Мощность солнечных батарей на квадратный метр: расчет

Содержание
  1. Что такое солнечная батарея
  2. Мощность инвертора и потери в нем
  3. Разновидности
  4. Калькулятор солнечных батарей для расчета выработки электрической энергии и окупаемости
  5. Данный калькулятор предназначен для оценки выработки электрической энергии солнечными батареями и срока их окупаемости.
  6. Теперь давайте подберем необходимое количество солнечных батарей для Краснодарского края:
  7. Не забудьте заполнить форму и получить коммерческое предложение для вашей солнечной электростанции.
  8. Состав комплекта солнечных батарей
  9. Расчёт солнечных батарей для частного дома или дачи
  10. Интеграция СЭС в общее электроснабжение дома и другие возможные варианты установок
  11. Выработка энергии в пасмурную погоду
  12. Где купить
  13. Что необходимо учитывать при расчете солнечного генератора
  14. Расчёт ёмкости аккумуляторной батареи для солнечных панелей
  15. Порядок расчета
  16. Определение потребляемой энергии
  17. Уровень инсоляции
  18. Выбор мощности панелей
  19. Расчет количества панелей
  20. Стоимость солнечных батарей и аккумуляторов
  21. Особенности используемых в формуле показателей
  22. От чего зависит мощность солнечный батарей

Что такое солнечная батарея

Если принято решение установить дома солнечную электростанцию, необходимо иметь точное представление о ее устройстве. В первую очередь, надо знать, что представляют собой солнечные панели и как они работают.

Прежде всего, надо уточнить терминологию. Под названием «солнечные батареи» принято понимать весь комплекс по принятию, преобразованию и накоплению солнечной энергии. Видимые элементы, расположенные на открытых участках (крышах, специальных опорных сооружениях или просто на земной поверхности) — это солнечные панели. Она представляют собой плоскость, составленную из отдельных солнечных элементов.  Каждый из них является самостоятельным приемником солнечной энергии, преобразующим ее в электричество. Для этого использован фотоэлектрический эффект, возникающий при освещении полупроводников:

Эффективность солнечных батарей напрямую зависит от размера, типа и количества отдельных элементов, составляющих данный комплект. Один элемент способен выдать определенное, довольно небольшое количество энергии. Однако, объединенные в батарею (подключенные параллельно) и выполненные в виде сплошной принимающей поверхности (панели), они могут обеспечивать энергией определенное количество потребителей. Для пользователя остается лишь выполнить расчет солнечных батарей и определить, сколько нужно приобрести панелей и дополнительного оборудования.

Советуем прочитать: правильная установка солнечных батарей на крыше дома или дачи.

Мощность инвертора и потери в нем

Теперь что касается инвертора, он тоже имеет свой КПД а это порядка 75-90%, т.е. все полученные величины выработки энергии и запаса можно относить к этим процентам. В итоге лучше брать двойной запас емкости для аккумуляторов, Так при потреблении 2400Вт.ч за ночь, устанавливать 4 АКБ емкостью 100А.ч. 100А*12В*4 = 4800Вт.ч. Мощность инвертора показывает номинальную нагрузку которую можно подключить к нему, т.е количество и тип бытовых приборов.

В Итоге получаем солнечную электростанцию на 2,5кВт:

  1. Солнечные батареи 4шт. по 250Вт. Выработка в месяц 170 -240кВт.ч (36тыс.руб.)
  2. АКБ по 100А.ч. 4 шт. запас до 4800 Вт. (AGM аккумуляторы 50тыс.руб.)
  3. Инвертор 2,4кВт номинальная мощность подключаемого оборудования (27тыс.)

Итого 113 тыс. руб. за комплект оборудования.

Разновидности

Эффективность и производительность солнечных панелей зависят от конструкции отдельных элементов. Существует несколько разновидностей:

  1. Монокристаллические. Изготавливаются из одного монокристалла, выращенного из кремния в определенных условиях. Представляют собой тонкий поперечный срез. КПД составляет 17–22 %. Это самые дорогие и качественные элементы. Внешне выглядят как черные прямоугольники со скошенными краями. Монокристаллические панели
  2. Поликристаллические. Разработаны для того, чтобы снизить себестоимость и конечную цену элементов. Изготавливаются из расплава кремния, состоящего из множества кристаллических образований. КПД составляет 12–18 %. Характеристики этих элементов несколько снижены, но и цена более доступная для массового покупателя. Внешне они представляют собой синие прямоугольники. Поликристаллические панели
  3. Аморфные элементы. Эти элементы имеют более слабые характеристики, чем моно- или поликристаллические конструкции. Однако, они намного дешевле, что позволяет получить общую мощность аморфных солнечных панелей, не уступающую более производительным конструкциям. Разница только в количестве элементов. Аморфные солнечные батареи изготавливаются из разных материалов, могут быть жесткими или гибкими. Особенностью таких панелей является способность работать в пасмурную погоду, когда освещенность низкая.

