Расчет мощности солнечных батарей – Расчет солнечной батареи и аккумуляторов, комплекта солнечной электростанции

Содержание

Как рассчитать солнечные батареи для дома?

Расчет солнечной батареи для дома или дачи

Для понимания, какое число солнечных батарей нужно и сколько мощности они будут вырабатывать надо знать, какое количество энергии необходимо для обеспечения всех потребителей, расположенных в здании.

Немного о комплектации

Для полноценной работы домашнего энергетического комплекса, необходимо использование следующего набора оборудования:

 

Расчет мощности солнечных батарей

Расчет солнечной батареи для дома необходимо начинать с подсчета потребности в электрической энергии. Это можно решить двумя способами. Можно проанализировать показания электросчетчика, а можно подсчитать сумму установленной мощности всех потребителей. В этот список входят:

  • отопительное оборудование;
  • холодильник;
  • стиральная машина;
  • освещение и пр.

Для удобства представляем таблицу усредненного расхода электричества по дому

Потребитель Мощность Сезон Продолжительность работы за сутки Потребление за сутки
в среднем максимум В среднем максимум
Основные регулярные потребители
Инвертор 20 Вт всегда 24 часа 1.73 МДж (0.48 кВт ч)
Контроллер заряда 5 Вт всегда 24 часа 0.43 МДж (0.12 кВт ч)
Освещение 200 Вт зима 8 часов 10 часов 5.76 МДж (1.6 кВт-ч) 7.2 МДж (2 кВт ч)
(одновременно 10 энергосберегающих памп по 20 Вт. аналогичных пампам накаливания по 100 Вт) лето 2 часа 4 часа 1.44 МДж (0.4 кВт ч) 2.88 МДж (0.8 кВт-ч)
Холодильник 500 Вт зима 2 часа 2.5 часа 3.6 МДж (1 кВт ч) 4.5 МДж (1.25 кВт-ч)
(работа компрессора) пето 2.5 часа 3 часа 4.5 МДж (1.25 кВт ч) 5.4 МДж (1.5 кВт-ч)
Насос вибрационный 250 Вт зима 30 минут 40 минут 0.45 МДж (0.125 кВт ч) 0.6 МДж (0.17 кВт ч)
лето 2 часа 3 часа 1.8 МДж (0.5 кВт ч) 2.7 МДж (0.75 кВт-ч)
Насос центробежный 800 Вт всегда 15 мин 30 мин 0.72 МДж (0.2 кВт ч) 1.44 МДж (0.4 кВт ч)
Стиральная машина (механическая стирка и отжим, но без нагрева воды) 500 Вт всегда 1 час 6 часов 1.8 МДж (0.5 кВт ч) 10.4 МДж (3 кВт ч)
Утюг (с учётом работы термостата) 1500 Вт всегда 30 минут 2 часа 2.7 МДж (0.75 кВт ч) 10.4 МДж (3 кВт ч)
Телевизор с видеопроигрывателем или видеомагнитофоном 150 Вт всегда 2 часа 4 часа 1.08 МДж (0.3 кВт ч) 2.16 МДж (0.6 кВт-ч)
Ноутбук 100 Вт всегда 2 часа 4 часа 0.72 МДж (0.2 кВт ч) 1.44 МДж (0.4 кВт ч)
ИТОГО до 2.5 кВт максимум, обычно не более 1.5 кВт зима 19.5 МДж (5.5 кВт ч) 41 МДж (11.5 кВт-ч)
лето 15 МДж (4.5 кВт-ч) 39.5 МДж (11 кВт-ч)
Второстепенные регулярные потребители
Электрочайник 2 кВт всегда 5 раз по 3 минуты 20 раз по 3 минуты 0.9 МДж (0.5 кВт ч) 7.2 МДж (2 кВт ч)
Кухонный водонагреватель 1.2 кВт зима
(с 5 С)
2 часа
(25 литров)
5 часов
(50 литров)
9 МДж (2.5 кВт ч) 19.5 МДж (5.5 кВт-ч)
нагрев воды до 70еС. нагреваемая порция не бопее 10 литров пето (с 15С) 1.5 часа (25 литров) 3 часа (50 литров) 5.5 МДж (1.5 кВт-ч) 11.5 МДж (3.2 кВт-ч)
Электробойлер горячего водоснабжения 0.7/1.3/2.0 кВт зима (с 5С) 4 / 2 /1.25 часа (50 литров) 12/6/4 часа (150 литров) 9.5 МДж (2.5 кВт-ч) 28 МДж (8 кВт ч)
нагрев воды для ванной и душа до 50еС, нагреваемая порция не более 100 литров пето (с 15С) 3/1.5/1 час (50 литров) 10/5/3 часа (150 литров) 7 МДж (2 кВт ч) 21.5 МДж (6 кВт ч)
ИТОГО до 4 кВт максимум, обычно не более 2 кВт зима 20 МДж (5.5 кВт-ч) 56 МДж (15.5 кВт-ч)
лето 14.5 МДж (4 кВт-ч) 41 МДж (11.5 кВт-ч)
Нерегулярные потребители
Кухонные электроприборы (кухонный комбайн, мясорубка, миксер, соковыжималка и пр.) до 2 кВт всегда 30 минут 4 часа до 1.8 МДж(1 кВт ч) до 14.4 МДж (4 кВт ч)
Косметические электроприборы (электробритва, фен и пр.) до 2 кВт всегда 5 минут 30 минут до 0.3 МДж (0.15 кВт-ч) до 1.8 МДж(1 кВт-ч)
Пылесос 1800 Вт всегда 30 минут 2 часа 3.5 МДж (0.9 кВт-ч) 13 МДж (3.6 кВт-ч)
Электроинструмент
(болгарка, дрель, лобзик, электропилы и пр.)
до 2 кВт всегда 1 час 4 часа до 3.6 МДж (1 кВт ч) до 14.4 МДж (4 кВт-ч)
Газонокосилка или триммер 1500 Вт пето 1 час 4 часа 5.4 МДж (1.5 кВт-ч) 18 МДж (5 кВт ч)
Снегоуборщик 1500 Вт зима 1 час 4 часа 5.4 МДж (1.5 кВт-ч) 18 МДж (5 кВт ч)
ИТОГО до 2 кВт

 

Предположим, суммарное потребление составляет 100 кВт*ч за один месяц, то это значит, что солнечные панели должны вырабатывать именно столько электроэнергии.

Солнечные панели, установленные во дворе или на кровле, способны производить энергию только при наличии света. Максимальной (паспортной) мощности они достигают при безоблачном небосводе и попадании света на их поверхность под углом в 90 градусов. При других углах вырабатываемая энергия существенно сокращается. Более того, в облачную погоду, она может упасть в 15 — 20 раз. Все это необходимо знать, выполняя расчет солнечных батарей для частного дома.

Как правильно устанавливать солнечные батареи, схема

При выполнении расчета количества солнечных батарей для дома имеет смысл ориентироваться на рабочее время, именно в эти часы солнечные панели работают в полную мощность. В утреннее и вечернее время количество вырабатываемой энергии будет составлять от 20 до 30% установленной мощности, а остальное количество будет генерироваться в рабочее время.

