Расчет солнечной электростанции

Расчет солнечной электростанции

Для определения нужного количества солнечных панелей, необходимых для обеспечения достаточного энергоснабжения частного или загородного дома, требуется выполнить ряд расчетов. Однако для этого не потребуются сложные математические формулы или глубокие знания физики. Мы постараемся разобраться с этим вопросом, используя простые методы, доступные каждому.

Основным критерием при определении необходимого количества солнечных батарей является их производительность – количество энергии, которое они могут произвести за определенный промежуток времени. Также стоит помнить, что помимо самих фотоэлементов также понадобятся контроллеры (для мониторинга уровня заряда), аккумуляторы и инверторы.

Определение количества батарей и общей мощности

Для определения необходимого числа фотоэлементов требуется знание о том, сколько электроэнергии требуется для обеспечения работы всех электрических устройств в доме. Если ваш ежемесячный электропотребление составляет 120 кВт*ч, то такое же количество энергии должны произвести солнечные элементы в течение этого периода.

1. Функционирование солнечных панелей осуществимо лишь днем, во время освещенности. Указанная мощность тока, представленная в документации, достигается только при идеальных условиях: отсутствие облачности, теневых объектов, идеальное попадание солнечного света под прямым углом. Угол падения лучей играет важную роль: чем он меньше (более острый), тем ниже производительность фотоэлементов. Если в воздухе есть небольшой дымок или слабая облачность, эффективность солнечных батарей может упасть вдвое или даже втрое. В пасмурные дни они способны производить всего 15-20% энергии от заявленного в паспорте значения.
2. Расчеты проводятся для временного интервала, в течение которого производительность фотоэлементов приближается к максимальной. Этот интервал начинается с 9 утра и заканчивается в 4 дня. Несомненно, панели будут работать весь световой день, но в течение вышеуказанного периода производство энергии достигает лишь 70% от общего объема.
3. Фотоэлементы общей мощностью 1 кВт вырабатывают 7 кВтч энергии в течение 7 часов. Также они могут дополнительно произвести 2-3 кВтч энергии в оставшиеся световые часы. Этот запас используется для покрытия потребностей в периоды облачной погоды, когда производство энергии снижается резко. Таким образом, фотоэлементы с производительностью 1 кВт*ч могут обеспечить до 210 кВт энергии в месяц. Это довольно высокий результат, но есть некоторые факторы, которые стоит учесть:
4. Солнечных дней в месяце не так много. Целесообразно ознакомиться со статистикой метеоцентров, чтобы узнать среднее количество пасмурных дней. Бывает так, что в течение недели батареи могут не выпускать и половины заявленной мощности. Если исключить четыре дня с низкой производительностью, общее количество энергии уменьшится на 28 кВт, составив 182 кВт*ч.
5. Также следует учесть, что количество солнечной энергии на единицу площади зависит от времени года. Длительность светового дня сокращается в осенний и весенний периоды по сравнению с летним. Если вы планируете использовать солнечные панели с весны до осени, рекомендуется увеличить количество фотоэлементов на 30-50%, учитывая региональные особенности.
6. Также стоит учитывать потери энергии при преобразовании и хранении. В зимний период производительность солнечных элементов невелика из-за облачности (за исключением редких солнечных дней). Поэтому в это время разумнее использовать электроэнергию, производимую генераторами, ветрогенераторами или подключиться к централизованной электросети.

Как произвести расчет мощности аккумулятора

Необходимый объем заряда батарей должен быть достаточным для обеспечения базовых потребностей в энергии в течение ночных часов. Например, если с заходом солнца до его восхода требуется использовать 2,5 киловатт-часа энергии, то минимальная емкость батарей должна быть такой.

