Расчёт солнечных панелей для дома. Расчет солнечных батарей - EnergyStock.

Мощность солнечных панелей для автономных систем выбирается исходя из необходимой вырабатываемой мощности, времени года и географического положения.

Необходимая вырабатываемая мощность определяется мощностью, требуемой потребителям электроэнергии, которые планируется использовать. При расчете стоит учитывать потери на преобразование постоянного напряжения в переменное, заряд-разряд аккумуляторов и потери в проводниках.

Солнечное излучение величина не постоянная и зависит от многих факторов – от времени года, времени суток, погодных условий и географического положения. Эти факторы также должны учитываться при расчете количества необходимой мощности солнечных панелей. Если планируется использование системы круглогодично, то расчет должен производиться с учетом самых неблагоприятных месяцев с точки зрения солнечного излучения.

При расчете для каждого конкретного региона необходимо проанализировать статистические данные о солнечной активности за несколько лет. На основании этих данных, определить усредненную действительную мощность солнечного потока на квадратный метр земной поверхности. Эти данные можно получить у местных или международных метеослужб. Статистические данные позволят с минимальной погрешностью спрогнозировать количество солнечной энергии для вашей системы, которая будет преобразована солнечными панелями в электроэнергию.

Для примера рассмотрим усредненную дневную инсоляцию по месяцам с одного из серверов метеослужб для г. Москвы. Данные указаны с учетом атмосферных явлений и являются усредненными за несколько лет.

Единица измерения инсоляции в таблице кВт*ч/м2/сутки.

Угол наклона плоскости, градусы по отношению к земле (0°- инсоляция на горизонтальную плоскость, 90 – инсоляция на вертикальную плоскость и т. п.), при этом плоскость ориентирована на Юг.

	Янв.	Февр.	Март	Апр.	Май	Июнь	Июль	Авг.	Сент.	Окт.	Нояб.	Дек.	Среднегодовая инсоляция кВт*ч/м2/сутки
0°	0.75	1.56	2.81	3.87	5.13	5.27	5.14	4.30	2.63	1.49	0.81	0.50	2.86
40°	1.51	2.55	3.78	4.34	5.12	4.97	5.00	4.57	3.22	2.20	1.46	1.08	3.32
55°	1.66	2.70	3.82	4.16	4.70	4.51	4.53	4.31	3.17	2.27	1.58	1.20	3.22
70°	1.72	2.71	3.67	3.79	4.18	3.95	4.00	3.85	2.97	2.24	1.62	1.26	3.00
90°	1.65	2.50	3.19	3.07	3.21	2.99	3.05	3.08	2.51	2.02	1.53	1.22	2.50
Оптимальный угол	72.0	63.0	50.0	34.0	20.0	11.0	16.0	27.0	43.0	58.0	69.0	74.0	44.6

Как видно, самым неблагоприятным месяцем для данного региона является декабрь, дневная усредненная инсоляция на горизонтальную поверхность земли составляет 0,5 кВтч/м2/сутки, на вертикальную – 1,22 кВт*ч/м2/сутки. При угле наклона плоскости относительно земли 70 градусов инсоляция будет составлять 1,26 кВтч/м2/день, оптимальным углом для декабря является 74 градуса. Самым благоприятным месяцем является июнь и инсоляция на горизонтальную поверхность составит 5,27 кВтч/м2/сутки, оптимальный угол наклона для июня 11 градусов.

Угол наклона солнечной панели, при круглогодичном использовании в системе, которая потребляет в среднем одну и ту же мощность независимо от времени года, должен совпадать с оптимальным углом наклона самого неблагоприятного месяца по количеству солнечной радиации. Оптимальным углом наклона для декабря в г. Москва является 74 градус, таким образом и стоит устанавливать солнечную панель, так как в другие месяцы инсоляция заметно больше, и как следствие выработки электроэнергии будет более чем достаточно. Более того, в зимнее время при углах наклона 70-90 градусов, на солнечной панели не будут скапливаться осадки в виде снега. Если задачей является получение максимальной мощности от солнечных панелей, в течение всего года, то требуется постоянно ориентировать солнечную панель максимально перпендикулярно солнцу.

Формула расчета мощности солнечных панелей

Pсп=Eп*k* Pинс / Eинс, где:

Еп - потребляемая энергия, Втч в сутки;

k – коэффициент потерь на заряд – разряд аккумуляторов, преобразование постоянного напряжения в переменное, обычно принимают равным 1,2-1,4.

Формула расчета вырабатываемой энергии солнечными батареями

Eв=Eинс*Pсп/Pинс*k , где:

Pсп - мощность солнечных панелей, Вт;

Ев - вырабатываемая энергия солнечными панелями, Втч в сутки;

Eинс - среднемесячная инсоляция (из таблицы) кВтч/м2/день;

Pинс – мощность инсоляции на земной поверхности на одном квадратном метре (1000Вт/м2);

k – коэффициент потерь на заряд – разряд аккумуляторов, преобразование постоянного напряжения в переменное, обычно принимают равным 1,2.

