Розрахунок сонячної електростанції

Розрахунок сонячної електростанції

Для визначення потрібної кількості сонячних панелей, необхідних забезпечення достатнього енергопостачання приватного чи заміського будинку, потрібно виконати ряд розрахунків. Однак для цього не потрібні складні математичні формули або глибокі знання фізики. Ми намагатимемося розібратися з цим питанням, використовуючи прості методи, доступні кожному.

Основним критерієм при визначенні необхідної кількості сонячних батарей є їхня продуктивність – кількість енергії, яку вони можуть виробити за певний проміжок часу. Також варто пам'ятати, що, крім самих фотоелементів, знадобляться контролери (для моніторингу рівня заряду), акумулятори та інвертори.

Визначення кількості батарей та загальної потужності

Для визначення необхідної кількості фотоелементів потрібне знання про те, скільки електроенергії потрібно для забезпечення роботи всіх електричних пристроїв у будинку. Якщо ваш щомісячний споживання електроенергії становить 120 кВт*год, то така ж кількість енергії повинна виробляти сонячні елементи протягом цього періоду.

1. Функціонування сонячних панелей можливе лише вдень, під час освітленості. Вказана потужність струму, представлена ​​в документації, досягається лише за ідеальних умов: відсутність хмарності, тіньових об'єктів, ідеальне потрапляння сонячного світла під прямим кутом. Кут падіння променів відіграє важливу роль: чим він менший (гостріший), тим нижча продуктивність фотоелементів. Якщо у повітрі є невеликий димок або слабка хмарність, ефективність сонячних батарей може впасти вдвічі чи навіть утричі. У похмурі дні вони здатні виробляти лише 15-20% енергії від заявленого в паспорті значення.
2. Розрахунки проводяться для часового інтервалу, протягом якого продуктивність фотоелементів наближається до максимальної. Цей інтервал починається з 9 ранку і закінчується о 4 дні. Безперечно, панелі працюватимуть весь світловий день, але протягом вищезазначеного періоду виробництво енергії сягає лише 70% від загального обсягу.
3. Фотоелементи загальною потужністю 1 кВт виробляють 7 кВтг енергії протягом 7 годин. Також вони можуть додатково виробити 2-3 кВтг енергії в світлові години, що залишилися. Цей запас використовується покриття потреб у періоди хмарної погоди, коли виробництво енергії знижується різко. Таким чином, фотоелементи із продуктивністю 1 кВт*год можуть забезпечити до 210 кВт енергії на місяць. Це досить високий результат, але є деякі фактори, які варто врахувати:
4. Сонячних днів на місяць не так багато. Доцільно ознайомитись зі статистикою метеоцентрів, щоб дізнатися середню кількість похмурих днів. Буває так, що протягом тижня батареї можуть не випускати половини заявленої потужності. Якщо виключити чотири дні з низькою продуктивністю, загальна кількість енергії зменшиться на 28 кВт, склавши 182 кВт*год.
5. Також слід врахувати, що кількість сонячної енергії на одиницю площі залежить від пори року. Тривалість світлового дня скорочується в осінній та весняний періоди порівняно з літнім. Якщо ви плануєте використовувати сонячні панелі від весни до осені, рекомендується збільшити кількість фотоелементів на 30-50%, враховуючи регіональні особливості.
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.

Як зробити розрахунок потужності акумулятора

Необхідний обсяг заряду батарей повинен бути достатнім для забезпечення базових потреб енергії протягом нічних годин. Наприклад, якщо із заходом сонця до його сходу потрібно використовувати 2,5 кіловат-години енергії, то мінімальна ємність батарей має бути такою.