Самыми производительными панелями считаются арсенид-галлиевые, но их обычно не учитывают в общей классификации. Они слишком дорогие, поэтому для частных пользователей не доступны.

Кроме этого, существуют одно- и двухсторонние солнечные батареи, способные поглощать свет одной или обеими сторонами. Однако, пока применения двусторонним панелям не найдено, так как для использования одновременно обеих сторон требуется отражающая система. Она сложна в изготовлении и настройке, дешевле использовать большее количество обычных панелей.

двусторонние панели

Калькулятор солнечных батарей для расчета выработки электрической энергии и окупаемости

Данные по инсоляции предоставлены сервером NASA, история измерений ведется с 1984 года и является самой достоверной в мире информацией на сегодняшний день.

 

Стоимость солнечных батарейСрок окупаемости солнечных батарейЧистая прибыль за 20 лет

Данный калькулятор предназначен для оценки выработки электрической энергии солнечными батареями и срока их окупаемости.

Мы предоставляем и используем для расчетов данные солнечной инсоляции в любой точке земного шара. Точность местоположения составила 0,1 градус долготы и широты.

Что бы воспользоваться нашим калькулятором укажите местоположение вашей солнечной электростанции на Яндекс карте вручную или введите название населенного пункта в поле поиска.

Заполняем данные:

  1. Из выпадающего списка выберете модель и количество солнечных батарей которые вы планируете использовать или уже используете. Если в предложенном списке нет необходимых вам солнечных батарей, выберете «У меня другая солнечная батарея»
  2. Наш калькулятор автоматически рассчитает и покажет оптимальный угол наклона ( «Оптимум» ) для максимальной усредненной выработки в год, а так же оптимальный зимний и летний угол, которые будут полезны в случае использования вами поворотного механизма или эксплуатации электростанции в определенное время года ( например только летом, в этом случае вам стоит ориентироваться именно на угол «Лето»). Если по каким то причинам вы не хотите использовать предложенные системой оптимальные углы ( к примеру вы планируете монтировать батареи на кровлю своего дома, и угол предопределяется уже имеющейся конструкцией), есть возможность задать произвольный ( необходимый вам угол ). При изменении угла, данные по выработки будут пересчитаны автоматически.
  3. При выборе солнечных батарей крайне важно правильно рассчитать величину мощности энергопотребления. Для этого в калькуляторе вам предложено указать электрические приборы которыми вы будете пользоваться. Укажите их количество, мощность, а так же время работы в течении суток. Если в предложенном нами перечне нет необходимого вам прибора, вы можете воспользоваться пунктом «Другой прибор».

Например для небольшого загородного дама выбираем:

  • Электролампа — 3шт х 50Вт х 6ч/сут итого 0,9кВт ч/сут,
  • Телевизор — 1шт х 150Вт х 4ч/сут итого 0,6кВт ч/сут,
  • Холодильник — 1шт х 200Вт х 6ч/сут итого 1,2кВт ч/сут,
  • Циркуляционный насос — 1шт х 50Вт х 21ч/сут итого 1,05 кВт ч/сут.

Современные модели ЖК телевизоров потребляют 100-200Вт. Холодильник работает не постоянно. Основным потребителем энергии в нем является компрессор, который включается, если требуется холод. В среднем холодильник работает около 6 ч/сут. Циркуляционный насос используется практически круглосуточно. Все эти данные позволяют вычислить необходимую мощность для энергопитания используемых вами приборов.

В нашем случае суммарное потребление в сутки составит 3,75 кВт ч/сут.

Теперь давайте подберем необходимое количество солнечных батарей для Краснодарского края:

Мы выбираем солнечные модули, мощность которых составляет 280Вт, далее выбираем угол наклона, предложенный в качестве оптимального программой, то есть 45 градусов.

Далее нам следует выбрать необходимое количество батарей.