Расчет мощности солнечных батарей для дома показывает — панель мощностью в 1 кВт в летний день, гарантированно будет вырабатывать 7 кВт в день или 210 кВт в месяц. Можно, конечно, добавить и то количество, которое будет вырабатываться в сумеречное время суток (утром и вечером), но лучше его считать запасом на случай изменения погодных условий. Кстати, если панели установлены на одном месте, то, разумеется, они не будут генерировать всю, указанную паспортную мощность. То есть, если домовладелец установить панели суммарной мощностью в 2 кВт, то в месяц она выработает приблизительно 420 кВт энергии. Также количество выработанных киловатт зависит от уровня инсоляции в вашем регионе.

Что необходимо учитывать при расчете солнечных панелей для дома

Как рассчитать мощность солнечных батарей для дома с учетом потерь? Конечно, иметь объем электроэнергии в 420 кВт в месяц совсем неплохо, но надо иметь в виду, что в нашей стране не бывает полностью солнечных месяцев. Наверняка окажется, что несколько дней будут пасмурными, то есть из полученной в итоге цифры можно смело вычеркивать эти дни. Соответственно, в распоряжении домовладельца будет не 420 кВт, а несколько меньше, к примеру, 360.

Кроме этого, необходимо понимать, что в межсезонье световой день меньше, да и пасмурных дней больше. То есть, если использовать энергию солнца с марта по октябрь, то имеет смысл увеличить число солнечных батарей на 30 — 50%, но это зависит от конкретного района. Про получение электроэнергии зимой, можно забыть из-за короткого светлого дня и большого количества облаков на небе.

Кроме всего, вышеизложенного необходимо учитывать потери, которые неизбежны в аккумуляторах и преобразователе.

Потери на аккумуляторных батареях и инверторе

Необходимое количество энергии в темное время суток должно быть достаточным чтобы его пережить. При потреблении3 кВт*ч, в аккумуляторах должно хранится именно такое количество энергии. Но, их недопустимо полностью разряжать, например, автомобильные батареи, можно опустошить на 50%. Можно рассчитать ориентировочный запас хранимой энергии — при суточном потреблении 10 кВт*ч, емкость АКБ должна равняться этой цифре.

Инверторы, которые являются неотъемлемой частью солнечной энергетической системы имеет КПД в 70 — 80%.
Таким образом, можно сделать вывод, что от использования АКБ, инвертора, контроллера, система будет терять от 40 до 50% вырабатываемой мощности. То есть, домовладелец должен будет увеличить количество панелей на эти теряемые проценты и эта цифра может изменить расчет стоимости солнечных батарей для частного дома.

Правила расчета  количества солнечных батарей для дома

Для выполнения расчета мощности солнечной системы, можно использовать следующие правила:

  • определить, что максимально эффективно солнечные панели работают всего часов в сутки;
  • выполнить расчет энергопотребления, разделить полученный результат на 7 и появится потребная мощность солнечных панелей;
  • добавить к полученному результату 40 — 50% процентов, для компенсации потерь от АКБ и инвертора.

Применение энергии получаемой от солнца дело благое, но использовать его как основной, наверное, не совсем целесообразно, особенно в наших климатических условиях.

Рекомендуем прочесть:

www.solar-battery.com.ua

Как измерить мощность солнечной батареи? © Солнечные.RU


Что нужно для того, чтобы измерить мощность солнечной батареи и не купить, например, батарею мощностью 70 Ватт с маркировкой 100 Ватт? Всего лишь самый дешёвый тестер (мультиметр) и ясная солнечная погода.


 


Способ №1 (самый простой).


Расположите солнечную батарею так, чтобы на ВСЮ её поверхность падал прямой солнечный свет ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО поверхности. Необходимо проводить измерения при ясной погоде в середине дня весной-летом, когда Солнце находится максимально высоко над горизонтом (угол Солнца должен быть более 42 градусов над горизонтом).


Измерьте вольтметром напряжение холостого хода (Voc), подключив щупы вольтметра к разъемам солнечной панели.



 


Измерьте амперметром ток короткого замыкания (Isc), подключив щупы амперметра к разъемам панели.



 


Посчитайте мощность по следующей эмпирической формуле: P = Voc * Isc * 0.78, где коэффициент 0,78 — это примерное усреднённое отношение паспортной мощности панели к произведению паспортных Voc и Isc.


Чтобы определить мощность солнечной батареи, у которой в паспорте указано 100 Вт, мы провели измерения напряжения и тока, которые видны на фото выше: Voc = 22.08 Вольт и Isc = 6.37 Ампера. Подставив эти значения в формулу, можно узнать, что её мощность составляет 22.08 * 6.37 * 0.78 = 109.7 Вт.


Конечно, это не точный способ измерения и он даёт погрешность около 10%, но если при таком измерении Вы насчитаете только 70-80 Вт, то стоит задуматься, сколько же Вы реально заплатите за каждый Ватт мощности…


На протяжении многих лет мы неоднократно измеряли ток короткого замыкания солнечных батарей и заметили, что весной-летом при ясном небе в Москве ток обычно лежит в пределах от 95 до 105% от номинала. Самые низкие показания тока (около 70-80% от номинала) наблюдаются зимой и связано это с очень низким углом Солнца над горизонтом и большими потерями солнечной энергии в атмосфере.


Все фото измерений сделаны в Москве, в августе при температуре около 18 градусов в очень ясную погоду, в связи с чем мощность панели превышает свой номинал.


 


Способ №2 (более сложный).


Это более точный способ, дающий погрешность около 5%, но и более сложный, поскольку понадобится MPPT-контроллер с дисплеем и немного разряженный аккумулятор.


Как и в первом способе, нужно расположить солнечную панель так, чтобы на ВСЮ её поверхность падал прямой солнечный свет ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО поверхности. Необходимо проводить измерения при ясной погоде в середине дня весной-летом, когда Солнце находится максимально высоко над горизонтом (угол Солнца должен быть более 42 градусов над горизонтом).


Кроме того, нужно подключить MPPT-контроллер к аккумулятору, а затем панель к MPPT-контроллеру.


На дисплее контроллера отображается напряжение солнечной панели (Vmp) и ток (Imp) в точке максимальной мощности.



 


Посчитайте мощность по следующей формуле: P = Vmp * Imp


Как видно на фото, для той же панели мощностью 100 Вт, Vmp = 18 Вольт, Imp = 6.0 Ампер. Следовательно её мощность составляет 18 * 6 = 108 Вт.


Отметим, что показания контроллера могут иметь погрешность и для большей точности лучше ориентироваться не на них, а на показания мультиметра, которым можно измерить ток и напряжение солнечной панели, подключенной к контроллеру.


Если контроллер показывает только ток и напряжение аккумулятора, то для вычисления мощности панели нужно учесть КПД контроллера, который составляет около 95%. В этом случае расчет реальной мощности солнечной панели следует выполнять по формуле: P = Vakb * Iakb / 0.95 , где Vakb — напряжение АКБ, Iakb — ток заряда АКБ.


 


Способ №3 (самый точный).


Абсолютно точный способ — сдать панель в сертифицированную лабораторию, где проведут измерение мощности на специальном оборудовании. Такая лаборатория есть, например, в Зеленограде у компании «Телеком-СТВ».


 


Если при покупке Вам не повезло с погодой, то Вы можете провести измерения дома и если мощность не будет соответствовать заявленной, то можно сдать панель в магазин в течение 14 дней с момента покупки согласно закону о защите прав потребителей.


 


Результатами своих измерений мощности по этой методике Вы можете поделиться на нашем форуме.


 


Смотрите также:


 

www.solnechnye.ru

Как рассчитать количество солнечных батарей.

Расчет солнечной электростанции для небольшого объекта можно сделать просто.

