Пример расчета мощности и количества солнечных батарей для дома: формула и цены

Расчет солнечных батарей для частного дома или дачи

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.

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.

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.

Важный момент – инсоляция

Перед тем как начать подсчет количества солнечных панелей, следует учитывать и такое понятие, как инсоляция. Грубо говоря, под этим термином следует понимать количество энергии солнечного света, падающее на единицу площади. Это очень важный параметр, без которого невозможно определить, сколько именно панелей следует приобретать.

Ведь даже если солнечного света будет недостаточно, то какой бы производительной ни была бы батарея, она не сможет выдать необходимую мощность. Следовательно, нужно понимать всю важность этого параметра при расчете солнечных батарей. Ведь от этого будет зависеть требуемый уровень энергоснабжения.

Конечно, данный параметр сугубо индивидуален для каждого конкретно взятого региона территории страны. Получить эти необходимые сведения можно двумя путями:

• специализированные справочники;
• электронные ресурсы метеорологической направленности.

Как можно понять, максимальное значение инсоляции будет приходиться на летний период. Минимальные же значения – преимущественно в холодные месяцы.

Как мощность рассчитать грамотно?

О чем свидетельствует мощность панели? Если она, к примеру, равняется 240 Вт, значит, столько она выдаст при 1000 Вт/м.кв. инсоляции.

Понятно, что круглый год и в течение суток лучи на панель с одинаковой интенсивностью не падают, поэтому, работая от 4 до 6 часов в холодное время года, она способна выдавать 1440 Вт/ч.

В летний период продолжительность работы увеличивается, достигая 8-10 часов.

Максимальный показатель также растет, приближаясь к отметке 2400 Вт/ч. Это в идеальном варианте. В действительности он корректируется с поправкой на уровень инсоляции.

Характерные отзывы

Их можно разделить на две группы: отзывы тех, кто уже пользуется данными устройствами и мнения всех, кто только изучает вопрос автономного энергоснабжения.

Большинство владельцев солнечных станций довольны своим выбором. Оснастив ими свой загородный дом, они отмечают надежность, всесезонность и эффективность гелиопанелей. Размышляющие о покупке, высказывают сомнения в экономической целесообразности, опасаясь долгого срока окупаемости оборудования.

Мы выскажем свои соображения по данной теме. Принимая в расчет стабильный рост стоимости электроэнергии, получаемой из внешних сетей, использование гелиостанции нельзя назвать убыточным. Если же речь идет о районах, где энергоснабжение полностью отсутствует или характеризуется частыми отключениями, то гелиостанция — безальтернативный вариант.

Что входит в комплект систем солнечных батарей

Для получения тока недостаточно приобрести солнечные панели и подключить их. Солнечная система состоит из множества не менее важных технических устройств, благодаря которым создается нужный эффект. Итак, чтобы в вашем доме появилось электричество экологичного происхождения, помимо солнечных батарей нужно будет приобрести еще 6 базовых элементов системы, а именно:

• генератор;
• инвертор;
• аккумулятор;
• контроллер солнечного заряда;
• потребитель 230В;
• соединительная коробка.

Поэтому, перед тем как начать проектировать монтаж и размещение фотоэлектрической системы, вы должны понимать, что это куда больше затрат, чем покупка одних только солнечных панелей. Срок службы и эффективность выбранных элементов будет зависеть от количества модулей, класса и фирмы производителя. Правильно выбранные технические характеристики, надежность устройства и место размещения солнечных батарей станет залогом качественной работы и долговечности.

Мощность инвертора и потери в нем

Теперь что касается инвертора, он тоже имеет свой КПД а это порядка 75-90%, т.е. все полученные величины выработки энергии и запаса можно относить к этим процентам. В итоге лучше брать двойной запас емкости для аккумуляторов, Так при потреблении 2400Вт.ч за ночь, устанавливать 4 АКБ емкостью 100А.ч. 100А*12В*4 = 4800Вт.ч. Мощность инвертора показывает номинальную нагрузку которую можно подключить к нему, т.е количество и тип бытовых приборов.

В Итоге получаем солнечную электростанцию на 2,5кВт:

1. Солнечные батареи 4шт. по 250Вт. Выработка в месяц 170 -240кВт.ч (36тыс.руб.)
2. АКБ по 100А.ч. 4 шт. запас до 4800 Вт. (AGM аккумуляторы 50тыс.руб.)
3. Инвертор 2,4кВт номинальная мощность подключаемого оборудования (27тыс.)

