данных, можно определиться с количеством и мощностью солнечного модуля. Для примера рассмотрим значения Москвы, Котельническая набережная, широта 55,7.

Янв Февр Март Апр Май Июнь Июль Авг Сент Окт Нояб Дек Среднее значение (год)
Горизонтальная панель 0.53 1.24 2.56 3.71 5.21 5.56 5.36 4.2 2.76 1.34 0.62 0.38 2.79
Вертикальная панель 0.69 2.07 3.38 3.12 3.49 3.36 3.51 3.34 2.88 1.87 1.29 0.83 2.49
Наклон панели, 40 градусов 0.66 1.89 3.5 4.25 5.36 5.43 5.41 4.68 3.49 1.96 1.16 0.71 3.21
Вращение вокруг полярной оси 0.7 2.23 4.29 5.38 7.35 7.59 7.25 6.1 4.22 2.31 1.41 0.84 4.14

Данные примерные показатели и приведенная формула позволяют произвести максимально точные расчеты для подбора мощности и количества солнечных батарей, однако кроме тех случаев, когда наблюдается чрезвычайно длительный период дождливой или пасмурной погоды.

Вычисление количества батарей

На основе ранее приведенных значений по расходованию энергии электроприборами, а также уровню солнечной радиации можно определить нужное количество солнечных батарей для обеспечения электричеством вашего дома. Итак, берем значение радиации из таблицы за интересующий вас месяц или период, а после делим его на 1000. Полученное значение называется пикочасы, в 1000 Вт/м2. А солнечный модуль в свою очередь вырабатывает такое количество энергии, где Рw – это мощность, Е — значение инсоляции за выбранный период, k – коэффициент, равный 0,5 в летний период и 0,7 – в зимний:

W = k Pw E / 1000

Показатель W делает поправку с учетом потери мощности, не только потребляемое инвертором или зазор пуска при выключении электроприборов, но и наклонное падение лучей, которое изменяется в течение дня. Приведенная формула и необходимое количество потребляемой энергии в доме (ранее рассчитанное) позволяют определить суммарную мощность модуля и тем самым понять, сколько солнечных батарей вам понадобится для полноценного обеспечения. Сегодня представлены батареи мощностью от 50 Вт и выше. С помощью генератора можно регулировать необходимое значение.

Очень важно не подбирать солнечные батареи впритык по рассчитанной мощности, например, если средний расход энергии дома составляет 68Вт, не стоит покупать один модуль с мощностью в 70Вт, лучше приобрести две панели по 50 Вт либо использовать солнечное электричество частично, а не для постоянного пользования. Но специалисты советуют, что если вы уже занялись таким вопросом, как обеспечение дома экологическим током, тогда лучше рассчитывать показатель с избытком.

Как выбрать остальные составляющие системы

Обязательными компонентами для работы солнечной батареи является инвертор и аккумулятор. Для обеспечения дома энергией и правильной работы системы при их выборе также необходимо учитывать определенные технические характеристики.

Выбор емкости аккумуляторов

Зачем нужно выбирать емкость аккумулятора? В солнечной батарее вырабатывается энергия, которая накапливается в аккумуляторе, с целью выполнения трех важных функций:

  • компенсировать периоды плохой погоды и продолжать электроснабжение дома;
  • покрывать пиковую нагрузку;
  • обеспечить электроэнергией частный дом в ночное время.
Каждый электрик должен знать:  Новейшие преобразователи частоты система управления

На сегодняшний день нет проблем с выбором аккумулятора, промышленность выпускает разнообразные модели для систем резервного питания, которые отлично подходят для солнечной батареи. Но проблема может возникнуть в том случае, если для большого количества модулей будет недостаточно емкости одного аккумулятора, поэтому очень важно правильно выбрать солнечный аккумулятор с учетом потребляемой энергии и технических характеристик устройства. Например, аккумулятор мощностью 12В и емкостью 100А/ч (ампер/час) может сохранять 1200 Вт*ч. Но постоянно аккумулятор не может сохранять столько энергии, так как его работа напрямую зависит от зарядки и интенсивности использования. Специалисты советуют производить расчеты так, чтобы размер батареи аккумулятора позволял сохранить энергии минимум на 4 дня. Если более понятным языком: представим потребность дома в 3600 Вт*ч в день, теперь делим эту цифру на напряжение 12Вт, после чего получаем дневную норму 300 А*ч. То есть на 4 дня бесперебойной работы нам нужен заряд 1200 А*ч.

Аккумуляторы для солнечных панелей

Перед покупкой и выбором типа аккумулятора учитывайте, что батарея из свинца требует на 20% больше от рассчитанного значения, так как ей нежелательно полностью разряжаться. А вот, например, для батареи кадмиево-никелевой дополнительно уже потребуется свыше 20%. То же самое правило применяется и к железо-никелевым. Насчет щелочных можете быть спокойны, так как полная разрядка аккумулятора не вредит их сроку службу и общей работе.

Для того чтобы аккумулятор прослужил заявленный срок и не подвергался перенапряжениям или, наоборот, глубокой разрядке, необходимо использовать качественный контроллер.


Выбор инвертора

С помощью инвертора постоянная энергия, получаемая панелями от солнца, превращается в переменную с повышением напряжения до 220В, необходимого для обеспечения бытовых потребностей. Мощность инвертора начинается от 250 Вт и может достигать 8000 Вт. Оптимальным вариантом является инвертор с мощностью 3000 Вт, который способен обслуживать сразу несколько модулей параллельного подключения. Специалисты советуют выбирать для дома трехфазные синусоидальные инверторы. Они отличаются надежностью, высоким качеством и долгим сроком службы. Кроме того, они также могут служить «буфером» для вывода излишней солнечной электроэнергии в общую сеть.

Расчет количества солнечных батарей и их мощности

Так как солнечные панели вырабатывают электрическую энергию только в светлое время суток, то это необходимо учесть в первую очередь, так же стоит понимать, что выработка в пасмурные дни и зимой очень сильно снижается, и может составлять 10-30 процентов от мощности панелей. Для простоты и удобства мы будем делать расчет с апреля по октябрь, по времени суток основная выработка идет с 9 до 17 часов, т.е. 7-8 часов в день. В летнее время интервалы конечно будут больше, с восхода до заката, но в эти часы выработка будет значительно меньше номинала, поэтому мы усредняем.

Итак 4 солнечные батареи мощностью 250Вт. (всего 1000Вт). За день выработают 8кВт энергии, т.е. в месяц это 240кВт. Но это идеальный расчет, как мы говорили выше, в пасмурные дни выработка будет меньше, поэтому можно лучше взять 70% от выработки, 240 * 0,7 = 168 кВт. Это усредненный расчет без потерь в инверторе и аккумуляторных батареях. Так же это значение можно применить для рассчета сетевой солнечной электростанции где не используются аккумуляторные батареи.

Пример расчета солнечных батарей для дома

Сознаемся мы себе или нет – сути это не меняет. Очень часто мы, приступая к реализации серьезных, тем более, менее серьезных своих планов, пренебрегаем проектами или расчетами. Это, как правило, не приводит к ожидаемым результатам, либо итоговые временные или материальные затраты оказываются совсем не ожидаемыми. Конечно же все необходимо считать. С этим вряд ли кто не согласится.

Что касается солнечных батарей, расчет их мощности просто необходим, поскольку малейшее отклонение в любую сторону приводит к изменению материальных затрат на порядок.

Есть еще одна бесспорная польза от процедуры расчета – формируется осознанное четкое понимание порядка эксплуатации будущей солнечной электростанции. Только человек, эксплуатировавший в своем доме автономную систему электроснабжения, до конца поймет, что это означает.

А понимание это сводится к одному: как сохранить каждый Ватт*час добытой энергии. В доме, электроснабжение которого осуществляется автономной системой, вы не увидите без надобности светящихся ламп освещения, как это часто бывает при традиционном электроснабжении.

В процессе пользования солнечной электростанции у вас в доме могут появиться такие приборы, как датчики движения, таймеры для автоматического управления освещением, фотореле для управления наружным освещением и т.д. Это войдет в привычную норму.

Вы не удивляйтесь, что я уделяю этому вопросу столько времени. Это действительно следует знать и понимать. Кто-то отнесет необходимость контроля каждого Ватт*час к недостаткам, я с ним не соглашусь.