Солнечная батарея не может служить прямым источником электричества, как генератор. В комплекс системы солнечной генерации электроэнергии входят:

• солнечная батарея;
• контроллер уровня зарядки аккумуляторных батарей (АКБ);
• инвертор.

Это накладывает определенные условия при расчете соотношений мощности батареи с емкостью и токов зарядки АКБ и с режимом работы и мощности потребителей. Также, необходимо принимать во внимание, на что ориентирован комплекс.

Это может быть (без элементов управления и преобразования):

• элемент автономного энергоснабжения (генератор+батарея ->потребитель);
• источник электроэнергии для одного или группы потребителей (батарея ->потребитель). Причем, потребитель может быть низковольтным.

Расчет солнечной батареи, по своему содержанию, относится к многофакторным расчетам, т.е. изменение одного показателя в цепочке приводит или к изменению характеристик всей системы, или к введению в систему новых элементов. К примеру, две панели, но с разной степенью освещенности (на крыше и на фронтоне) нельзя рассматривать как одну (нужны два контроллера зарядки АКБ), либо ставить отсекающий диод.

За основу для расчета принимается цель установки солнечной батареи и фактическое наличие элементов комплекса с сопрягаемыми характеристиками по напряжению и току. На практике, это означает расчет в направлении от потребителя или от батареи. В большинстве случаев, за основу принимают мощность потребителя и время бесперебойного энергообеспечения в период отсутствия солнечного света или иного источника энергии для подзарядки АКБ.

Физические величины и названия характеристик элементов комплекса солнечной генерации:

• I - ток (А);
• U - напряжение (В);
• Pа - активная мощность (Вт);
• W - расход электроэнергии (кВтч)
• Ca - емкость аккумулятора (А*ч). Величина постоянная до момента достижения АКБ допустимого уровня разрядки;
• T - время освещенности панели (час). Среднемесячное количество часов для конкретного региона, которое зависит от времени года и широты местности.
• K - число дней. Учитывает работоспособность системы без солнечного освещения.

Методика расчета солнечной батареи

Предлагаемая методика дает общее направление порядка расчета элементов комплекса с солнечной батареей на участке солнечная батарея - АКБ - инвертор без учета некоторых параметров. Расчет ведется из условия среднемесячного потребления и запаса надежности в два дня без активного солнца (K).

Пример расчета

Исходные данные (произвольно):

• Телевизор мощностью Pа = 100 Вт работает t = 5 часов в сутки и 7 дней в неделю.
• Осветительные приборы общей мощностью Pа = 1000 Вт, t = 6 часов в сутки и 7 дней в неделю.
• Освещенность солнечной панели: T - 5,5 час в сутки (широта Москвы, лето).
• КПД инвертора - 0,9.
• Характеристика одной аккумуляторной батареи: Са - 225 А/ч, Uа - 12 В.
• Уровень разрядки АКБ - 0,7.

При суммарной мощности приборов 1100 Вт среднесуточный расход энергии составит Wн = 45,500 кВтч в неделю или Wс= 6,500 кВтч в сутки. Для точного расчета требуется учитывать вероятность одновременного использования приборов, пиковые и реактивные нагрузки или распределение нагрузки в течение суток.

По суммарной мощности потребителей 1,1 кВт выбираем инвертор мощностью 2 кВт (с перспективой роста и компенсации неучтенных нагрузок). Входное напряжение инвертора Uинв- 24 В.

Полная суточная токовая нагрузка на инвертор в А*ч с учетом КПД инвертора: Wc/КПД*Uинв = 6500/0,9*24 = 297,91 А*ч.

Эта величина важна для определения количества АКБ, тока подзарядки и, в конечном счете, надежности системы.

В нашем случае:

• Токовая нагрузка увеличивается в два раза для обеспечения двухдневного энергоснабжения.
• Учитываем допустимую глубину разрядки батареи 0,7.
• Получаем суммарную токовую нагрузку - 297,91*2*0,7 = 851,19 А*ч.

С учетом характеристики одной аккумуляторной батареи Са = 225 А*ч получаем число блоков батарей на напряжение 24 В (напряжение инвертора) 851,19/225 = 3,78. Округляем до 4-х. Для того чтобы получить Uа (12 В) на одну батарею соединяем в одном блоке две батареи последовательно. Итого получается 4 параллельно соединенных блока, состоящих из двух батарей каждый. Всего 8 аккумуляторов.