Итого 113 тыс. руб. за комплект оборудования.

Максимальная нагрузка и уровень среднего потребления энергии

На данный момент далеко не каждый сможет себе позволить поставить в своем загородном доме подстанцию, работающую от солнечной энергии. Тем не менее, планируя их установку, сначала необходимо выяснить, на какую пиковую нагрузку при включении бытовых приборов следует рассчитывать, а также какое среднее количество электроэнергии в сутки они потребляют.

Максимальный уровень нагрузки определяют, исходя из предельной мощности всех электроприборов, имеющихся в доме, чтобы при одновременном включении нескольких из них система в доме смогла справиться с нагрузкой.

Для определения среднесуточного потребления каждого из приборов, следует перемножить его мощность на время работы от сети в сутки. А общий расход энергии находим путем суммирования энергии от всех приборов в доме.

Определение общих показателей энергопотребления позволит распланировать эффективный расход солнечной энергии, генерируемой солнечными панелями. Кроме того, полученные цифры дают возможность выполнить расчет мощности солнечных батарей для дома, чтобы знать, какой аккумулятор нужно будет купить. Емкость аккумулятора напрямую влияет на его стоимость.

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.

Интеграция СЭС в общее электроснабжение дома и другие возможные варианты установок

Но даже если купить солнечные батареи для отопления в таком количестве хватит денег, что делать с выработкой весной, летом и осенью? Ведь генерация СЭС на 30 кВт составляет в такие месяцы 100-180 кВт*ч в сутки, тогда как для полного потребления дома в это время достаточно 25 кВт*ч.

Даже такой объем позволит снабжать энергией следующий примерный набор устройств:

Электроприборы	Мощность, Вт	Количество	Время применения (часов в сутки)	Потребление (кВт*ч в сутки)
Внутреннее и внешнее освещение	10	20	5	1
Зарядки для телефонов	5	2	1	0,01
Телевизоры	80	2	3	0,48
Компьютеры и ноутбуки	150	2	12	3,6
Фен	1000	1	0,5	0,5
Холодильник	50	1	24	1,2
Электрочайник	2000	1	0,2	0,4
Микроволновая печка	800	1	0,3	0,24
Электроплита	2000	1	3	6
Электрокотел для подогрева воды	2500	1	2	5
Кондиционер	800	1	3	2,4
Стиральная машина	1500	1	2	3
ИТОГО:				23,83

Куда использовать остальные 40-100 кВт? И существует ли вариант «сброса» излишков в централизованную сеть? Рассмотрим эти вопросы подробно.

Основным недостатком солнечной станции, установленной исключительно для автономного отопления дома солнечными батареями в зимний период, является её неэффективное использование. Ведь в остальное время года, когда ежемесячная генерация намного выше, будет много излишек электроэнергии. В этом нет ничего критичного для оборудования, оно само снизит генерацию и ничего с этим делать не нужно. Вопрос в другом, куда можно потратить эту лишнюю энергию во благо?

Ситуацию могла бы исправить установка не полностью автономной, а гибридной или сетевой версии, при условии наличия стабильной центральной электросети. Но и это не панацея, ведь, при ныне действующем российском законодательстве, такие варианты не дадут быструю окупаемость.

Более того мы рассчитали станцию на 30кВт, а продавать энергию в централизованную сеть на договорных условиях для частных станций мощностью более 15 кВт запрещено, нужно будет ограничивать продажу (в настройках системы) до 15кВт. Сетевая или гибридная модификация меньшей мощности может помочь решить вопрос, но излишки пришлось бы реализовывать по оптовой цене для региона – т.е. в среднем по 2 руб. за 1 кВт*ч. Учитывая стоимость оборудования, затраченную на СЭС для отопления солнечными батареями, подобный выход (при наличии стабильной центральной сети), финансово абсолютно нецелесообразен.

Почему мощность солнечной батареи 210 кВт лучше

Отличным вариантом станет солнечная батарея мощностью в 210 кВт. Но и здесь все не так просто.

Первое, что нужно учесть, это то, что солнце не будет светить весь месяц, и именно по этой причине необходимо свериться с архивом погодных условий в регионе, чтобы узнать приблизительное количество пасмурных дней. Как итог, вы увидите, что примерно 7 дней в общем количестве будет особо пасмурных и в этот период солнечные батареи не смогут давать нужное количество энергии.

