Как рассчитать необходимую мощность солнечной электростанции

Как рассчитать необходимую мощность солнечной электростанции

Расчет солнечных батарей для частного дома или дачи

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

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

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

Потребности в электроэнергии

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

Количество солнечных дней

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

Читайте также: Генератор постоянного тока: устройство и принцип действия

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

Расчет мощности солнечных батарей

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

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

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

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

Формула

Формула расчета солнечных панелей выглядит следующим образом:

Pсп=Eп*k* Pинс / Eинс,

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

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

Расчет ёмкости аккумуляторной батареи для солнечных панелей

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

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

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

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

Расчет и выбор инвертора

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

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

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

Читайте также: Как правильно выбрать трехфазный стабилизатор напряжения для дома

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

Как выбрать остальные составляющие системы

Обязательными компонентами для работы солнечной батареи является инвертор и аккумулятор, а так же крепления для солнечных панелей. Для обеспечения дома энергией и правильной работы системы при их выборе также необходимо учитывать определенные технические характеристики.

Выбор емкости аккумуляторов

Зачем нужно выбирать емкость аккумулятора? В солнечной батарее вырабатывается энергия, которая накапливается в аккумуляторе, с целью выполнения трех важных функций:

• компенсировать периоды плохой погоды и продолжать электроснабжение дома;
• покрывать пиковую нагрузку;
• обеспечить электроэнергией частный дом в ночное время.

На сегодняшний день нет проблем с выбором аккумулятора, промышленность выпускает разнообразные модели для систем резервного питания, которые отлично подходят для солнечной батареи. Но проблема может возникнуть в том случае, если для большого количества модулей будет недостаточно емкости одного аккумулятора, поэтому очень важно правильно выбрать солнечный аккумулятор с учетом потребляемой энергии и технических характеристик устройства. Например, аккумулятор мощностью 12В и емкостью 100А/ч (ампер/час) может сохранять 1200 Вт*ч. Но постоянно аккумулятор не может сохранять столько энергии, так как его работа напрямую зависит от зарядки и интенсивности использования. Специалисты советуют производить расчеты так, чтобы размер батареи аккумулятора позволял сохранить энергии минимум на 4 дня. Если более понятным языком: представим потребность дома в 3600 Вт*ч в день, теперь делим эту цифру на напряжение 12Вт, после чего получаем дневную норму 300 А*ч. То есть на 4 дня бесперебойной работы нам нужен заряд 1200 А*ч.

Аккумуляторы для солнечных панелей

Перед покупкой и выбором типа аккумулятора учитывайте, что батарея из свинца требует на 20% больше от рассчитанного значения, так как ей нежелательно полностью разряжаться. А вот, например, для батареи кадмиево-никелевой дополнительно уже потребуется свыше 20%. То же самое правило применяется и к железо-никелевым. Насчет щелочных можете быть спокойны, так как полная разрядка аккумулятора не вредит их сроку службу и общей работе.

Для того чтобы аккумулятор прослужил заявленный срок и не подвергался перенапряжениям или, наоборот, глубокой разрядке, необходимо использовать качественный контроллер.

Выбор инвертора

С помощью инвертора постоянная энергия, получаемая панелями от солнца, превращается в переменную с повышением напряжения до 220В, необходимого для обеспечения бытовых потребностей. Мощность инвертора начинается от 250 Вт и может достигать 8000 Вт. Оптимальным вариантом является инвертор с мощностью 3000 Вт, который способен обслуживать сразу несколько модулей параллельного подключения. Специалисты советуют выбирать для дома трехфазные синусоидальные инверторы. Они отличаются надежностью, высоким качеством и долгим сроком службы. Кроме того, они также могут служить «буфером» для вывода излишней солнечной электроэнергии в общую сеть.

Стоимость солнечных батарей и аккумуляторов

Цены панелей и аккумуляторов имеют широкий диапазон, обусловленный множеством вариантов конструкции, мощности и прочих параметров. Однако, рассчитывать расходы следует только по расчетному составу солнечной электростанции, включающему в себя вполне определенные виды оборудования.

Внимание! Приобретение аппаратуры по отдельности нецелесообразно, поскольку в результате можно получить разнородное оборудование, не способное работать в связке. Правильнее приобретать готовые комплексы, составленные из полностью совместимого оборудования.