Основные элементы солнечной электростанции:

·         Солнечные батареи – генерируют электричество, и чем их больше и чем больше их мощность, тем больше электроэнергии можно получить от них за день.

·         Аккумуляторные батареи – накапливают электроэнергию, которая затем и используется при отсутствии солнечного света – т.е. ночью.

·         Контроллер заряда аккумулятора – это прибор, который работает как диодный мост в автомобиле, т.е. обеспечивает правильный режим зарядки аккумуляторов.

·         Преобразователь напряжения (или инвертор) – это устройство, которое преобразует 12В (или 24, или 48В) в 220В. Чем мощнее инвертор, тем мощнее приборы можно к нему подключить (учитывая пусковые токи, которые до 8 раз превосходят нормальное напряжение).

Как рассчитать солнечные батареи:

Главный вопрос  — сколько солнечных батарей нужно, чтобы их хватило для обеспечения нужным количеством электроэнергии.

Для начала необходимо рассчитать, сколько электроэнергии нам необходимо. Такой расчет мы с вами уже делали в статье: Расчет и подбор аккумуляторных батарей.

 

Например, мы рассчитали, что нам необходимо 5кВт/ч электроэнергии – в среднем за сутки, значит наши солнечные батареи должны будут успеть сгенерировать такое количество электроэнергии.

Солнечные батареи бывают различного размера и мощности. В основном в солнечных системах для домашнего использования используются батареи 100 и 200 Вт, поскольку они наиболее оптимальны по соотношению затраты на монтаж – стоимость самой батареи. Мощность батареи — это то количество электроэнергии, которая она вырабатывает при полной ее освещенности. То есть, если на солнечную батарею 100Вт в течение 4-х часов под прямым углом будет светить солнце, то она выработает 100х4=400Вт/ч электроэнергии. Конечно, необходимо учитывать и тот факт, что при облачной погоде батарея может в 3-5 раз вырабатывать меньше энергии, чем в солнечную погоду.

То есть, исходя из вышесказанного, для того, чтобы выработать 5 кВт/ч энергии в день, при условии, что в течение 4-х часов солнце будет светить на солнечные батареи под прямым углом, понадобится  не менее 12 панелей по 100 ватт, либо не менее 6 панелей по 200 ватт (4часа х 100Вт = 400Ватт, 5000Вт / 400Вт = 12,5 панелей)

Для более точного расчета необходимо использовать таблицы солнечной инсоляции, в которых указаны средние значения солнечной освещенности на 1 кв.м. за сутки в разных регионах нашей страны. К примеру, у нас в Забайкалье, в июне на поверхность, наклоненную на 35° к горизонту, за месяц проникает 197.7 кВт/ч энергии. Следовательно, за сутки в среднем получится около 6.6кВт/ч энергии. Так как КПД солнечных батарей – 16,5 – 17%, то соответственно только 16,5-17 процентов энергии можно будет получить от солнечной батареи. То есть, 6,6кВт/ч х 16,5% = 1,09 кВт/ч – такое количество энергии можно получить в сутки с одного квадратного метра солнечных батарей. Для батареи 100Вт получаем: 0,67кв.м. х 1,09 = 0,73 кВт/ч, для батареи 200Вт: 1,28 х 1,09 = 1,4кВт/ч энергии в сутки.

Исходя из того, что нам необходимо 5кВт/ч электроэнергии в сутки, мы сможем рассчитать необходимое количество батарей:

Мощностью 100 Вт: 5 / 0,73 = 6,85 , т.е. 7 батарей

Мощностью 200 Вт: 5/1,4 = 3,57, т.е. 4 батареи.

Такого количества батарей нам необходимо для выработки 5 кВт энергии в июне месяце.

Для определения количество солнечных батарей на зимние месяцы – необходимо будет действовать методом подбора, потому как в нашем климате трудно предугадать сколько солнца будет в зимние месяцы – то мороз и солнце, то снег и ветер.

zabteplo.ru

Как рассчитать мощность солнечных батарей

22 Июнь 2013        Главная страница » Расчеты

Прежде чем устанавливать на крыше своего дома солнечные батареи, естественно нужно произвести расчет самой батареи, а также всех элементов сети. Правильность всех расчетов позволит избежать лишних затрат, получить максимальный эффект от внедрения, а также обеспечить нормальное функционирование всей системы.

Итак, чтобы узнать, панели какой мощности потребуются для установки, необходимо знать мощность всех электроприемников в доме. Если от солнечных батарей будет запитана только часть приемников, то соответственно нужно знать мощность только этих приемников.

Мощность всегда можно посмотреть в паспорте приемника.

Допустим, мы хотим запитать несколько лампочек и насос от солнечной панели. Составляем небольшую табличку, где указываем мощность, число часов работы, суточное потребление и сумму всех электроприборов.

Электроприбор   Мощность (Вт)         Кол-во Время работы в сутки (час) Потребление за сутки (Вт·ч)
Насос          600              1         3        1800
Лампа накаливания          100              5         6        3000
Всего в сутки          700        4800

Перемножаем столбики и получаем потребление за сутки.

Следующий шаг – это определение годового количества солнечной радиации, характерное для данного региона. Информацию можно найти в интернете либо у метеорологов. Это таблицы, в которых указан уровень солнечной радиации (кВт·ч/м²/день) с разбивкой по месяцам.

Солнечная инсоляция в городах Беларуси:

В качестве примера возьмем г. Гомель.

Согласно таблице наилучший уровень инсоляции будет в июне месяце, а наихудший – в декабре.

Наше суточное потребление составляет 4800 Вт·ч. Также учтем потери на разряд-заряд аккумулятора (чуть позже я остановлюсь на этом подробнее). Величину потерь примем 20%.

W=4800×1,2=5760 Вт·ч=5,76 кВтч

Допустим, нам надо установить панели мощностью 260 Вт (модель CHN 260-72, пр-во Китай) и номинальным напряжением 24 В. Определим  сколько способна выработать электроэнергии в сутки одна такая панель летом и зимой. (W = k Pw E / 1000). 1000 Вт/м2 – это интенсивность солнечной радиации, при которой панели тестируються. На выходе получаем Втч.

W= 0,5× 260×5,09= 661,7 Втч

W=0,7× 260×0,69=125,5 Втч,

где 0,5 и 0,7 поправочные коэффициенты для летнего и зимнего периода соответственно.

5,09 и 0,69 значения солнечной инсоляции, взятые из таблицы для г. Гомеля.

Делим полученные значения на максимальную мощность панели и округляем:

N=5760/661,7=8,7 шт.

N=5760/125,5=45,8 шт.

Получается, что летом для обеспечения эл. энергией заданной нагрузки понадобится 8 панелей, зимой же таких панелей понадобилось бы 45. Т.е. в зимнее время 8 панелей не смогут полностью обеспечить эл. энергией выбранные электроприборы.

Мы произвели довольно грубый расчет, но в любом случае суть его такова. На практике  в зависимости от ситуации принимают во внимание угол наклона панелей, поворот и т.д., и вводят поправочные коэффициенты. Одним из преимуществ батарей является то, что их постепенно можно наращивать, увеличивая тем самым мощность. Изначально можно поэкспериментировать с батареями небольшой мощности, а затем увеличить их количество.

В следующих статьях остановимся на выборе остальных элементов автономной сети: выборе инвертора, аккумуляторов.

Если Вы заметили недочеты или не согласны с чем-либо, оставляйте комментарии, всегда готовы обсудить.

