(067) 468-68-36
(067) 468-68-36
(093) 468-68-36

Прием звонков:

Пн-Пт9:00-18:00
Сб-ВсВыходной

Как рассчитать солнечную электростанцию для дома

07/09/2017

Чтобы узнать требуемое количество фотоэлементов для обеспечения достаточным количеством электроэнергии частного или загородного дома, необходимо произвести некоторые расчеты. Но для них не потребуются сложные формулы и знания различных физических величин. Постараемся разобраться с данной проблемой наиболее простыми способами, которые понятны любому человеку.
 
Главным критерием для определения необходимого числа батарей является их производительность – количество энергии, вырабатываемой за определенный промежуток времени. Дополнительно следует учесть, что кроме фотоэлементов потребуются контроллер (для определения уровня заряда), аккумуляторная батарея, и инвертор.
 


Определение количества батарей и общей мощности


Для определения числа фотоэлементов необходимо знать, сколько электроэнергии необходимо для обеспечения потребностей всех электроприборов в доме. Если за месяц вы потребляете 120 кВт*ч электричества, такое же количество энергии должны вырабатывать и солнечные элементы за данный промежуток времени.
 
Функционирование солнечных панелей возможно только во время светового дня. Мощность вырабатываемого тока, указанная в документации, достигается лишь при идеальных условиях: отсутствие облаков, предметов, делающих тень, свет попадает под прямым углом. Чем меньше значение угла падения лучей (острый угол), тем меньше производительность элементов. Если в атмосфере присутствует легкая дымка или на небе есть едва заметные облака, эффективность батарей может уменьшиться в два или три раза, а в пасмурную погоду они вырабатывают до 15 - 20 раз меньше энергии, чем указано в паспорте.
 
Для проведения расчетов принимают промежуток времени, на протяжении которого производительность фотоэлементов близка к максимальной. Он начинается с 9 часов утра и заканчивается в 4 часа дня. Разумеется, панели будут функционировать на протяжении всего светового дня, однако за указанный выше период они вырабатывают до 70% всей производимой энергии.
 
Панели, общая мощность которых составляет 1 кВт, выработают 7 кВт*ч энергии на протяжении семи часов. Дополнительно они произведут 2-3 кВт*ч энергии за остальные световые часы, которая будет использоваться в качестве запасной, поскольку производительность в пасмурные дни резко снижается. Из этого следует, что при использовании фотоэлементов с производительностью 1кВт*ч максимальная выработка в месяц составит 210 кВт. Это довольно высокий показатель, однако существуют следующие нюансы:

  • В месяце далеко не каждый день солнечный. Следует ознакомиться со статистическими данными метеоцентров, чтобы узнать среднее количество пасмурных дней. Вполне может оказаться, что на протяжении целой недели батареи не смогут вырабатывать и половины заявленной мощности. За вычетом четырех дней количество выработанной энергии сократится на 28 кВт и составит 182 кВт*ч.
  • Также следует учитывать, что количество солнечной энергии на единицу площади зависит от сезона. Световой день в осенний и весенний периоды значительно меньше, чем летом. Если вы планируете использовать альтернативный источник энергии с первого месяца весны и до поздней осени, необходимо увеличить количество фотоэлементов на 30-50% (с учетом региона).
  • Во время преобразования и хранения энергии также возникают потери, которые следует обязательно учитывать.
  • В период зимы производительность солнечных элементов крайне низкая, поскольку небо практически всегда затянуто облаками (кроме редких солнечных дней). Поэтому целесообразно использовать электроэнергию, производимую бензогенератор, ветряной станцией или же подключиться к централизованной сети снабжения.

 


Как произвести расчет мощности аккумулятора


Емкости аккумуляторов должно быть достаточно для обеспечения минимальных потребностей на протяжении темного времени суток. К примеру, если с наступления вечерних сумерек до восхода солнца расходуется 2,5 кВт*ч энергии, таковой должна быть минимальная емкость батарей.
 
Для расчета емкости в ваттах необходимо умножить разность потенциалов (напряжение) на емкость, выраженную в ампер-часах. Таким образом емкость аккумулятора с параметрами 250 Ач и 12 В составит 3000 Вт*ч или 3 кВт*ч. Но согласно инструкции, нельзя допускать полный заряд аккумуляторов. Также нужно учесть, что специальные батареи быстро изнашиваются при постоянном разряде ниже 70%, а обычные автомобильные аккумуляторы не следует разряжать до 50%. Из этого следует, что количество батарей должно минимум в 2 раза превышать полученную величину в результате расчетов.
 
Аккумуляторы – элементы с наименьшим сроком службы в системе, поэтому следует соблюдать правила их эксплуатации. Их рабочая емкость должна соответствовать оптимальному запасу, который определяется суточным потреблением энергии в доме. В солнечные дни они будут разряжаться не более чем на 20-30%, а в пасмурные смогут обеспечить бесперебойную работу электроприборов.
 
Также следует учитывать КПД батарей, который обычно не превышает 80%. Это означает, что почти 20% энергии просто рассеивается в окружающую среду. Для определения КПД следует ознакомиться с такими параметрами, как токи разряда и заряда. Чем выше значения данных параметров, тем ниже коэффициент полезного действия.
 