В дополнение к нагрузке потребителя необходимо добавить нагрузку, учитывающую подзарядку батарей. Она составляет 10% суммарной мощности аккумуляторного модуля (8*225*12) = 21600 Втч*10% = 216 Втч. Суммарная среднесуточное потребление будет составлять - 6500+216 = 6716 Втч.

Для обеспечения системы энергией солнечная батарея должна за время освещенности (T =5,5 часов) выработать среднесуточную потребность в электроэнергии (6716 Втч). Следовательно, блок из солнечных модулей (с выходным напряжением 24 В и мощностью 200 Вт каждый) должен состоять из 6 модулей (6716/5,5*200 = 6,10).

Вывод

Для энергообеспечения потребителя с активной мощностью 1100 Вт требуется 6 модулей солнечных элементов с выходными параметрами: Wmax=200 Вт и Uраб=24 В.

Солнечные батареи весьма целесообразно использовать тогда, когда производимый ими электрический ток перекрывает как минимум 50% потребности дома в электрической энергии. Идеально, если они полностью обеспечивают дом бесплатным электрическим током. Конечно, для того чтобы они могли выполнять любую из этих целей, нужно рассчитать реальную мощность солнечной батареи и на основе этой цифры определить, сколько панелей надо установить на крыше дома, а также какой будет термин их окупаемости.

Формула расчета реальной мощности панели

Сначала стоит отметить, что напрямую зависит от солнечного освещения. Чем больше лучей падает на батарею, тем больше тока она производит. И наоборот.

Производители указывают номинальную мощность , исходя из того, что на 1 кв. метр светочувствительных элементов падает 1 000 Вт солнечной энергии. На такую цифру стоит ориентироваться только тогда, когда в месте расположения частного дома, наблюдается такая же солнечная активность.

Реальную мощность солнечной панели можно рассчитать по формуле:

E = I x x Ko x Kпот .,

• где Е является реальной мощностью батареи (измеряется в кВт*ч),
• I представляет собой количество солнечное энергии, которое падает на крышу дома. Его измеряют в кВт*ч/м²;
• V является номинальной мощностью одной солнечной батареи (измеряется в Вт);
• U представляет собой величину солнечной радиации, на которую производитель ориентировался при расчете номинальной мощности. Обычно, эта величина постоянная и является равной 1 000 Вт/м² или 1 кВт/м²;
• Ко представляет собой поправочный коэффициент количества солнечной энергии, падающей на панель. Он зависит от угла наклона батареи и угла ее отклонения от южного направления;
• Кпот. является коэффициентом, который характеризует, сколько электрической энергии теряется во всей системе автономного электроснабжения.

Особенности используемых в формуле показателей

Величина солнечной энергии, падающей на крышу и стены дома в определенном регионе, может измеряться для разных промежутков времени. Метеорологи (именно они занимаются измерением этого показателя) рассчитывают годовую, месячную и дневную солнечную радиацию, приходящуюся на 1 кв. м. Если этот показатель годовой, то его единицей измерения является кВт*ч/(м²*год). Вместо слова «год» могут быть слова «месяц» и «день». Например, показатель 5 кВт*ч/(м²*день) означает, что за 1 день на 1 квадратный метр падает 5 кВт солнечной энергии.

В вышеуказанную формулу можно подставлять любой показатель. При этом следует помнить, что если подставляется годовая солнечная энергия, то результатом расчета будет такое количество электроэнергии, сколько панель производит за 1 год. Аналогично с показателями других промежутков времени. Наиболее целесообразно высчитывать месячную выработку электрической энергии. Это потому, что интенсивность освещения в каждом месяце различна, и для выработки, например, 10 кВт электричества, надо использовать , а также подключать соответствующее число аккумуляторов.

Хотя выражение включает в себя 2 показателя, его следует рассматривать, как один. Это потому, что он показывает производительность панели . Более правильно было бы использовать выражение , где S является площадью светочувствительных пластин в кв. м. Оно позволяет определить КПД солнечных батарей, а точнее, какую часть света может превратить 1 кв. метр панели в электрическую энергию.

Например, есть немецкая монокристаллическая панель SolarWorld 2015. Она имеет площадь 1,995 кв. метр и мощность 320 Вт. Ее КПД составляет 320 / (1 000 * 1,995) * 100 = 16,04%. Конечно, для применения в формуле выражение на 100 умножать не надо. В ней следует использовать число 0,1604.

Однако второе выражение не используют потому, что результатом будет мощность 1 кв. метра панели . Как известно, батарея редко имеет такую площадь. Этот ее показатель значительно больше. Например, вышеупомянутое изделие имеет площадь 1,995 м². В итоге, конечный рассчитанный по формуле результат нужно было бы умножать на площадь. Получилось бы так, что в числителе и знаменателе выражения будет S. А если S делить на S выйдет 1.