Во-первых, давайте вспомним тех у кого других вариантов электроснабжения просто нет. Во-вторых, когда это здравая экономия стала, вдруг, недостатком! Согласитесь, было бы расточительно “вбухивать” заведомо бОльшие деньги в систему электроснабжения только для того, чтобы бесконтрольно транжирить энергию.

Начало расчета солнечной электростанции заключается в подсчете суммарной нагрузки потребления вашего дома. Примеров таких расчетов в разных интерпретациях много, и с описательной частью, и в режиме он-лайн. Ничего нового в данном случае выдумывать не стоит. Сначала ставится цель, потом ищутся пути её достижения. Также и здесь: сначала выясняются потребности, а потом рассчитываются технические и материальные возможности их удовлетворения.

Подсчет суммарной нагрузки потребления

Это первый этап расчета. Начинается он с того, что вы берете чистый лист бумаги и на нем составляете перечень всех приборов и устройств, которые, как вы предполагаете, будут использоваться в доме. Для начала делаете этот перечень не вникая в количественный и качественный его состав. На первом этапе расчета, если вам не приходилось его делать, трудно сделать заключение о том, целесообразно или нет оставлять тот или иной прибор в списке. Добавлять, вычеркивать или заменять будем после, когда порядок материальных затрат будет ясен.

Следующим шагом будет выяснение потребляемой мощности каждого из приборов. Это можно выяснить из паспортов на приборы или посмотреть бирки на самих приборах, где указаны их характеристики, в том числе и мощность потребления. В крайнем случае, если нет паспортов и бирок, можно выяснить необходимую информацию у менеджеров продаж в магазинах. Ну и, наконец, у вас же под рукой интернет, эти данные можно поискать через поисковые системы.

Я же проставляю ориентировочные числа, только лишь для того, чтобы показать порядок действий:

Наименование Мощность, Вт
Энергосберегающая лампа 11
Энергосберегающая лампа 8
Телевизор 150
Электронасос 600
Утюг 1500
Ноутбук 350
Холодильник 250
Электрочайник 1000
Стиральная машина 1500
Микроволновая печь 1500
Пылесос 700

Если вы обратили внимание на первые две позиции, то, как видите, я разделил лампы с разной мощностью потребления. Нет необходимости в маленьких и редко посещаемых помещениях ставить лампы такие же, как и в жилых комнатах. А поскольку следующим шагом будет простановка общего времени работы этих приборов в течение суток, то и нет смысла эти лампы объединять в одной позиции.

Проставляем количество и общее время работы в сутки:

Наименование Мощность, Вт Кол-во, шт. Время, час
Энергосберегающая лампа 11 5 4,0
Энергосберегающая лампа 8 3 0,2
Телевизор 150 1 1,5
Электронасос 600 1 0,6
Утюг 1500 1 0,3
Ноутбук 350 1 1,0
Холодильник 250 1 12,0
Электрочайник 1000 1 1,0
Стиральная машина 1500 1 0,4
Микроволновая печь 1500 1 1,0
Пылесос 700 1 0,3

Следует пояснить результаты в последнем столбце. К примеру, если вы пылесосом пользуетесь не ежедневно, а один раз в неделю по 2 часа, то в месяц общее время составит 2 Х 4 = 8 часов, т.е. в сутки 8 часов : 30 = 0,3 часа. То же самое и с насосом. Если вам приходится накачивать воду, предположим, два раза в неделю и этот процесс длится 2 часа, то 2 Х 2 = 4 часа, 4 Х 4 = 16 часов, 16 : 30 = 0,6 часов. Разумеется округляете в большую сторону.

Теперь мы можем посчитать сколько каждый из приборов потребляет электроэнергии в сутки:

Наименование Мощность, Вт Кол-во, шт. Время, час Вт*час
Энергосберегающая лампа 11 5 4,0 220,0
Энергосберегающая лампа 8 3 0,2 4,8
Телевизор 150 1 1,5 225,0
Электронасос 600 1 0,6 360,0
Утюг 1500 1 0,3 450,0
Ноутбук 350 1 1,0 350,0
Холодильник 250 1 12,0 3000,0
Электрочайник 1000 1 1,0 1000,0
Стиральная машина 1500 1 0,4 600,0
Микроволновая печь 1500 1 1,0 1500,0
Пылесос 700 1 0,3 210,0

Завершающая стадия подсчета суточного потребления – сложить все результаты последнего столбца. Результат получится: 7919,8 Вт*час в сутки.

Ну, что ж, давайте приступим к расчету солнечных батарей. У нас есть величина суточного потребления в размере 7919,8 Вт*час, от которой мы и будем “отталкиваться”.

Выбор величины напряжения постоянного тока системы

Выбор величины напряжения системы необходим, во-первых, для выбора приборов системы с точки зрения их согласованности по напряжению, инвертора, контроллера заряда батарей, во-вторых, от величины этого напряжения будут зависеть схемы соединения солнечных модулей и аккумуляторных батарей, ну и, в третьих, для дальнейших расчетов солнечных батарей.

Обычно для автономных систем электроснабжения частного жилого дома выбирается либо 12 В, либо 24 В. Если, конечно, система электроснабжения не слишком мощная и эта, её мощность, не вынуждает прибегать к напряжению 36 В или, допустим, 48 В, чтобы снизить токи в цепях, а значит, иметь возможность использовать провод меньшего сечения, т. е. более дешевый.

В нашем случае я предлагаю придерживаться следующей логики: если вы не планируете наращивать систему электроснабжения, а предполагаете ограничится 1000 Вт или 2000 Вт, то вполне достаточно остановиться на 12 В.

В случае же, если в ваших планах её наращивать, кроме того, эксплуатировать в зимний период, разумнее строить 24-х вольтовую систему. Это будет разумно потому, что на определенном этапе эксплуатации системы электроснабжения вы, скорее всего, придете к неизбежности дополнить её ветрогенератором. Это вполне логично и дает системе неоспоримые преимущества при эксплуатации круглый год. Мы об этом еще поговорим, когда коснемся темы ветрогенераторов.

Так вот, чтобы вам не пришлось менять однажды установленные приборы, лучше сразу выбрать вариант на 24 В, тогда и ветрогенератор с выходом в 24 В без особых затруднений впишется в вашу существующую систему.

И так. Предположим, что мы останавливаемся на варианте системы электроснабжения 24 В. Я этот выбор делаю в нашем примере, чтобы показать более наглядный пример расчета. Вы же поступайте так, как считаете нужным исходя из ваших данных, конечно с учетом вышесказанного.

Определение требуемого количества энергии в сутки

Для определения требуемого количества энергии в сутки нам необходимо вычисленное намизначение суточного потребления – 7919,8 Вт*час разделить на выбранное нами напряжение системы – 24 В. Результат этого деления составит 330 А*час.

Но мы не должны забывать, что инвертор сам потребляет часть энергии на собственные нужды. Значит мы должны предусмотреть запас энергии и для него. Исходя из этого полученный результат 330 А*час мы умножим на коэффициент 1,2 и получим 396 А*час.

Таким образом мы вычислили суточную величину энергии необходимой для обеспечения электроснабжения наших потребителей. И она составила 396 А*час.

Что не следует забывать при выборе солнечных модулей

Бесспорно электрические характеристики фотоэлектрических модулей играют первостепенную важность. Мощность, напряжение, ток. Но нельзя не обращать внимание и на такие параметры, как габариты, конструктивное исполнение, вес и т. д.

Давайте по порядку перечислим характеристики и параметры этих устройств и попутно отметим, как та или иная величина этих показателей может повлиять на дальнейшую эксплуатацию.

Начнем, конечно же, с напряжения. От выбора величины напряжения будет зависеть выбор контроллера заряда батарей, выбор напряжения аккумуляторов и, соответственно, схема их соединения.

В этом выборе догм нет, вы можете выбирать любое напряжение. Но! Самое главное, чтобы оно было стандартизированным. В противном случае вы столкнетесь со сложностью подбора такого оборудования, как контроллер заряда, инвертор, аккумуляторные батареи. Даже исходя из стандартизированной линейки напряжений, есть смысл посмотреть на какие напряжения доступны все необходимые приборы. Это, как правило, 12 Вольт, 24 Вольта, 48 Вольт.