• Для определения емкости в ваттах следует умножить разницу потенциалов (напряжение) на емкость, измеряемую в ампер-часах. Так, батарея с параметрами 250 ампер-часов и 12 вольт будет иметь емкость 3000 ватт-часов или 3 киловатт-часа. Тем не менее, важно помнить, что полный заряд батарей следует избегать согласно рекомендациям. Также стоит учитывать, что специальные батареи быстро изнашиваются при постоянном заряде ниже 70%, а обычные автомобильные аккумуляторы не рекомендуется разряжать ниже 50%. Исходя из этого, количество батарей должно быть минимум вдвое больше, чем результат расчетов.
• Аккумуляторы имеют наименьший срок службы в системе, поэтому важно придерживаться правил их использования. Рабочая емкость аккумуляторов должна соответствовать оптимальному запасу, который зависит от суточного энергопотребления дома. В дни с хорошей солнечной активностью они разряжаются всего на 20-30%, в то время как в пасмурные дни способны обеспечивать непрерывное питание электроприборов.
• Также следует учесть КПД батарей, который обычно не превышает 80%. Это означает, что около 20% энергии теряется в виде тепла. Для определения КПД следует анализировать такие параметры, как токи разряда и заряда. Чем выше значения этих параметров, тем ниже будет эффективность батареи.

Если ток разряда превышает емкость аккумулятора, это снижает КПД и может вызвать падение напряжения в сети. Это негативно сказывается на производительности батареи и эффективности зарядки при высоких токах.

Расчет солнечной электростанции для дома

Ситуация сложнее из-за большего количества электроприборов:

• Анализ потребления – учесть все электроприборы в доме.
• Выбор оборудования – более мощные панели и инверторы.
• Планирование – необходимо учитывать архитектуру дома и освещенность.

Потери, связанные с невысоким КПД инвертора

Из-за того, что процесс преобразования постоянного тока в переменный обладает КПД в диапазоне 70-80%, значительные потери энергии являются неотъемлемой частью этого процесса. Следовательно, необходимо учесть, что запас емкости батареи должен быть увеличен на 40% относительно значений, полученных из предыдущих расчетов. Кроме того, для компенсации этих потерь требуется увеличить площадь фотоэлементов на 40%.

Такие потери могут возникнуть из-за использования недорогих контроллеров.

Существует два типа таких устройств:

• Контроллеры с модуляцией ширины импульсов (PWM), которые не осуществляют преобразование энергии, и в результате аккумулятор получает только 4/5 от производимой солнечными батареями мощности.
• Контроллеры с точкой максимальной мощности (MPPT), которые способны преобразовывать ток (путем понижения напряжения и увеличения силы тока). В данном случае аккумуляторы получают до 99% энергии, выработанной фотоэлементами.

Если было принято решение сэкономить на приобретении контроллера, то для компенсации потерь потребуется дополнительные солнечные батареи, увеличивающие общую площадь на 20%. Однако это решение маловероятно окажется экономически оправданным.

Таблица: Сравнение параметров для расчета

Стоимость установки

Фотоэлементы и другое оборудование могут иметь различные цены у разных продавцов. Важно искать наиболее доступные цены и надежных поставщиков. Стоимость солнечных батарей, которые производят 1 кВт электричества, примерно составляет 35000 грн. Однако при покупке больших партий обычно предоставляются хорошие скидки и возможность бесплатной доставки.
Для накопления энергии потребуются аккумуляторы. Можно воспользоваться специализированными аккумуляторами, стоимость которых варьируется от 7000 до 10000 грн (с напряжением 12 В и емкостью 200 Ач). В то время как автомобильные аккумуляторы стоят значительно дешевле, они не служат так долго, как специализированные. Разумнее вложиться в специализированные устройства, которые при правильной эксплуатации могут проработать до 10 лет.
При выборе другого оборудования следует ориентироваться на индивидуальные потребности. О контроллерах уже было рассказано выше. Инверторы также имеют различную цену и качество. Важно помнить, что чем ниже стоимость устройства, тем ниже его эффективность и срок службы.

Специалисты компании SAEN помогут подобрать необходимые компоненты для солнечной электростанции, адаптированной к потребностям вашего дома. Для начала удобно заполнить Опросный лист, который поможет определить ваше энергопотребление.
Если у вас возникнут дополнительные вопросы, не стесняйтесь связаться с нами по следующим номерам: (048) 700 70 96, (099) 303 91 80, (097) 613 62 30. Также вы можете заказать консультацию, нажав на соответствующую кнопку.