Дойдя до трех модулей мы увидим, что сможем перекрыть энергопотребление наших приборов в период с апреля по сентябрь. Этого будет достаточно если эксплуатация дома происходит только в этот период ( то есть летнее время ). Для круглогодичной эксплуатации дома вам потребуется минимум 6 панелей мощностью 280 Вт каждая. При этом лучше будет взять 9 штук, чтобы не испытывать дефицита в пасмурные дни.

График выработки очень удобен для визуальной оценки и выбора оптимального числа солнечных панелей. Под ним предлагается информативная сводная таблица, в которой представлены данные о выработке солнечной электростанции и планируемой нагрузке.

Не забудьте заполнить форму и получить коммерческое предложение для вашей солнечной электростанции.

Расчет солнечной электростанции при помощи нашего калькулятора является предварительным. Нужно принимать во внимание индивидуальность каждого объекта, и чтобы сформировать предложение «под ключ», учитывающее монтаж, техническое и экономическое обоснование, необходимо проконсультироваться с нашими специалистами. Сделать это можно по телефону или заказать выезд инженера к вам. По результатам разговора специалисты сделают предложение, которое будет отвечать вашим требованиям по максимуму. В комплексном предложении будет включена стоимость самой электростанции и ее профессиональный монтаж.

Чтобы мы могли сделать предварительный расчет, отправьте нам свои данные при помощи специальной формы. Если какой-либо информации будет не хватать, наши специалисты свяжутся с вами для уточнения деталей.

Состав комплекта солнечных батарей

Комплект солнечных батарей для дома представляет собой набор оборудования, где сами панели играют роль только приемника и источника энергии. Сами панели, принимая и перерабатывая свет в электрический сигнал, отдают его через контроллер заряда на аккумуляторные батареи. Они соединены с сетевым инвертором — устройством, преобразующим постоянный ток в стабильные переменные 230 В. Инвертор выдает это напряжение на потребителей, а излишки (если они есть) он может отдавать в централизованную сеть. Некоторые комплекты малой мощности работают только на снабжение собственного потребления и в сеть ничего отдать не способны. В европейских странах уже достаточно давно используется схема выдачи в сеть излишков энергии, за что владельцы частной солнечной электростанции получают определенные льготы, скидки или доплаты.

Состав комплекта солнечных батарей

Все оборудование размещается в доме, снаружи только солнечные панели. Для частного дома этого комплекта может хватить даже без дополнительной подпитки из централизованной сети, если расчет количества солнечных батарей и дополнительного оборудования выполнен правильно. Особенностью любого комплекта является возможность увеличения его параметров путем установки дополнительных панелей и увеличения емкости аккумулятора. Поскольку производительность напрямую завязана на площадь освещенной поверхности, суммарный размер панелей определяет возможности всего комплекта.

Вычисляя параметры комплекса, необходимо делать поправку на непостоянство солнечного освещения. Например, в летнее время комплекс выдает в 10 раз меньше энергии, чем летом. Кроме того, погодные условия также вносят свои поправки. Поэтому, определить показатели солнечной электростанции можно только приблизительно, а при расчетах приходится делать большой запас. Максимальной эффективностью обладают крупные солнечные электростанции промышленного назначения, способные питать большие населенные пункты.

панели

После закупки всего необходимо можно подумать и проекте, для которого все это использовать, к примеру, можно соорудить солнечный подогреватель воды для бассейна.

Расчёт солнечных батарей для частного дома или дачи

Если вы не знаете ваше потребление и только планируете скажем запитать дачу от солнечных батарей, то потребление считается достаточно просто. Например у вас на даче будет работать холодильник, который по паспорту потребляет 370кВт*ч в год, значит в месяц он будет потреблять всего 30.8кВт *ч энергии, а в день 1.02кВт*ч. Также свет, например лампочки у вас энергосберегающие скажем по 12 ватт каждая, их 5 штук и светят они в среднем по 5 часов в сутки. Это значит что в сутки ваш свет будет потреблять 12*5*5=300 ватт*ч энергии, а за месяц «нагорит» 9кВт*ч. Также можно почитать потребление насоса, телевизора и всего другого что у вас есть, сложить всё и получится ваше суточное потребление энергии, а там умножить на месяц и получится некая примерная цифра.

Например у вас получилось в месяц 70кВт*ч энергии, прибавляем 40% энергии, которая будет теряться в АКБ, инверторе и пр. Значит нам нужно чтобы солнечные панели вырабатывали примерно 100кВт*ч. Это значит 100:30:7=0,476кВт. Получается нужен массив батарей мощностью 0,5кВт. Но такого массива батарей будет хватать только летом, даже весной и осенью при пасмурных днях будут перебои с электричеством, поэтому надо увеличивать массив батарей в два раза.