Здесь необходимо сделать небольшую ремарку. Вы обращали внимание на то, что величина напряжения, а их для фотоэлектрического модуля приводят, как правило две (напряжение максимальной мощности и напряжение холостого хода), отличается от стандартного в большую сторону. Это необходимо для того, чтобы обеспечить полный заряд аккумуляторов. Этот запас предназначается для компенсации потерь в системе и учитывает работу модуля в реальных условиях, когда солнечная инсоляция не равна 1000 Вт/кв. м, температура не соответствует 25 градусам по Цельсию.

Мы остановились на 12, 24, 48 Вольтах. Другие величины выбирать смысла уже не имеет по той причине, что найти, при необходимости, устройство с иным напряжением будет сложнее. Зачем заведомо создавать себе трудности.

Учесть следует и такой момент, что некоторые модули рассчитаны на нестандартные напряжения и предназначены для работы с сетевыми инверторами. По этой причине нас они интересовать не могут.

Вообще главным принципом построения любой системы должно быть – по-возможности, избегать использование уникальных устройств. Узлы и приборы должны быть стандартными и максимально доступными. Только в этом случае вы обеспечите продолжительную работоспособность вашей системы.

Разумеется общую мощность вы набираете из тех модулей, напряжение которых соответствует выбранному ранее для системы. Напоминать, что они должны быть с одинаковыми характеристиками, думаю, не надо.

Путем соединения их либо параллельно, если напряжение каждого из них равно выбранному, либо последовательно, в случае, когда напряжение каждого из них меньше выбранного. Ну и последовательно-параллельно, чтобы обеспечить суммарную мощность при обеспечении выбранного напряжения системы. Кто пропустил статью “Схема подключения солнечных батарей”, рекомендую прочитать.

Как только вы определились с количеством модулей и схемой их соединения, можете на основании результирующего тока сделать выбор контроллера заряда, ведь напряжение системы вами уже выбрано.

Помня такую истину, что каждое дополнительное электрическое соединение в системе повышает вероятность отказа (поломки), мы понимаем, что единый модуль соответствующий требуемым мощности и напряжению, был бы идеальным вариантом для нас. Ни тебе лишних соединений, ни тебе лишних проводов.

Но мы же понимаем, что это невозможно. Да и по большому счету не нужно. Не нужно хотя бы потому, что в этом случае мы лишаем нашу систему гибкости, да и ремонтопригодность тоже пострадает. Я не говорю уже про вес, который будет играть не последнюю роль при монтаже.

Гораздо сложнее будет нарастить систему, изменить напряжение системы, если такое вдруг понадобиться. Отремонтировать модуль, в конце концов. Опять же высокая парусность. Это тоже не следует снимать со счетов, ведь вы будете монтировать модули на открытой всем ветрам поверхности.

Тем не менее, не забывая про упомянутую истину, мы должны обратить внимание на габариты модулей с точки зрения монтажа (не каждый габарит позволит производить монтаж без подъемных механизмов), укладки на кровле (отсутствие затенения на протяжении всего светового дня).

С другой стороны слишком мельчить с габаритами – дороже обойдется.

Конструктивное исполнение тоже играет немаловажную роль как в плане эксплуатационных характеристик так и с финансовой точки зрения. Бескаркасные модули, к примеру, будут стоить дешевле, но использовать именно их можно и нужно лишь в том случае, если у вас есть возможность выполнить монтаж таким образом, чтобы обеспечить их нормальную эксплуатацию без каркасов.

Либо вы имеете возможность самостоятельно изготовить каркас и это обойдется вам дешевле. Только следует учесть и вопрос герметизации модуля, поскольку при попадании воздуха и влаги происходит окисление контактов. Это значительно сокращает срок их службы.

Такие вещи, как стекла. Они бывают разные и от этого тоже зависит цена. Обычные стекла приводят к потерям до 15% из-за отражения. Стекла, выдерживающие ударную нагрузку, может быть, и будут лишними, а вот стекла с повышенной степенью прозрачности рассмотреть смысл имеет.

Продолжение статьи: Выбор инвертора и расчет аккумуляторной батареи для домашней солнечной электростанции

Формула расчета реальной мощности панели

Мощность солнечной панели напрямую зависит от солнечного освещения. Чем больше лучей падает на батарею, тем больше тока она производит. И наоборот.

Производители указывают номинальную мощность, исходя из того, что на 1 кв. метр светочувствительных элементов падает 1 000 Вт солнечной энергии. На такую цифру стоит ориентироваться только тогда, когда в месте расположения частного дома, наблюдается такая же солнечная активность.

Реальную мощность солнечной панели можно рассчитать по формуле: E = I x x Ko x Kпот., где

  • Е является реальной мощностью батареи (измеряется в кВт*ч);
  • I представляет собой количество солнечное энергии, которое падает на крышу дома. Его измеряют в кВт*ч/м²;
  • V является номинальной мощностью одной солнечной батареи (измеряется в Вт);
  • U представляет собой величину солнечной радиации, на которую производитель ориентировался при расчете номинальной мощности. Эта величина постоянная и равна 1 000 Вт/м² или 1 кВт/м²;
  • Ко представляет собой поправочный коэффициент количества солнечной энергии, падающей на панель. Он зависит от угла наклона батареи и угла ее отклонения от южного направления;
  • Кпот. является коэффициентом, который характеризует, сколько электрической энергии теряется во всей системе автономного электроснабжения.

Особенности используемых в формуле показателей

Величина солнечной энергии, падающей на крышу и стены дома в определенном регионе, может измеряться для разных промежутков времени. Метеорологи рассчитывают годовую, месячную и дневную солнечную радиацию, приходящуюся на 1 кв. м. Если этот показатель годовой, то его единицей измерения является кВт*ч/(м²*год). Вместо слова «год» могут быть слова «месяц» и «день». Например, показатель 5 кВт*ч/(м²*день) означает, что за 1 день на 1 кв. м. падает 5 кВт солнечной энергии.

В вышеуказанную формулу можно подставлять любой показатель. Если подставляется годовая солнечная энергия, то результатом расчета будет такое количество электроэнергии, сколько панель производит за 1 год. Так же с показателями других промежутков времени. Наиболее целесообразно высчитывать месячную выработку электрической энергии. Интенсивность освещения в каждом месяце различна, и для выработки, например, 10 кВт электричества, надо использовать разное количество панелей, а также подключать соответствующее число аккумуляторов.

Выражение включает в себя 2 показателя, но его следует рассматривать, как один. Это потому, что он показывает производительность панели. Более правильно было бы использовать выражение , где S является площадью светочувствительных пластин в кв. м. Оно позволяет определить КПД солнечных батарей, а точнее, какую часть света может превратить 1 кв. метр панели в электрическую энергию.

Например, есть немецкая монокристаллическая панель SolarWorld 2015. Она имеет площадь 1,995 кв. метр и мощность 320 Вт. Ее КПД составляет 320 / (1 000 * 1,995) * 100 = 16,04%. Для применения в формуле выражение на 100 умножать не надо. В ней следует использовать число 0,1604.

Второе выражение не используют потому, что результатом будет мощность 1 кв. метра панели. Батарея редко имеет такую площадь. Этот ее показатель значительно больше. Например, вышеупомянутое изделие имеет площадь 1,995 м². В итоге, конечный рассчитанный по формуле результат нужно было бы умножать на площадь. Получилось бы так, что в числителе и знаменателе выражения будет S. А если S делить на S выйдет 1.

Ко берут из специальной таблицы, в которой разной величине угла наклона и угла отклонения от южного направления соответствует определенный коэффициент. Такую таблицу могут предоставить производители.

Расчет сроков окупаемости солнечных панелей

К написанию данной статьи подвигла оговорка в репортаже от компании «МегаФон» о базовой станции на солнечных батареях. Оговорка состояла в том, что срок окупаемости системы питания на солнечных панелях — 2-3 года. Я по роду деятельности занимаюсь монтажом и наладкой систем альтернативных источников энергии и, как мне видится, авторы статей на данную тематику занижают время, в течении которого система полностью окупается, причем в несколько раз.

Не претендую на абсолютную точность, но цифры берутся не с потолка, а с конкретного объекта, на котором делали бригадой монтаж – Симферопольский производственно-складской комплекс «Мяско». В расчеты включены основные самые затратные статьи.

