Расчет солнечной батареи — мощность, емкость и выбор инвертора

• Главная
• >Альтернативное электричество — статьи

Приветствую вас на сайте е-ветерок.ру

, сегодня я хочу вам рассказывать о том сколько нужно солнечных батарей для дома или дачи, частного дома и пр. В этой статье не будет формул и сложных вычислений, я попробую донести всё простыми словами, понятными для любого человека. Статья обещает быть не маленькой, но я думаю вы не зря потратите своё время, оставляйте комментарии под статьёй.

Самое главное чтобы определится с количеством солнечных батарей надо понимать на что они способны, сколько энергии может дать одна солнечная панель, чтобы определить нужное количество. А также нужно понимать что кроме самих панелей понадобятся аккумуляторы, контроллер заряда, и преобразователь напряжения (инвертор).

Расчет солнечных батарей для частного дома или дачи

Регионы: Москва, Новосибирск, Краснодар.
Установка гелиопанелей для энергопитания дома требует тщательного предварительного расчета. Возможности подобного оборудования ограничены и в значительной степени зависят от внешних условий:

• географическое положение региона
• климатические и погодные условия
• продолжительность светового дня

Производительность комплекса всегда зависит от внешних условий. Один и тот же набор оборудования в разных условиях демонстрирует отличающиеся друг от друга результаты, поэтому в каждом случае потребуется специализированный расчет. Его можно заказать в специализированных организациях или выполнить самостоятельно. Рассмотрим, как рассчитать солнечные батареи для дома, чтобы получить эффективную установку по производству электроэнергии.

Потребности в электроэнергии

Расчет солнечных батарей для дачи или частного дома надо начинать с определения потребностей в электроэнергии. Эту величину можно узнать из показаний счетчика электроэнергии или подсчитать по энергопотреблению каждого потребителя и времени его использования. Второй вариант гораздо сложнее и чреват возникновением ошибок, поэтому правильнее руководствоваться показаниями счетчика.

Количество солнечных дней

Вторым действием станет определение количества солнечных дней в регионе, продолжительности светового дня по сезонам. В приложениях СНиП есть карта инсоляции регионов России, в которой дается количество солнечной энергии в разных участках страны. По ней определяется среднегодовое количество доступной энергии для заданного города или региона. Это важный показатель, демонстрирующий верхний предел возможностей оборудования в данном месте.

Определив эти значения можно начинать расчет мощности солнечных батарей для дома.

Расчет мощности солнечных батарей

Начиная расчет солнечной батареи, следует учесть, что световой день — это показатель преимущественно географический. Выполняя расчет солнечных панелей для дома, надо исходить из реального производства энергии, которое в утренние и вечерние часы значительно падает из-за снижения интенсивности свечения солнца.

Обычно в летнее время максимальная производительность панелей отмечается в период с 9 до 16 часов, а в остальное светлое время суток они выдают 20-30 % своей мощности. Кроме того, существенные коррективы вносят погодные условия, которые способны снизить выработку энергии вдвое или больше. Поэтому реальную производительность солнечной батареи следует принимать максимум в половину указанной в паспорте и рассчитывать количество энергии на 70 % продолжительности светового дня.

Специалисты рекомендуют вообще не учитывать в расчетах утренние и вечерние часы, отнеся их к необходимому запасу прочности системы. Кроме того, необходимо учитывать самые неблагоприятные условия и прибавлять к ним некоторый процент воздействия отрицательных факторов.

Это не будет излишним, поскольку всегда оказываются неучтенными некоторые детали, значительно меняющие условия работы и требуемую мощность солнечных батарей на квадратный метр.

Формула

Формула расчета солнечных панелей выглядит следующим образом:

Pсп=Eп*k* Pинс / Eинс,

• где Pсп — мощность солнечной панели
• Eп — суточное количество энергии, необходимой для питания всех потребителей дома
• K — коэффициент потерь, обычно равен 1,2-1,4
• Pинс — мощность инсоляции на земной поверхности
• Eинс — табличное значение среднемесячной инсоляции в данном регионе

Используя эту формулу, находят требуемую мощность солнечной батареи на 1 кв. метр. По мощности определяется, сколько солнечных батарей нужно для частного дома, расчет количества панелей производится путем деления общего значения на параметры одного элемента.

Расчет ёмкости аккумуляторной батареи для солнечных панелей

Емкость аккумуляторов должна соответствовать производительности солнечных панелей и обеспечивать потребление дома как в светлое, так и в темное время суток. Необходимо ограничить емкость батарей, чтобы не тратить лишние деньги. Однако, необходимо иметь определенный запас емкости, поскольку полностью разряжать аккумуляторы нельзя.

