Закрыть

Добро пожаловать!

Введите, пожалуйста, Ваши логин и пароль

Авторизация
Скачать .xls
Откуда Вы узнали про нашу компанию?
 
Печать

Розрахунок сонячних батарей для дому: методика, формули, аналіз

  1. Визначення можливостей сонця
  2. Методика розрахунку
  3. Аналіз отриманих результатів для 400-, 500- і 600-ватної батареї
  4. Аналіз ефективності використання сонячних систем потужністю від 800 до 31,5 кВт

Система енергопостачання на основі сонячних батарей здається вкрай простий. Як і ряд інших систем електропостачання, вона складається всього з 4 основних компонентів: фотоелектричних панелей, акумуляторів, контролера заряду і інвертора, який перетворює низьковольтний постійний струм у побутовій, 220 В. Незважаючи на таку простоту, установка системи передбачає розрахунок сонячних батарей для дому з урахуванням багатьох факторів. Система енергопостачання на основі сонячних батарей здається вкрай простий

Схема з'єднання сонячної батареї з мережею.

Ефективну роботу конструкції можна отримати тільки при узгодженості елементів між собою. Основне питання, що вимагає розгляду, - вибір потужності сонячних батарей, що в реальному житті виражається у фінансовій ефективності впровадження конструкції.

Визначення можливостей сонця

Розрахунок потужності очікуваної вироблення енергії проводиться на основі даних потужності сонячного випромінювання з урахуванням кліматичних особливостей в різні пори року. Отримуючи результат, необхідно також враховувати різні кути нахилу панелі, як вертикальної, так і горизонтальної орієнтації.

Важливе питання - вибір кута нахилу панелі. Маючи можливість цілий рік експлуатувати систему, слід віддати перевагу кутку на 15 ° більше географічної широти розташування будинку. Крім того, при більшому нахилі на поверхні панелі будуть менше затримуватися пил і сніг. Для Москви цей кут буде дорівнює 70 ° з орієнтацією панелі на південь. Якщо розрахунок для будинку проводиться виключно для теплої пори року, вони можуть розміщуватися на стіні або схилі даху з орієнтацією на захід або на схід, в даному випадку краще збільшити нахил панелей в порівнянні з оптимальним для літа нахилом.

Методика розрахунку

Схема сонячної енергозберігаючої системи.

Після вибору нахилу сонячних батарей можна проводити розрахунок потенційної продуктивності, кількості сонячних модулів, необхідних для роботи системи в обраному режимі. Розрахунок і оцінка проводиться для гіршого місяці (січень - для Москви), річного максимуму (в Москві це липень) і для більшої частини року (лютий-листопад). Стандартну інсоляцію розраховують для площі в 1 м², номінальна потужність визначається при 25 ° С для стандартного потоку світла в 1 кВт / м².

Беручи максимальну інсоляцію (потужність сонячного випромінювання на поверхні Землі), розрахунок показує, що вироблення батареї відноситься до інсоляції 1м так само, як потужність батареї відноситься до показника потужності сонячного випромінювання на земній поверхні в ясну погоду, що припадає на 1 м², тобто до тисячі пн.

Помноживши місячну інсоляцію на співвідношення потужності батареї і максимальної інсоляції, можна повноцінно оцінити вироблення сонячної батареї за окремий місяць.

Розрахунок вироблення фотоелектричної панелі проводиться за допомогою такої формули:

Eсб = Eінс. Pсб. η / Pінс,

де Eінс - місячна інсоляція квадратного метра, Eсб - вироблення енергії сонячною батареєю, η - загальний ККД передачі струму по проводах, Pсб - номінальна потужність сонячної батареї, Pінс - максимальна потужність інсоляції м² земної поверхні. Важливо інсоляцію і бажану вироблення використовувати в одних і тих же одиницях (джоулях або кіловат-годинах). Маючи показники місячної інсоляції, можна оцінити результати отриманої номінальної потужності сонячної батареї будинку, потрібної для забезпечення необхідної вироблення протягом місяця.

Pсб = Pінс. Eсб / (Eінс. Η)

Схема пристрою сонячного колектора.

Максимальна потужність сонячної батареї, зазначена виробником, досягається в разі напруги на її виході, яке перевищує напругу акумуляторних батарей на 15-40%. Ряд моделей недорогих контролерів заряду підключаються безпосередньо, «просажівая» вихідна напруга батареї нижче оптимального. Тому дану категорію втрат також необхідно закласти в ККД, зменшивши його на 15-25%. Однак представлені і моделі контролерів, які утримують дані втрати в межах 2-5%.

Потужність сонячного випромінювання змінюється від місяця до місяця, при тому, що номінальна потужність сонячної батареї залишається незмінною, саме вона повинна стати основою визначення місця для установки. Завдяки формулі (2) вдається оцінити номінальну потужність батарей для певних умов інсоляції, проте вона малоефективна для оцінки можливостей протягом усього року. Для докладного розгляду режимів енергопостачання таблиця будується на основі формули (1).