Данный завод уже имел на момент начала наших работ ферму на 300+ панелей, собранных по модульной системе. Мы добавляли еще шесть контуров по двадцать панелей. (Контур – объединение определенного количества панелей в один источник энергии, таким образом набирается контур нужного для инвертора напряжения).

Сухие расчеты

Теперь немного к цифрам, все расчеты ведутся с стоимостью доставки в Крым с территории Германии.

  1. Панели. При заказе от производителя (SolarWorld, Германия) одна панель обходится в 350$.
    120 панелей * 350$ = 42.000$
  2. Крепеж. Обычно при креплении на жестяную крышу используются направляющие рельсы и конструктор – алюминиевый сплав, болты — нержавейка. В пересчете на одну панель расходуется 3 метра рельсы, 10 болтов с прокладкой, 4 болта с полубочонком. Затраты на крепеж — 6.000$

  • Кабель. Цена за стометровую бухту стремится к 500$. Предположим, что панели размещены оптимально близко к инвертору, в таком случае хватит 200м (в нашем случае ушло 350м). 1.000$
  • Инвертор – преобразователь c входного постоянного тока высокого напряжения в привычную для нас переменку. Обычно они трехфазные, в нашем случае это был инвертор фирмы KACO Powador 30.0 TL3, стоимость – 10.000$.

    Итого:
    Ферма в 120 панелей обходится в 59.000 долларов. В эти расчеты еще не включена оплата труда проектировщику, инженеру и монтажникам. В сумме все выльется в бюджет, стремящийся к 65.000$.

    Фактическая выработка электроэнергии

    Теоретически, в идеальных условиях, одна панель должна выдавать примерно 220-230Вт в час (в пересчете на привычные нам 220 вольт). Ниже представлены графики, которые ведет блок управления в инверторе, мониторить их можно удаленно.

    В последнем графике следует учесть, что два дня система выключалась на время, а три первых дня месяца и два последних отсутствуют.

    В стабильно солнечный летний месяц, с продолжительным световым днем, такая ферма выдаст максимум 4500-4700кВт*ч. Зная эти цифры, можно подсчитать рентабельность системы, учитывая тарифы на электроэнергию.

    При этом нужно учесть, что ферма собрана без аккумуляторов, их наличие увеличило бы общую стоимость системы, время окупаемости, соответственно, тоже.

    Таким образом, у меня никак не получается выйти на окупаемость в 2-3 года. 10 лет — более-менее реальный срок.

    Расчет эффективности солнечных батарей. Пример расчета солнечных батарей для дома.

    В 1991 году в Германии, в столице Баварии Мюнхене, открылась выставка INTERSOLAR EUROPE. На этой выставке ведущие производители систем солнечной энергетики представили свои самые новейшие разработки.

    По замыслу организаторов этой выставки – компании Freiburg Wirtschaft Touristik und Messe GmbH & Co. KG – эта международная выставка была полностью посвящена использованию в различных сферах солнечных элементов фотовольтаики, а также компонентов солнечного теплоснабжения. Выставка сразу же привлекла внимание специалистов из многих стран мира. Она имела большой успех, поэтому организаторы решили сделать ее традиционной и проводить ежегодно.

    На выставку, которая проходит в мае-июне, съезжаются руководители крупнейших компаний-производителей, а также компаний, использующих различные виды изделий солнечной энергетики, приезжают разработчики, инженеры, ученые, работающие в этой области.

    Все хотят ознакомиться с новыми идеями, новейшими технологиями в области применения энергии солнца. Специалисты обмениваются опытом, представляют свои последние разработки. В выставочных залах можно увидеть миниатюрные зарядные устройства и самые мощные солнечные батареи, прозрачный телевизор на солнечных батареях и солнечный дом, различные приборы, устройства, машины, работающие исключительно от энергии солнца.

    Эта выставка не предназначена для широкой публики, а рассчитана исключительно на профессионалов. На ее площадках проводятся семинары, конференции для специалистов, работающих в областях фотовольтаики, систем хранения энергии, возобновляемых отопительных технологий. Для презентации самых интересных разработок выделяются отдельные павильоны.

    На двух последних выставках китайские и южнокорейские производители солнечных модулей представили свои новейшие изделия — панели мощностью более 300 ватт.

    Солнечная батарея LG 315 N1C-G4 NeON™2

    Уже из самого названия этого солнечного модуля южнокорейской компании LG следует, что заявленная мощность этого модуля составляет 315 ватт. Для компании LG очень важно выйти на рынок альтернативных источников энергии не просто в качестве одного из производителей, а в качестве одного из ведущих производителей систем фотовольтаики.

    Поэтому гарантия качества продукции является одним из главных приоритетов компании. Солнечные панели разработаны и производятся с использованием самых передовых технологических процессов.

    И фотопреобразователи, из которых составлена эта солнечная батарея, выполнены с наивысшими показателями качества и эффективности.

    Ячейки выполнены на базе монокристаллического кремния по специальной двусторонней технологии. Благодаря своим качествам эти ячейки способны пропускать солнечные лучи, которые, отражаясь от специального покрытия тыльной стороны ячейки, способствуют повышению генерации электрического тока. То есть каждая ячейка может вырабатывать электрический ток обеими своими сторонами, повышая тем самым мощность модуля.

    Модуль LG 315 N1C-G4 NeON™2. Лицевая сторона

    Перед сборкой модуля каждая пластина проходит тщательнейший контроль на предмет строгого соответствия размерам (точность до микрометра) и обнаружения возможных механических повреждений. После проверки отобранные ячейки проходят очередную стадию подготовки. Для минимизации отражения солнечного света ячейки проходят стадию жидкостного травления щелочью. Ячейки с лицевой стороны ламинируются трехслойным покрытием EVA (этиленвинилацетат) и специальной отражающей пленкой с тыльной.

    Модуль LG 315 N1C-G4 NeON™2. Тыльная сторона

    Затем собранный модуль инкапсулируется для защиты ячеек от проникновения влаги, после чего покрывается трехмиллиметровым антибликовым противоударным стеклом. Рама модуля выполнена из анодированного профильного алюминия. На тыльной стороне устанавливается многофункциональная распределительная коробка с байпасными диодами.

    Многофункциональная распределительная коробка

    Благодаря такой технологии изготовления модули LG NeON ™ 2 имеют характерный черный цвет, что делает их привлекательными еще и с эстетической точки зрения.

    Номинальная мощность 315 ватт.
    Эффективность 19.2%
    N-типа
    Размеры (ДхШхТ) 1640х1000х40 миллиметров
    Вес 17. 0 ± 0.5 кг
    Тип разъемов МС-4
    Класс защиты IP67
    Стоимость модуля 30000 рублей

    Солнечная батарея BenQ SunForte 333 PM096B00

    В 2001 году на Тайване, в городе Синьчжу, произошло объединение двух крупных китайских компаний, работающих в области фотовольтаики. Новое объединение получило название BenQ Solar. Эта объединенная компания сразу заявила о себе, выпустив на мировые рынки высококачественные мощные гелиевые модули.

    Солидная научно-исследовательская база и высокотехнологичные производственные мощности позволяют компании постоянно совершенствовать свою продукцию, внедряя самые передовые технологии. Начиная с 2013 года, компания приступила к производству гелиевых модулей по так называемой «обратно-контактной технологии.

    Применение этой технологии дало возможность резко повысить мощность солнечных батарей при одновременном уменьшении размеров. Параллельно была увеличена и эффективность изделий.

    Солнечная батарея SunForte PM096B00

    Модуль SunForte PM096B00 – это на сегодняшний день самый мощный модуль, выпускаемый компанией BenQ Solar. Он выполнен по обратно-контактной технологии, что позволило получить выходную мощность 333 ватта при подтвержденной эффективности 20.4%.

    По сравнению с традиционными модулями при равных габаритных размерах эти солнечные батареи производят значительно больше электроэнергии, что дает возможность уменьшить количество модулей и занимаемую ими площадь. Потери мощности составляют 5% за 5 лет, 13% за 25 лет эксплуатации.