Ко берут из специальной таблицы, в которой разной величине угла наклона и угла отклонения от южного направления соответствует определенный коэффициент. Такую таблицу могут предоставить производители. Также они всегда могут дать полезные консультации, часть которых может касаться выбора аккумуляторов.

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 мощности солнечной панели

Он будет проводиться для вышеупомянутой батареи. Она будет монтироваться в регионе, расположенном на 50° северной широты. Угол наклона панели равен 50°, отклонение от южного направления нулевое. Потери электроэнергии в системе составляют 20%.

Значения используемых показателей являются такими:

• I = 1 000 кВт*ч/(м²*год);
• V = 0,32 кВт;
• U = 1 кВт/м²;
• Ко = 1,11;
• Кпот. = 0,8.

Тогда Е = 1 000 * 0,32 / 1 * 1,11 * 0,8 = 284,16 *ч/год . Это означает, что одна панель может выработать 284,16 кВт*ч за один год.

Мощность за месяц июнь составит 5,25 * 30 * 0,32 / 1 * 1,11 * 0,8 = 44,75 кВт*ч/мес., а за месяц декабрь — 0,86 * 31 * 0,32 / 1 * 1,11 * 0,8 = 7,57 кВт*ч/мес.

Расчет количества солнечных батарей

Он делается очень просто: общую потребность в электроэнергии делят на мощность панели. Общую потребность можно определить двумя способами:

1. Составить список всех электрических устройств , определить примерную продолжительность работы в течение месяца, рассчитать, сколько электроэнергии каждый из них потребляет в месяц (мощность умножается на число часов), и суммировать все полученные цифры.
2. Поднять квитанции по оплате за электроэнергию и найти самое большое употребленное за один месяц количество кВт*ч. На всякий случай полученную цифру можно умножить на 1,5.

Предположим, что за месяц 3-4 жители дома используют 300 кВт*ч. Чтобы полностью обеспечить себя своей электрической энергией, нужно иметь 300*12/284,16 = 12,66 панелей SolarWorld 2015. Конечную цифру округляют, конечно, в большую сторону. Поэтому покупать надо 13 панелей.

В 1991 году в Германии, в столице Баварии Мюнхене, открылась выставка INTERSOLAR EUROPE. На этой выставке ведущие производители систем солнечной энергетики представили свои самые новейшие разработки.

По замыслу организаторов этой выставки – компании Freiburg Wirtschaft Touristik und Messe GmbH & Co. KG – эта международная выставка была полностью посвящена использованию в различных сферах солнечных элементов фотовольтаики, а также компонентов солнечного теплоснабжения. Выставка сразу же привлекла внимание специалистов из многих стран мира. Она имела большой успех, поэтому организаторы решили сделать ее традиционной и проводить ежегодно.

На выставку, которая проходит в мае-июне, съезжаются руководители крупнейших компаний-производителей, а также компаний, использующих различные виды изделий солнечной энергетики, приезжают разработчики, инженеры, ученые, работающие в этой области.

Все хотят ознакомиться с новыми идеями, новейшими технологиями в области применения энергии солнца. Специалисты обмениваются опытом, представляют свои последние разработки. В выставочных залах можно увидеть миниатюрные зарядные устройства и самые мощные солнечные батареи, прозрачный телевизор на солнечных батареях и солнечный дом, различные приборы, устройства, машины, работающие исключительно от энергии солнца.

Эта выставка не предназначена для широкой публики, а рассчитана исключительно на профессионалов. На ее площадках проводятся семинары, конференции для специалистов, работающих в областях фотовольтаики, систем хранения энергии, возобновляемых отопительных технологий. Для презентации самых интересных разработок выделяются отдельные павильоны.

На двух последних выставках китайские и южнокорейские производители солнечных модулей представили свои новейшие изделия - панели мощностью более 300 ватт.

Солнечная батарея LG 315 N1C-G4 NeON™2

Уже из самого названия этого солнечного модуля южнокорейской компании LG следует, что заявленная мощность этого модуля составляет 315 ватт. Для компании LG очень важно выйти на рынок альтернативных источников энергии не просто в качестве одного из производителей, а в качестве одного из ведущих производителей систем фотовольтаики.

Поэтому гарантия качества продукции является одним из главных приоритетов компании. Солнечные панели разработаны и производятся с использованием самых передовых технологических процессов.

И фотопреобразователи, из которых составлена эта солнечная батарея, выполнены с наивысшими показателями качества и эффективности.

Ячейки выполнены на базе монокристаллического кремния по специальной двусторонней технологии. Благодаря своим качествам эти ячейки способны пропускать солнечные лучи, которые, отражаясь от специального покрытия тыльной стороны ячейки, способствуют повышению генерации электрического тока. То есть каждая ячейка может вырабатывать электрический ток обеими своими сторонами, повышая тем самым мощность модуля.