В итоге вышеизложенного в вкратце расчёт количества солнечных батарей выглядит так:

  • принять что солнечные батареи летом работают всего 7 часов с почти максимальной мощностью
  • посчитать своё потребление электроэнергии в сутки
  • Разделить на 7 и получится нужная мощность массива солнечных батарей
  • прибавить 40% на потери в АКБ и инверторе
  • прибавить ещё 20% если у вас будет PWM контроллер, если MPPT то не нужно

 

Пример: Потребление частного дом 300кВт*ч в месяц, разделим на 30 дней = 7кВт, разделим 10кВт на 7 часов, получится 1,42кВт. Прибавим к этой цифре 40% потерь на АКБ и в инверторе, 1,42+0,568=1988ватт. В итоге для питания частного дома в летнее время нужен массив в 2кВт. Но чтобы даже весной и осенью получать достаточно энергии лучше увеличить массив на 50%, то-есть ещё плюс 1кВт. А зимой в продолжительные пасмурные периоды использовать или бензогенератор, или установить ветрогенератор мощностью не менее 2кВт. Более конкретно можно рассчитать основываясь на данных архива погоды по региону.

Интеграция СЭС в общее электроснабжение дома и другие возможные варианты установок

Но даже если купить солнечные батареи для отопления в таком количестве хватит денег, что делать с выработкой весной, летом и осенью? Ведь генерация СЭС на 30 кВт составляет в такие месяцы 100-180 кВт*ч в сутки, тогда как для полного потребления дома в это время достаточно 25 кВт*ч.

Даже такой объем позволит снабжать энергией следующий примерный набор устройств:

Электроприборы Мощность, Вт Количество Время применения (часов в сутки) Потребление (кВт*ч в сутки)
Внутреннее и внешнее освещение 10 20 5 1
Зарядки для телефонов 5 2 1 0,01
Телевизоры 80 2 3 0,48
Компьютеры и ноутбуки 150 2 12 3,6
Фен 1000 1 0,5 0,5
Холодильник 50 1 24 1,2
Электрочайник 2000 1 0,2 0,4
Микроволновая печка 800 1 0,3 0,24
Электроплита 2000 1 3 6
Электрокотел для подогрева воды 2500 1 2 5
Кондиционер 800 1 3 2,4
Стиральная машина 1500 1 2 3
ИТОГО: 23,83

Куда использовать остальные 40-100 кВт? И существует ли вариант «сброса» излишков в централизованную сеть? Рассмотрим эти вопросы подробно.

Основным недостатком солнечной станции, установленной исключительно для автономного отопления дома солнечными батареями в зимний период, является её неэффективное использование. Ведь в остальное время года, когда ежемесячная генерация намного выше, будет много излишек электроэнергии. В этом нет ничего критичного для оборудования, оно само снизит генерацию и ничего с этим делать не нужно. Вопрос в другом, куда можно потратить эту лишнюю энергию во благо?

Ситуацию могла бы исправить установка не полностью автономной, а гибридной или сетевой версии, при условии наличия стабильной центральной электросети. Но и это не панацея, ведь, при ныне действующем российском законодательстве, такие варианты не дадут быструю окупаемость.

Более того мы рассчитали станцию на 30кВт, а продавать энергию в централизованную сеть на договорных условиях для частных станций мощностью более 15 кВт запрещено, нужно будет ограничивать продажу (в настройках системы) до 15кВт. Сетевая или гибридная модификация меньшей мощности может помочь решить вопрос, но излишки пришлось бы реализовывать по оптовой цене для региона – т.е. в среднем по 2 руб. за 1 кВт*ч. Учитывая стоимость оборудования, затраченную на СЭС для отопления солнечными батареями, подобный выход (при наличии стабильной центральной сети), финансово абсолютно нецелесообразен.