    Площадь, занимая обычными батареями для домашней электростанции в 4410 ватт

    Площадь, занимая батареями SunForte PM096B00 для домашней электростанции в 5940 ватт

    Модули сертифицированы по IEC/EN 61215 , IEC/EN 61730 и UL 1703.
    Ячейки модуля ламинированы трехслойным покрытием пленки EVA, сам модуль защищен закаленным противоударным стеклом с антибликовым покрытием, толщиной 3.2 миллиметра. На тыльной стороне модуля расположена многофункциональная распределительная коробка с байпасными диодами и соединительными кабелями. Модуль заключен в профиль из анодированного алюминия, покрытого черной краской.

    Основные характеристики модуля.
    Номинальная мощность 333 ватта.
    Эффективность 20.4%
    Количество ячеек 96 (8х12) штук
    Материал Монокристаллический кремний
    Тип ячеек Высокоэффективные с задними проводниками
    Размеры (ДхШхТ) 1559х1046х46 миллиметров
    Вес 18.6
    Тип разъемов ТЕ, совместимые с МС-4
    Класс защиты IP67
    Стоимость модуля 34000 рублей.

    Солнечная батарея NeON™ 2 BiFacial

    Настоящей изюминкой Мюнхенской выставки INTERSOLAR EUROPE в 2020 году стала гелиевая панель NeON™ 2 BiFacial южнокорейской компании LG, которая каждый год представляет здесь свои новейшие разработки. И в последние годы эти новинки удостаиваются высших наград выставки. Не стал исключением и 2020 год. Двусторонний гелиевый модуль NeON™ 2 BiFacial заслуженно получил очередную награду.

    Гелиевая батарея компании LG NeON™ 2 BiFacial

    На сегодняшний день это самый мощный модуль с повышенной эффективностью. Его прозрачные фотоэлементы собирают не только свет, попадающий на его лицевую сторону, но и отраженный, попадающий на тыльную сторону ячеек.

    Обычная ячейка LG и ячейка NeON™ 2 BiFacial

    Лицевая сторона этой солнечной панели при оптимальных условиях генерирует электрический ток мощностью 310 ватт. Тыльная сторона панели генерирует дополнительно до 30% мощности лицевой панели. Подтвержденная максимальная мощность модуля составляет 400 ватт! Номинальная мощность не менее 375 ватт.

    Кроме того, в модуле NeON™ 2 BiFacial используется новейшая технология LG, получившая название Сello Technology™. Эта технология дала возможность перенаправить токопроводящие пути. Пути генерируемого электричества к выходу модуля были распределены на 12 тонких проводников, что позволило снизить потери электроэнергии по сравнению с традиционными схемами.

    Новые технологии компании LG

    Основные характеристики модуля.
    Номинальная мощность 375 ватт.
    Максимальная мощность 400 ватт.
    Отклонение номинальной мощности 0/+3%
    Эффективность 19.6%
    Количество ячеек 60 (6х10) штук
    Материал Монокристаллический кремний
    Тип разъемов МС-4
    Класс защиты IP67

    Солнечная батарея NeON™ 2 BiFacial на выставке INTERSOLAR EUROPE 2020

    С 31 мая по 2 июня 2020 года в Мюнхене будет проходить очередная выставка INTERSOLAR EUROPE. И нет сомнения в том, что на ней появятся очередные новинки и солнечные модули гораздо большей мощности. Наука ведь не стоит на месте.

    Солнечные батареи весьма целесообразно использовать тогда, когда производимый ими электрический ток перекрывает как минимум 50% потребности дома в электрической энергии. Идеально, если они полностью обеспечивают дом бесплатным электрическим током. Конечно, для того чтобы они могли выполнять любую из этих целей, нужно рассчитать реальную мощность солнечной батареи и на основе этой цифры определить, сколько панелей надо установить на крыше дома, а также какой будет термин их окупаемости.

    Формула расчета реальной мощности панели

    Сначала стоит отметить, что напрямую зависит от солнечного освещения. Чем больше лучей падает на батарею, тем больше тока она производит. И наоборот.

    Производители указывают номинальную мощность , исходя из того, что на 1 кв. метр светочувствительных элементов падает 1 000 Вт солнечной энергии. На такую цифру стоит ориентироваться только тогда, когда в месте расположения частного дома, наблюдается такая же солнечная активность.

    Реальную мощность солнечной панели можно рассчитать по формуле:

    E = I x x Ko x Kпот .,

    • где Е является реальной мощностью батареи (измеряется в кВт*ч),
    • I представляет собой количество солнечное энергии, которое падает на крышу дома. Его измеряют в кВт*ч/м²;
    • V является номинальной мощностью одной солнечной батареи (измеряется в Вт);
    • U представляет собой величину солнечной радиации, на которую производитель ориентировался при расчете номинальной мощности. Обычно, эта величина постоянная и является равной 1 000 Вт/м² или 1 кВт/м²;
    • Ко представляет собой поправочный коэффициент количества солнечной энергии, падающей на панель. Он зависит от угла наклона батареи и угла ее отклонения от южного направления;
    • Кпот. является коэффициентом, который характеризует, сколько электрической энергии теряется во всей системе автономного электроснабжения.

    Особенности используемых в формуле показателей

    Величина солнечной энергии, падающей на крышу и стены дома в определенном регионе, может измеряться для разных промежутков времени. Метеорологи (именно они занимаются измерением этого показателя) рассчитывают годовую, месячную и дневную солнечную радиацию, приходящуюся на 1 кв. м. Если этот показатель годовой, то его единицей измерения является кВт*ч/(м²*год). Вместо слова «год» могут быть слова «месяц» и «день». Например, показатель 5 кВт*ч/(м²*день) означает, что за 1 день на 1 квадратный метр падает 5 кВт солнечной энергии.

    В вышеуказанную формулу можно подставлять любой показатель. При этом следует помнить, что если подставляется годовая солнечная энергия, то результатом расчета будет такое количество электроэнергии, сколько панель производит за 1 год. Аналогично с показателями других промежутков времени. Наиболее целесообразно высчитывать месячную выработку электрической энергии. Это потому, что интенсивность освещения в каждом месяце различна, и для выработки, например, 10 кВт электричества, надо использовать , а также подключать соответствующее число аккумуляторов.

    Хотя выражение включает в себя 2 показателя, его следует рассматривать, как один. Это потому, что он показывает производительность панели . Более правильно было бы использовать выражение , где S является площадью светочувствительных пластин в кв. м. Оно позволяет определить КПД солнечных батарей, а точнее, какую часть света может превратить 1 кв. метр панели в электрическую энергию.

    Например, есть немецкая монокристаллическая панель SolarWorld 2015. Она имеет площадь 1,995 кв. метр и мощность 320 Вт. Ее КПД составляет 320 / (1 000 * 1,995) * 100 = 16,04%. Конечно, для применения в формуле выражение на 100 умножать не надо. В ней следует использовать число 0,1604.

    Однако второе выражение не используют потому, что результатом будет мощность 1 кв. метра панели . Как известно, батарея редко имеет такую площадь. Этот ее показатель значительно больше. Например, вышеупомянутое изделие имеет площадь 1,995 м². В итоге, конечный рассчитанный по формуле результат нужно было бы умножать на площадь. Получилось бы так, что в числителе и знаменателе выражения будет S. А если S делить на S выйдет 1.

    Ко берут из специальной таблицы, в которой разной величине угла наклона и угла отклонения от южного направления соответствует определенный коэффициент. Такую таблицу могут предоставить производители. Также они всегда могут дать полезные консультации, часть которых может касаться выбора аккумуляторов.

    Определение потерь электроэнергии в домашней системе

    Величину этих потерь учитывает Кпот. Эти потери могут быть в:

    1. Проводах. Величина составляет 1%.
    2. . Составляют от 3 до 7%.
    3. Шунтирующих диодах (0,5%).
    4. Самой батареи при очень малом солнечном излучении (1-3%).

    Также потери электроэнергии могут возникать из-за сильного нагрева модуля (составляют 4-8%) и из-за наличия грязи на солнечных панелях или их потемнений (1-3%).

    Автономная электрическая система для дома считается оптимальной, если общие потери не превышают 15%. Тогда срок окупаемости сокращается, а также аккумуляторы накапливают больше тока. Кпот составляет 0,85. Однако плохое качество оборудования или неграмотный выбор комплектующих может привести к 30-процентным потерям. Кпот уже составит 0,7.