Это интересно:

Быстро и просто делаем солнечную батарею своими руками
Правильный монтаж солнечных батарей – залог успеха

Это интересно:

    Метки: расчеты     

www.energya.by

Расчёт энергоотдачи солнечной электростанции



Расчёт средней ежедневной выработки электроэнергии необходим для наиболее правильного подбора солнечной электростанции. Существует статистика поступления солнечной энергии на единицу поверхности Земли для каждого района наблюдения. Наблюдение за уровнем облачности и солнечной активности осуществляется с помощью метеорологических спутников. В автоматических расчётах на сайте компании «Солнечная Энергоимперия» применяется статистика NASA – американского национального управления по воздухоплаванию, аэронавтике и исследованию космического пространства. Статистика получена в результате десятков лет наблюдений из космоса и является усреднённой. Поэтому, в отдельно взятый год наблюдения, среднегодовое и среднемесячное поступление энергии может несколько отличаться от представленных данных.


На основании данных о среднемесячном поступлении солнечной энергии на квадратный метр земной поверхности можно произвести расчёт ожидаемой выработки электроэнергии солнечными фотоэлектрическими (ФЭ) модулями, установленными в различных районах Земли. Количество поступающей солнечной энергии указывается в киловатт-часах на квадратный метр в день (кВт•ч/м2/день).


Данные для г. Москвы по поступлению солнечной энергии на поверхность, расположенную под углом 41° к горизонту («летний» угол установки ФЭ модулей) и направленную строго на Юг, кВт•ч/м2/день:



1.51 2.55 3.78 4.34 5.12 4.97 5.00 4.57 3.22 2.20 1.47 1.08
Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь


Данные для г. Москвы по поступлению солнечной энергии на поверхность, расположенную под углом 71° к горизонту («зимний» угол установки ФЭ модулей) и направленную строго на Юг, кВт•ч/м2/день:



1.72 2.71 3.67 3.79 4.18 3.95 4.00 3.86 2.97 2.24 1.62 1.26
Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь


Исходя из этих данных, можно произвести расчёт среднемесячной ежедневной выработки электроэнергии солнечной батареей (ФЭ модулями). Например, мы располагаем четырьмя солнечными модулями номинальной мощностью 250 Ватт. В сумме, наша солнечная батарея обладает номинальной мощностью 1000 Ватт. Производитель указывает номинальную паспортную мощность модулей при уровне освещённости 1000 Вт/м2. Если за сутки, в июле, в среднем, на квадратный метр поверхности Земли поступает 5 кВт•ч энергии солнечного излучения (с самой различной мощностью в течение дня), значит, для удобства расчёта можно представить, что на поверхность поступало энергии при 1000 Вт мощности в течение 5 часов. Если помножим 1000 Вт на 5 часов, то получим 5000 Вт•ч, то есть 5 кВт•ч (5 киловатт-часов энергии).


С учётом того, что производитель проверяет ФЭ модули при освещённости 1000 Вт/м2, можно сделать вывод, что наша солнечная батарея проработает в июле с её номинальной указанной мощностью в течение 5 часов (приблизительно) и выработает 5 кВт•ч электроэнергии. При этом делается допущение, что батарея в течение всего светового дня выдаёт электрическую мощность прямо пропорционально уровню солнечного излучения. Именно по такому принципу производится расчёт средней выработки электроэнергии солнечной батареей ежедневно, в течение отдельно взятого месяца.


При расчётах не нужно учитывать КПД применённых при изготовлении солнечного модуля солнечных элементов, и высчитывать эффективность квадратного метра самой солнечной панели. КПД солнечных элементов влияет только на итоговую площадь получившегося солнечного модуля. Чем выше КПД солнечных элементов, тем меньшим по размеру получается сам солнечный модуль той же мощности. А при одинаковых размерах ФЭ модулей с разным КПД, мощность модуля с более высоким КПД окажется несколько выше, но, зачастую, не более чем на 10%.



После того, как мы выяснили, сколько электроэнергии выработает, в среднем, наша солнечная батарея, расположенная в определённом регионе при определённом угле наклона к горизонту и ориентации по сторонам света, нам необходимо посчитать, какой частью из ожидаемого количества электроэнергии мы сможем действительно воспользоваться!


При этом рассмотрим две солнечных электростанции, с установленными солнечными модулями суммарной мощностью 1000 Ватт. Допустим, что станции отличаются лишь видом применённых в них контроллеров. В первой электростанции у нас будет PWM (ШИМ) контроллер, во второй — контроллер с функцией MPPT, с указанным максимальным КПД 98%.


В обеих станциях применены одинаковые аккумуляторные батареи (АКБ) с потерями при их зарядке и разрядке порядка 20%. В качестве инвертора возьмём эффективный российский инвертор (производства СибКонтакт), работающий с максимальным КПД 92%.


Электрическая энергия от солнечных ФЭ модулей вначале поступает в контроллер заряда, который передаёт эту энергию дальше — на АКБ. Электроэнергия, таким образом, «запасается» в АКБ. Чтобы воспользоваться данной энергией, нужен инвертор, который может преобразовать постоянное напряжение от АКБ в переменное напряжение 220 Вольт — для питания электроприборов. Не станем учитывать то, что поступление энергии от солнечной батареи и питание нагрузки могут совпадать по времени (что улучшит КПД работы всей системы), чтобы произвести расчёт объективно.


Теперь рассчитаем, приблизительно, количество той энергии, которым мы сможем воспользоваться для питания электроприборов. Представим, что станция установлена в Московской области, эксплуатируется в июле, мощность солнечной батареи 1000 Ватт, угол наклона ФЭ модулей к горизонту 41°, ориентация ФЭ модулей южная. При такой установке солнечная батарея способна выработать в «средний» июльский день 5 кВт•ч электроэнергии.



Примем средний КПД работы контроллера заряда равным 90%, а средний КПД инвертора 80%. Это необходимо из-за того, что КПД работы контроллера и инвертора, в среднем, всегда будут ниже, чем указанные производителями максимальные значения КПД.


Помножим КПД зарядки и разрядки АКБ на КПД контроллера заряда и на КПД инвертора:


0,8 * 0,9 * 0,8 = 0,576. Получили расчётный коэффициент для электростанции с MPPT контроллером.


Две рассмотренные электростанции отличаются видом применённых в них контроллеров. Статистика показывает, что контроллер с функцией MPPT работает со средней эффективностью, примерно на 20% превышающей эффективность ШИМ контроллеров.


0,576 * 0,83 ≈ 0,478. Получили расчётный коэффициент для электростанции с ШИМ контроллером.


Мы получили среднюю эффективность использования электроэнергии, вырабатываемой ФЭ модулями. Теперь рассчитаем количество энергии, которое мы можем непосредственно направить на питание электроприборов. Умножим среднемесячную ежедневную выработку энергии ФЭ модулями на полученные величины:


5 кВт•ч * 0,576 = 2,88 кВт•ч. Это и есть то количество энергии, которым можно воспользоваться в Московской области, при эксплуатации электростанции в июле, с установленной мощностью солнечной батареи 1000 Ватт, при наилучшем «летнем» (41°) угле наклона и южной ориентации ФЭ модулей, при использовании MPPT контроллера заряда.


5 кВт•ч * 0,478 = 2,39 кВт•ч. Это расчётное количество энергии при тех же условиях, для такой же электростанции, но с ШИМ контроллером заряда.