Выработка энергии в пасмурную погоду

Батареи вырабатывают энергию только в светлое время суток и выдают заявленную мощность только в ясный день при попадании лучей под прямым углом.
В непогоду расчет такой: 1000 Вт умножается на синус угла лучей солнца и панели умножается на процент энергии в день без солнца. Например, угол падения лучей равен 40%, получается следующее: 1000 Вт/м2 x sin 40% x 60% = 240 Вт/м2.
В России, зачастую, солнечные панели работают при освещенности ниже 1000 Вт/м2. Дешевые модули производятся без антибликового покрытия. Как итог – значительная часть солнечных лучей отражается некачественным стеклом. Также они некачественно работают на рассеянном свете.
В разные месяцы интенсивность освещения различна, следовательно на выработку одного и того же количества энергии надо разное число панелей и аккумуляторов.
Некоторые владельцы домов устанавливают панели за стеклами дома. Это тоже ошибка. Одинарное стекло снижает кпд панели на 9%, а двойное уже на 16% — при условии, что стекла идеально чистые. Грязь на стеклах снижает прозрачность, возникают обратное отражение света – батарея работает не эффективно.
Вырабатываемая энергия зависит от количества поступающего света – напряжение растет до определенного предела. У кремниевых элементов это цифра равна 0,6. Повышение напряжения достигается за счет последовательного соединения модулей. СЭС нужен запас напряжения. Он обеспечивает заряд аккумулятора во время работы в пасмурную погоду. Максимальная мощность при нагрузке вырабатывается батареей с просадкой до 0,47 – 0,5 В. Батарея из 36 элементов при оптимальной нагрузке дает напряжение в 17 В.
Нижний предел чувствительности по освещенности есть у каждой панели. Меньше этой границы панель перестанет вырабатывать энергию. В плохую погоду мощность модулей падает в 10-20 раз. Так, у кристаллических панелей из кремния этот предел равен 150-200 Вт/м2. У тонкопленочных этот параметр ниже – 100-200 Вт/м2. Пленочные панели в пасмурную погоду работают лучше кремниевых. Однако, пороговая разница освещенности 50 Вт/м2 практически не повлияет на выработку энергии.
Чтобы мощность была достаточной – необходимо рассчитать требуемое количество батарей. Для этого потребляемая мощность делится на мощность панели. Общее потребление производится путем суммирования продолжительности работы (часов в день) всех электроприборов в доме – мощность складывается с количеством часов; Также потребление можно вычислить из квитанции за электричество: берется максимальная цифра потребления (кВт*ч) за последние месяцы и умножается на 1,5 (запас).
Увеличить экспозицию солнечных лучей можно установив панели на двухосный трекер – платформа, которая вращается за солнцем в 2-х плоскостях. Кроме того, зимой панели должны располагаться горизонтальней, чем в летний период. Летом угол наклона модулей меньше. Для каждой географической широты есть оптимальный угол наклона.
Осенью и весной выбирают угол равный широте местности. Зимой к искомому значению прибавляют 10-15 градусов, а летом вычитают 10-15 градусов. Если модули устанавливаются неподвижно– выбирают угол по широте региона проживания.
Всегда необходимо иметь запас по мощности – со временем характеристики батареи снижаются. Каждый год мощность снижается на 0,6 – 0,7 %. После 25 лет использования потеря мощности составить 20%. Впрочем, недостающую мощность можно без проблем восполнить, подключив дополнительные модули. Выбирайте солнечные модули в каталоге магазина«ИБП-Урал. Наши консультанты помогут вам правильно подобрать оборудование под конкретный запрос

Где купить

Приобрести солнечные панели можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых панелей есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:

Мини солнечная панель с напряжением от 2 до 12 Вольт Гибкая солнечная панель на 100 Ватт 12 Вольт Набор гибких солнечных панелей на 300 Ватт
Портативная солнечная панель Dokio, 18 В, 200 Вт Светильник со встроенным питанием от солнечной панели Поликристаллическая солнечная панель на 40 Ватт, 18 Вольт

Что необходимо учитывать при расчете солнечного генератора

Солнечный свет, как и любая другая физическая величина, имеет ряд параметров. Они должны использоваться при расчете генератора. К ним относятся:

  • Уровень освещенности или мощность солнечного излучения на квадратный метр. Под ним подразумевается усредненное значение солнечного излучения. Оно измеряется в верхних слоях атмосферы Земли и расположенного перпендикулярно световым потокам. На примере Сочи эта величина равна 1365 Вт.
  • Максимальная мощность излучения солнца. Это полезная световая энергия. Она достигает поверхности Земли на уровне моря на экваторе и в безоблачный день. В среднем она равна 1 кВт/м кв.
  • Инсоляция – это усредненное время, в течение которого солнце освещает поверхность с максимальной интенсивностью. Обычно оно находится в пределах от 3 до 5 часов по российской территории.
  • Общая энергия излучения – величина, измеряемая за день облучения поверхности. Она определяется как произведение 1 кВтч и количества инсоляционных часов.
  • Мощность солнечной энергии – величина энергии, рассчитанная за сутки (24 часа). Этот показатель рассчитывается как соотношение общей энергии за день к 24 часам.