    Пример расчета мощности солнечной панели

    Он будет проводиться для вышеупомянутой батареи. Она будет монтироваться в регионе, расположенном на 50° северной широты. Угол наклона панели равен 50°, отклонение от южного направления нулевое. Потери электроэнергии в системе составляют 20%.

    Значения используемых показателей являются такими:

    Тогда Е = 1 000 * 0,32 / 1 * 1,11 * 0,8 = 284,16 *ч/год . Это означает, что одна панель может выработать 284,16 кВт*ч за один год.

    Мощность за месяц июнь составит 5,25 * 30 * 0,32 / 1 * 1,11 * 0,8 = 44,75 кВт*ч/мес., а за месяц декабрь — 0,86 * 31 * 0,32 / 1 * 1,11 * 0,8 = 7,57 кВт*ч/мес.

    Расчет количества солнечных батарей

    Он делается очень просто: общую потребность в электроэнергии делят на мощность панели. Общую потребность можно определить двумя способами:

    1. Составить список всех электрических устройств , определить примерную продолжительность работы в течение месяца, рассчитать, сколько электроэнергии каждый из них потребляет в месяц (мощность умножается на число часов), и суммировать все полученные цифры.
    2. Поднять квитанции по оплате за электроэнергию и найти самое большое употребленное за один месяц количество кВт*ч. На всякий случай полученную цифру можно умножить на 1,5.

    Предположим, что за месяц 3-4 жители дома используют 300 кВт*ч. Чтобы полностью обеспечить себя своей электрической энергией, нужно иметь 300*12/284,16 = 12,66 панелей SolarWorld 2015. Конечную цифру округляют, конечно, в большую сторону. Поэтому покупать надо 13 панелей.

    Мощность солнечных панелей для автономных систем выбирается исходя из необходимой вырабатываемой мощности, времени года и географического положения.

    Необходимая вырабатываемая мощность определяется мощностью, требуемой потребителям электроэнергии, которые планируется использовать. При расчете стоит учитывать потери на преобразование постоянного напряжения в переменное, заряд-разряд аккумуляторов и потери в проводниках.

    Солнечное излучение величина не постоянная и зависит от многих факторов – от времени года, времени суток, погодных условий и географического положения. Эти факторы также должны учитываться при расчете количества необходимой мощности солнечных панелей. Если планируется использование системы круглогодично, то расчет должен производиться с учетом самых неблагоприятных месяцев с точки зрения солнечного излучения.

    При расчете для каждого конкретного региона необходимо проанализировать статистические данные о солнечной активности за несколько лет. На основании этих данных, определить усредненную действительную мощность солнечного потока на квадратный метр земной поверхности. Эти данные можно получить у местных или международных метеослужб. Статистические данные позволят с минимальной погрешностью спрогнозировать количество солнечной энергии для вашей системы, которая будет преобразована солнечными панелями в электроэнергию.

    Для примера рассмотрим усредненную дневную инсоляцию по месяцам с одного из серверов метеослужб для г. Москвы. Данные указаны с учетом атмосферных явлений и являются усредненными за несколько лет.

    Единица измерения инсоляции в таблице кВт*ч/м2/сутки.

    Угол наклона плоскости, градусы по отношению к земле (0°- инсоляция на горизонтальную плоскость, 90 – инсоляция на вертикальную плоскость и т. п.), при этом плоскость ориентирована на Юг.

    Янв. Февр. Март Апр. Май Июнь Июль Авг. Сент. Окт. Нояб. Дек. Среднегодовая инсоляция кВт*ч/м2/сутки
    0.75 1.56 2.81 3.87 5.13 5.27 5.14 4.30 2.63 1.49 0.81 0.50 2.86
    40° 1.51 2.55 3.78 4.34 5.12 4.97 5.00 4.57 3.22 2.20 1.46 1.08 3.32
    55° 1.66 2.70 3.82 4.16 4.70 4.51 4.53 4.31 3.17 2.27 1.58 1.20 3.22
    70° 1.72 2.71 3.67 3.79 4.18 3.95 4.00 3.85 2.97 2.24 1.62 1.26 3.00
    90° 1.65 2.50 3.19 3.07 3.21 2.99 3.05 3.08 2.51 2.02 1.53 1.22 2.50
    Оптимальный угол 72.0 63.0 50.0 34.0 20.0 11.0 16.0 27.0 43.0 58.0 69.0 74.0 44.6

    Как видно, самым неблагоприятным месяцем для данного региона является декабрь, дневная усредненная инсоляция на горизонтальную поверхность земли составляет 0,5 кВтч/м2/сутки, на вертикальную – 1,22 кВт*ч/м2/сутки. При угле наклона плоскости относительно земли 70 градусов инсоляция будет составлять 1,26 кВтч/м2/день, оптимальным углом для декабря является 74 градуса. Самым благоприятным месяцем является июнь и инсоляция на горизонтальную поверхность составит 5,27 кВтч/м2/сутки, оптимальный угол наклона для июня 11 градусов.

    Угол наклона солнечной панели, при круглогодичном использовании в системе, которая потребляет в среднем одну и ту же мощность независимо от времени года, должен совпадать с оптимальным углом наклона самого неблагоприятного месяца по количеству солнечной радиации. Оптимальным углом наклона для декабря в г. Москва является 74 градус, таким образом и стоит устанавливать солнечную панель, так как в другие месяцы инсоляция заметно больше, и как следствие выработки электроэнергии будет более чем достаточно. Более того, в зимнее время при углах наклона 70-90 градусов, на солнечной панели не будут скапливаться осадки в виде снега. Если задачей является получение максимальной мощности от солнечных панелей, в течение всего года, то требуется постоянно ориентировать солнечную панель максимально перпендикулярно солнцу.

    Формула расчета мощности солнечных панелей

    Pсп=Eп*k* Pинс / Eинс, где:

    Еп — потребляемая энергия, Втч в сутки;

    k – коэффициент потерь на заряд – разряд аккумуляторов, преобразование постоянного напряжения в переменное, обычно принимают равным 1,2-1,4.

    Формула расчета вырабатываемой энергии солнечными батареями

    Pсп — мощность солнечных панелей, Вт;

    Ев — вырабатываемая энергия солнечными панелями, Втч в сутки;

    Eинс — среднемесячная инсоляция (из таблицы) кВтч/м2/день;

    Pинс – мощность инсоляции на земной поверхности на одном квадратном метре (1000Вт/м2);

    k – коэффициент потерь на заряд – разряд аккумуляторов, преобразование постоянного напряжения в переменное, обычно принимают равным 1,2.

    Солнечная батарея не может служить прямым источником электричества, как генератор. В комплекс системы солнечной генерации электроэнергии входят:

    • солнечная батарея;
    • контроллер уровня зарядки аккумуляторных батарей (АКБ);
    • инвертор.

    Это накладывает определенные условия при расчете соотношений мощности батареи с емкостью и токов зарядки АКБ и с режимом работы и мощности потребителей. Также, необходимо принимать во внимание, на что ориентирован комплекс.

    Это может быть (без элементов управления и преобразования):

    • элемент автономного энергоснабжения (генератор+батарея ->потребитель);
    • источник электроэнергии для одного или группы потребителей (батарея ->потребитель). Причем, потребитель может быть низковольтным.

    Расчет солнечной батареи, по своему содержанию, относится к многофакторным расчетам, т.е. изменение одного показателя в цепочке приводит или к изменению характеристик всей системы, или к введению в систему новых элементов. К примеру, две панели, но с разной степенью освещенности (на крыше и на фронтоне) нельзя рассматривать как одну (нужны два контроллера зарядки АКБ), либо ставить отсекающий диод.

    За основу для расчета принимается цель установки солнечной батареи и фактическое наличие элементов комплекса с сопрягаемыми характеристиками по напряжению и току. На практике, это означает расчет в направлении от потребителя или от батареи. В большинстве случаев, за основу принимают мощность потребителя и время бесперебойного энергообеспечения в период отсутствия солнечного света или иного источника энергии для подзарядки АКБ.

    Физические величины и названия характеристик элементов комплекса солнечной генерации:

    • I — ток (А);
    • U — напряжение (В);
    • Pа — активная мощность (Вт);
    • W — расход электроэнергии (кВтч)
    • Ca — емкость аккумулятора (А*ч). Величина постоянная до момента достижения АКБ допустимого уровня разрядки;
    • T — время освещенности панели (час). Среднемесячное количество часов для конкретного региона, которое зависит от времени года и широты местности.
    • K — число дней. Учитывает работоспособность системы без солнечного освещения.