Начальная стоимость станции составляет 5 тыс. руб. и увеличивается пропорционально мощности, емкости АКБ и прочим возможностям комплекса. Верхнего предела практически не существует, так как количество солнечных панелей может быть бесконечно.

Подбор солнечных батарей, контроллера, инвертора

Вводим данные в калькулятор, выбираем 20 батарей по 280 ватт и получаем следующую грустную кривую:

Почему грустную? Потому что летом выработка будет 28 киловатт-часов в сутки, в 7 раз больше, чем нам надо. А зимой даже меньше, чем надо. 12 солнечных батарей дали бы нам необходимую мощность с середины января по конец ноября, удваиваем количество батарей — получаем плюс десяток дней.

Читайте также: Сравниваю, какой стабилизатор лучше — релейный или электромеханический?

Возьмём разумный компромисс. Пусть в декабре и первой половине января свет будет работать не всю ночь, а вдвое меньше — насколько хватит солнечных батарей. Будем считать 12 солнечных панелей по 280 ватт.

Итак, 12 солнечных батарей по 280 ватт.

Суммарная максимальная мощность, которая идёт из батарей — 3360 ватт. То есть, более, чем в 10 раз больше, чем нам нужно для освещения, если бы оно горело напрямую от батарей. Но оно горит от аккумуляторов в тёмное время суток, когда солнца нет, так что ток от батарей сначала заряжает аккумуляторы через контроллер, потом идёт на инвертор, потом уже на освещение.

3360 ватт делим на 48 вольт, получаем ток 70 ампер. Это максимальный ток, который пойдёт от батарей, по нему надо считать контроллер и кабели.

Посчитаем контроллер отечественного производителя КЭС DOMINATOR MPPT 200/100. Максимальный ток 100 ампер (вдруг захотят ещё три батареи добавить). Стоимость 49900 рублей.

Инвертор МАП «Энергия» SIN Pro 48/220В 3.0 КВт. 51500 рублей. Это инвертор минимальной мощности на 48 вольт.

Выводы

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

Как рассчитать необходимую мощность солнечной электростанции

В настоящее время, т.к. “зеленый тариф” еще не вступил в силу (он будет введен весной 2020 г.) сетевая солнечная электростанция окупится максимально быстро, если вы будете использовать всю вырабатываемую солнечными модулями энергию, и излишков не будет, ведь сейчас они просто теряются. Понять необходимую мощность достаточно легко.

Самое главное, понять ваше среднемесячное потребление. Легче всего это сделать посмотрев свои “платежки” за электричество. В них указан месячный расход электроэнергии. Сетевая солнечная электростанция работает в светлое время суток, когда светит солнце и не замещает ночное потребление, но надо учитывать, что ночью тариф существенно дешевле, поэтому мы как раз экономим на дневном, дорогом тарифе. Исходя из вышесказанного, мы понимаем, что 100% потребления сетевая солнечная электростанция не заместит, обычно мы можем говорить о замещении 60-70% потребления, т.к. остальная часть приходится на вечернее-ночное время. И так, разберем на примере, как рассчитать оптимальную мощность сетевой солнечной электростанции для экономии электроэнергии:

• По платежкам мы видим, что среднее потребление весна-осень — 550 кВт*ч, а зимой потребление доходит до 1000 кВт*ч. Зимнее потребление практически всегда выше летнего, но т.к. солнце лучше “работает” именно весна-осень, мы рекомендуем подбирать мощность солнечной электростанции, именно исходя из летнего потребления, чтобы по максимуму экономить летом и проецировать сэкономленные кВт*ч на зиму, если мы будем стараться закрыть именно зимнее потребление, то нам потребуется такая мощность электростанции, которая будет давать очень большой избыток, не используемой энергии, в летний период, это будет актуально только с введение “зеленого тарифа”, поэтому сейчас лучше подбирать мощностьсолнечной электростанции, именно для своих нужд и минимальным количеством излишней энергии. С введением “зеленого” тарифа, мощность солнечной электростанции можно будет увеличить, тем более наша компания предлагает очень легкий способ масштабирования солнечных электростанций!
• И так, мы ориентируемся на максимальное замещение весенне-осеннего потребления, и можем замещать около 70%, т.к. остальные кВт*ч мы потребляем в вечернее и ночное время. Общее среднемесячное дневное потребление составляет 550 кВт* 0,7 = 385 кВт*ч в месяч, среднесуточное дневное потребление 385 кВт*ч / 30 = 12,8 кВт*ч. И так, нам надо получать 12,8 кВт*ч электроэнергии в день, чтобы максимально заместить дневное электропотребление в доме и экономить на более дорогом дневном тарифе. В среднем в Подмоковье за 8 месяцев (март-октябрь) уровень инсоляции равен 4,2 кВт*ч/м2 в сутки (по данным NASA Surface meteorology and Solar Energy). Поэтому, мы делим требуемое количество кВт*ч — 12,8 на уровень инсоляции и получаем требуемую мощность:

То есть оптимальна для нас Сетевая солнечная электростанция 3 кВт

Ниже мы приведем сравнительный график потребления на объекте и выработки станции (исходя из цифр выше).

Как мы видим, даже с таким расчетом летом у нас будут излишки, и солнечная электростанция будет генерировать более 400 кВт*ч в месяц, при требуемых 385 кВт*ч, суммарно по году солнечная электростанция заместит до 50% всего потребления на объекте.

И если раньше за год, при тарифе 6 руб./кВт*ч, вы платили 8300*6= 49 800 рублей, то с установкой солнечной электростанции станете платить (8300-3806,5)*6=27 561 рубль. И экономить 22 239 рублей в год!

С учетом минимального срока службы солнечной электростанции 25 лет, за это время вы сможете сэкономить более
550.000 рублей
, и это без учета ежегодного роста тарифа, а растут они постоянно и стабильно!

В этой статье вы сможете прочитать про сроки окупаемости сетевой солнечной электростанции, а здесь ознакомиться с реальными цифрами по результатам работы одной из солнечных электростанций смонтированных нашей компанией.

Также вы можете воспользоваться калькулятором для расчета требуемой мощности, но в настоящее время он вам покажет мощность требуемую с учетом зимнего времени (то есть максимальную). Поэтому лучше всего обратиться за расчетом к нашим инженерам, они смогут рассчитать максимально эффективное решение, осуществить бесплатный выезд на объект, для замера реального текущего потребления и согласовать варианты и место установки солнечной электростанции, для ее оптимальной работы.

Необходимое количество солнечных батарей для дома

Альтернативные источники энергии позволяют владельцам частных домов существенно экономить на электричестве и вносить свой вклад в сохранение окружающей среды. Солнечные батареи относятся к самым популярным элементам мини-электростанций, которые сегодня нередко приобретают и промышленные производства. Но правильно рассчитать необходимое количество солнечных батарей для дома самостоятельно удаётся далеко не каждому. И здесь мы готовы вам помочь.

Что такое солнечная батарея

Солнечные батареи представляют собой технологичные панели с высокой степенью светопоглощения. Они трансформируют солнечный свет в электроэнергию, которая идёт в сеть напрямую или поступает в накопитель. Батареи могут устанавливаться не только в южных, но и в северных регионах с небольшим количеством солнечных дней.

Важно!

Мощность оборудования зависит от многих параметров. Самые современные образцы дают около 40-60% КПД, что считается идеальным для бытового использования.

Конструкция солнечных батарей довольно проста – основа, на которую наносится полупроводник. Каждый элемент способен самостоятельно поглощать энергию, но наиболее эффективна система из нескольких объединённых между собой панелей.

Количество солнечных батарей для дома напрямую влияет на производительность системы. Поэтому перед их покупкой необходимо провести тщательные расчёты.

Разновидности батарей

Крупные производители выпускают несколько видов солнечных панелей. Их особенности стоит изучить ещё до обращения к фирмам, выпускающим подобное оборудование. Все модели можно разделить на 3 объёмные группы:

• монокристаллические;
• поликристаллические;
• аморфные.

Каждый тип имеет свои отличительные черты.

Монокристаллические панели довольно распространены. Они изготавливаются из кристалла кремния и дают высокий КПД – до 25%. Чаще всего панели делают со скошенным срезом и довольно тонкими. Их отличают высокое качество, простота монтажа и достойная производительность. Но стоимость таких моделей значительно выше среднего уровня, а их габариты внушительны.

