Как рассчитать мощность солнечных батарей для дома.
Солнечные батареи становятся с каждым годом все более востребованным видом автономных систем, являющихся альтернативой традиционного электроснабжения. Особенно популярны установки солнечных коллекторов в загородной зоне, на дачах где отсутствует подача электроэнергии.
Расчеты мощности.
При покупке солнечных батарей для дома, владельцев, прежде всего, интересует, какой объем мощности батарей понадобится для того, чтобы удовлетворить все насущные потребности. Так как система может обеспечить электроэнергией много приборов лишь в том случае, когда энергопотребление не будет выше количества энергии, производимой генератором.
Система состоит из основных 4 компонентов.
Контролера заряда.
Фотоэлектрических панелей.
Расчет мощности солнечных батарей для дома актуален, прежде всего, тем, что при всех финансовых и материальных ограничениях важно знать, какого результата ожидать от батарей и стоит ли вообще покупать подобную систему энергоснабжения. Для каждого режима использования электроэнергии существует своя система расчета.
За основу расчетов необходимой энергии берутся данные о возможности Солнца (мощность солнечного излучения), а так же стоит рассчитать сколько энергии планируется потреблять. Это можно сделать самостоятельно, посмотрев в таблицу Расчет потребления электроэнергии.
Таблица потребления электроэнергии.
При этом учитываются.
Погодные условия.
Угол наклона панели.
Устанавливая угол наклона панели важно определиться, будет использование батарей круглогодичным или предполагается их эксплуатация только в летний период. Предпочтительно устанавливаемый для панелей угол наклона на 15° больше, чем географическая широта. Чем больше наклон, тем эффективнее выработка энергии.
Расчет солнечных батарей для дома желательно проводить, имея данные и по горизонтальной, и по вертикальной установкам панелей.
Процесс расчета.
Для того чтобы оценить производительность солнечных батарей, желательно взять для расчетов самый худший месяц зимой (январь в Москве) и летний максимум (июль в Москве.
Стандартный поток солнечного света при 25° в 1 кВТ/м? это номинальная мощность солнечной панели. Взяв месячную инсоляцию, и умножив ее на соотношение мощностей максимальной инсоляции и батареи можно получить оценку выработки батареи за конкретный месяц.
Выработка фотоэлектрических панелей рассчитывается по формулам.
1. Eсб = Eинс х Pсб х. / Pинс.
Eсб — энергия солнечной батареей; Eинс — инсоляция 1 м? (конкретный месяц из таблицы); ? — КПД передачи электрического тока; Pсб — номинальная мощность батареи; Pинс — максимальная мощность инсоляции 1 м? земной поверхности.
Так же можно делать расчет мощности солнечных батарей, необходимой для месячного энергопотребления.
В расчет КПД можно заложить потери (от 10 до 25%), которые могут происходить от дешевых контролеров заряда, которые, как правило, либо занижают выходное напряжение батареи или попросту игнорируют излишки энергии.
2 Формула удобна, если необходимо рассчитать номинальную мощность солнечных батарей, учитывая конкретные условия инсоляции, но она не очень подходит для расчетов возможностей на весь год. 1 Формула позволяет рассчитать мощность для различных режимов энергоснабжения батарей с разной номинальной мощностью.
Пример расчета для Москвы.
Таблица обеспечения разных режимов функционирования солнечных батарей.
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.
Анализ расчетов.
Учитывая погодные особенности и номинальную мощность батарей можно сделать вывод, что 400 Вт батареи в Москве будет недостаточно даже на поддержку аварийного режима в летнее время. Хотя для дачи превышение выработки аварийного уровня 80% можно считать допустимым вариантом, особенно при непостоянной работе инвертора, а только при необходимости подачи электроэнергии.
Маломощные системы не предназначены для круглосуточного бытового электроснабжения даже летом. Так как энергия в таких системах является критически важной для собственного потребления контролера заряда и инвертора. В зимнее время мощности солнечного коллектора будет не достаточно для работы всех электроприборов дома, но в летнее вполне допустимо, что электроснабжение будет бесперебойным.
Возможности батарей из расчетов мощности для Москвы.
500 Вт – дает аварийный минимум 80% с мая до конца августа.
600 Вт – середина марта – сентябрь.
800 Вт – с превышением аварийного уровня (кроме декабря и января) обеспечивает напряжение с марта по сентябрь.
1 кВт – обеспечивает базовое потребление электроэнергии почти весь год, но в зимний период (декабрь и январь) энергии может не хватать.
1.2 кВт – обеспечивает умеренный режим в июле, в марте – сентябре режим энергопотребления базовый. Аварийный минимум приходится на период ноябрь – январь.
2 кВт – поддерживает комфортный режим, или близкий к нему в период май – август и базовый с февраля месяца по август. Но в длинные темные месяцы данной мощности солнечного коллектора может быть недостаточно.
3.2 кВт – обеспечивает комфортный режим на все длинные дни и в течение года позволяет рассчитывать на аварийный минимум.
5.3 кВт – батареи номинальной мощности, позволяющие практически без ограничений использовать электроэнергию в период май – август и круглый год в базовом режиме.
8 кВт – мощность солнечной батареи, обеспечивающая использование электричества круглый год в умеренном режиме.
13.5 кВт – круглогодичный комфортный режим энергопотребления.
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.
Тип фотоэлементов.
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.