Обратите внимание, что на сайтах некоторых организаций, предлагающих продажу и установку солнечных электростанций, максимальное количество энергии, которое можно использовать для питания электроприборов, просто указано в виде произведения установленной мощности ФЭ модулей на 8 часов в день. То есть, Вам обещают до 8 кВт•ч в день с каждой 1000 Вт модулей, да ещё с ранней весны до поздней осени! Данное утверждение может ввести Вас в заблуждение!


Мы же произведём наиболее честный подсчёт, для примера показав среднее количество энергии, которым Вы, теоретически, можете пользоваться ежедневно в Московском регионе в течение 12 месяцев в году — при рекомендуемом «зимнем» (71°) угле наклона и южной ориентации ФЭ модулей.



Для электростанции с ФЭ модулями мощностью 1000 Ватт и MPPT контроллером заряда получим следующие значения с учётом потерь (при расчётном коэффициенте 0,576), кВт•ч в день:



0,99 1,56 2,11 2,18 2,41 2,28 2,30 2,22 1,71 1,29 0,93 0,73
Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь



Для электростанции с ФЭ модулями мощностью 1000 Ватт и ШИМ контроллером заряда получим следующие значения с учётом потерь (при расчётном коэффициенте 0,478), кВт•ч в день:



0,82 1,30 1,75 1,81 2,00 1,89 1,91 1,85 1,42 1,07 0,77 0,60
Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь



Среднегодовое значение количества потенциально полезной энергии для питания приборов электростанцией с модулями мощностью 1000 Вт и MPPT контроллером составит 1,73 кВт•ч в день.



Среднегодовое значение количества потенциально полезной энергии для питания приборов электростанцией с модулями мощностью 1000 Вт и ШИМ контроллером составит 1,43 кВт•ч в день.



На сайте Вы можете произвести расчёт эффективности работы станций в любом регионе России.


Следует учесть, что данный расчёт не учитывает «температурный коэффициент», который влияет на мощность ФЭ модулей (температура ФЭ модулей при расчётах принята равной +25°C). В зимнее время, например, мощность ФЭ модулей может существенно возрасти из-за снижения температуры окружающего воздуха. При 0°C мощность может возрасти на 11%, при -40°C — на 30%. Оценить примерную степень увеличения мощности работы ФЭ модулей зимой Вы сможете, изучив данные по среднемесячным температурам в Вашем регионе. Температурный коэффициент при расчётах можно принять равным -0.47% на каждый градус разницы между текущей температурой и номинальной температурой (+25°C). Если разница получается «отрицательная», то процент изменения мощности будет «положительным». То есть, при повышении температуры ФЭ модулей, их мощность уменьшается. А при снижении температуры, мощность модулей увеличивается.



Из-за существенного влияния температуры ФЭ модулей на эффективность их работы, не рекомендуется устанавливать модули вплотную к плоской поверхности крыши или другой опорной плоскости. Рекомендуется оставлять вентиляционный зазор. Многие установщики пренебрегают данным правилом, в результате чего ФЭ модули сильно перегреваются под воздействием прямых солнечных лучей в жаркие летние дни. Это приводит не только к снижению мощности работы ФЭ модулей, но и к сокращению срока их службы.

solarempire.ru

Расчет солнечных панелей: подробная инструкция для установки

Содержание:

  • Рассчитываем мощность батарей
  • Рассчитываем емкость аккумулятора для панелей
  • Просчет солнечных панелей для дачи или частного дома

Солнечные батареи с каждым годом становятся все более востребованной альтернативой традиционного энергоснабжения. Первое, что предстоит сделать человеку, решившему установить солнечные панели – правильно оценить потребности своих владений, произвести расчеты.

Рассчитываем мощность батарей

Выяснить необходимую мощность нужно на основании количества потребляемой вами энергии  (показания посмотрите по счетчику).

Нужно понимать, что солнечные батареи вырабатывают электричество исключительно в светлое время суток. Кроме того, лишь чистое небо и падение лучей под прямым углом гарантирует выдачу паспортной мощности. В противном случае выработка электроэнергии падает. Так, при пасмурной погоде мощность батарей подает в 15-20 раз.

Производя расчет, берите рабочее время, при котором панели функционируют на всю – с 9 до 16 часов. Летом батареи работают от рассвета до заката, но вечером или утром выработка составляет 20-30% от всей дневной.

Следовательно, массив батарей мощностью 1 кВт при солнечной погоде летом за 7 часов выдает 7 кВт/ч энергии, т.е. 210 кВт в месяц. Те 3 кВт, которые вырабатываются утром и вечером, оставьте про запас на случай пасмурной погоды. Кроме того, панели устанавливают стационарно, из чего следует, наклон солнечных лучей тоже будет меняться, что не позволит 100% выработку.

Однако даже на 210 кВт/ч за месяц не стоит полностью полагаться. Существует ряд факторов, которые могут снизить показатели:

  • Географическое положение – не может в нашем регионе в месяце быть 30 солнечных дней. Нужно просмотреть архивы погоды и узнать примерное количество пасмурных дней. Не менее 5-6 дней точно окажутся несолнечными, солнечные панели не дадут и половины обещанной электроэнергии. Вычеркиваем 4 дня, получаем уже не 210 кВТ/ч, а 186.
  • Смена сезонов – осенью и весной световой день короче, а пасмурных дней больше. Если собираетесь пользоваться энергией солнца с марта по октябрь, увеличьте массив модулей на 30-50% в зависимости от места жительства.
  • Дополнительно оборудование – происходят серьезные потери в инверторе, а также аккумуляторах.

Рассчитываем емкость аккумулятора для панелей

Минимальный запас емкости должен быть таким, чтобы его хватало на работу ночью. Например, если с вечера до утра вы потребляете 3кВт/ч энергии, то запас энергии для аккумулятора должен быть именно таким.

Аккумулятор нельзя разряжать полностью.

Специализированные АКБ можно разрядить до 70% максимум. В противном случае они быстро выходят из строя. Обычные автомобильные АКБ нельзя разряжать более чем на 50%. Поэтому аккумуляторов нужно ставить вдвое больше, чем требуется, чтобы не менять их каждый год.

Оптимальный запас емкости АКБ – суточный запас энергии. Так, 10 кВТ/ч за 24 часа требует такой же рабочей емкости АКБ. Лишь тогда вы сможете прожить пару пасмурных дней без перебоев. В обычные дни аккумуляторы будут разряжаться частично (на 20-30%), что продлит срок эксплуатации АКБ.

Немаловажная деталь – КПД свинцово-кислотных аккумуляторов, равный 80%.  Т.е. при полном заряде аккумулятор берет на 20% больше, чем сможет отдать. Кроме того, КПД зависит от разряда и заряда тока, чем они больше, тем ниже КПД. Например, подключая чайник на 2кВт через инвертор и аккумулятор на 200Ач, то в последнем напряжение резко упадет, т.к. ток разряда будет около 250А, а КПД отдачи упадет до 40-50%.

С учетом потери полученной от батарей энергии в аккумуляторе и преобразовании постоянного напряжения в переменный ток 220 В, потери составляют 40%. Поэтому запас емкости АКБ и массив батарей нужно увеличить на 40%, чтобы перекрыть затраты.

Существует еще один похититель энергии – контроллер заряда аккумулятора. Их производят двух типов: PWM(ШИМ) и МРРТ. Первые более простые и дешевые, но они не трансформируют энергию, а потому панели не отдают в АКБ всю мощность (максимум 80% от паспортной мощности). МРРТ отслеживает пик мощности и может преобразовать энергию, понижая напряжение и поднимая ток зарядки, что увеличивает отдачу до 99%.