Модуль LG 315 N1C-G4 NeON™2. Лицевая сторона

Перед сборкой модуля каждая пластина проходит тщательнейший контроль на предмет строгого соответствия размерам (точность до микрометра) и обнаружения возможных механических повреждений. После проверки отобранные ячейки проходят очередную стадию подготовки. Для минимизации отражения солнечного света ячейки проходят стадию жидкостного травления щелочью. Ячейки с лицевой стороны ламинируются трехслойным покрытием EVA (этиленвинилацетат) и специальной отражающей пленкой с тыльной.

Модуль LG 315 N1C-G4 NeON™2. Тыльная сторона

Затем собранный модуль инкапсулируется для защиты ячеек от проникновения влаги, после чего покрывается трехмиллиметровым антибликовым противоударным стеклом. Рама модуля выполнена из анодированного профильного алюминия. На тыльной стороне устанавливается многофункциональная распределительная коробка с байпасными диодами.

Многофункциональная распределительная коробка

Благодаря такой технологии изготовления модули LG NeON ™ 2 имеют характерный черный цвет, что делает их привлекательными еще и с эстетической точки зрения.

Номинальная мощность 315 ватт.
Эффективность 19.2%
N-типа
Размеры (ДхШхТ) 1640х1000х40 миллиметров
Вес 17. 0 ± 0.5 кг
Тип разъемов МС-4
Класс защиты IP67
Стоимость модуля 30000 рублей

Солнечная батарея BenQ SunForte 333 PM096B00

В 2001 году на Тайване, в городе Синьчжу, произошло объединение двух крупных китайских компаний, работающих в области фотовольтаики. Новое объединение получило название BenQ Solar. Эта объединенная компания сразу заявила о себе, выпустив на мировые рынки высококачественные мощные гелиевые модули.

Солидная научно-исследовательская база и высокотехнологичные производственные мощности позволяют компании постоянно совершенствовать свою продукцию, внедряя самые передовые технологии. Начиная с 2013 года, компания приступила к производству гелиевых модулей по так называемой «обратно-контактной технологии.

Применение этой технологии дало возможность резко повысить мощность солнечных батарей при одновременном уменьшении размеров. Параллельно была увеличена и эффективность изделий.

Солнечная батарея SunForte PM096B00

Модуль SunForte PM096B00 – это на сегодняшний день самый мощный модуль, выпускаемый компанией BenQ Solar. Он выполнен по обратно-контактной технологии, что позволило получить выходную мощность 333 ватта при подтвержденной эффективности 20.4%.

По сравнению с традиционными модулями при равных габаритных размерах эти солнечные батареи производят значительно больше электроэнергии, что дает возможность уменьшить количество модулей и занимаемую ими площадь. Потери мощности составляют 5% за 5 лет, 13% за 25 лет эксплуатации.

Площадь, занимая обычными батареями для домашней электростанции в 4410 ватт

Площадь, занимая батареями SunForte PM096B00 для домашней электростанции в 5940 ватт

Модули сертифицированы по IEC/EN 61215 , IEC/EN 61730 и UL 1703.
Ячейки модуля ламинированы трехслойным покрытием пленки EVA, сам модуль защищен закаленным противоударным стеклом с антибликовым покрытием, толщиной 3.2 миллиметра. На тыльной стороне модуля расположена многофункциональная распределительная коробка с байпасными диодами и соединительными кабелями. Модуль заключен в профиль из анодированного алюминия, покрытого черной краской.

Основные характеристики модуля.
Номинальная мощность 333 ватта.
Эффективность 20.4%
Количество ячеек 96 (8х12) штук
Материал Монокристаллический кремний
Тип ячеек Высокоэффективные с задними проводниками
Размеры (ДхШхТ) 1559х1046х46 миллиметров
Вес 18.6
Тип разъемов ТЕ, совместимые с МС-4
Класс защиты IP67
Стоимость модуля 34000 рублей.

Солнечная батарея NeON™ 2 BiFacial

Настоящей изюминкой Мюнхенской выставки INTERSOLAR EUROPE в 2016 году стала гелиевая панель NeON™ 2 BiFacial южнокорейской компании LG, которая каждый год представляет здесь свои новейшие разработки. И в последние годы эти новинки удостаиваются высших наград выставки. Не стал исключением и 2016 год. Двусторонний гелиевый модуль NeON™ 2 BiFacial заслуженно получил очередную награду.

Гелиевая батарея компании LG NeON™ 2 BiFacial

На сегодняшний день это самый мощный модуль с повышенной эффективностью. Его прозрачные фотоэлементы собирают не только свет, попадающий на его лицевую сторону, но и отраженный, попадающий на тыльную сторону ячеек.