Кроме этого нужно осознавать, что осеню и весной, день сокращается, а облачные дни увеличиваются, поэтому если вам нужна солнечная энергия, начиная с марта и заканчивая октябрем, то лучше увеличить массив батарей до 50%. Это зависит от региона проживания

Это не всё, учтите все возможные серьезные потери в аккумуляторе и инверторе, которые так же могут повлиять на получение энергии.

Самым плачевным временем года для выработки солнечной энергии станет зима. Это, то время года, когда солнце может не появляться неделями, и в данной ситуации ни один массив не сможет помочь. В такой период лучше пользоваться бензогенераторами или ветрогенераторами. Кстати, последний, может стать основным поставщиком энергии в это время года. Конечно, если в вашей местности есть хорошие зимние ветра, и вы установили достаточно мощный генератор.

Расчет основных показателей — сколько нужно батарей и какой мощности

Прежде чем начинать выполнение расчетов, следует подготовить специальную таблицу, в которую будут заноситься полученные данные. Вертикальных граф должно быть 30 штук, а горизонтальных – по количеству бытовых приборов, используемых хозяевами.

Предварительный этап

В первом столбце будет указываться номер по порядку бытового прибора. Его название проставляем во второй колонке. Третьей графой проставляем мощность каждого из приспособлений. В следующих 24 столбиках необходимо проставить часы от 01 до 24.

В этих клеточках в виде десятичных дробей будем вносить такие данные:

• числитель представляет собой период каждого прибора в течение конкретного часа (в десятичном выражении);
• знаменателем проставляют индивидуальную мощность электроприбора (такой повтор облегчает процесс дальнейших расчетов).

Графа 28 предназначена для суммирования общего времени работы электроприбора в пределах суток. Следующая колонка содержит данные об энергопотреблении отдельного прибора за прошедшие сутки – эту цифру получают умножением периода работы на потребляемую мощность. В последней вертикальной графе записывают примечания, например результаты промежуточных расчетов.

Определение потерь электроэнергии в домашней системе

Величину этих потерь учитывает Кпот. Эти потери могут быть в:

1. Проводах. Величина составляет 1%.
2. Инверторе. Составляют от 3 до 7%.
3. Шунтирующих диодах (0,5%).
4. Самой батарее 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-% потерям. Кпот уже составит 0,7.

От чего зависит мощность солнечный батарей

Конструкция гелиобатареи — не единственный фактор, определяющий эксплуатационные показатели комплекса. В процесс вмешиваются внешние факторы, которые уменьшают возможности комплекса. Они воздействуют на работу оборудования поодиночке и сообща, снижая эффективность и уменьшая показатели гелиостанции.

Мощность солнечной батареи — это количество электроэнергии, которое она способна выдать в единицу времени. Это величина конечная, то есть рассчитанная по максимальному значению и имеющая определенный предел. Известно, что солнечная постоянная — 1 кВт на 1 м². Эта величина измерена в определенных условиях, обозначает количество энергии, падающее на земную поверхность в солнечный день при температуре 25° и постоянно вертикальном падении на поверхность. На практике получение полного расчетного объема энергии невозможно.

КПД солнечных панелей ограничен и не превышает 24 %, поэтому максимальной мощностью, полученной от 1 м² принимающей поверхности может быть 0.24 кВт. Это в идеальных условиях и с постоянной коррекцией положения поверхности относительно Солнца. На практике таких условий не бывает. В ситуацию вмешиваются погодные, климатические и сезонные условия. Возможны целые пасмурные недели, длительность светового дня в летний и зимний период существенно отличается.

Кроме этого, температура также влияет на способность солнечных элементов производить энергию — ее выработка значительно падает, как только температура поднимается выше +25°. Это означает, что в ясный летний день, когда мощность солнечных батарей на каждый квадратный метр должна быть максимальной, получить ожидаемый результат не удастся из-за сильного нагрева фотоэлементов. Поэтому, производя расчет солнечной электростанции, надо делать поправки на сезонные условия, длительность дня и прочие природные факторы.

Следующий фактор, который необходимо учесть при выполнении расчета — деградация гелиопанелей. Этот показатель у разных моделей отличается, есть образцы, сохраняющие до 90 % рабочих качеств даже через 20–25 лет эксплуатации. однако, у большинства панелей деградация происходит равномерно и пропорциональна длительности использования.