• Для визначення ємності у ВАТ слід помножити різницю потенціалів (напруга) на ємність, що вимірюється в ампер-годинах. Так, батарея з параметрами 250 ампер-годин та 12 вольт матиме ємність 3000 ват-годин або 3 кіловат-години. Тим не менш, важливо пам'ятати, що повний заряд батарей слід уникати згідно з рекомендаціями. Також варто враховувати, що спеціальні батареї швидко зношуються при постійному заряді нижче 70%, а звичайні акумулятори не рекомендується розряджати нижче 50%. Виходячи з цього, кількість батарей має бути мінімум удвічі більшою, ніж результат розрахунків.
• Акумулятори мають найменший термін служби в системі, тому важливо дотримуватись правил їх використання. Робоча ємність акумуляторів повинна відповідати оптимальному запасу, який залежить від добового споживання будинку. У дні з гарною сонячною активністю вони розряджаються лише на 20-30%, тоді як у похмурі дні здатні забезпечувати безперервне живлення електроприладів.
• Також слід врахувати ККД батарей, що зазвичай не перевищує 80%. Це означає, що близько 20% енергії губиться у вигляді тепла. Для визначення ККД слід аналізувати такі параметри, як струми розряду та заряду. Чим вище значення цих параметрів, тим нижчою буде ефективність батареї.

Якщо струм розряду перевищує ємність акумулятора, це знижує ККД і може спричинити падіння напруги в мережі. Це негативно позначається на продуктивності батареї та ефективності заряджання при високих струмах.

Розрахунок сонячної електростанції для дому

Ситуація складніша через більшу кількість електроприладів:

• Аналіз споживання – врахувати всі електроприлади у будинку.
• Вибір обладнання – більш потужні панелі та інвертори.
• Планування – необхідно враховувати архітектуру будинку та освітленість.

Втрати, пов'язані з невисоким ККД інвертора

Через те, що процес перетворення постійного струму змінний має ККД в діапазоні 70-80%, значні втрати енергії є невід'ємною частиною цього процесу. Отже, необхідно врахувати, що запас ємності батареї має бути збільшений на 40% щодо значень, отриманих із попередніх розрахунків. Крім того, для компенсації цих втрат потрібно збільшити площу фотоелементів на 40%.

Такі втрати можуть виникнути через використання недорогих контролерів.

Існує два типи таких пристроїв:

• Контролери з модуляцією ширини імпульсів (PWM), які не здійснюють перетворення енергії, і в результаті акумулятор отримує лише 4/5 від потужності, що виробляється сонячними батареями.
• Контролери з точкою максимальної потужності (MPPT), які здатні перетворювати струм (шляхом зниження напруги та збільшення сили струму). У цьому випадку акумулятори одержують до 99% енергії, виробленої фотоелементами.

Якщо було прийнято рішення заощадити на придбанні контролера, то для компенсації втрат будуть потрібні додаткові сонячні батареї, які збільшують загальну площу на 20%. Однак це рішення малоймовірно виявиться економічно виправданим.

Таблиця: Порівняння параметрів розрахунку

Вартість встановлення

Фотоелементи та інше обладнання може мати різні ціни у різних продавців. Важливо шукати найбільш доступні ціни та надійних постачальників. Вартість сонячних батарей, які виробляють 1 кВт електрики, становить приблизно 35000 грн. Однак при покупці великих партій зазвичай надаються хороші знижки та можливість безкоштовної доставки.
Для накопичення енергії потрібні акумулятори. Можна скористатися спеціалізованими акумуляторами, вартість яких варіюється від 7000 до 10000 грн (з напругою 12 В та ємністю 200 Ач). У той час, як автомобільні акумулятори коштують значно дешевше, вони не служать так довго, як спеціалізовані. Розумніше вкластися в спеціалізовані пристрої, які при правильній експлуатації можуть працювати до 10 років.
При виборі іншого устаткування слід орієнтуватись на індивідуальні потреби. Про контролерів вже було розказано вище. Інвертори також мають різну ціну та якість. Важливо пам'ятати, що чим нижча вартість пристрою, тим нижча його ефективність та термін служби.

Спеціалісти компанії SAEN допоможуть підібрати необхідні компоненти для сонячної електростанції, адаптованої до потреб вашого будинку. Для початку зручно заповнити опитувальний лист, який допоможе визначити ваше енергоспоживання.
Якщо у вас виникнуть додаткові питання, не соромтеся зв'язатися з нами за номерами: (048) 700 70 96, (099) 303 91 80, (097) 613 62 30. Також ви можете замовити консультацію, натиснувши на відповідну кнопку.