Обычная ячейка LG и ячейка NeON™ 2 BiFacial

Лицевая сторона этой солнечной панели при оптимальных условиях генерирует электрический ток мощностью 310 ватт. Тыльная сторона панели генерирует дополнительно до 30% мощности лицевой панели. Подтвержденная максимальная мощность модуля составляет 400 ватт! Номинальная мощность не менее 375 ватт.

Кроме того, в модуле NeON™ 2 BiFacial используется новейшая технология LG, получившая название Сello Technology™. Эта технология дала возможность перенаправить токопроводящие пути. Пути генерируемого электричества к выходу модуля были распределены на 12 тонких проводников, что позволило снизить потери электроэнергии по сравнению с традиционными схемами.

Новые технологии компании LG

Основные характеристики модуля.
Номинальная мощность 375 ватт.
Максимальная мощность 400 ватт.
Отклонение номинальной мощности 0/+3%
Эффективность 19.6%
Количество ячеек 60 (6х10) штук
Материал Монокристаллический кремний
Тип разъемов МС-4
Класс защиты IP67

Солнечная батарея NeON™ 2 BiFacial на выставке INTERSOLAR EUROPE 2016

С 31 мая по 2 июня 2017 года в Мюнхене будет проходить очередная выставка INTERSOLAR EUROPE. И нет сомнения в том, что на ней появятся очередные новинки и солнечные модули гораздо большей мощности. Наука ведь не стоит на месте.

Сознаемся мы себе или нет - сути это не меняет. Очень часто мы, приступая к реализации серьезных, тем более, менее серьезных своих планов, пренебрегаем проектами или расчетами. Это, как правило, не приводит к ожидаемым результатам, либо итоговые временные или материальные затраты оказываются совсем не ожидаемыми. Конечно же все необходимо считать. С этим вряд ли кто не согласится.

Что касается солнечных батарей, расчет их мощности просто необходим, поскольку малейшее отклонение в любую сторону приводит к изменению материальных затрат на порядок.

Есть еще одна бесспорная польза от процедуры расчета - формируется осознанное четкое понимание порядка эксплуатации будущей солнечной электростанции. Только человек, эксплуатировавший в своем доме автономную систему электроснабжения, до конца поймет, что это означает.

А понимание это сводится к одному: как сохранить каждый Ватт*час добытой энергии. В доме, электроснабжение которого осуществляется автономной системой, вы не увидите без надобности светящихся ламп освещения, как это часто бывает при традиционном электроснабжении.

В процессе пользования солнечной электростанции у вас в доме могут появиться такие приборы, как датчики движения, таймеры для автоматического управления освещением, фотореле для управления наружным освещением и т.д. Это войдет в привычную норму.

Вы не удивляйтесь, что я уделяю этому вопросу столько времени. Это действительно следует знать и понимать. Кто-то отнесет необходимость контроля каждого Ватт*час к недостаткам, я с ним не соглашусь.

Во-первых, давайте вспомним тех у кого других вариантов электроснабжения просто нет. Во-вторых, когда это здравая экономия стала, вдруг, недостатком! Согласитесь, было бы расточительно “вбухивать” заведомо бОльшие деньги в систему электроснабжения только для того, чтобы бесконтрольно транжирить энергию.

Начало расчета солнечной электростанции заключается в подсчете суммарной нагрузки потребления вашего дома. Примеров таких расчетов в разных интерпретациях много, и с описательной частью, и в режиме он-лайн. Ничего нового в данном случае выдумывать не стоит. Сначала ставится цель, потом ищутся пути её достижения. Также и здесь: сначала выясняются потребности, а потом рассчитываются технические и материальные возможности их удовлетворения.

Подсчет суммарной нагрузки потребления

Это первый этап расчета. Начинается он с того, что вы берете чистый лист бумаги и на нем составляете перечень всех приборов и устройств, которые, как вы предполагаете, будут использоваться в доме. Для начала делаете этот перечень не вникая в количественный и качественный его состав. На первом этапе расчета, если вам не приходилось его делать, трудно сделать заключение о том, целесообразно или нет оставлять тот или иной прибор в списке. Добавлять, вычеркивать или заменять будем после, когда порядок материальных затрат будет ясен.

А пока пишите:

Энергосберегающая лампа

Телевизор

Электронасос

• Холодильник

  Электрочайник

  Стиральная машина

  Микроволновая печь

Следующим шагом будет выяснение потребляемой мощности каждого из приборов. Это можно выяснить из паспортов на приборы или посмотреть бирки на самих приборах, где указаны их характеристики, в том числе и мощность потребления. В крайнем случае, если нет паспортов и бирок, можно выяснить необходимую информацию у менеджеров продаж в магазинах. Ну и, наконец, у вас же под рукой интернет, эти данные можно поискать через поисковые системы.