Аналіз отриманих результатів для 400-, 500- і 600-ватної батареї

Специфіка розрахунку потужності і аналізу ефективності сонячних батарей :

  1. У зв'язку з тим що для Москви немає даних для кута нахилу в 70 °, але є є дані для 40 ° і 90 °, буде використовуватися середнє значення.
  2. Значення місячної вироблення округляємо до 1 кВт / год в меншу сторону.
  3. У процесі розрахунку враховується сумарний ККД контролера і інвертора, рівний 91%.
  4. «Режим дефіциту» передбачає, що сумарної місячної виробітку не буде вистачати для внутрішніх потреб самої системи (роботи контролера і інвертора).

Розгляд результатів варто почати з 400-ватної номінальної потужності батареї, для Москви такого показника буде недостатньо навіть для підтримки аварійного режиму в літні місяці.

Розгляд результатів варто почати з 400-ватної номінальної потужності батареї, для Москви такого показника буде недостатньо навіть для підтримки аварійного режиму в літні місяці

Схема роботи сонячних батарей.

Однак в період з травня по початок серпня вироблення перевищує аварійний мінімум на 80%, з урахуванням тепла і довгих днів в даний період зазначену номінальну потужність можна вважати допустимим аварійним варіантом, якщо робота інвертора буде здійснюватися не постійно, а лише в ситуації, коли електрику дійсно потрібно.

Придбання сонячних батарей з меншою потужністю можна розглядати лише для спеціальних цілей, прийнятне цілодобове побутове електропостачання вони будуть не здатні забезпечити навіть влітку. Для малопотужної системи критично важливим є власне споживання контролера і інвертора і заряду. Воно здається незначним, проте при безперервній роботі за добу набігає 0,6 кВт / ч, що в перерахунку за місяць становить 17-19 кВт / год - третина від виробітку, яка необхідна для реалізації аварійного режиму.

В «темні» місяці сумарна вироблення системи з малою потужністю менше цієї величини. Конструкцією сучасних контролерів і інверторів заряду передбачений захист від переразряда акумуляторів, тому при фатальному пошкодженні системи безперервна подача напруги в автономній малопотужної системі не гарантується взимку навіть в разі відсутності навантаження. У таблиці даний час виділено сірим кольором. Така сонячна батарея в похмурі зимові дні не зможе цілодобово підтримувати напругу, хоча в сонячну погоду навіть в ці місяці вона здатна забезпечити харчування електроприладів необхідної потужності.

500-ватної батареї в підмосковних умовах вже під силу дати аварійний мінімум в період з травня до кінця серпня і виробляти 80% мінімуму в квітні і березні. 600-ватні системи розширюють період аварійного використання з другої половини березня до вересня.

Аналіз ефективності використання сонячних систем потужністю від 800 до 31,5 кВт

Схема трубчастого сонячного колектора.

800-ватні сонячні батареї влітку дозволяють використовувати базовий режим електроспоживання. Крім цього, такі установки в силах забезпечити напруга майже цілий рік - тільки в грудні і січні буде спостерігатися невеликий дефіцит вироблення.

Система в 1 кВт обіцяє задоволення базових потреб протягом майже всього періоду довгих днів і насилу бере «бар'єр» цілорічного підтримки напруги. Однак не гарантує цього при похмурому грудні-січні.

Наступний рубіж - батареї з номінальною потужністю в 1,2 кВт. В середині літа вона забезпечує помірний режим, березень-вересень - тільки базовий. Протягом року вироблення перевищує внутрішні потреби, тому при малій зовнішньої навантаженні вона здатна цілий рік підтримувати напругу, що дозволяє її експлуатувати при забезпеченні харчування малопотужних систем контролю. Аварійний мінімум гарантується більшу частину року, виняток становлять найтемніші місяці - листопад-січень.

Сонячна батарея в 2 кВт підтримує комфортний режим з початку травня до середини серпня, а також базові потреби протягом лютого-жовтня. Однак для листопада її потужності вистачить тільки для аварійного режиму, а в грудні-січні вона не зможе забезпечити навіть ці скромні вимоги. Тільки номінальної потужності в 3,2 кВт під силу забезпечити аварійний мінімум протягом року, розширивши період комфортного використання на період довгих днів, березень-вересень.

5.3 кВт номінальної потужності дає можливість використовувати електрику від батарей в травні-серпні практично без обмежень і гарантує круглий рік забезпечення базових потреб. 8 кВт - цілорічне використання автономного електрики на рівні помірного режиму, 13.5 кВт - комфортного.

Максимальна потужність, яку можуть мати сонячні батареї, становить 31.5 кВт. Їй під силу гарантувати безперебійну експлуатацію цілий рік, залежність від зовнішньої електромережі. Установка такої масштабної системи вимагає площі не менше 2 соток на стіні або даху, що дозволити собі зможе не кожен власник будинку. Однак варто врахувати, що аналіз проводився для Москви. Виходячи з таблиці, не складно визначити, що для отримання аналогічних режимів в Астрахані або Сочі витрати зменшуються втричі, в Петропавловську-Камчатському і у Владивостоці - в чотири рази, а в Південно-Курильські - аж уп'ятеро.