Поликристаллические панели создаются из кремния, который состоит из множества расплавленных кристаллов. Данная технология снижает издержки производства, поэтому довольно распространена. Среди плюсов таких устройств доступная цена, простота и широкий модельный ряд. К минусам можно отнести небольшой КПД – он не превышает 18%.

Аморфные панели появились не так давно. Они могут быть гибкими и способны работать даже в условиях низкой освещённости. Достоинства подобных моделей – самая доступная цена в сегменте, незначительный вес, актуальность для северных районов и возможность незаметно встроить оборудование практически в любую конструкцию. Среди недостатков чаще всего называют низкий КПД и необходимость устанавливать большее количество элементов, чем обычно.

Также модели делят на:

1. Односторонние. Они поглощают свет одной стороной и являются самыми востребованными.
2. Двусторонние. Практически нигде не применяются, так как для эффективной работы нуждаются в дополнении в виде сложной и дорогой отражающей системы.

Важно!

В отдельную группу выделены арсенид-галлиевые модели. Они считаются не только самыми производительными, но и самыми дорогостоящими. Поэтому частные лица не рассматривают их для установки.

Место установки солнечных батарей тоже влияет

Вариантов фиксации панелей немало. Но не все они одинаково эффективны.

На крыше

Для частного дома крыша становится идеальным местом для крепления солнечных элементов. Но продумывая способ крепления, учитывайте изменение наклона падения солнечных лучей в зависимости от времени года. Современные крепежи дают возможность регулировать наклон либо самостоятельно отслеживают положение солнце, автоматически подстраиваясь под изменившиеся условия. Также проследите, чтобы вблизи крыши не росли деревья, загораживающие столь необходимый свет.

На стене дома с южной стороны

Если по тем или иным причинам закрепить панели на крыше нельзя, рассмотрите вариант с южной стеной дома. Но от такой системы КПД будет существенно меньше, так как падать солнечные лучи будут не под прямым углом.

На земле при участии крепежной системы

Такой вариант владельцы домов используют редко. И причина тому – дорогостоящая система креплений, которая с помощью трекеров следит за положением солнца. Сама конструкция получается очень тяжёлой и габаритной.

На балконе

Во многоквартирном доме для размещения солнечных панелей часто рассматривают балкон. Данный вариант нельзя назвать лучшим, но определённую эффективность от него можно ожидать. Особенно если балкон находится на южной стороне и не закрыт деревьями.

Состав комплекта для работы солнечных батарей

Чтобы получать энергию от солнца, мало купить и установить специальные панели. Для этого необходимо обзавестись полноценным комплектом оборудования, состоящим из следующих элементов:

1. Солнечные панели. Их количество рассчитывается заранее, а сами батареи устанавливаются снаружи строения.
2. Контроллер заряда. Он служит в качестве передатчика преобразованной в электричество солнечной энергии.
3. Аккумулятор. Устройство накапливает полученную энергию.
4. Инвертор. Преобразует постоянный ток в переменный и подаёт его потребителю.

Важно!

Некоторые комплекты изначально имеют малую мощность, которой только-только хватает на обеспечение работоспособности бытовых приборов. Но существует и иное оборудование – оно даёт излишки.

Эти излишки можно отдавать в сеть, за что владелец дома получит от электрокомпании льготы или скидки.

Мощность солнечной электростанции всегда можно увеличить путём изменения количества солнечных панелей и установки более ёмкого аккумулятора.

Какие расчеты необходимы для системы

Производительность мини-электростанции весьма приблизительная величина, так как находится в зависимости от многих факторов. Но всё же без точных расчётов в этом вопросе не обойтись.

Как рассчитать солнечные панели

Сегодня займемся расчетом нужного для домовой электростанции количества материалов, в частности, солнечных панелей и аккумуляторов. Ниже приведена таблица для широты Москвы.

Расчёт мощности солнечных батарей

Чтобы рассчитать необходимую мощность солнечных батарей нужно знать сколько энергии вы потребляете. Например если ваше потребление энергии составляет 100 кВт*ч в месяц (показания можно посмотреть по счётчику электроэнергии), то соответственно вам нужно чтобы солнечные панели вырабатывали такое количество энергии.

Сами солнечные батареи вырабатывают солнечную энергию только в светлое время суток. И выдают свою паспортную мощность только при наличие чистого неба и падении солнечных лучей под прямым углом.