Кроме этого, расчет количества солнечных панелей необходимо делать с учетом потерь на дополнительном оборудовании — инвертор имеет КПД около 92–96 (и это одна из лучших моделей). Кроме этого, неизбежны потери на АКБ и контроллере, которые достигают 40 % и также снижают общие параметры комплекса. Сами приборы расходуют энергию на питание собственных плат. Поэтому, полный и точный расчет солнечных панелей — задача крайне сложная, требующая экспериментального подтверждения.

Разновидности

Эффективность и производительность солнечных панелей зависят от конструкции отдельных элементов. Существует несколько разновидностей:

1. Монокристаллические. Изготавливаются из одного монокристалла, выращенного из кремния в определенных условиях. Представляют собой тонкий поперечный срез. КПД составляет 17–22 %. Это самые дорогие и качественные элементы. Внешне выглядят как черные прямоугольники со скошенными краями.
2. Поликристаллические. Разработаны для того, чтобы снизить себестоимость и конечную цену элементов. Изготавливаются из расплава кремния, состоящего из множества кристаллических образований. КПД составляет 12–18 %. Характеристики этих элементов несколько снижены, но и цена более доступная для массового покупателя. Внешне они представляют собой синие прямоугольники.
3. Аморфные элементы. Эти элементы имеют более слабые характеристики, чем моно- или поликристаллические конструкции. Однако, они намного дешевле, что позволяет получить общую мощность аморфных солнечных панелей, не уступающую более производительным конструкциям. Разница только в количестве элементов. Аморфные солнечные батареи изготавливаются из разных материалов, могут быть жесткими или гибкими. Особенностью таких панелей является способность работать в пасмурную погоду, когда освещенность низкая.

Самыми производительными панелями считаются арсенид-галлиевые, но их обычно не учитывают в общей классификации. Они слишком дорогие, поэтому для частных пользователей не доступны.

Кроме этого, существуют одно- и двухсторонние солнечные батареи, способные поглощать свет одной или обеими сторонами. Однако, пока применения двусторонним панелям не найдено, так как для использования одновременно обеих сторон требуется отражающая система. Она сложна в изготовлении и настройке, дешевле использовать большее количество обычных панелей.

Набор оборудования для солнечной станции

Мощная солнечная батарея для дачи – устройство не самодостаточное. Полученную энергию нужно где-то запасти, чтобы вечером и в пасмурную погоду полноценно пользоваться бытовыми электроприборами.

Поэтому емкий и живучий аккумулятор нам в любом случае потребуется. В его выборе есть один важный нюанс: не пытайтесь сэкономить, покупая стартовый автомобильный аккумулятор. Он плохо подходит для цикличного запасания энергии и не переносит глубокого разряда. Его главное предназначение – дать мощный, но кратковременный ток для пуска двигателя.

Для запасания и медленного расходования энергии нужны аккумуляторы другого типа: AGM или гелевые. Первые дешевле, но имеют небольшой срок службы (до 5 лет). Гелевые аккумуляторы дороже, но зато работают значительно дольше (8-10 лет).

Контроллер – еще один важный элемент автономной гелиостанции. Он выполняет несколько задач:

• Отключает батарею от аккумулятора в момент полного заряда и включает ее для новой закачки электричества.
• Выбирает оптимальный режим зарядки, повышая количество запасаемой энергии.
• Обеспечивает максимальный срок службы аккумулятора.

Существует несколько типов контроллеров, используемых в солнечных станциях:

• ON/OFF «включил-выключил»;
• PWM;
• MPPT.

Самый дешевый прибор просто отключает солнечную панель от аккумулятора при возрастании напряжения на его клеммах до максимального уровня. Это не лучший вариант, поскольку в этот момент аккумулятор еще не полностью заряжен.

Более дорогой PWM-контроллер действует «умнее». После набора максимального напряжения, он понижает его до заданного уровня и держит еще пару часов. Так достигается более полный уровень накопления энергии.

И наконец, самый интеллектуальный контроллер MPPT- типа максимально эффективно использует мощность солнечной панели на всех режимах ее работы. Это позволяет запасти в аккумуляторе дополнительно от 10 до 30 % электричества.