Расчёт ёмкости аккумуляторной батареи для солнечных панелей

Примерно так выглядит солнечная электростанция внутри дома

солнечная электростанция

Ещё один пример установленных аккумуляторов и универсального контроллера для солнечных батарей

солнечная электростанция массив аккумуляторов

Самый минимальный запас ёмкости аккумуляторов, который просто необходим должен быть такой чтобы пережить тёмное время суток. Например если у вас с вечера и до утра потребляется 3кВт*ч энергии, то в аккумуляторах должен быть такой запас энергии.

Если аккумулятор 12 вольт 200 Ач, то энергии в нём поместиться 12*200=2400 ватт (2,4кВт). Но аккумуляторы нельзя разряжать на 100%. Специализированные АКБ можно разряжать максимум до 70%, если больше то они быстро деградируют. Если вы устанавливаете обычные автомобильные АКБ, то их можно разряжать максимум на 50%. По-этому, нужно ставить аккумуляторов в два раза больше чем требуется, иначе их придётся менять каждый год или даже раньше.

Оптимальный запас еъёмкости АКБ это суточный запас энергии в аккумуляторах. Например если у вас суточное потребление 10кВт*ч, то рабочая ёмкость АКБ должна быть именно такой. Тогда вы без проблем сможете переживать 1-2 пасмурных дня, без перебоев. При этом в обычные дни в течение суток аккумуляторы будут разряжаться всего на 20-30%, и это продлит их недолгую жизнь.

Ещё одна немаловажная делать это КПД свинцово-кислотных аккумуляторов, который равен примерно 80%. То-есть аккумулятор при полном заряде берёт на 20% больше энергии чем потом сможет отдать. КПД зависит от тока заряда и разряда, и чем больше токи заряда и разряда тем ниже КПД. Например если у вас аккумулятор на 200Ач, и вы через инвертор подключаете электрический чайник на 2кВт, то напряжение на АКБ резко упадёт, так-как ток разряда АКБ будет около 250Ампер, и КПД отдачи энергии упадёт до 40-50%. Также если заряжать АКБ большим током, то КПД будет резко снижаться.

Также инвертор (преобразователь энергии 12/24/48 в 220в) имеет КПД 70-80%.
Учитывая потери полученной от солнечных батарей энергии в аккумуляторах, и на преобразовании постоянного напряжения в переменное 220в, общие потери составят порядка 40%. Это значит что запас ёмкости аккумуляторов нужно увеличивать на 40%, и так-же увеличивать массив солнечных батарей на 40%, чтобы компенсировать эти потери.

Но и это ещё не все потери. Существует два типа контроллеров заряда аккумуляторов от солнечных батарей, и без них не обойтись. PWM(ШИМ) контроллеры более простые и дешёвые, они не могут трансформировать энергию, и потому солнечные панели не могут отдать а АКБ всю свою мощность, максимум 80% от паспортной мощности. А вот MPPT контроллеры отслеживают точку максимальной мощности и преобразуют энергию снижая напряжение и увеличивая ток зарядки, в итоге увеличивают отдачу солнечных батарей до 99%. Поэтому если вы ставите более дешёвый PWM контроллер, то увеличивайте массив солнечных батарей ещё на 20%.

Порядок расчета

Чтобы рассчитать необходимую мощность батареи, которая покроет ваши затраты электроэнергии, нужно провести ряд действий, основанных на точных расчетах.

Определение потребляемой энергии

Начинать надо в первую очередь с расчета необходимой энергии для обеспечения вашего дома. Сделать это можно двумя способами: первый – посмотреть на счетчике, сколько электроэнергии вы расходуете за месяц или в сутки, а второй – сделать более детальный расчет. Чтобы произвести второй вариант расчета, нужно взять бумагу с ручкой и составить список всех электроприборов, которые имеются у вас в доме. Количество потребляемой энергии каждым устройством нужно умножить на количество часов работы, а после все полученные показатели сложить и получить общий расход, который должны покрывать солнечные батареи.

Ниже приведены приблизительные значения самых часто используемых электроприборов в любом доме.