    Методика расчета солнечной батареи

    Предлагаемая методика дает общее направление порядка расчета элементов комплекса с солнечной батареей на участке солнечная батарея — АКБ — инвертор без учета некоторых параметров. Расчет ведется из условия среднемесячного потребления и запаса надежности в два дня без активного солнца (K).

    Пример расчета

    Исходные данные (произвольно):

    • Телевизор мощностью Pа = 100 Вт работает t = 5 часов в сутки и 7 дней в неделю.
    • Осветительные приборы общей мощностью Pа = 1000 Вт, t = 6 часов в сутки и 7 дней в неделю.
    • Освещенность солнечной панели: T — 5,5 час в сутки (широта Москвы, лето).
    • КПД инвертора — 0,9.
    • Характеристика одной аккумуляторной батареи: Са — 225 А/ч, Uа — 12 В.
    • Уровень разрядки АКБ — 0,7.

    При суммарной мощности приборов 1100 Вт среднесуточный расход энергии составит Wн = 45,500 кВтч в неделю или Wс= 6,500 кВтч в сутки. Для точного расчета требуется учитывать вероятность одновременного использования приборов, пиковые и реактивные нагрузки или распределение нагрузки в течение суток.

    По суммарной мощности потребителей 1,1 кВт выбираем инвертор мощностью 2 кВт (с перспективой роста и компенсации неучтенных нагрузок). Входное напряжение инвертора Uинв- 24 В.

    Полная суточная токовая нагрузка на инвертор в А*ч с учетом КПД инвертора: Wc/КПД*Uинв = 6500/0,9*24 = 297,91 А*ч.

    Эта величина важна для определения количества АКБ, тока подзарядки и, в конечном счете, надежности системы.

    • Токовая нагрузка увеличивается в два раза для обеспечения двухдневного энергоснабжения.
    • Учитываем допустимую глубину разрядки батареи 0,7.
    • Получаем суммарную токовую нагрузку — 297,91*2*0,7 = 851,19 А*ч.

    С учетом характеристики одной аккумуляторной батареи Са = 225 А*ч получаем число блоков батарей на напряжение 24 В (напряжение инвертора) 851,19/225 = 3,78. Округляем до 4-х. Для того чтобы получить Uа (12 В) на одну батарею соединяем в одном блоке две батареи последовательно. Итого получается 4 параллельно соединенных блока, состоящих из двух батарей каждый. Всего 8 аккумуляторов.

    В дополнение к нагрузке потребителя необходимо добавить нагрузку, учитывающую подзарядку батарей. Она составляет 10% суммарной мощности аккумуляторного модуля (8*225*12) = 21600 Втч*10% = 216 Втч. Суммарная среднесуточное потребление будет составлять — 6500+216 = 6716 Втч.

    Для обеспечения системы энергией солнечная батарея должна за время освещенности (T =5,5 часов) выработать среднесуточную потребность в электроэнергии (6716 Втч). Следовательно, блок из солнечных модулей (с выходным напряжением 24 В и мощностью 200 Вт каждый) должен состоять из 6 модулей (6716/5,5*200 = 6,10).

    Вывод

    Для энергообеспечения потребителя с активной мощностью 1100 Вт требуется 6 модулей солнечных элементов с выходными параметрами: Wmax=200 Вт и Uраб=24 В.

    Сознаемся мы себе или нет — сути это не меняет. Очень часто мы, приступая к реализации серьезных, тем более, менее серьезных своих планов, пренебрегаем проектами или расчетами. Это, как правило, не приводит к ожидаемым результатам, либо итоговые временные или материальные затраты оказываются совсем не ожидаемыми. Конечно же все необходимо считать. С этим вряд ли кто не согласится.

    Что касается солнечных батарей, расчет их мощности просто необходим, поскольку малейшее отклонение в любую сторону приводит к изменению материальных затрат на порядок.

    Есть еще одна бесспорная польза от процедуры расчета — формируется осознанное четкое понимание порядка эксплуатации будущей солнечной электростанции. Только человек, эксплуатировавший в своем доме автономную систему электроснабжения, до конца поймет, что это означает.

    А понимание это сводится к одному: как сохранить каждый Ватт*час добытой энергии. В доме, электроснабжение которого осуществляется автономной системой, вы не увидите без надобности светящихся ламп освещения, как это часто бывает при традиционном электроснабжении.

    В процессе пользования солнечной электростанции у вас в доме могут появиться такие приборы, как датчики движения, таймеры для автоматического управления освещением, фотореле для управления наружным освещением и т.д. Это войдет в привычную норму.

    Вы не удивляйтесь, что я уделяю этому вопросу столько времени. Это действительно следует знать и понимать. Кто-то отнесет необходимость контроля каждого Ватт*час к недостаткам, я с ним не соглашусь.

    Во-первых, давайте вспомним тех у кого других вариантов электроснабжения просто нет. Во-вторых, когда это здравая экономия стала, вдруг, недостатком! Согласитесь, было бы расточительно “вбухивать” заведомо бОльшие деньги в систему электроснабжения только для того, чтобы бесконтрольно транжирить энергию.

    Начало расчета солнечной электростанции заключается в подсчете суммарной нагрузки потребления вашего дома. Примеров таких расчетов в разных интерпретациях много, и с описательной частью, и в режиме он-лайн. Ничего нового в данном случае выдумывать не стоит. Сначала ставится цель, потом ищутся пути её достижения. Также и здесь: сначала выясняются потребности, а потом рассчитываются технические и материальные возможности их удовлетворения.

    Подсчет суммарной нагрузки потребления

    Это первый этап расчета. Начинается он с того, что вы берете чистый лист бумаги и на нем составляете перечень всех приборов и устройств, которые, как вы предполагаете, будут использоваться в доме. Для начала делаете этот перечень не вникая в количественный и качественный его состав. На первом этапе расчета, если вам не приходилось его делать, трудно сделать заключение о том, целесообразно или нет оставлять тот или иной прибор в списке. Добавлять, вычеркивать или заменять будем после, когда порядок материальных затрат будет ясен.

    Следующим шагом будет выяснение потребляемой мощности каждого из приборов. Это можно выяснить из паспортов на приборы или посмотреть бирки на самих приборах, где указаны их характеристики, в том числе и мощность потребления. В крайнем случае, если нет паспортов и бирок, можно выяснить необходимую информацию у менеджеров продаж в магазинах. Ну и, наконец, у вас же под рукой интернет, эти данные можно поискать через поисковые системы.

    Я же проставляю ориентировочные числа, только лишь для того, чтобы показать порядок действий:

    Если вы обратили внимание на первые две позиции, то, как видите, я разделил лампы с разной мощностью потребления. Нет необходимости в маленьких и редко посещаемых помещениях ставить лампы такие же, как и в жилых комнатах. А поскольку следующим шагом будет простановка общего времени работы этих приборов в течение суток, то и нет смысла эти лампы объединять в одной позиции.

    Проставляем количество и общее время работы в сутки:

    Следует пояснить результаты в последнем столбце. К примеру, если вы пылесосом пользуетесь не ежедневно, а один раз в неделю по 2 часа, то в месяц общее время составит 2 Х 4 = 8 часов, т.е. в сутки 8 часов: 30 = 0,3 часа. То же самое и с насосом. Если вам приходится накачивать воду, предположим, два раза в неделю и этот процесс длится 2 часа, то 2 Х 2 = 4 часа, 4 Х 4 = 16 часов, 16: 30 = 0,6 часов. Разумеется округляете в большую сторону.

    Наименование Мощность, Вт Кол-во, шт. Время, час Вт*час
    Энергосберегающая лампа 11 5 4,0 220,0
    Энергосберегающая лампа 8 3 0,2 4,8
    Телевизор 150 1 1,5 225,0
    Электронасос 600 1 0,6 360,0
    Утюг 1500 1 0,3 450,0
    Ноутбук 350 1 1,0 350,0
    Холодильник 250 1 12,0 3000,0
    Электрочайник 1000 1 1,0 1000,0
    Стиральная машина 1500 1 0,4 600,0
    Микроволновая печь 1500 1 1,0 1500,0
    Пылесос 700 1 0,3 210,0

    Завершающая стадия подсчета суточного потребления — сложить все результаты последнего столбца. Результат получится: 7919,8 Вт*час в сутки.