Ставя дешевый PWM, прибавьте массив солнечных батарей еще на 20%.

Просчет солнечных панелей для дачи или частного дома

Если вы не знаете потребление, а только планируете питать дачу энергией солнца, то рассчитать расход достаточно просто. Холодильник, потребляющий 370 кВт/ч, значит, в месяц он потребит 30,8 кВТ/ч энергии (1,02 кВт/ч).         

Считаем свет: энергосберегающие лампочки по 12 ватт каждая, а их у вас 6 штук и светят они около 6 часов за сутки. Значит, вам необходимо 12*6*6 =432 Вт/ч.

По такому же принципу посчитайте потребление телевизора, насоса и других приборов. Сложив все, вы получите суточное потребление энергии, умножайте на количество дней в месяц и получите примерную цифру. Например, вы получили расход 70 кВт/ч, прибавляем 40% энергии, теряющейся в инверторе и АКБ. Значит, вам нужны батареи, вырабатывающие 100 кВт/ч (100/30/7 = 0,476 кВт в день). Нужен комплект батарей мощностью 0,5 кВт. Но этого массива хватит только летом, даже осенью и весной в пасмурные дни могут быть перебои с электричеством. Поэтому нужно удвоить массив панелей.

Стоимость системы может отличаться в зависимости от комплектующих: фотомодулей, батарей и инверторов. Примерная цена 1 кВт мощности колеблется в пределах 2,5-3 евро.

Имея расчет стоимости системы, легко и быстро можно посчитать окупятся ли затраты на ее приобретение.

Подписаться на рассылку

Подписаться

ekobatarei.ru

Самостоятельный расчёт системы электроснабжения на солнечных панелях.

 

Прежде чем рассчитывать систему электроснабжения на солнечных панелях необходимо провести энергоаудит.

Для начала необходимо составить список приборов, которые вы будете использовать. При этом желательно заменить все приборы на энергосберегающие. Использовать LED мониторы, освещение рекомендуется ставить светодиодное,  холодильник класса А, и максимально снизить количество электронагревательных приборов, по возможности заменить их на более экономичные, а лучше на альтернативные (газовая плита, твердотопливный котёл, солнечный водонагреватель), т.к. электронагревательные приборы требуют больше всего мощности, что значительно удорожит вашу систему электроснабжения.

После того, как вы составили список приборов, которые требуют электроснабжения, необходимо рассчитать их потребляемую мощность, сколько кВт они потребляют в сутки. Для этого необходимо номинальную мощность прибора умножить на количество часов их непрерывной работы в день. Номинальную мощность можно узнать из паспорта прибора, в интернете или в таблице 1, в ней написана примерная мощность распространенных приборов.

Давайте разберем наиболее распространенный пример, вот список приборов, которые чаще всего используются на дачных участках:

Прибор Мощность, Вт Время работы, ч Суммарная мощность, Вт/сутки
светодиодное освещение 100 5 500
LED телевизор 150 5 750
ноутбук 100 5 500
Пылесос 1000 0,5 500
Чайник 1500 0,3 450
Холодильник класса А 150 24 3600
Электронасос 150 1 150
Электроинструменты 1000 0,5 500
Стиральная машинка 800 1 800
 4950 Вт 7750 Вт

 

Исходя из этого, вы можете видеть ваше среднесуточное потребление электроэнергии. В нашем примере получилось 7750 Вт/сутки.

Весь дальнейший расчет системы электроснабжения будет строится на основе этого проведенного энергоаудита.

 

2.     Подбор инвертора.

Большинство электроприборов работают от переменного тока с напряжением 220В и частотой 50 Гц.  Для того, чтобы обеспечить наши приборы переменным током, необходим инвертор – прибор который преобразует постоянный ток от солнечных панелей и аккумуляторов в переменный ток.

Для того чтобы выбрать инвертор, нужно понимать две вещи: во-первых, есть ли среди используемых приборов приборы чувствительные к частоте? В основном это приборы с электродвигателями (холодильник, стиральная машинка, пылесос, электроинструменты, насос).

Исходя из этого, выбирается тип выходного сигнала инвертора и тут есть два варианта:  инвертор с чистым синусом и инвертор с модифицированным синусом.

Для приборов, чувствительных к частоте подойдет только инвертор с чистым синусом, он намного дороже инвертора с модифицированным синусом, но при этом данные приборы не будут выходить из строя из-за перегрева электродвигателя и смогут работать на максимальной мощности. Остальные приборы тоже будут отлично работать от инвертора с чистым синусом, хотя для них вполне подойдет и инвертор с модифицированным синусом.

Во-вторых, при выборе инвертора, важна мощность одновременно работающих приборов. Именно исходя из этого параметра подбирается мощность инвертора. При этом, чем мощнее инвертор, тем он дороже.

Если включить одновременно все приборы, которые указаны в таблице энергоаудита, то их суммарная мощность получится 4950 Вт, исходя из этого потребуется инвертор на 5 кВт.

Если же среди всех этих приборов выбрать самые основные приборы, которые работают дольше всего в сутках, то это будет: холодильник, освещение, телевизор и ноутбук, суммарная мощность этих приборов при их одновременной работе будет всего 500Вт. Остальные же приборы в этой таблице включаются изредка по необходимости и фактически все вмести, одновременно практически никогда не работают. При этом, например, самый мощный из приборов — чайник (1500 Вт), вообще кипит 5 минут и на время кипения чайника можно отключить электроинструменты или пылесос, а если работает стиральная машинка, то можно подождать немного и включить чайник позже, после того, как стиральная машинка закончит свою работу.

Выбор номинального напряжение инвертора.

У инверторов есть еще один немаловажный параметр – это номинальное напряжение инвертора. В основном, инверторы бывают с номинальным напряжением 12, 24 или 48 вольт.

Инверторы до 1000 Вт, в основном, идут с номинальным напряжением 12В, инверторы от 1000 до 3000 Вт с номинальным напряжением 24В, а инверторы от 3000 до 6000 ватт бывают с напряжением 48 В. Хотя есть различные модели инверторов и на 600 Вт инверторы могут быть с напряжением 48В, но это скорее особенность.

Чем выше номинальное напряжение инвертора, тем выше КПД инвертора, следовательно, тем меньше на нем потерь при преобразовании постоянного тока в переменный.

При этом надо учитывать тот факт, что к инвертору всегда необходимы аккумуляторные батареи (АКБ), в основном все АКБ идут с номинальным напряжением 12 В, поэтому инвертору с номинальным напряжением 24 В потребуется уже не один аккумулятор, а два, соединенных последовательно, чтобы они дали 24 В, а инвертору с номинальным напряжением необходимо уже 4 аккумулятора. Ёмкость аккумуляторов при этом не изменяется.

Надо отметить, что номинальное напряжение не влияет на цену инвертора, и поэтому инверторы одной модели с одинаковой мощности, но с разным номинальным напряжением стоят одинокого.

Исходя из этого, для нашего конкретного случая подойдет инвертор с чистым синусом, мощностью 2 кВт с номинальным напряжением 24В. Пятьсот ватт мощности инверторы уйдет на приборы, которые работают практически постоянно (холодильник, телевизор, освещение) и 1500Вт на один любой прибор, включаемый по необходимости.

 

3.     Подбор аккумуляторных батарей (АКБ).