Независимо от вида используемых полупроводниковых материалов (поликристаллы, монокристалл, аморфный кремний) устройство солнечной батареи представляет собой цепочку последовательно соединенных ячеек-модулей. Каждый из них генерирует небольшое напряжение (в пределах 0,5 вольт) и слабый ток (десятые доли ампера). Работая вместе, они «сливают» накопленную энергию в общий канал и на выходе из батареи мы получаем ток большой силы и постоянного напряжения (12 или 24 Вольт).

Структурная схема оборудования солнечной станции

Стандартные бытовые электроприборы рассчитаны на 220 Вольт, поэтому работать от «постоянки» не будут. Преобразование постоянного тока в переменный выполняет отдельное устройство-инвертор. Им завершается цепочка оборудования, необходимого для солнечной батареи.

Несмотря на относительно высокую стартовую стоимость компонентов солнечной станции, ее эксплуатация получается выгодной благодаря большому ресурсу «жизни» главных элементов: фотокристаллической панели и аккумулятора.

Что считать дальше?

Необходимо определить сколько радиации в год выпадает конкретно в вашей местности, где Вы живёте и где расположен дом. Такие показатели можно либо запросить у метеорологической службы, либо найти таблицы по вашей местности в интернете. Кстати у Google есть отличный сервис, позволяющий определять уровень солнечной радиации, однако он доступен далеко не во всех странах. Поэтому всё же самый простой вариант — найти таблицы во всемирной паутине. Вот некоторые из них, солнечная радиации указана в “кВт·ч/м²/день”:

Средний месячный уровень солнечной радиации в России

Средний месячный уровень солнечной радиации в Украине

Средний месячный уровень солнечной радиации в Беларуси

• Идём дальше: как рассчитать мощность солнечной батареи? К примеру посмотрим в таблице показания по Киеву. Здесь самые эффективные месяца в плане инсоляции — это май и июль, с показателем 5,25. Ещё один важный момент — это учёт потерь зарядки аккумулятора. Этот показатель можно посмотреть в документации к оборудованию или узнать у специалистов, но зачастую этот показатель около 20%. То есть нам нужно сделать в расчётах “нахлёст” на перерасход зарядки и разрядки аккумулятора. Таким образом, этот показатель будет 1,2 — где 1(или 100%) — это наших посчитаных 5200 Вт·ч в сутки потребления, а 0,2(20%) — это перерасход на аккумулятора. Итак пример:

W=5200×1,2=6240 Вт·ч или 6,24 кВтч

• Теперь дальше. Следующая формула основана на поправочных коэффициентах, для лета — это 0,5, а для зимы — 0,7. Эти коэффициенты помогут вычислить выработку одной панели в сутки. В зависимости от времени года и уровня инсоляции. Итак, к примеру, мы устанавливаем панели с мощностью в 130 Вт:

W= 0,5× 130×5,25=341,25 ВтчW=0,7× 130×0,86=78,26 Втч

Где соответственно первая формула отображает выработку в летний, самый эффективный месяц в году(данные взяты из таблицы). Вторая формула — для самого не эффективного зимнего месяца.

• Теперь необходимо разделить 6240 Вт·ч, полученные в первом примере, разделить на полученные результаты во второй и третьей формуле:

N=6240/341,25=18,3N=6240/78,26=79,73

• Итак полученные результаты — это наше количество необходимых панелей для выработки заданного показателя энергии. Соответственно для летнего периода понадобится 18 панелей, а для зимнего периода 80. Вот настолько могут быть разные показатели для разных периодов года. Конечно, такие расчёты не совсем точны и по факту есть ещё очень много факторов, которые влияют на выработку энергии. О них Вы можете почитать в статье про установку солнечных батарей.

На эффективность могут существенно повлиять угол наклона панелей, наличие приводов, которые разворачивают панели к солнцу или их отсутствие. Напоследок хочется сказать, что вряд ли батареи будут способны снабдить Ваш дом необходимой энергией, только если у Вас не предусмотрены большие площади под солнечные батареи. Но всё же главный плюс батарей состоит в том, что Вы всегда можете нарастить мощность, добавляя новые панели. Или же заменив одни солнечные элементы на другие, более мощные.

Особенности используемых в формуле показателей

Величина солнечной энергии, падающей на крышу и стены дома в определенном регионе, может измеряться для разных промежутков времени. Метеорологи 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 кв. м. падает 5 кВт солнечной энергии.