При падении солнца под углами мощность и выработка электроэнергии заметно падает, и чем острее угол падения солнечных лучей тем падение мощности больше. В пасмурную погоду мощность солнечных батарей падает в 15-20 раз, даже при лёгких облачках и дымке мощность солнечных батарей падает в 2-3 раза, и это всё надо учитывать.

При расчёте лучше брать рабочее время, при котором солнечные батареи работают почти на всю мощность, равным 7 часов, это с 9 утра до 4 часов вечера. Панели конечно летом будут работать от рассвета до заката, но утром и вечером выработка будет совсем небольшая, по объёму всего 20-30% от общей дневной выработки, а 70% энергии будет вырабатываться в интервале с 9 до 16 часов. Таким образом массив панелей мощностью 1 кВт (1000 ватт) за летний солнечный день выдаст за период с 9-ти до 16-ти часов 7 кВт*ч электроэнергии, и 210 кВт*ч в месяц. Плюс ещё 3 кВт (30%) за утро и вечер, но пускай это будет запасом так-как возможна переменная облачность. И панели у нас установлены стационарно, и угол падения солнечных лучей изменяется, от этого естественно панели не будут выдавать свою мощность на 100%. Я думаю понятно что если массив панелей будет на 2 кВт, то выработка энергии будет 420 кВт*ч в месяц. А если будет одна панелька на 100 ватт, то в день она будет давать всего 700 ватт*ч энергии, а в месяц 21 кВт.

Неплохо иметь 210 кВт*ч в месяц с массива мощностью всего 1кВт, но здесь не всё так просто. Во-первых не бывает такого что все 30 дней в месяце солнечные, поэтому надо посмотреть архив погоды по региону и узнать сколько примерно пасмурных дней по месяцам. В итоге наверно 5-6 дней точно будут пасмурные, когда солнечные панели и половины электроэнергии не будут вырабатывать. Значит можно смело вычеркнуть 4 дня, и получится уже не 210кВт*ч, а 186кВт*ч. Так-же нужно понимать что весной и осенью световой день короче и облачных дней значительно больше, поэтому если вы хотите пользоваться солнечной энергией с марта по октябрь, то нужно увеличить массив солнечных батарей на 30-50% в зависимости от конкретного региона.

Угол наклона панелей зависит от места расположения электростанции

Но это ещё не всё, также есть серьёзные потери в аккумуляторах, и в преобразователей (инверторе), которые тоже надо учитывать, об этом далее. Про зиму я пока говорить не буду так-как это время совсем плачевное по выработке электроэнергии, и тут когда неделями нет солнца, уже никакой массив солнечных батарей не поможет, и нужно будет или питаться от сети в такие периоды, или ставить бензогенератор. Хорошо помогает также установка ветрогенератора, зимой он становится основным источником выработки электроэнергии, но если конечно в вашем регионе ветренные зимы, и ветрогенератор достаточной мощности.

Расчет солнечных панелей – порядок действий

Вычисляем необходимую потребителю мощность приборов

Для начала необходимо рассчитать точное количество приборов, которые нужно обеспечить электроэнергией с учетом энергопотребления каждого из них. Сюда могут входить бытовая техника (холодильник, телевизор, стиральная машина, микроволновка, утюг, электрочайник и другая мелкая бытовая техника), компьютерная техника, системы освещения, бойлеры, котлы, насосы, газонокосилки, снегоуборочная техника и т.п. Для этого либо анализируем и усредняем среднесуточные показатели электросчетчика, либо просто складываем все мощности приборов, которые будут работать при помощи солнечных батарей. Это можно сделать согласно инструкции на приборах или найти информацию по усредненным значениям техники в специальной литературе или интернете.

Если вы решили установить солнечные батареи, при подсчете мощности всех приборов обязательно нужно учесть потери, которые составляют примерно 20%. К примеру, если потребляемая суточная мощность приборов составляет 5 кВт/ч, то общее среднесуточное потребление с учетом потерь составит: 5 х 1,2 = 6 (кВт/ч). Такой запас энергии понадобится нам в сутки для бесперебойной работы всех приборов.