Я же проставляю ориентировочные числа, только лишь для того, чтобы показать порядок действий:

Если вы обратили внимание на первые две позиции, то, как видите, я разделил лампы с разной мощностью потребления. Нет необходимости в маленьких и редко посещаемых помещениях ставить лампы такие же, как и в жилых комнатах. А поскольку следующим шагом будет простановка общего времени работы этих приборов в течение суток, то и нет смысла эти лампы объединять в одной позиции.

Проставляем количество и общее время работы в сутки:

Следует пояснить результаты в последнем столбце. К примеру, если вы пылесосом пользуетесь не ежедневно, а один раз в неделю по 2 часа, то в месяц общее время составит 2 Х 4 = 8 часов, т.е. в сутки 8 часов: 30 = 0,3 часа. То же самое и с насосом. Если вам приходится накачивать воду, предположим, два раза в неделю и этот процесс длится 2 часа, то 2 Х 2 = 4 часа, 4 Х 4 = 16 часов, 16: 30 = 0,6 часов. Разумеется округляете в большую сторону.

Наименование	Мощность, Вт	Кол-во, шт.	Время, час	Вт*час
Энергосберегающая лампа	11	5	4,0	220,0
Энергосберегающая лампа	8	3	0,2	4,8
Телевизор	150	1	1,5	225,0
Электронасос	600	1	0,6	360,0
Утюг	1500	1	0,3	450,0
Ноутбук	350	1	1,0	350,0
Холодильник	250	1	12,0	3000,0
Электрочайник	1000	1	1,0	1000,0
Стиральная машина	1500	1	0,4	600,0
Микроволновая печь	1500	1	1,0	1500,0
Пылесос	700	1	0,3	210,0

Завершающая стадия подсчета суточного потребления - сложить все результаты последнего столбца. Результат получится: 7919,8 Вт*час в сутки.

Ну, что ж, давайте приступим к расчету солнечных батарей. У нас есть величина суточного потребления в размере 7919,8 Вт*час, от которой мы и будем “отталкиваться”.

Выбор величины напряжения постоянного тока системы

Выбор величины напряжения системы необходим, во-первых, для выбора приборов системы с точки зрения их согласованности по напряжению, инвертора, контроллера заряда батарей, во-вторых, от величины этого напряжения будут зависеть схемы соединения солнечных модулей и аккумуляторных батарей, ну и, в третьих, для дальнейших расчетов солнечных батарей.

Обычно для автономных систем электроснабжения частного жилого дома выбирается либо 12 В, либо 24 В. Если, конечно, система электроснабжения не слишком мощная и эта, её мощность, не вынуждает прибегать к напряжению 36 В или, допустим, 48 В, чтобы снизить токи в цепях, а значит, иметь возможность использовать провод меньшего сечения, т. е. более дешевый.

В нашем случае я предлагаю придерживаться следующей логики: если вы не планируете наращивать систему электроснабжения, а предполагаете ограничится 1000 Вт или 2000 Вт, то вполне достаточно остановиться на 12 В.

В случае же, если в ваших планах её наращивать, кроме того, эксплуатировать в зимний период, разумнее строить 24-х вольтовую систему. Это будет разумно потому, что на определенном этапе эксплуатации системы электроснабжения вы, скорее всего, придете к неизбежности дополнить её ветрогенератором. Это вполне логично и дает системе неоспоримые преимущества при эксплуатации круглый год. Мы об этом еще поговорим, когда коснемся темы ветрогенераторов.

Так вот, чтобы вам не пришлось менять однажды установленные приборы, лучше сразу выбрать вариант на 24 В, тогда и ветрогенератор с выходом в 24 В без особых затруднений впишется в вашу существующую систему.

И так. Предположим, что мы останавливаемся на варианте системы электроснабжения 24 В. Я этот выбор делаю в нашем примере, чтобы показать более наглядный пример расчета. Вы же поступайте так, как считаете нужным исходя из ваших данных, конечно с учетом вышесказанного.

Определение требуемого количества энергии в сутки

Для определения требуемого количества энергии в сутки нам необходимо вычисленное намизначение суточного потребления - 7919,8 Вт*час разделить на выбранное нами напряжение системы - 24 В. Результат этого деления составит 330 А*час.

Но мы не должны забывать, что инвертор сам потребляет часть энергии на собственные нужды. Значит мы должны предусмотреть запас энергии и для него. Исходя из этого полученный результат 330 А*час мы умножим на коэффициент 1,2 и получим 396 А*час.

Таким образом мы вычислили суточную величину энергии необходимой для обеспечения электроснабжения наших потребителей. И она составила 396 А*час.

Что не следует забывать при выборе солнечных модулей

Бесспорно электрические характеристики фотоэлектрических модулей играют первостепенную важность. Мощность, напряжение, ток. Но нельзя не обращать внимание и на такие параметры, как габариты, конструктивное исполнение, вес и т. д.