Величина допустимого разряда у каждого вида АКБ своя, например, заряд автомобильных батарей можно расходовать только до 50 %. Оптимальный вариант — наличие суточного запаса энергии. Больше иметь нецелесообразно, так как это сильно увеличит стоимость системы. Меньший запас может оставить жителей дома без электроэнергии при возникновении неблагоприятных внешних условий.

Кроме того, надо учесть КПД батарей, инвертора и возможность плохого функционирования солнечных панелей из-за плохой погоды, занесения поверхности фотоэлементов снегом и т.п. Эти потери принято оценивать в 40 %, но к ним надо еще прибавить КПД контроллера.

Это важно, так как некоторые модели практически не воздействуют на процесс передачи энергии, но более дешевые модели способны снизить передачу на 20 %.

Расчет и выбор инвертора

Расчет солнечной электростанции завершается выбором мощности инвертора. Это устройство, преобразующее постоянный ток от аккумуляторных батарей, в переменное напряжение со стандартными параметрами 220 В 50 Гц.

Простейший вариант расчета мощности инвертора — определение суточной потребности жилища в электроэнергии (по показаниям счетчика), которому и должен соответствовать инвертор. Для учета возможных форс-мажорных ситуаций считают пиковую нагрузку, умножая суточное потребление на коэффициент 1,3.

Есть другой вариант расчета инвертора — по производительности солнечных панелей и емкости аккумуляторов. Он привязывает результат к имеющемуся оборудованию, но оно изначально так же рассчитывалось по суточному потреблению энергии, поэтому оба варианта практически равноценны. На этом расчет солнечной электростанции для дома можно считать завершенным и переходить к непосредственному созданию комплекта.

Выбор готового инвертора, как и в случае с аккумуляторами, производится путем подбора устройства по полученным данным. Рекомендуется выбирать инвертор, обладающий несколько увеличенными показателями на 10-15 %, чтобы компенсировать падение производительности со временем.

Как рассчитать параметры аккумулятора

Аккумуляторные батареи составляют значительную часть стоимости всей солнечной системы. Прежде всего это связано с их регулярными заменами в процессе эксплуатации. Данные устройства обладают различной емкостью и сроками службы, поэтому и цена существенно отличается. Существует определенный порядок определяющий расчет солнечной батареи для дома, на основании которого каждый принимает решение о покупке той или иной модели аккумулятора.

Основными параметрами любой батареи являются емкость и количество циклов зарядки и разрядки. Показательные расчеты можно выполнить на примере обычного кислотного аккумулятора, напряжение которого составляет 12 В, а емкость – 100 А*ч. Требуется вычислить возможный объем энергии, накопленной за 1 раз и количество той же энергии, отдаваемой за 1000 циклов, составляющих срок службы батареи. Все расчеты проводятся с учетом соблюдения правил и эксплуатационных норм. Например, повышение температуры сокращает срок службы устройства, а понижение приводит к уменьшению емкости.

Итак, сколько же энергии способен выдать аккумулятор полностью заряженный, а затем полностью разряженный. Для получения результата емкость в 100 А*ч умножается на среднее значение напряжения в 12 В. Итоговой цифрой будет 1200 Вт*ч или 1,2 кВт*ч. Однако на практике полная выработка аккумулятора считается при 40-процентном остатке от начальной емкости. В этом случае показатель средней емкости за весь период эксплуатации будет не 100 А*ч, а только 70. Поэтому реальный запас электроэнергии получается: 70 А*ч х 12 В = 840 Вт*ч или 0,84 кВт*ч.

В инструкции к батарее указано, что ее нежелательно разряжать больше чем на 20% от общей емкости. То есть, в темное время суток из аккумулятора можно без последствий взять только 0,164 кВт*ч. Нормальная разрядка батареи должна происходит в течение 20 часов. Если этот процесс происходит под влиянием высокого тока, то емкость снизится еще больше. Таким образом, наиболее оптимальный ток разрядки будет 5 А, а мощность на выходе батареи – 60 Вт. Если требуется решить задачу, как рассчитать мощность с повышенным значением, в этом случае количество аккумуляторов увеличивается или изменяется режим работы имеющихся устройств.

Большое значение в обеспечении рабочего режима придается правильным настройкам контроллера зарядки и разрядки. При достижении определенного напряжения заряда производится отключение, в противном случае начнется закипание электролита и его интенсивное испарение. Точно так же отключаются потребители, при разряде батареи до 80%. Соблюдение рабочего режима и рекомендаций производителя существенно увеличивает срок службы аккумуляторных батарей.

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.