Рассчитываем необходимую емкость аккумулятора солнечных панелей

Это можно изобразить такой упрощенной формулой с условными обозначениями: Е = М/Н, где Е – емкость АКБ солнечных панелей, М – потребляемая приборами мощность, Н – напряжение сети. В нашем примере при напряжении 12В получим:

Е = 6кВт/12В = 500 (А/ч).

Выясняем коэффициент инсоляции или месячный уровень радиации

Коэффициенат зависит от региона/города проживания. Это открытая информация, которую несложно найти в интернете и справочниках. К примеру, в Харькове среднегодовой коэффициент уровня радиации составляет 3,49 кВт/ч/м 2 , минимальное его значение в декабре – 0,93 кВт/ч/м 2 /день, а максимальное в июне – 5,89 кВт/ч/м 2 /день. А в Одессе среднегодовой показатель – 3,41 кВт/ч/м 2 ,минимум в декабре – 0,87 кВт/ч/м 2 /день, максимум в июле – 6,39 кВт/ч/м 2 /день.

Рассчитываем дневную производительность выбранной солнечной батареи

Чтобы рассчитать, сколько солнечных батарей нужно для дома или квартиры, используем формулу: П = К х S x КПД, где П – производительность одной батареи, К – коэффициент инсоляции (уровня радиации), S – площадь одной батареи, КПД – эффективность батареи в процентах. Рассмотрим на практике. К примеру, для батареи мощностью 250 Вт, площадью 2 м 2 и с эффективностью (КПД) 15% мы получим:

Среднесуточная производительность, Харьков:

годовая: 3,49 кВт/ч/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 1,047 кВт;

мах: 5,89 кВт/ч/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 1,767 кВт;

мin: 0,93 кВт/ч/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 0,279 кВт.

Среднесуточная производительность, Одесса:

годовая: 3,41 кВт/ч/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 1,023 кВт;

мах: 6,39 кВт/ч/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 1,917 кВт;

мin: 0,87 кВт/ч/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 0,261 кВт.

Рассчитываем необходимое количество солнечных панелей

Это можно сделать по следующей формуле: С = М/П, С – необходимое количество солнечных панелей, М – потребляемая приборами мощность (ее мы уже определили выше), а П – производительность одной солнечной батареи.

В наших примерах получим:

Для Харькова:

мах: 6 кВт/ч / 1,767 кВт = 3 батареи

мin: 6 кВт/ч / 0, 279 кВт = 22 батареи

Для Одессы:

мах: 6 кВт/ч / 1,917 кВт = 3 батареи

мin: 6 кВт/ч / 0, 261 кВт = 23 батареи

Расчёт ёмкости аккумуляторной батареи для солнечных панелей

Примерно так выглядит солнечная электростанция внутри дома Ещё один пример установленных аккумуляторов и универсального контроллера для солнечных батарей:

Самый минимальный запас ёмкости аккумуляторов, который просто необходим должен быть такой чтобы пережить тёмное время суток. Например если у вас с вечера и до утра потребляется 3 кВт*ч энергии, то в аккумуляторах должен быть такой запас энергии. Если аккумулятор 12 вольт 200 А/ч, то энергии в нём поместиться 12*200=2400 ватт (2,4 кВт).

Но аккумуляторы нельзя разряжать на 100%. Специализированные АКБ можно разряжать максимум до 70%, если больше то они быстро деградируют. Если вы устанавливаете обычные автомобильные АКБ, то их можно разряжать максимум на 50%.

Вывод! Нужно ставить аккумуляторов в два раза больше чем требуется, иначе их придётся менять каждый год или даже раньше.

Оптимальный запас ёмкости АКБ это суточный запас энергии в аккумуляторах. Например если у вас суточное потребление 10 кВт*ч, то рабочая ёмкость АКБ должна быть именно такой. Тогда вы без проблем сможете переживать 1-2 пасмурных дня, без перебоев. При этом в обычные дни в течение суток аккумуляторы будут разряжаться всего на 20-30%, и это продлит их недолгую жизнь.

Ещё одна немаловажная делать это КПД свинцово-кислотных аккумуляторов, который равен примерно 80%. То-есть аккумулятор при полном заряде берёт на 20% больше энергии чем потом сможет отдать. КПД зависит от тока заряда и разряда, и чем больше токи заряда и разряда тем ниже КПД. Например если у вас аккумулятор на 200 Ач, и вы через инвертор подключаете электрический чайник на 2 кВт, то напряжение на АКБ резко упадёт, так-как ток разряда АКБ будет около 250 Ампер, и КПД отдачи энергии упадёт до 40-50%. Также если заряжать АКБ большим током, то КПД будет резко снижаться.