Давайте по порядку перечислим характеристики и параметры этих устройств и попутно отметим, как та или иная величина этих показателей может повлиять на дальнейшую эксплуатацию.

Напряжение

Начнем, конечно же, с напряжения. От выбора величины напряжения будет зависеть выбор контроллера заряда батарей, выбор напряжения аккумуляторов и, соответственно, схема их соединения.

В этом выборе догм нет, вы можете выбирать любое напряжение. Но! Самое главное, чтобы оно было стандартизированным. В противном случае вы столкнетесь со сложностью подбора такого оборудования, как контроллер заряда, инвертор, аккумуляторные батареи. Даже исходя из стандартизированной линейки напряжений, есть смысл посмотреть на какие напряжения доступны все необходимые приборы. Это, как правило, 12 Вольт, 24 Вольта, 48 Вольт.

Здесь необходимо сделать небольшую ремарку. Вы обращали внимание на то, что величина напряжения, а их для фотоэлектрического модуля приводят, как правило две (напряжение максимальной мощности и напряжение холостого хода), отличается от стандартного в большую сторону. Это необходимо для того, чтобы обеспечить полный заряд аккумуляторов. Этот запас предназначается для компенсации потерь в системе и учитывает работу модуля в реальных условиях, когда солнечная инсоляция не равна 1000 Вт/кв. м, температура не соответствует 25 градусам по Цельсию.

Мы остановились на 12, 24, 48 Вольтах. Другие величины выбирать смысла уже не имеет по той причине, что найти, при необходимости, устройство с иным напряжением будет сложнее. Зачем заведомо создавать себе трудности.

Учесть следует и такой момент, что некоторые модули рассчитаны на нестандартные напряжения и предназначены для работы с сетевыми инверторами. По этой причине нас они интересовать не могут.

Вообще главным принципом построения любой системы должно быть - по-возможности, избегать использование уникальных устройств. Узлы и приборы должны быть стандартными и максимально доступными. Только в этом случае вы обеспечите продолжительную работоспособность вашей системы.

Мощность и ток

Разумеется общую мощность вы набираете из тех модулей, напряжение которых соответствует выбранному ранее для системы. Напоминать, что они должны быть с одинаковыми характеристиками, думаю, не надо.

Путем соединения их либо параллельно, если напряжение каждого из них равно выбранному, либо последовательно, в случае, когда напряжение каждого из них меньше выбранного. Ну и последовательно-параллельно, чтобы обеспечить суммарную мощность при обеспечении выбранного напряжения системы. Кто пропустил статью , рекомендую прочитать.

Как только вы определились с количеством модулей и схемой их соединения, можете на основании результирующего тока сделать выбор контроллера заряда, ведь напряжение системы вами уже выбрано.

Габариты и вес

Помня такую истину, что каждое дополнительное электрическое соединение в системе повышает вероятность отказа (поломки), мы понимаем, что единый модуль соответствующий требуемым мощности и напряжению, был бы идеальным вариантом для нас. Ни тебе лишних соединений, ни тебе лишних проводов.

Но мы же понимаем, что это невозможно. Да и по большому счету не нужно. Не нужно хотя бы потому, что в этом случае мы лишаем нашу систему гибкости, да и ремонтопригодность тоже пострадает. Я не говорю уже про вес, который будет играть не последнюю роль при монтаже.

Гораздо сложнее будет нарастить систему, изменить напряжение системы, если такое вдруг понадобиться. Отремонтировать модуль, в конце концов. Опять же высокая парусность. Это тоже не следует снимать со счетов, ведь вы будете монтировать модули на открытой всем ветрам поверхности.

Тем не менее, не забывая про упомянутую истину, мы должны обратить внимание на габариты модулей с точки зрения монтажа (не каждый габарит позволит производить монтаж без подъемных механизмов), укладки на кровле (отсутствие затенения на протяжении всего светового дня).

С другой стороны слишком мельчить с габаритами - дороже обойдется.

Конструктивное исполнение

Конструктивное исполнение тоже играет немаловажную роль как в плане эксплуатационных характеристик так и с финансовой точки зрения. Бескаркасные модули, к примеру, будут стоить дешевле, но использовать именно их можно и нужно лишь в том случае, если у вас есть возможность выполнить монтаж таким образом, чтобы обеспечить их нормальную эксплуатацию без каркасов.

Либо вы имеете возможность самостоятельно изготовить каркас и это обойдется вам дешевле. Только следует учесть и вопрос герметизации модуля, поскольку при попадании воздуха и влаги происходит окисление контактов. Это значительно сокращает срок их службы.

Такие вещи, как стекла. Они бывают разные и от этого тоже зависит цена. Обычные стекла приводят к потерям до 15% из-за отражения. Стекла, выдерживающие ударную нагрузку, может быть, и будут лишними, а вот стекла с повышенной степенью прозрачности рассмотреть смысл имеет.