    Ну, что ж, давайте приступим к расчету солнечных батарей. У нас есть величина суточного потребления в размере 7919,8 Вт*час, от которой мы и будем “отталкиваться”.

    Выбор величины напряжения постоянного тока системы

    Выбор величины напряжения системы необходим, во-первых, для выбора приборов системы с точки зрения их согласованности по напряжению, инвертора, контроллера заряда батарей, во-вторых, от величины этого напряжения будут зависеть схемы соединения солнечных модулей и аккумуляторных батарей, ну и, в третьих, для дальнейших расчетов солнечных батарей.

    Обычно для автономных систем электроснабжения частного жилого дома выбирается либо 12 В, либо 24 В. Если, конечно, система электроснабжения не слишком мощная и эта, её мощность, не вынуждает прибегать к напряжению 36 В или, допустим, 48 В, чтобы снизить токи в цепях, а значит, иметь возможность использовать провод меньшего сечения, т. е. более дешевый.

    В нашем случае я предлагаю придерживаться следующей логики: если вы не планируете наращивать систему электроснабжения, а предполагаете ограничится 1000 Вт или 2000 Вт, то вполне достаточно остановиться на 12 В.

    В случае же, если в ваших планах её наращивать, кроме того, эксплуатировать в зимний период, разумнее строить 24-х вольтовую систему. Это будет разумно потому, что на определенном этапе эксплуатации системы электроснабжения вы, скорее всего, придете к неизбежности дополнить её ветрогенератором. Это вполне логично и дает системе неоспоримые преимущества при эксплуатации круглый год. Мы об этом еще поговорим, когда коснемся темы ветрогенераторов.

    Так вот, чтобы вам не пришлось менять однажды установленные приборы, лучше сразу выбрать вариант на 24 В, тогда и ветрогенератор с выходом в 24 В без особых затруднений впишется в вашу существующую систему.

    И так. Предположим, что мы останавливаемся на варианте системы электроснабжения 24 В. Я этот выбор делаю в нашем примере, чтобы показать более наглядный пример расчета. Вы же поступайте так, как считаете нужным исходя из ваших данных, конечно с учетом вышесказанного.

    Определение требуемого количества энергии в сутки

    Для определения требуемого количества энергии в сутки нам необходимо вычисленное намизначение суточного потребления — 7919,8 Вт*час разделить на выбранное нами напряжение системы — 24 В. Результат этого деления составит 330 А*час.

    Но мы не должны забывать, что инвертор сам потребляет часть энергии на собственные нужды. Значит мы должны предусмотреть запас энергии и для него. Исходя из этого полученный результат 330 А*час мы умножим на коэффициент 1,2 и получим 396 А*час.

    Таким образом мы вычислили суточную величину энергии необходимой для обеспечения электроснабжения наших потребителей. И она составила 396 А*час.

    Что не следует забывать при выборе солнечных модулей

    Бесспорно электрические характеристики фотоэлектрических модулей играют первостепенную важность. Мощность, напряжение, ток. Но нельзя не обращать внимание и на такие параметры, как габариты, конструктивное исполнение, вес и т. д.

    Давайте по порядку перечислим характеристики и параметры этих устройств и попутно отметим, как та или иная величина этих показателей может повлиять на дальнейшую эксплуатацию.

    Начнем, конечно же, с напряжения. От выбора величины напряжения будет зависеть выбор контроллера заряда батарей, выбор напряжения аккумуляторов и, соответственно, схема их соединения.

    В этом выборе догм нет, вы можете выбирать любое напряжение. Но! Самое главное, чтобы оно было стандартизированным. В противном случае вы столкнетесь со сложностью подбора такого оборудования, как контроллер заряда, инвертор, аккумуляторные батареи. Даже исходя из стандартизированной линейки напряжений, есть смысл посмотреть на какие напряжения доступны все необходимые приборы. Это, как правило, 12 Вольт, 24 Вольта, 48 Вольт.

    Здесь необходимо сделать небольшую ремарку. Вы обращали внимание на то, что величина напряжения, а их для фотоэлектрического модуля приводят, как правило две (напряжение максимальной мощности и напряжение холостого хода), отличается от стандартного в большую сторону. Это необходимо для того, чтобы обеспечить полный заряд аккумуляторов. Этот запас предназначается для компенсации потерь в системе и учитывает работу модуля в реальных условиях, когда солнечная инсоляция не равна 1000 Вт/кв. м, температура не соответствует 25 градусам по Цельсию.

    Мы остановились на 12, 24, 48 Вольтах. Другие величины выбирать смысла уже не имеет по той причине, что найти, при необходимости, устройство с иным напряжением будет сложнее. Зачем заведомо создавать себе трудности.

    Учесть следует и такой момент, что некоторые модули рассчитаны на нестандартные напряжения и предназначены для работы с сетевыми инверторами. По этой причине нас они интересовать не могут.

    Вообще главным принципом построения любой системы должно быть — по-возможности, избегать использование уникальных устройств. Узлы и приборы должны быть стандартными и максимально доступными. Только в этом случае вы обеспечите продолжительную работоспособность вашей системы.

    Разумеется общую мощность вы набираете из тех модулей, напряжение которых соответствует выбранному ранее для системы. Напоминать, что они должны быть с одинаковыми характеристиками, думаю, не надо.

    Путем соединения их либо параллельно, если напряжение каждого из них равно выбранному, либо последовательно, в случае, когда напряжение каждого из них меньше выбранного. Ну и последовательно-параллельно, чтобы обеспечить суммарную мощность при обеспечении выбранного напряжения системы. Кто пропустил статью , рекомендую прочитать.

    Как только вы определились с количеством модулей и схемой их соединения, можете на основании результирующего тока сделать выбор контроллера заряда, ведь напряжение системы вами уже выбрано.

    Помня такую истину, что каждое дополнительное электрическое соединение в системе повышает вероятность отказа (поломки), мы понимаем, что единый модуль соответствующий требуемым мощности и напряжению, был бы идеальным вариантом для нас. Ни тебе лишних соединений, ни тебе лишних проводов.

    Но мы же понимаем, что это невозможно. Да и по большому счету не нужно. Не нужно хотя бы потому, что в этом случае мы лишаем нашу систему гибкости, да и ремонтопригодность тоже пострадает. Я не говорю уже про вес, который будет играть не последнюю роль при монтаже.

    Гораздо сложнее будет нарастить систему, изменить напряжение системы, если такое вдруг понадобиться. Отремонтировать модуль, в конце концов. Опять же высокая парусность. Это тоже не следует снимать со счетов, ведь вы будете монтировать модули на открытой всем ветрам поверхности.

    Тем не менее, не забывая про упомянутую истину, мы должны обратить внимание на габариты модулей с точки зрения монтажа (не каждый габарит позволит производить монтаж без подъемных механизмов), укладки на кровле (отсутствие затенения на протяжении всего светового дня).

    С другой стороны слишком мельчить с габаритами — дороже обойдется.

    Конструктивное исполнение тоже играет немаловажную роль как в плане эксплуатационных характеристик так и с финансовой точки зрения. Бескаркасные модули, к примеру, будут стоить дешевле, но использовать именно их можно и нужно лишь в том случае, если у вас есть возможность выполнить монтаж таким образом, чтобы обеспечить их нормальную эксплуатацию без каркасов.

    Либо вы имеете возможность самостоятельно изготовить каркас и это обойдется вам дешевле. Только следует учесть и вопрос герметизации модуля, поскольку при попадании воздуха и влаги происходит окисление контактов. Это значительно сокращает срок их службы.

    Такие вещи, как стекла. Они бывают разные и от этого тоже зависит цена. Обычные стекла приводят к потерям до 15% из-за отражения. Стекла, выдерживающие ударную нагрузку, может быть, и будут лишними, а вот стекла с повышенной степенью прозрачности рассмотреть смысл имеет.

    Понравилось?

    Нажмите на кнопку, если статья Вам понравилась, это поможет нам развивать проект. Спасибо!

    Каждый электрик должен знать:  Чем отличается сервопривод от шагового двигателя
  • Добавить комментарий