Определение стоимости системы

Назвать точно, во сколько вам обойдутся солнечные батареи вместе с необходимым техническим оборудованием и установкой, невозможно. Так как сегодня на рынке представлено огромное количество фирм, которые предлагают различные панели как по качеству, так и по мощности, срокам гарантии, дополнительным характеристикам. Есть даже схожие варианты по своим параметрам, но цена будет разной. Поэтому оценивайте все факторы в совокупности и выбирайте проверенных поставщиков. В среднем стоимость батареи мощностью 1кВт где-то в пределах 70 000 рублей. Но если вам нужно купить не одну панель, а несколько, то вы можете смело рассчитывать на скидку либо на бесплатную доставку.

Помимо расходов, связных с покупкой солнечных батарей, вам в обязательном порядке нужно будет приобрести и другие элементы системы, а именно: специализированный аккумулятор, инвертор и качественный контроллер. Например, мощный аккумулятор 12В и 200А/ч обойдется около 20 000 рублей. Есть и дороже, которые отличаются длительным сроком службы более 10 лет. В качестве альтернативы вы можете купить автомобильный аккумулятор, его цена будет на порядок ниже, однако его нельзя будет использовать в жилых домах, к тому же они не отличаются долгой работой, не более 5 лет обычно.

Ну и, конечно же, не обойтись без инвертора. С помощью инвертора постоянный ток от солнечной батареи перерабатывается в переменный с напряжением 220В, который мы используем для своих бытовых нужд. Инверторы также отличаются устройством, техническими характеристиками, производителями и сроком гарантии. Лучшими считаются синусоидные. Цена их находится в пределах от 13 000 до 20 000 рублей. Поэтому рассчитать общую сумму расходов на установку солнечной системы можно только исходя из своих потребностей, финансовых возможностей и качества оборудования.

Выводы

Выполнить самостоятельный расчет солнечной станции непросто. Необходимо участие опытного специалиста, или заказ на выполнение проектных работ в специализированной организации. Однако, существует вполне простой и бесплатный вариант — расчет солнечной электростанции для дома онлайн. Используется калькулятор солнечной электростанции, которых немало в сети интернет. Для получения результата надо лишь подставить в соответствующие окошечки программы свои данные и практически мгновенно получить результат. Рекомендуется пару раз продублировать расчет на других сайтах, чтобы использовать среднее значение.

Как сделать, чтобы солнечные панели работали на полную мощность

Во-первых, важно корректировать угол наклона батарей в течение года. Для этого при установке предусмотрите возможность регулировать каркас.

Также придётся регулярно очищать поверхность солнечных панелей от всевозможных загрязнений: грязь, листья и ветки, птичий помёт.

Самые искушённые могут прокачать солнечную электростанцию, чтобы получать максимум энергии в течение дня. В идеале можно использовать трекеры, которые будут перемещать панели вслед за солнцем, чтобы они как можно дольше находились под прямыми лучами. Ещё одно полезное решение — это система охлаждения для фотоэлементов, позволяющая поддерживать оптимальную температуру их поверхности.

Мощность солнечных батарей, которую указывают производители, является показателем при идеальных условиях. Рассчитать реальную мощность не составит труда, главное — корректно подставить все значения в формулу. Улучшить эти показатели можно просто своевременным уходом за панелями или с помощью дополнительных технических решений.

Поделиться

Подсчет количества панелей

Когда известны два параметра – потребление энергии и уровень инсоляции, можно переходить к расчету количества панелей, которые покроют потребность конкретного пользователя.

Норму электроэнергии для этого делят последовательно на инсоляцию помесячную. Далее, получившуюся цифру делят еще раз на мощность установки (есть в техпаспорте), и получают искомое значение.

Пример: Если покупатель проживает в Москве, где в июле инсоляция рана 5,3 кВт/ч, а ваше энергопотребление в сутки не более 20 кВт/ч, то при мощности батареи в 240 Вт (0,24 кВт), панелей потребуется 16 штук (20:5,3:0,24=15,7).

Если панель подбирается для дачи и выбор остановлен на устройстве, мощность которого 185 Вт (0,185 кВт), достаточно будет 5 панелей (5:5,3:0,185=5).

Для более точного результата и правильного выбора, просчитать необходимо по всем месяцам эти показатели.

Основные критерии выбора оборудования

На обеспечение электроснабжения от солнечных коллекторов влияют:

• Продолжительность дня и ночи (ночью солнечные системы прекращают подавать энергию);
• Погодных условий (в пасмурные дни уровень энергообеспечения спадает);
• Сезонности (когда дни становятся короче ночей).