Как известно солнечная панель генерирует электроэнергию только при попадании на неё света, поэтому, для того, чтобы приборы продолжали работать в вечернее время необходимы аккумуляторы, которые в течении дня будут заряжаться электроэнергией, а вечером отдавать этот запас электроэнергии работающим приборам. Время работы приборов только лишь от аккумуляторов называется временем автономной работы.

Выбор типа аккумуляторов.

Для системы электроснабжения в принципе подходят аккумуляторы все типов: как обслуживаемые, так  и не обслуживаемые, как стартерные, так и специализированные для источников бесперебойного питания. Конечно же, лучше всего для систем бесперебойного и автономного электроснабжения подходят герметичные свинцово-кислотные AGM аккумуляторы или гелевые аккумуляторы. Гелевые аккумуляторы будут подороже AGM, но при этом они обладают большей устойчивостью к глубоким разрядам (их можно разряжать до 90%, в отличие от AGM, которые рекомендуется разряжать максимум на 70%). Гелевые аккумуляторы не так чувствительны к температуре окружающей среды и могут работать даже при отрицательной температуре (в отличии от AGM аккумуляторов, которые выходят из строя при отрицательной температуре). И, наконец, гелевые аккумуляторы имеют больше циклов заряда/разряда, благодаря чему их срок службы намного выше.

Более подробно про аккумуляторные батареи вы можете прочитать в статье «Аккумуляторные батареи, их эксплуатация и обслуживание»

Расчёт необходимой ёмкости аккумуляторов.

Для того чтобы рассчитать ёмкость аккумуляторов необходимо знать мощность приборов, работающих во время автономной работы и знать необходимое время автономной работы.

Чтобы рассчитать необходимое время автономной работы, нужно понимать в какой сезон будет использоваться ваша система электроснабжения. Если это лето, то времени автономной работы от аккумуляторов необходимо значительно меньше, чем зимой, т.к. световой день длиннее, а ночь короче.

В среднем необходимое время автономной работы от аккумуляторов в период с мая по октябрь — 5 часов, в период с марта по ноябрь – 6-8 часов. А если вы планируете использовать вашу систему электроснабжение круглый год, то рекомендуется потратить деньги не на дополнительные аккумуляторы ради увеличения времени автономной работы, а на приобретение дополнительного источника электропитания, например, на дизельный генератор.

 

Итак, выбираем период использование нашей системы электроснабжения с апреля по октябрь, а время автономной работы приборов от аккумуляторов 6 часов.

 

Теперь выберем приборы, которыми будем пользоваться вечером:

Прибор Мощность, Вт Время работы, ч Суммарная мощность, Вт/за вечер
светодиодное освещение 100 5 часов 500
LED телевизор 150 5 часов 750
ноутбук 100 5 часов 500
Чайник 1500 0,1 (6 минут) 150
Холодильник класса А 150 16 часов (весь вечер и всю ночь) 2400
2000 4300

 

Если в этот список включить стиральную машинку, пылесос, электроинструменты, то это значительно увеличит необходимую ёмкость аккумуляторов, но это сильно удорожит систему, поэтому рекомендуется эти приборы использовать в дневное время, когда солнечные панели генерируют достаточно электроэнергии.

 

Теперь мы можем рассчитать необходимую для автономной работы ёмкость аккумуляторов.

Ёмкость аккумуляторов измеряется в Ампер*часах, для того, чтобы её узнать, необходимо [суммарную потребляемую во время автономной работы мощность приборов] разделить на  [номинальное напряжение инвертора].

Получается: 4300Вт/24В=180Ач. Это означает, что для нашей системы потребуются аккумуляторы ёмкостью 180Ач с напряжением 24В.

 

Как мы выяснили выше, аккумуляторы нельзя разряжать полностью на 100%, иначе они быстро выйдут из строя, поэтому полученную ёмкость для гелевый аккумуляторов, необходимо умножить на коэффициент 1,11 (100%/90%~1,11), а для AGM аккумуляторов – умножить на  1,43 (100%/70%~1,43), и полученный результат округлить в большую сторону.

В нашем случае получается, если мы выбираем AGM аккумулятор, то нам необходим аккумулятор ёмкостью 180Ач*1,43~260Ач, а если мы выбираем гелевый аккумулятор, то нам необходим аккумулятор ёмкостью 180Ач*1,11~200Ач.

Выбираем гелевый аккумулятор на 200 Ач 24В (он хоть и дороже, но зато его характеристики превышают AGM).

В основном все аккумуляторы всегда идут с номинальным напряжением 12В, поэтому, для того, чтобы получить нужный аккумулятор на 200Ач 24В, нам необходимо взять два аккумулятора по 200Ач 12В и соединить их последовательно, т.е. плюс одного аккумулятора соединить с минусом другого, а оставшийся минус от одного и плюс от другого аккумуляторы соединить с инвертором. Так мы получим из двух аккумуляторов 200Ач 12В, один с общей ёмкостью 200Ач и номинальным напряжением 24 В, как мы и хотели.

4.     Выбор солнечных панелей.

Наконец мы подошли к выбору солнечных панелей, основной составляющей нашей системы электроснабжения. Ведь солнечные панели – это практически вечный генератор электрического тока, который прослужит более тридцати лет точно без сильных потерь своих электрофизических свойств.

Выбор типа панелей.

Есть три типа солнечных панелей: аморфные, поликристаллические и монокристаллические. Они отличаются технологией изготовления, своим КПД и ценой. Самые распространённые солнечные панели – это поликристаллические и монокристаллические. Ниже приведена сравнительная таблица этих панелей.

Монокристаллическая солнечная панель Поликристаллическая солнечная панель
КПД% выше (17%) ниже (15%)
Площадь панели меньше больше
Работа при рассеянном солнечном свете хуже лучше
Работа при прямом солнечно свете лучше хуже
Работа при отрицательной температуре лучше хуже
Работа при температуре выше 25 градусов лучше хуже
Снижение характеристик за 25 лет 20% 30%

 

Не смотря на то, что КПД монокристаллической солнечной панели не на много выше КПД поликристаллической панели, площадь поликристаллической панели больше, поэтому две панели разного типа, но с одинаковой мощностью, дают примерно одни и те же показатели по генерации тока, все зависит от условий окружающей среды (см. таблицу выше).

Расчёт необходимой мощности солнечных панелей.

Т.к. мы выбрали период с апреля по октябрь, то средняя продолжительность светового дня в этот период примерно 12 часов. За это время необходимо, чтобы солнечные панели успели зарядить аккумуляторы, для использования их вечером, когда солнечные панели перестанут генерировать электричество, а так же необходимо чтобы их мощности хватило для энергообеспечения электроприборов, работающих днём.

Сразу стоит отметить, что расчет мощности солнечных панелей можно сделать только приблизительный, потому что невозможно предугадать, когда на небе тучка закроет солнечную панель, поэтому лучше рассчитывать мощность с запасом и округления при расчётах делать в большую сторону.

Для того, чтобы рассчитать мощность солнечных панелей, необходимую для зарядки аккумулятора в течении светового дня, нужно [ёмкость аккумулятора] умножить на его [номинальное напряжение]  и разделить на [количество световых часов].

Рассчитываем: (200Ач*24В)/12ч=400Вт

Итак, для того, чтобы зарядить аккумулятор на 200 Ач с номинальным напряжением 24 В, понадобятся панели общей мощностью 400 Вт и номинальным напряжением не меньше номинального напряжение аккумуляторов, то есть в нашем случае не меньше 24 вольт.