В вышеуказанную формулу можно подставлять любой показатель. Если подставляется годовая солнечная энергия, то результатом расчета будет такое количество электроэнергии, сколько панель производит за 1 год. Так же с показателями других промежутков времени. Наиболее целесообразно высчитывать месячную выработку электрической энергии. Интенсивность освещения в каждом месяце различна, и для выработки, например, 10 кВт электричества, надо использовать разное количество панелей, а также подключать соответствующее число аккумуляторов.

Выражение включает в себя 2 показателя, но 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%. Для применения в формуле выражение на 100 умножать не надо. В ней следует использовать число 0,1604.

Второе выражение не используют потому, что результатом будет мощность 1 кв. метра панели. 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.

Каждый кулик хвалит своё болото

Хотя 52% опрошенных указывают на кризис воспроизводимости в науке, менее 31% считают опубликованные данные в корне неверными и большинство указало, что по-прежнему доверяют опубликованным работам.

Вопрос: Существует ли кризис воспроизводимости результатов?

Конечно же, не стоит рубить с плеча и линчевать всю науку как таковую лишь на основании данного опроса: половину опрошенных всё же составили учёные, связанные, так или иначе, с биологическими дисциплинами. Как отмечают авторы, в физике и химии уровень воспроизводимости и доверия к полученным результатам намного выше (см. график ниже), но всё же не 100%. А вот в медицине дела обстоят совсем плохо на фоне остальных.

На ум приходит анекдот:

Маркус Мунафо (Marcus Munafo) биологический психолог из университета Бристоля (Англия) имеет давний интерес к проблеме воспроизводимости научных данных. Вспоминая времена студенческой молодости, он говорит:

Вопрос: Сколько уже опубликованных работ в Вашей отрасли воспроизводимы?

Мощность бытовых приборов, потребление электроэнергии

Теперь что касается потребителей и их мощности, приведем основные из них: 

• Телевизор Led – 50-150Вт.
• Холодильник класса А – 100-300Вт. (только во время работы компрессора)
• Ноутбук – 20-50Вт
• Лампа энергосберегающая – 30Вт, Светодиодная 3-9Вт
• Котел настенный (электроника + встроенный насос) – 70-130Вт.
• Роутер – 10-20Вт.
• Кондиционер 9 – 700-900Вт.
• Эл. Чайник – 1500Вт.
• Микроволновка – 500-700Вт.
• Стиральная машина – 600 – 900Вт.
• Видеорегистратор + 4 камеры – 30-50Вт.

Все мощности указаны в час работы прибора, стоит учитывать, что большинство приборов работают непродолжительное время, чайник подогрев – 5мин, холодильник включается раз в 2-3 часа на час для поддержания темп. Насос котла тоже работает по мере поддержания температуры теплоносителя. Так же можно рассчитать и другие приборы по этому принципу.

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 3кВт*ч энергии, то в аккумуляторах должен быть такой запас энергии.
Если аккумулятор 12 вольт 200 Ач, то энергии в нём поместиться 12*200=2400 ватт (2,4кВт). 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%. По-этому, нужно ставить аккумуляторов в два раза больше чем требуется, иначе их придётся менять каждый год или даже раньше.
Оптимальный запас еъёмкости АКБ это суточный запас энергии в аккумуляторах. Например если у вас суточное потребление 10кВт*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 200Ач, и вы через инвертор подключаете электрический чайник на 2кВт, то напряжение на АКБ резко упадёт, так-как ток разряда АКБ будет около 250Ампер, 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 220в) 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%.

Делаем расчет: сколько нужно солнечных батарей для частного дома

Если вы узнали свое базовое потребление энергии и просмотрели солнечную активность вашей местности, то можете самостоятельно рассчитать необходимое количество солнечных батарей. Сразу следует сказать, о том, что в расчетах вас может помочь специальный онлайн калькулятор, где достаточно ввести все полученные вами показатели. Именно он сможет подсказать, сколько аккумуляторов потребуется для электростанции частного дома.

Для этой процедуры потребуется базовое потребление энергии за 24 часа разделить на инсоляцию требуемого месяца.

Крайне важным считается то, что подсчет должен идти помесячно, так как данные могут сильно варьироваться.

Число, которое вы получите в итоге разделите на показатель мощности той панели, которую вы выбрали, она указывается в паспорте. Результат определяется в пользу большей величины и есть окончательным. Само собой, что чем больший показатель производительности, тем меньше панелей вам нужно будет установить.

Не менее важным станет определение периода, в который работать должна вся система. Так как если инсоляция упадет, потребуется батарей в несколько раз больше чем при норме.