Также инвертор (преобразователь энергии 12/24/48 в 220 в) имеет КПД 70-80%. Учитывая потери полученной от солнечных батарей энергии в аккумуляторах, и на преобразовании постоянного напряжения в переменное 220в, общие потери составят порядка 40%. Это значит что запас ёмкости аккумуляторов нужно увеличивать на 40%, и так-же увеличивать массив солнечных батарей на 40%, чтобы компенсировать эти потери.

Но и это ещё не все потери. Существует два типа контроллеров заряда аккумуляторов от солнечных батарей, и без них не обойтись. PWM(ШИМ) контроллеры более простые и дешёвые, они не могут трансформировать энергию, и потому солнечные панели не могут отдать а АКБ всю свою мощность, максимум 80% от паспортной мощности. А вот MPPT контроллеры отслеживают точку максимальной мощности и преобразуют энергию снижая напряжение и увеличивая ток зарядки, в итоге увеличивают отдачу солнечных батарей до 99%. Поэтому если вы ставите более дешёвый PWM контроллер, то увеличивайте массив солнечных батарей ещё на 20%.

Что учитывать при расчете солнечных батарей

Прежде чем рассчитать солнечные панели для дома или квартиры, нужно определиться с задачей. А именно, будут ли использоваться солнечные панели только для резервного питания, как дополнительный источник энергии или полностью должны обеспечить потребности объекта в электрической энергии. Затем надо определить суммарную мощность приборов, которые нуждаются в стабильной и бесперебойной поставке электроэнергии, генерируемой солнечными батареями. Важно запомнить, что существует прямо пропорциональная зависимость потребляемой приборами мощности «на выходе» и продолжительности их работы с увеличением емкости массива АКБ, мощности инверторов и, в конечном итоге, стоимости всей гелиоустановки.

Расчёт солнечных батарей для частного дома или дачи

Если вы не знаете ваше потребление и только планируете скажем запитать дачу от солнечных батарей, то потребление считается достаточно просто. Например у вас на даче будет работать холодильник, который по паспорту потребляет 370кВт*ч в год, значит в месяц он будет потреблять всего 30.8 кВт *ч энергии, а в день 1.02 кВт*ч. Также свет, например лампочки у вас энергосберегающие скажем по 12 ватт каждая, их 5 штук и светят они в среднем по 5 часов в сутки. Это значит что в сутки ваш свет будет потреблять 12*5*5=300 ватт*ч энергии, а за месяц «нагорит» 9 кВт*ч. Также можно почитать потребление насоса, телевизора и всего другого что у вас есть, сложить всё и получится ваше суточное потребление энергии, а там умножить на месяц и получится некая примерная цифра.

По расчетам количество получилось таким, что панели даже не всю крышу заняли

Например у вас получилось в месяц 70 кВт*ч энергии, прибавляем 40% энергии, которая будет теряться в АКБ, инверторе и пр. Значит нам нужно чтобы солнечные панели вырабатывали примерно 100 кВт*ч. Это значит 100:30:7=0,476 кВт. Получается нужен массив батарей мощностью 0,5 кВт. Но такого массива батарей будет хватать только летом, даже весной и осенью при пасмурных днях будут перебои с электричеством, поэтому надо увеличивать массив батарей в два раза.

Для питания частного дома в летнее время нужен массив в 2 кВт.

Но чтобы даже весной и осенью получать достаточно энергии лучше увеличить массив на 50%, то-есть ещё плюс 1кВт. А зимой в продолжительные пасмурные периоды использовать или бензогенератор, или установить ветрогенератор мощностью не менее 2кВт. Более конкретно можно рассчитать основываясь на данных архива погоды по региону. Используемые источники:

Источник https://dzgo.ru/blog/kak-rasschitat-kolichestvo-solnechnyh-batarej.html

Источник https://greenenergia.ru/neobhodimoe-kolichestvo-solnechnyh-batarej-dlya-doma/

Источник https://solarb.ru/kak-rasschitat-solnechnye-paneli