Электроприбор Ватт Сколько часов работы в сутки Вт/час
Холодильник 250 24 6000
Компьютер 100 4 400
Стиральная машина 500 1 500
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

Если вы не знаете потребление электроэнергии того или иного прибора, то для точности расчетов лучше посмотреть это значение в технической документации или на сайте производителя.

Просуммировав последнюю колонку в таблице, вы сможете посчитать суточный расход электроэнергии. Однако здесь не все так просто. Это не будет конечная цифра для выбора мощности солнечной батареи и их количества. Дополнительно нужно будет прибавить около 30% потребляемой энергии на обслуживание обязательных устройств для работы солнечной системы – аккумулятора и инвертора. Кроме того, солнечными батареями генерируется постоянный ток, который впоследствии при помощи инвертора перерабатывается на переменный с повышением напряжения для обслуживания дома (220В), где еще теряется около 20%. И еще нужно прибавить около 10%, которые пойдут на пусковую мощность электроприборов. Так как при запуске техника первые несколько минут потребляет в 3, а то и в 5 раз больше заявленной энергии.

Уровень инсоляции

Суть солнечных батарей заключается в выработке энергии за счет воздействия лучей солнца на фотоэлементы со специальным составом. Чем больше солнечная радиация, тем выше производительность панелей. Максимальная эффективность зафиксирована при попадании лучей на поверхность пластин под углом 90 градусов, то есть перпендикулярно. Соответственно ночью энергия не вырабатывается, а используется та, которая накопилась в аккумуляторе за дневное время. Поэтому очень важно правильно установить солнечную панель и рассчитать ее работоспособность в зависимости от климата того или иного региона.

Во время пасмурной погоды, а также захода солнца, уровень выработки энергии солнечной системы падает на 20-30%.

Уровень солнечной инсоляции – это еще один немаловажный показатель, который необходимо учитывать при определении мощности солнечной батареи. В каждом регионе он разный и дает четкое понятие, сколько количества солнечного тепла приходится на единицу площади панели. Если вы проживаете в регионе с небольшим уровнем инсоляции, тогда вам нужно будет приобретать либо более мощное устройство, либо в большем количестве для полного обеспечения дома электроэнергией. Рассчитывать самостоятельно показатель инсоляции не нужно. Его значение представлено в специальных справочниках, которые можно найти без проблем в интернете. Подобная информация также представлена на метеорологических сайтах. Указанная информация может быть представлена как за год, так и отдельно по месяцам (для крупных городов).

Выбор мощности панелей

В зависимости от рассчитанного количества потребляемой энергии количество солнечных батарей может быть разным. Также следует учитывать, какие задачи возложены на батарею – полная продуктивность или использование ее в качестве дополнительного источника питания, если в вашем доме часто бывают перебои. Если вы хотите покрыть все электрорасходы в доме, тогда придется хорошо потратиться и приобретать устройства с высокой мощностью и продуктивностью.

Мощность панели напрямую будет зависеть от количества потребляемой энергии как электроприборами в доме, так и техническими устройствами, которые являются обязательными для работы солнечной станции. Здесь нельзя не учесть и количество солнечных дней в месяце, уровень инсоляции, частоту смены угла наклона. Максимальная производительность панели наблюдается не более 7 часов в сутки и то при условии, что небо чистое, а ночью и вовсе не будет никакой выработки, соответственно, при соотнесении расходуемой энергии с мощностью батареи нельзя приравнивать эти два показателя. Мощность должна быть на 30-40% больше.

Для примера можно взять батарею с указанной мощностью в 1кВт. Это значение нужно умножить на количество часов работы панели с максимальной производительностью, приплюсовать дополнительные расходы на снабжение инвертора и аккумулятора, а также то время в сутках, когда солнечный свет отсутствует. В результате вы сможете получить выработку одной батареи. Если показатель слишком маленький, тогда нужно присмотреться к батареям с более высокой мощностью, однако и цена их будет выше.

Расчет мощности солнечных батарей

Расчет количества панелей

Итак, мы определились, что мощность панелей измеряется в Вт. Чтобы произвести расчет, нам понадобятся все ранее полученные значения, а именно:

  • Количество потребляемой электроэнергии.
  • Уровень инсоляции в вашем регионе.
  • Мощность одной батареи.

Формула для расчета выглядит следующим образом:

W = k*Pw*E/1000, где

к – фиксированное значение/коэффициент 0,5 в летний период и 0,7 в зимний.

Рw – мощность.