Далее рассчитываем мощность панелей, необходимых для обеспечения работы приборов в течении дня. Эту мощность достаточно тяжело рассчитать, т.к. всё сильно зависит от внешних факторов, погодных условий и от того, как используются электроприборы. Из практики можно вывести следующую формулу: 1,3*[мощность панелей, необходимых для заряда аккумуляторов] + [мощность панелей, необходимых для заряда аккумуляторов]. Для нашего случая это будет: 1,3*400+400=920Вт.

То есть минимальная мощность солнечных панелей в нашей системе электроснабжения должна быть 920 Вт 24 В. Это четыре солнечных панели мощностью 230 Вт каждая и номинальным напряжением 24 В.

5.     Выбор контроллера заряда.

Для того чтобы нормально зарядить аккумулятор до 100% от солнечной панели, при этом не испортить его, а наоборот продлить срок службы необходим контроллер заряда. Бывает, что контроллер заряда встроен в инвертор, специально предназначенный для использования совместно с солнечными панелями, но чаще всего контроллер заряда идет отдельно.

Сейчас существует два типа технологии контроллеров заряда аккумуляторов от солнечных панелей: это PWM-контроллер или по другому ШИМ-контроллер (pulse-width modulationширотно-импульсная модуляция), и MPPT-контроллер (maximum power point tracking – слежение за точкой максимальной мощности). Более подробно о контроллерах заряда вы можете прочитать в статье «Контроллеры заряда аккумуляторов от солнечных панелей». Отмечу только то, что MPPT-контроллер за счёт более продвинутой технологии заряжает аккумулятор на 30% эффективнее, чем ШИМ-контроллер, но он, естественно, и дороже.

А так же MPPT-контроллер может преобразовывать более высокое напряжение от солнечных панелей в номинальное напряжение всей системы с пропорциональным увеличением тока. Это означает, что, MPPT-контроллер с подключенными четырьмя последовательно соединенными солнечными панелями мощностью 230Вт и напряжением 96 вольт, на выходе может дать ток равный четырем солнечным панелям 230Вт 24 В, соединенных последовательно. Закономерный вопрос: зачем это нужно? Ответ прост: чем выше напряжение солнечных панелей, тем меньше потерь в кабеле, идущем от солнечных панелей к контроллеру, соответственно, тем эффективнее работа солнечных панелей.

Немаловажный показатель, по которому выбирается контроллер – это пропускная способность по току. Чем выше эта пропускная способность контроллера, тем он дороже.

Необходимая пропускная способность по току рассчитывается очень просто: необходимо [суммарную мощность солнечных панелей] разделить на [номинальное напряжение системы].

В нашем случае пропускная способность контроллер должна быть не ниже чем: 38,3 ампер (920Вт/24В=38,3А).

Стоит отметить, что часто солнечные панели имеют положительный толеранс, то есть их мощность может быть выше заявленной на 1-6%, поэтому, при выборе контроллера следует учитывать эту тонкость.

Из всего вышеописанного относительно контроллеров, мы можем сделать выбор. И выбираем мы контроллер с технологией MPPT (чтобы соединить наши солнечные панели последовательно и получить на них напряжение 96В),  и пропускной способностью по току 40А.

6.     Выбор кабеля и коннекторов.

Для систем электроснабжения, где источник электроэнергии находятся на улице, необходим кабель со специальной изоляцией, для того, чтобы такие силы окружающей среды, как ультрафиолет,  влага и грызуны, по-минимому воздействовали на него.

Сечение кабеля рассчитывается таким образом, чтобы потери напряжение на кабеле не превышали 2%. И оно высчитывается по таблице, исходя из необходимого удельного сопротивления кабеля. Удельное сопротивление кабеля рассчитывается по формуле: [максимально возможное падение напряжения] разделить на ([проходящий по кабелю ток] умноженный на [общую длину кабеля]).

Для того, чтобы выбрать сечение кабеля, соединяющего солнечные панели с контроллером, необходимо знать три характеристики: напряжение солнечных панелей, суммарная мощность солнечных панелей и длину кабеля.

Первое что необходимо рассчитать – это ток, которые будет протекать по этому кабелю, для этого [мощность солнечных панелей] делим на их напряжение.

В нашем случае этот ток равен 920Вт/96В=9,58 А.

Максимальное возможное падение напряжение не должно превышать 96В*0,02=1,92В

Допустим, что от солнечных панелей до контроллер заряда необходимо проложить 30 м кабеля.

Исходя из этого удельное сопротивление кабеля должно быть не более, чем 1.92В/(9,58А*30м)=0,00668 Ом/м или 6,68 мОм/м

Теперь посмотрим в таблицу удельного сопротивления кабелей и подберем кабель необходимого сечения:

Сечение, мм медный
1,5 12,5
2,5 7,4
4 4,63
6 3,09
10 1,84

Для нашего случая вполне подойдет кабель с сечением 4 мм.

Для соединения солнечных панелей друг с другом используются специальные коннекторы, стандарта MC4 «мама» и «папа» для плюса и минуса солнечной панели соответственно. Также существуют специальные Y-коннекторы для параллельного соединения солнечных панелей.

В нашем случае потребуется четыре обыкновенных коннектора, чтобы последовательно соединить солнечные панели.

7.     ИТОГ.

В данной статье мы рассмотрели то, как рассчитываются системы автономного электроснабжение на солнечных панелях, и, как пример, рассчитали такую систему для периода с апреля по октябрь обеспечивающую электроэнергией основные бытовые приборы:

  • светодиодное освещение
  • LED телевизор
  • ноутбук
  • Пылесос
  • Чайник
  • Холодильник
  • Электронасос
  • Электроинструменты

 

Наша система получилась со следующими характеристиками:

  • Номинальное напряжение: 24 В
  • Суммарная мощность солнечных панелей: 920 Вт
  • Напряжение на солнечных панелях 96 В
  • Ёмкость аккумуляторов: 200 Ач
  • Напряжение на аккумуляторах: 24В
  • Суммарная мощность одновременно работающих приборов: 2 кВт
  • Время автономной работы при максимальной мощности: 1 час 45 минут
  • Время автономной работы при мощности 500 Вт: 8 часов 45 минут

 

А комплектация систем получилась такая:

  • Солнечные панели, мощностью 230 Вт: 4 штуки
  • Контроллер заряда с технологией MPPT с пропускной способностью по току 40А
  • Гелевые аккумуляторы, ёмкостью 200Ач: 2 штукм
  • Инвертор с чистым синусом, мощностью 2000 Вт
  • Набор коннекторов MC4: 4 шт.
  • Медный кабель с сечением 4 мм: 30 м

 

Если вы посмотрите готовые решения, представленные в нашем Интернет-магазине, то увидите именно этот комплект под названием «Солнечная у-дача». Кроме этого комплекта представлены и другие системы электроснабжения на солнечных панелях с наиболее оптимально подобранными комплектующими.

Если вы приобретаете комплект целиком, то, во-первых, он обойдется где-то на 10-15% дешевле, чем если бы вы приобретали бы комплектующие по-отдельности, во-вторых, вы получаете скидку 10% на установку и подключение комплекта, в-третьих, вы получаете гарантию на комплект 5 лет, в-четвертых, если вы в будущем будете делать покупки в нашем Интернет-магазине ещё, то вы получите скидку 10% на любой товар, в-пятых, при приобретении комплекта, вы получаете светодиодную лампочку отличного качества в подарок!

autonomy-energy.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о