В связи с этим рекомендуется выбирать емкость аккумуляторов 12 вольтовых:

• Только для летнего периода — не менее 400 А/ч на 1 кВт/ч суточного потребления в минимальном режиме;
• Для круглогодичного энергопотребления – не менее 800 А/ч на 1 кВт/ч в минимальном режиме потребления.

При выборе панели учитывается три основных фактора:

1. Геометрия;
2. Тип фотоэлементов;
3. Номинальное выходное напряжение.

Когда стоит вопрос: «приобретать одну большую панель или несколько маленьких», наш совет — лучше одну. Маленькие панели хорошо устанавливать там, где нет возможности установить большую панель (размер ее не превышает 1,5 – 2 метров). В этом случае площадь соединений будет меньше, а уровень надежности повысится.

При выборе напряжения солнечной батареи рекомендуется останавливать на 24 вольтовых панелях, так как у них вдвое меньше рабочие токи, чем у 12 вольтовых панелей той же мощности.

Наиболее часто предлагаемые типы фотоэлементов:

• На монокристаллическом кремнии;
• На поликристаллическом кремнии.

Монокристаллический тип дороже, но его преимущества намного выше поликристаллического.

Если суммарная мощность панелей будет превышать мощность инвертора, это в разы оправдается даже с учетом постоянной мощной нагрузки и мощного аккумуляторного блока.

При выборе размещения панелей учитываются ориентирование дома по сторонам света и его «посадки» на местность. Традиционной ориентацией считается размещение панелей на юг.

Сейчас не проблема приобрести систему отслеживания Солнца. Будут оправданы расходы на такое дополнительное оборудование для солнечного коллектора или нет – решение сугубо индивидуальное.

Важно при выборе панелей учитывать характеристики контролеров, которые различают по типам контролеров зарядов и мощности. В некоторых случаях эффективнее устанавливать мультивольтажные контролеры (рассчитанные на несколько напряжений).

При расчете важно учитывать срок эксплуатации системы, который без существенного понижения КПД может продолжаться 20 – 25 лет.

Стоимость системы может быть разной в зависимости от комплектующих: аккумуляторных батарей, фотомодулей и инверторов. Примерно цена 1 кВт мощности варьируется в пределах 2,5 – 3 €.

Какую систему брать для дома, сколько средств потратить на ее приобретение и будут ли эти затраты окупаемы подсчитать не так уж сложно.

Дата публикации:

26 мая 2014

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 для Москвы

Предположим, что нужно рассчитать наклон 70°, но для Москвы нет таких данных, но есть данные угла наклонов панели 40° и 90°. В этом случае между этими данными берется среднее значение и округляется до 1 кВт/ч на меньшее число. При расчете мощности учитывается суммарный КПД контролера и инвертора – 91%. Значение «режим дефицита» говорит о том, что мощности не хватит даже для постоянной работы самой системы.

Широта и долгота глубина проблемы

Представьте, что Вы – учёный. Вам попадается интересная статья, но результаты/эксперименты не могут быть воспроизведены в лаборатории. Логично написать об этом авторам оригинальной статьи, спросить совета и задать уточняющие вопросы. Согласно опросу, менее 20% делали это когда-либо в своей научной карьере!

Авторы исследования отмечают, что, возможно, такие контакты и разговоры слишком сложны для самих учёных, потому что вскрывают их некомпетентность и несостоятельность в тех или иных вопросах или раскрывают слишком много деталей текущего проекта.

Более того, абсолютное меньшинство учёных попыталось опубликовать опровержение невоспроизводимых результатов, сталкиваясь при этом с противодействием со стороны редакторов и рецензентов, которые требовали преуменьшить сравнение с оригинальным исследованием. Стоит ли удивляться, что шанс сообщить о невоспроизводимости научных результатов составляет порядка 50%.

Первый вопрос: Пытались ли Вы воспроизвести результаты эксперимента?

Второй вопрос: Пытались ли Вы опубликовать свою попытку воспроизвести результаты?

Может быть стоит тогда внутри лаборатории хотя бы проводить проверку на воспроизводимость? Самое печальное, что треть респондентов даже НИКОГДА и не задумывалось о создании методик проверки данных на воспроизводимость. Только 40% указало, что они регулярно пользуются такими методиками.

Вопрос: Разрабатывали Вы когда-либо специальные методики/тех.процессы для улучшения воспроизводимости результатов?

Другой пример, биохимик из Соединённого Королевства, которая не пожелала раскрывать своё имя, говорит, что попытки повторить, воспроизвести работу для её лабораторного проекта просто удваивают временные и материальные затраты, ничего не давая и не привнося нового в работу. Дополнительные проверки проводятся лишь для инновационных проектов и необычных результатов.

И конечно же, извечные русские вопросы, которые стали пытать зарубежных коллег: кто виноват и что делать?