Е – значение инсоляции за выбранный период.

Итак, представим, что вы просчитали суточное потребление энергии, которое равно 5600 Вт. Скорректируем это значение на 30% с учетом потребностей инвертора, аккумулятора и преобразования энергии. В результате получается 5600*1,3=7280Вт, можно округлить до 7300 Вт. Теперь посмотрим показатель солнечной радиации для конкретного города, например, он равняется 0,79 для зимы и 4,5 для лета. Стандартная мощность составляет 260Вт.

W зимой = 0,7*260*0,79=143Втч.

W летом = 0,5*260*4,5=585Втч.

Теперь делим общую потребность в электроэнергии на выработку солнечной батареи. Зимой, чтобы обеспечить весь дом электричеством, понадобится примерно 51 панель, а летом 13 штук мощностью в 260Вт и напряжением 24В. Так как полученное значение достаточно велико и для размещения 50 панелей понадобится большая площадь, целесообразнее купить панели с более высоким напряжением и мощностью.

Стоимость солнечных батарей и аккумуляторов

Цены панелей и аккумуляторов имеют широкий диапазон, обусловленный множеством вариантов конструкции, мощности и прочих параметров. Однако, рассчитывать расходы следует только по расчетному составу солнечной электростанции, включающему в себя вполне определенные виды оборудования.

Внимание! Приобретение аппаратуры по отдельности нецелесообразно, поскольку в результате можно получить разнородное оборудование, не способное работать в связке. Правильнее приобретать готовые комплексы, составленные из полностью совместимого оборудования.

Начальная стоимость станции составляет 5 тыс. руб. и увеличивается пропорционально мощности, емкости АКБ и прочим возможностям комплекса. Верхнего предела практически не существует, так как количество солнечных панелей может быть бесконечно.

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.

Принцип работы солнечной панели

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.

Читайте также:  Как работают солнечные батареи

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.

От чего зависит мощность солнечный батарей

Конструкция гелиобатареи — не единственный фактор, определяющий эксплуатационные показатели комплекса. В процесс вмешиваются внешние факторы, которые уменьшают возможности комплекса. Они воздействуют на работу оборудования поодиночке и сообща, снижая эффективность и уменьшая показатели гелиостанции.

Мощность солнечной батареи — это количество электроэнергии, которое она способна выдать в единицу времени. Это величина конечная, то есть рассчитанная по максимальному значению и имеющая определенный предел. Известно, что солнечная постоянная — 1 кВт на 1 м². Эта величина измерена в определенных условиях, обозначает количество энергии, падающее на земную поверхность в солнечный день при температуре 25° и постоянно вертикальном падении на поверхность. На практике получение полного расчетного объема энергии невозможно.

принцип работы

КПД солнечных панелей ограничен и не превышает 24 %, поэтому максимальной мощностью, полученной от 1 м² принимающей поверхности может быть 0.24 кВт. Это в идеальных условиях и с постоянной коррекцией положения поверхности относительно Солнца. На практике таких условий не бывает. В ситуацию вмешиваются погодные, климатические и сезонные условия. Возможны целые пасмурные недели, длительность светового дня в летний и зимний период существенно отличается.

Кроме этого, температура также влияет на способность солнечных элементов производить энергию — ее выработка значительно падает, как только температура поднимается выше +25°. Это означает, что в ясный летний день, когда мощность солнечных батарей на каждый квадратный метр должна быть максимальной, получить ожидаемый результат не удастся из-за сильного нагрева фотоэлементов. Поэтому, производя расчет солнечной электростанции, надо делать поправки на сезонные условия, длительность дня и прочие природные факторы.

гелиопанели

Следующий фактор, который необходимо учесть при выполнении расчета — деградация гелиопанелей. Этот показатель у разных моделей отличается, есть образцы, сохраняющие до 90 % рабочих качеств даже через 20–25 лет эксплуатации. однако, у большинства панелей деградация происходит равномерно и пропорциональна длительности использования.

Кроме этого, расчет количества солнечных панелей необходимо делать с учетом потерь на дополнительном оборудовании — инвертор имеет КПД около 92–96 (и это одна из лучших моделей). Кроме этого, неизбежны потери на АКБ и контроллере, которые достигают 40 % и также снижают общие параметры комплекса. Сами приборы расходуют энергию на питание собственных плат. Поэтому, полный и точный расчет солнечных панелей — задача крайне сложная, требующая экспериментального подтверждения.

дом с панелями

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Adblock
detector