Если значение тока разряда превышает емкость аккумулятора, значительно снижается КПД отдачи энергии и падает напряжение в сети. Негативно сказывается на КПД батареи и зарядка токами высокой величины.
 


Потери, связанные с невысоким КПД инвертора


Поскольку преобразователь постоянного тока в переменный имеет КПД, значение которого находится в пределах от 70 до 80%, имеют место значительные потери на преобразование энергии, которые нельзя не учитывать. Из этого следует, что запас емкости батареи должен быть выше на 40% больше, чем полученный в результате предыдущих расчетов. Также для компенсации потерь должна на 40% быть увеличена площадь фотоэлементов.
 
 
Потери могут быть вызваны использованием дешевых контроллеров. Существует два типа этих устройств:

  • Контроллеры PWM, не выполняющие трансформацию энергии, поэтому аккумулятор получает лишь 4/5 мощности, вырабатываемой солнечными батареями;
  • Контроллеры MPPT, способные выполнять преобразование тока (снижать напряжение и увеличивать силу тока). Аккумуляторы получают до 99% энергии, вырабатываемой фотоэлементами.

 
Если вы приняли решение сэкономить на покупке контроллера, придется приобрести дополнительные солнечные батареи, чтобы увеличить их общую площадь еще на 20%, что вряд ли можно считать рациональной тратой средств.


 
Расчет мощности солнечных панелей для загородного или частного дома


Для проведения расчета мощности, необходимой для обеспечения нужд бытовых приборов, используемых в загородном или частном доме не нужны сложные формулы и специальные знания. Чтобы узнать количество энергии, потребляемое, например, телевизором, необходимо посмотреть его документацию. К примеру, его мощность составляет 40 Вт. Это означает, что за сутки он расходует 960 Вт*ч, но поскольку он работает не все время, а, к примеру, 6 часов, то реальное потребление составит 280 Вт*ч. На месяц телевизору требуется 8400 Вт*ч (8,4 кВт8ч) энергии. Подобным способом можно произвести расчет для остальных приборов (лампочек, холодильника и прочих), а затем суммировать полученные значения.
 
Предположим, общая сумма составила 100 кВт*ч, к которой еще следует добавить 40% энергии в связи с потерями, вызванными низкими КПД аккумуляторов и преобразователя. Итоговое значение – 140 кВт*ч, однако это еще не все. Если солнечная установка будет использоваться не только в летний период, а весной и осенью, следует увеличить вдвое полученное значение. Теперь разделим 280 кВт*ч на среднее количество дней в месяце (30) и количество часов светового дня, когда фотоэлементы функционируют наиболее продуктивно (7 часов). Полученное значение – 1,33 кВт*ч. Именно такой мощностью должен обладать массив солнечных батарей в данном случае.
 
С учетом всего сказанного выше, можно составить алгоритм расчета:

  • Предположить, что батареи функционируют только на протяжении 7 часов, при этом их КПД близок к 100%;
  • Определить общее потребление энергии приборами в доме;
  • Рассчитать мощность солнечных элементов разделив полученное выше значение на 7;
  • Умножить это значение на коэффициент, равный 1.4, чтобы учесть потери, связанные с использованием преобразователя и аккумуляторов;
  • Умножить на 1.2, если был приобретен дешевый контроллер типа PWM.

 
Приведем пример расчета. Например, для нужд дома требуется 150 кВт*ч энергии в месяц или 7,5 кВт*ч в день. Разделим это значение на 7 и получим примерно 1,1 кВт. Теперь необходимо учесть потери на использование аккумуляторов и инвертора, для чего умножаем полученное значение на 1.4 и получаем 1.54 кВт*ч. Однако, чтобы мощности системы было достаточно в пасмурные осенние и весенние дни, необходимо добавить примерно 50%, а значит общая производительность установки должна составить не менее 2,25 кВт*ч. В зимнюю пору понадобится ветряная станция либо бензиновый генератор, мощность которых не ниже 1.5 кВт. Для более точных расчетов следует ознакомиться со среднестатистическими метеоданными для конкретной местности.
 


Стоимость установки


Фотоэлементы и прочее оборудование может стоить по-разному у различных продавцов. Необходимо искать самую доступную стоимость и проверенных поставщиков. Солнечные батареи, вырабатывающие 1 кВт электричества, обойдутся примерно в 35000 грн, однако при заказе больших партий обычно предусмотрены хорошие скидки и возможность бесплатной доставки.
 
Для накапливания энергии потребуются аккумуляторы. Можно использовать специализированные, стоимость которых может составить от 7000 до 10000 грн (напряжение 12 В, емкость 200 Ач). Автомобильные аккумуляторы стоят намного дешевле, но служат не так долго, как специализированные. Рациональнее приобрести специализированные устройства, которые при правильной эксплуатации отработают 10 лет.
 
При выборе иного оборудования следует ориентироваться на личные потребности. Про контроллеры уже было сказано выше. Инверторы также разнятся по стоимости и качеству. Главное, о чем следует помнить, чем дешевле устройство, тем меньше его эффективность и срок службы.

Комментарии

Сообщения не найдены

Написать отзыв